skkn chuyên đề “hợp chất dị vòng” ôn thi học sinh giỏi hoá học

Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
An Giang, ngày 14 tháng 09 năm 2018

BÁO CÁO
Kết quả thực hiện sáng kiến, cải tiến, giải pháp kỹ thuật, quản lý, tác nghiệp, ứng
dụng tiến bộ kỹ thuật hoặc nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng
I- Sơ lược lý lịch tác giả:
- Họ và tên: NGUYỄN THỊ THẠCH THẢO. Nam, nữ: Nữ.
- Ngày tháng năm sinh: 12/11/1983.
- Nơi thường trú: Bình Đức, Long xuyên, An giang.
- Đơn vị công tác: THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu.
- Chức vụ hiện nay: Giáo viên.
- Trình độ chun mơn: Thạc sĩ – Chun ngành Hóa hữu cơ.
- Lĩnh vực cơng tác: Giảng dạy bộ mơn Hóa.
II- Sơ lược đặc điểm tình hình đơn vị
- Thuận lợi:

+ Ban giám hiệu nhà trường đặc biệt quan tâm đến công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, luôn tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho việc dạy và học bồi dưỡng cả về vật chất lẫn tinh thần.
+ Trang thiết bị khá đầy đủ phục vụ cho việc giảng dạy.
+ Học sinh có khả năng tư duy sáng tạo, khả năng tự tìm tịi, nghiên cứu tốt.
- Khó khăn:
+ Các em chưa biết cách trang bị đầy đủ các kiến thức chun sâu, gây khó khăn cho việc tìm hiểu, giải
quyết các vấn đề liên quan.
+ Chuyên đề hợp chất dị vòng trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia, Olympic tương đối đa dạng.
+ Các tài liệu rất phong phú nhưng chưa có sự chọn lọc, khơng đáp ứng nhu cầu tìm hiểu, nghiên cứu

của học sinh.
- Tến sang kiến: Hợp chất dị vịng.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 1


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

- Lĩnh vực: Hóa Hữu cơ
III- Mục đích yêu cầu của sáng kiến
1. Thực trạng ban đầu trước khi áp dụng sáng kiến
Trong sự nghiệp đổi mới toàn diện của đất nước, bồi dưỡng học sinh giỏi là một trong các mục
tiêu chiến lược của nền giáo dục nước nhà, giúp học sinh hoàn thiện tri thức, phát huy năng lực, năng
khiếu của bản thân. Chính vì vậy, bồi dưỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ hàng đầu ở các trường THPT,
đặc biệt là THPT Chuyên.
Chuyên đề về hợp chất dị vòng trong bồi dưỡng HSG là một chuyên tương đối khó, khối lượng
kiến thức lớn, tài liệu tham khảo dàn trãi quá nhiều, gây hoang mang cho học sinh.
2. Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến
Sách giáo khoa chuyên viết nội dung về hợp chất di vịng cịn mang tính chất sơ lược, chưa đủ
kiến thức để các em hoàn thành tốt các đề thi HSG, còn các sách tham khảo lại tương đối rộng và không
được biên soạn theo cấp độ từ cơ bản đến nâng cao. Có những tài liệu viết quá sâu, với kiến thức phổ
thơng học sinh rất khó tiếp cận, bài tập nghiêng về chuyên về hợp chất dị vòng lại khơng có nhiều. Do
đó, giáo viên dạy bồi dưỡng phải tự chọn lọc, tập hợp kiến thức từ các sách tham khảo, sau đó biên soạn
lại để làm tư liệu giảng dạy.
Từ thực tế đó, tơi biên soạn chun đề“Hợp chất dị vòng” với mong muốn được chia sẻ tư liệu
với đồng nghiệp. Nội dung chuyên đề này gồm những kiến thức thật căn bản cùng với những bài tập áp

dụng đơn giản để học sinh làm quen khi mới bắt đầu tiếp cận với chuyên đề hợp chất dị vịng.
3. Nội dung sáng kiến
3.1. Tiến trình thực hiện:
- Nghiên cứu các tài liệu chuyên sâu về hóa hữu cơ, tập hợp và chọn lọc ra các tài liệu có liên
quan đến các loại hợp chất dị vịng.
- Cơ đọng lại các kiến thức trọng tâm theo từng chuyên đề nhỏ.
- Tham khảo và tập hợp các bài tập trong các sách tham khảo, đề thi HSG, HSGQG, các luận
văn, luận án, các bài báo khoa học …
- Học hỏi kinh nghiệm của các đồng nghiệp, qua các chuyên đề báo cáo trong tổ chuyên môn.
- Tự trau dồi, bồi dưỡng thường xuyên và rút ra những bài học kinh nghiệm trong q trình giảng
dạy.
3.2. Thời gian thực hiện: cơng tác bồi dưỡng HSG được thực hiện từ thời gian nghỉ hè của học sinh, liên
tục đến khi tổ chức kỳ thi.
3.3. Biện pháp thực hiện:
- Giáo viên phát tài liệu cho học sinh tham khảo trước.
- Giáo viên giải đáp những thắc mắc của học sinh sau khi nghiên cứu lý thuyết.
- Giáo viên cho học sinh giải bài tập.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 2


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

3.4. Cơ sở lý thuyết
3.4.1. GIỚI THIỆU
Hợp chất dị vịng là một trong những nhóm hợp chất được phân lập sớm nhất. Mặc dù lĩnh vực

hóa học bắt đầu phát triển mạnh trong nửa đầu thế kỉ 19 tuy nhiên cấu trúc của chúng là một điều bí ẩn
đối với các nhà hóa học. Mãi đến những năm 1860, khi cấu trúc của cacbon tứ diện được khám phá, cấu
trúc của các hợp chất dần được làm rõ. Các hợp chất dị vòng được khám phá ra trong thời kì này hầu hết
được phân lập từ tự nhiên. Nhiều năm sau đó, các phương pháp tổng hợp hữu cơ dần phát triển cho phép
tổng hợp chúng trong phòng thí nghiệm. Một vài hợp chất dị vịng được phát hiện lần đầu được liệt kê
bên dưới, tuy nhiên cấu trúc của chúng đa phần được xác định nhiều năm sau đó:
-

Uric acid (1776, bởi Scheele từ sỏi thận)

-

Alloxan (1818, bởi Brunatelli bằng cách oxi hóa uric acid)

-

Quinoline (1834, bởi Runge từ chưng cất nhựa than đá)

-

Melamine (1834, bởi Liebig bằng còn đường tổng hợp)

-

Pyridine (1849, bởi Anderson bằng cách nhiệt phân xương)

-

Indole (1866, bởi Bayer bằng cách phân hủy indigo)

-

Furan (1870, bằng con đường nhiệt phân rồi chưng cất gỗ và cellulose).
Bảng 1. Các hợp chất dị vịng có nguồn gốc từ tự nhiên

Vậy hợp chất dị vòng là gì? Theo IUPAC, hợp chất dị vịng là hợp chất vịng có chứa từ hai
ngun tử trở lên tham gia cấu tạo nên vòng. Nếu xét theo thuật ngữ này thì hợp chất dị vịng bao gồm
hai loại là: hợp chất dị vịng vơ cơ và hợp chất dị vịng hữu cơ.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 3


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

Trong thực tế, một số nhóm hợp chất tuy đáp ứng được định nghĩa trên nhưng không được xếp
vào hợp chất dị vòng . Chẳng hạn như các anhydride nội phân tử, các lactone, lactam được xếp vào dẫn
xuất của cacboxylic acid.

Hợp chất dị vịng vơ cơ được biết đến nhiều nhất là borazin. Hầu hết khi nhắc đến hợp chất dị
vịng là nói đến hợp chất dị vòng hữu cơ. Hợp chất dị vòng hữu cơ được định nghĩa là hợp chất mạch
vịng, ngồi ngun tử carbon cịn có một hay nhiều ngun tử phi cacbon khác cấu tạo nên vịng.
Những ngun tử phi cacbon đó được gọi là dị nguyên tử hay dị tử. Các dị nguyên tử phổ biến nhất
thường gặp là nitơ, kế đến là oxi và lưu huỳnh. Nhiều nguyên tố khác có thể tạo thành liên kết cộng hóa
trị bền cũng được xem là dị nguyên tử như là: P, As, Sb (Antimon), Si, Se, Te, B, Ge. Trong một số ít
trường hợp, thậm chí các ngun tố kim loại như chì, thiếc cũng có khả năng hình thành dị vịng. Vào
năm 1983, IUPAC ghi nhận 15 nguyên tố từ nhóm II đến nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hồn có

khả năng tạo vòng với cacbon.
3.4.2. PHÂN LOẠI HỢP CHẤT DỊ VỊNG
Có nhiều cách khác nhau để phân loại hợp chất dị vịng:
-

Theo kích thước của vịng ta có phổ biến nhất là: vòng ba, bốn, năm, sáu, bảy cạnh (phổ biến
nhất là vòng 5, 6 cạnh).

-

Theo kiểu dị nguyên tố: phổ biến nhất là dị vòng chứa O, N, S.

-

Theo số dị tử: ta có vịng một, hai, ba, bốn dị tử.

-

Theo số vịng có hợp chất: đơn vịng, đa vịng (chủ yếu là các vịng ngưng tụ)

Nguyễn Thị Thạch Thaûo

Trang 4


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

-

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

Theo mức độ bão hòa: dị vòng no, khơng no, thơm.

Nhìn chung, khi nhắc đến hóa học của dị vòng, người ta thường đề cập đến các hợp chất dị vòng
thơm.
3.4.3. DANH PHÁP VÀ CÁCH ĐÁNH SỐ
3.4.3.1. Danh pháp hệ đơn vịng chứa một dị tử
a. Tên thơng thường
Tên của các hợp chất dị vòng rất phức tạp do tính da dạng của các dị vịng. Mặc dù đã xây dụng
được tên chính thống cho các hợp chất đơn vịng nhưng tên thơng thường và tên nửa hệ thống của các dị
vòng đơn vẫn được IUPAC chấp nhận dùng rộng rãi [Bảng 4].
Tên thông thường của hầu hết các dị vòng thơm năm cạnh tận cùng bằng –ole, vòng thơm sáu
cạnh tận cùng bằng –ine. Các dị vòng không thơm năm hay sáu cạnh đều thường tận cùng bằng –ine.
Một số tên thông thường của các hợp chất đơn vịng phổ biến được trình bày bên dưới.

b. Danh pháp theo hệ thống Hantzsch – Widman
Ngồi tên thơng thường được sử dụng phổ biến, một cách hệ thống hơn, tên các dị vòng đơn còn
được gọi theo danh pháp Hantzsch-Widman với những qui tắc sau:

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 5


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

[1] Tên = Tiền tố + phần cơ sở + hậu tố. Trong đó tiền tố cho biết tên của dị ngun tử. Phần cơ
sở nói lên kích thước của vòng còn hậu tố được tổ hợp với phần cơ sở phản ánh mức độ no không

no của vòng.
[2] Dị nguyên tử được gọi theo tiền tố (prefix) [Bảng 2]. Kí tự “a” kết thúc được bỏ
đi nếu âm đi sau đó bắt đầu bằng một nguyên âm 1. Ví dụ: “aza-irine” được viết là “azirine”.
Bảng 2. Một số tiền tố phổ biến của hợp chất dị vòng

Dị ngun tố*

Hóa trị

Tiền tố (Prefix)

Oxygen

II

Oxa-

Lưu huỳnh

II

Thia-

Nitrogen

IV

Aza-

Phospho

III

Phospha-

Arsen

III

Arsa-

Silic

IV

Sila-

Bor

III

Bora-

Sắp xếp theo trình tự giảm dần mức độ ưu tiên

[2] Kích cỡ vịng được gọi bằng phần cơ sở theo sau tiền tố: -ir- (vòng 3 cạnh), -et- (vòng 4 cạnh), -ol(vòng 5 cạnh), -in- (vòng 6 cạnh), -ep- (vòng 7 cạnh), -oc-(vòng 8 cạnh), -on- (vòng 9 cạnh), -ec- (vòng
10 cạnh).
[3] Nếu hợp chất không no hay hợp chất thơm, thêm hậu tố tương ứng với kích cỡ vịng: -ene (vịng 3
cạnh khơng chứa N), -ine (vòng 3 cạnh chứa N), -e (vòng 4, 5, 6 cạnh), -ine (vòng 7, 8, 9 cạnh).
[4] Nếu hợp chất no, thêm hậu tố -ane cho tất cả các kích cỡ vịng, ngoại trừ N sử dụng tiền tố -idine

(vòng 3, 4, 5, cạnh) và nếu là vịng 6 cạnh, tiền tố hexahydro-được dùng. Ngồi ra, đối với vòng 6 cạnh
chứa O được gọi là oxane thay vì oxinane. Một vài ngoại lệ khác trong trường hợp dị vịng chứa P, As,
B khơng được trình bày ở đây.
Bảng 3. Phần cơ sở của hậu tố dị vòng
Số cạnh

Phần cơ sở

Phần cơ sở + Hậu tố
Vịng khơng no, vịng thơm

Vịng no

Chứa N

Khơng chứa N

Chứa N

Khơng chứa N

-irene

-idine

-irane

3

-ir-

-irine

4

-et-

-ete

-idine

-etane

5

-ol-

-ole

-idine

-olane

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 6


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

6

-in-

-ine

*

-inane

7

-ep-

-epine

*

-epane

8

-oc-

-ocine

*

-ocane

9

-on-

-onine

*

-onane

10

-ec-

-ecine

*

-ecane

*Khơng có hậu tố mà phải thêm tiền tố pehydro vào tên dị vịng khơng no hoặc thơm tương ứng.
Một số ví dụ sử dụng các quy tắc nên trên để gọi tên một số dị vịng thơng dụng chứa N, O, S
[Bảng 4]. Một số tên thông thường được ưu tiên sử dụng hơn tên hệ thống được trình bày trong dấu
ngoặc. Quy tắc IUPAC khơng quy định vị trí của dị tử khi viết cơng thức của dị vịng nhưng thường dị
tử được đặt phía dưới của vịng.
Bảng 4. Danh pháp IUPAC và tên thơng thường của một số dị vịng đơn

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 7


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

c. Dẫn xuất của dị vòng thơm
- Quy tắc cách đánh số: Các hợp chất đơn vòng chứa một dị tử được đánh số bắt đầu bằng từ dị tử.
- Quy tắc gọi tên: Tên = Số chỉ vị trí nhóm thế + Tên nhóm thế + Tên dị vòng một dị tử
- Cách đánh số: dị tử đánh số 1, các nhóm thế cịn lại đánh số sao cho tổng số chỉ vị trí nhỏ nhất. Sắp
xếp các nhóm thế theo thứ tự a, b, c…

Tên gọi gốc hóa trị của hợp chất dị vịng thường được hình thành bằng cách thêm hậu tố -yl vào
tên thơng thường hoặc tên của hợp chất ban đầu. Tuy nhiêu tồn tại một số ngoại lệ: furyl (đối với furan),
thienyl (thiophene), pyridyl (pyridine), quinolyl (quiniline), isoquinolyl (isoquinoline).

d. Đồng phân vị trí H
Khi có nhiều dị vịng đồng phân của nhau khác nhau về vị trí của một nguyên tử hydrogen
“thừa” trong vòng (nguyên tử extra-hydrogen), nguyên tử H này được chỉ bằng một chữ H (in nghiêng)
kèm theo số chỉ vị trí 1H, 2H, 3H,… Ví dụ trường hợp của pyrrole có 3 đồng phân vị trí H tồn tại song
song trong đó đồng phân 1H là bền nhất tương ứng với H nằm trên nguyên tử N của dị vịng.

Trong một số trường hợp, có thể dùng chữ cái Hy Lạp để chỉ vị trí của nguyên tử H với quy ước
nguyên tử carbon kế cạnh dị nguyên tố được gọi là “alpha”. Ví dụ trường hợp của pyran:

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 8


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

e. Danh pháp dị vịng khơng no
Đối với một số dị vịng khơng no mà mức độ chưa bão hịa cịn kém hệ có các liên kết đơi liên hợp
thì ta dùng các tiền tố cộng hydrogen như: dihydro, tetrahydro,…

Ngồi ra, trong một số ít trường hợp của các hệ vịng phức tạp, có thể gọi theo vị trí của liên kết
đơi theo kiểu x, x+1 (trong đó x là số chỉ vị trí của liên kết đơi). Lấy ví dụ của dihydrofuran:

3.4.3.2. Danh pháp hệ đơn vịng nhiều dị tử
Danh pháp của các dị vòng chứa nhiều hơn một dị tử vẫn tuân theo các quy tắc về gọi tên của dị
vòng chứa một dị tử với một số khác nhau cơ bản như sau:
[1] Nếu có nhiều dị tử giống nhau thì dùng thêm tiền tố di-, tri-, tetra-,… để chỉ 2, 3, 4,… dị tử.
Đánh số theo quy tắc tổng số chỉ vị trí các dị tử là nhỏ nhất.

[2] Thứ tự ưu tiên của các dị tử: Nhóm VI (O > S > Se > Te) > Nhóm V (N > P > As) > Nhóm IV
(Si > Ge) > Nhóm III (B). Đơn giản hơn, xét một số dị tử phổ biến thì ta có: O > S > N. Dị tử ưu tiên
nhất đánh số 1, các dị tử còn lại được đánh số theo chiều sao cho tổng các chỉ số của các dị tử là nhỏ
nhất.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 9

Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

[3] Dị nguyên tử bão hòa (dị nguyên tử chứa nhiều H hơn, extra-hydrogen) ưu tiên đánh số hơn dị
ngun tử khơng bão hịa (chứa ít H hơn).

[4] Số chỉ vị trí được gộp thành một nhóm đứng trước tên gọi các dị tử.
Ví dụ: gọi là “1,3-oxazole” chứ không gọi là “1-oxa-3-azole”.
[5] Quy tắc kết hợp nguyên âm - nguyên âm: Khi hai nguyên âm kết hợp với nhau, một trong hai
nguyên âm sẽ được loại bỏ.
Ví dụ: “oxa-aza”  “oxaza”

3.4.3.3. Danh pháp hệ hai vòng
Hệ chứa hai vịng có 3 loại cơ bản là: ngưng tụ (fused), vòng cầu (bridged) và vòng spiro. Trong
phần này chỉ xem xét đến hệ vòng ngưng tụ với hai vòng (hay nhiều vịng) có cùng một (hay nhiều)
cạnh chung.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 10


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

a. Tên thơng thường

Tương tự hệ dị vịng đơn, tên thơng thường của các hệ dị vịng đơi cũng được IUPAC sử

dụng. Tên thông thường của một số dị vịng đơi phổ biến được trình bày bên dưới:

b. Tên hệ thống
Chọn vòng cơ sở (phần cơ sở)
- Nếu vịng cùng số C thì ưu tiên vịng nào chứa N là vịng cơ sở và tên của nó được đặt cuối cùng trong
tên gọi.

- Nếu khơng chứa N, vịng chứa dị tố ưu tiên hơn được chọn làm vòng cơ sở (O>S>P).
- Cùng chứa một loại dị tử, vòng nào lớn hơn thì được chọn làm vịng cơ sở.

- Cùng kích thước vịng, vịng nhiều dị tố hơn được chọn làm vòng cơ sở.
Gọi tên vòng ghép (phần dung hợp)
Trong tên gọi hệ hai vịng thì tên của vịng cơ sở được giữ nguyên còn tên vòng ghép vào được đổi
thành đuôi “o”.
benzene  benzo

imidazole  imidazo

pyridine pyrido

pyrimidine  pyrimido

pyrrole  pyrrolo

pyrazine  pyrazino

thiophene  thieno

quinolin  quino

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 11


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

Vị trí cạnh chung
- Vị trí cạnh chung = [vị trí vịng ghép-vị trí vịng cơ sở]
- Đối với vịng cơ sở, vị trí của cạnh chung được kí hiệu bằng chữ cái: a, b, c, d,…(in nghiêng) trong đó
vị trí 1,2- kí hiệu bằng chữ a; vị trí 2,3- kí hiệu bằng chữ b, vị trí 3,4- bằng chữ c.
- Đối với vịng ghép, vị trí cạnh chung được gọi bằng số chỉ vị trí liên kết. Trong trường hợp vịng ghép
là benzene thì khơng cần gọi vị trí cạnh chung.

Cần lưu ý rằng chiều đánh số cạnh chung của vòng ghép phải cùng chiều với vòng cơ sở. Điều này
làm xảy ra trường hợp số chỉ vị trí cạnh chung của vịng ghép có thể đảo ngược trong trường hợp của
1H,4H-pyrrolo[3,2-b]-pyrrole. Hai cách đánh số khác nhau giúp phân biệt hai đồng phân của
pyrrolopyrrole.

Nguyễn Thị Thạch Thaûo

Trang 12


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

Đánh số theo quy tắc

- Dị nguyên tố ưu tiên hơn có số nhỏ hơn (O > S > N)

- Vị trí của H- (extra-hydrogen) có số nhỏ nhất.

- Vị trí của liên kết chung khơng đánh số, thay vào đó số chỉ vị trí bằng chính số của nguyên tử liền kề
trước đó kèm với các chữ cái a,b,…
3.4.3.4. Danh pháp hệ nhiều vòng
Danh pháp hệ nhiều vòng tương tự như danh pháp hệ hai vòng với một số quy tắc gọi tên như sau:
- Dãy nằm ngang có nhiều vịng nhất

- Các vịng cịn lại nằm trên trục ngang hoặc ở bên phải so với trục đối xứng

- Đối với hệ ba vòng, đánh số bắt đầu từ vịng ngồi cùng theo chiều sao cho dị nguyên tử mang số chỉ
vị trí nhỏ nhất. Lấy ví dụ trường hợp của benzo[c]quinoline, nếu bắt đầu đánh số ở vị trí 10 thì ngun
tử N sẽ ở vị trí 6 thay vì 5.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 13


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

- Phần cơ sở được gọi bằng tên thơng thường của hệ mang nhiều vịng nhất. Các phần còn lại xem như
vòng ghép và gọi tương tự như hệ hai vịng. Trong ví dụ sau, phần ghép là benzene nên gọi là 1Hbenzo[e]indole tương ứng với phần cơ sở được gọi theo tên thông thường là indole. Tương tự cho các
dẫn xuất benzoquinoline.

3.4.3.5. Danh pháp trao đổi
Danh pháp trao đổi (tên thay thế) của dị vòng xuất phát từ một số tên gọi đơn giản của các
hydrocarbon, được hình thành bằng cách tổ hợp tiền tố “a” với tên của hydrocarbon đa vòng tương ứng
mà vẫn giữ nguyên cách đánh số của hydrocarbon đó.
Tên trao đổi = Số chỉ vị trí + Tiền tố “a” + Tên của hydrocarbon

Có thể thấy hợp chất dị vịng rất đa dạng và phong phú, trong phạm vi của sáng kiến chỉ đề cập
một số hợp chất dị vòng tiêu biểu mà các em thường gặp trong chương trình THPT Chuyên, trong các
đề thi học sinh giỏi quốc gia.
Dưới đây là tính là cấu tạo, tính chất hóa học, phương pháp điều chế một số loại hợp chất dị
vòng tiêu biểu:
3.4.4. DỊ VỊNG THƠM 5 CẠNH MỘT DỊ TỬ
Tiêu biểu của nhóm dị vịng này là Pirol, Furan và Thiophen

Nguyễn Thị Thạch Thaûo

Trang 14


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

3.4.4.1. Cấu tạo và đặc tính thơm

Các dị vòng 5 cạnh chứa một dị tố oxi (Furan), nitơ (Pirol) và lưu huỳnh (Thiophen) mặc dù về
mặt hình thức cũng chứa phần cis-đien như phân tử xiclopentađien, nhưng về bản chất và đặc tính hóa
học lại khác hẳn nhau. Xiclopentađien có hệ đien liên hợp nhưng khơng có cấu tạo thơm, trong khi đó
các dị vịng furan, pirol và thiophen ở mức độ đáng kể đều thể hiện tính thơm.

3.4.4.2. Các phương pháp tổng hợp
a. Tổng hợp Paal - Knorr
Một trong những phương pháp chung nhất để tổng hợp vòng furan, pirol, thiophen là tổng hợp
Paal – Knorr. Bản chất của phương pháp này là tác dụng của hợp chất 1,4 – đicacbonyl có khả năng enol
hóa với các tác nhân đehiđrat hóa có tính axit (H2SO4, P2O5, P.P.A, ZnO…) hoặc với NH3 hay amin bậc
một.
Ví dụ:

b. Tổng hợp furan theo Feist – Benari tổng hợp pirol theo Hantzch
Phản ứng của α-halogen xeton hay α-halogen anđehit với β-xeto este hay β-đixeton rong sự có mặt
của bazơ như natri hiđroxit hay piriđin dẫn tới sự tạo thành vòng furan. Phản ứng này mang tên FeistBenari:

Nếu đưa vào phản ứng loại này các bazơ nitơ như ammoniac hay amin bậc một chẳng hạn thì lúc đó
sẽ nhận được các pirol tương ứng mang tên Hantzch.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 15


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

c. Tổng hợp vòng pirol theo Knorr
Phản ứng bao gồm sự ngưng tụ của các α-aminoxeton (hay α-amino-β-xetoeste) với các xeton (hay
xeto este) trong sự có mặt của axit axetic (thơng thường hơn) hay kiềm (thường ít hơn). Kết quả các
pirol được tạo thành với hiệu suất cao.
Cơ chế tổng hợp Knorr chưa được nghiên cứu chi tiết, nhưng có thể giới thiệu bằng sơ đồ sau:

d. Tổng hợp thiophen theo Hinsberg
Tổng hợp thiophen theo Hinsberg dựa trên phản ứng của α-đixeton, α-halogen este hoặc este của
axit oxalic hay đietyleste của axit thiođiaxetic trong điều kiện của ngưng tụ Claisen (thơng thường trong
sự có mặt của ancolat natri trong ancol). Đây là phương pháp chung tổng hợp các dẫn xuất thiophen với
hiệu suất cao:

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 16


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

e. Tổng hợp từ este của axetilen đicacboxylic
Các este của axit axetilenđicacboxylic khi phản ứng với tác nhân có thể tạo thành các dẫn xuất
của furan, pirol và thiophen. Giai đoạn đầu tiên của phản ứng là sự cộng hợp theo kiểu Michael và tiếp
theo là sự đóng vòng sản phẩm trung gian thành sản phẩm cuối cùng như sơ đồ dưới đây:

3.4.4.3. Tính chất
a. Đặc tính chung của dị vòng
- Dị vòng bền với các tác nhân oxi hóa.
- Dị tố cũng tham gia vào hệ liên hợp bằng cách góp cặp electron tự do vào hệ, nên tính chất của dị tố
cũng giảm đi hoặc mất hẳn.
b. Tính chất của dị tố
- Trường hợp pirol có cặp electron tham gia vào hệ thống thơm nên tính bazơ của N giảm hẳn và khơng
cịn rõ rệt, pirol có tính axit yếu.

c. Tính chất của nhân thơm


Phản ứng thế electrophin (SE)

Furan, pirol và thiophen có khả năng phản ứng khá cao đối với các tác nhân electrophin. Các tác
nhân electrophin chủ yếu tấn cơng vào vị trí 2 của vòng bởi trạng thái chuyển tiếp xuất hiện trong
trường hợp này có năng lượng thấp hơn (nhờ sự ổn định hóa do cộng hưởng lớn hơn) so với trạng thái
chuyển tiếp dẫn tới sự thế ở vị trí 3:

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 17


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

Một số loại phản ứng thế đặc trưng:

- Phản ứng sunfonic hóa : thiophen dễ dàng được sunfonic hóa bằng H2SO4 đặc 95% ở nhiệt độ phịng.
Cịn đối với furan và pirol khơng thể sunfonic hóa trực tiếp bằng axit sunfuric, trường hợp này ta dùng
SO3/piridin/1000C.
- Halogen hóa: để thu được sản phẩm halogen hóa rất khó, thơng thường để tạo ra 2-bromfuran ta dùng
đioxanđibromua.
- Nitro hóa: khơng thể nitro hóa furan, pirol hay thiophen bằng tác nhân thơng thường như benzene, bởi
vì độ axit cao của mơi trường sẽ gây ra sự phá vỡ phân tử và tạo thành nhựa. Do đó tác nhân thích hợp
là axetylnitrat.
- Phản ứng Friedel – Crafts: furan và thiophen không thể thực hiện được phản ứng ankyl hóa, thiophen

do bền vững hơn có thể ankyl hóa được. Đối với phản ứng axyl hóa, cả ba hợp chất dị vịng này đều
phản ứng khá dễ dàng.
 Các phản ứng thế electrohin khác:
- Phản ứng thủy ngân hóa:

Phản ứng cũng xảy ra dễ dàng đối với thiophen.
- Phản ứng axly hóa theo Winsmeier:

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 18


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

Furan và thiophen cho phản ứng tương tự.
- Phản ứng fomyl hóa theo Gatterman (đối với furan và pirol):

- Phản ứng clometyl hóa:

- Phản ứng Mannich:

 Phản ứng thế nucleophin (SN) và thế gốc (SR)
Mặc dù các dẫn xuất halogen của furan và thiophen tương đối trơ đối với sự thế nucleophin
nhưng khả năng thế halogen ở chúng vẫn cao hơn các dẫn xuất halogen tương ứng ở benzen. Thường
các dẫn xuất của dị vòng 5 cạnh được hoạt hóa bởi nhóm hút electron, chằng hạn nhóm cacboxyl hay
nhóm este, sau đó loại hai nhóm này bằng cách thủy phân hoặc đecacboxyl hóa.

Phản ứng của thiophen với N-Bromsucxinimit trong điều kiện chiếu sáng hoặc nhiệt độ cao là
quá trình thế gốc. Nhưng brom hóa 2-metylthiophen bằng tác nhân này dẫn đến sự thế gốc vào dị vòng.

 Phản ứng kim loại hóa
Furan và thiophen dễ dàng tác dụng với n-butyllithi để cho dẫn xuất 2-furyllithi và 2-thienyllithi.
Vị trí 2 của vịng bị chiếm thì sự kim loại hóa xảy ra ở vị trí 5.
Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 19


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

 Các phản ứng mở vòng và cộng hợp
Furan, pirol và thiophen rất khác nhau về khả năng bị mở vịng.

 Ngồi ra các vịng tiêu biểu trên, cịn có một số dẫn xuất của dị vịng 5 cạnh có nhiều ứng dụng
trong thực tế như: Inđol (là dị vịng được hình thành từ sự ngưng tụ của pirol với benzen. Vịng
inđol có trong thành phần của tritophan (amino axit), axit inđol – 3- axetic (chất kích thích tăng
trưởng thực vật), serotonin (hormone làm tăng huyết áp), inddometaaxxin (thuốc giảm đau, chữa
thấp khớp), v.v…
3.4.5. DỊ VÒNG THƠM 5 CẠNH HAI DỊ TỬ
Các dị vòng thơm 5 cạnh chứa 2 hay nhiều dị tố, trong đó ít nhất có một dị tố nitơ được gọi
chung là azol. Các dị vịng tiêu biểu cho nhóm này là:

Theo thuyết obitan phân tử các dị vịng này đều có cấu tạo phẳng và trong vịng có hệ thống 6
electron π do mỗi nguyên tử cacbon và dị tố N thứ hai đóng góp 1 eπ, cịn dị tố thứ nhất đóng góp 2 eπ.
Tính bền vững của các azol này được quyết định bởi sự có mặt của 6 eπ giải tỏa trong tồn phân tử. Từ

sự mơ tả trên cho thấy trên nguyên
3.4.5.1. Cấu tạo và đặc tính thơm
Nguyên tử N của vịng cịn có cặp electron tự do phân bố trên mặt phẳng obitan vng góc với
hệ obitan π của vịng.
Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 20


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

Với quan điểm của phương pháp cặp hóa trị, cấu trúc của các azol này được xem như sự lai tạo
cộng hưởng của một dãy cấu trúc giới hạn:

3.4.5.2. Các phương pháp tổng hợp
a. Tổng hợp các 1,2-azol
- Phương pháp chung nhất và sử dụng rộng rãi nhất để tổng hợp vòng isoazol và pirazol là sự
cộng hợp của hydroxylamine hay hiđrazin vào hợp chất 1,3-đicacbonyl. Phản ứng tạo thành
trung gian các oxim hay hiđrazon và sau đó đóng vịng tiếp theo:

- Isoazol hay pirazol cũng có thể tạo thành bằng sự ngưng tụ của hyđroxylamin hay hiđrazin của

các hợp chất cacbonyl α,β-không no (chứa nối đôi hoặc nối ba)

- Sự cộng hợp vòng kiểu 1,3-lưỡng cực của các nitrin – oxit hay điazo – ankan vào axetilen có sự

hoạt hóa liên kết ba bởi nhóm hút electron bên cạnh cũng dẫn tới sự tạo thành các dẫn xuất của
isoazol và pirazol:

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 21


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

b. Tổng hợp các 1,3-azol
Đối với các 1,3-azol thường khơng có phương pháp chung và tổng qt nào để tổng hợp như
trong trường hợp của 1,2-azol. Tuy nhiên có thể dẫn ra một số phương pháp chung sau đây:
- Đóng vịng các hợp chất 1,4-đicacbonyl, giữa hai nhóm cacbonyl có một dị tố, phương pháp
này tương tự cách tổng hợp vòng 5 một dị tố theo phương pháp Pall – Knorr.

- Sự tương tác giữa các α-halolgen cacbonyl với amiđin và các thioamit có thể dùng làm phương
pháp tổng hợp imiđazol và thiazol tương ứng.

- Trong một vài trường hợp có thể tổng hợp các oxazol và thiazol bằng phản ứng ngưng tụ của
các imino ete với các hợp chất α – aminocacbonyl.

- Các hợp chất α – aminocacbonyl hay các dẫn xuất của nó với nhóm cacbonyl “ẩn” có thể phản
ứng với natri isoxianat để tạo ra các dẫn xuất 2-mecaptoimiđazol, sau đó loại nhóm mecapto bằng chất
oxi hóa.
Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 22

Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

3.4.5.3. Tính chất
Ở đây chỉ tập trung vào tính chất của các chất 1,2-azol và 1,3-azol
a. Phản ứng thế electrophin (SE)
- Đối với 1,2-azol:
Trên cơ sở dữ kiện thực nghiệm có thể sắp xếp khả năng phản ứng thế electrophin trong dãy 1,2azol theo thứ tự giảm dần như sau:
Pirazol > isothiazol > isoxazol
Về mặt định hướng thì sự tấn công của tác nhân electrophin xảy ra ở vị trí 4 vì ở vị trí này trạng thái
chuyển tiếp là tương đối bền vững hơn cả:
Ví dụ:

- Đối với 1,3-azol:
Khả năng phản ứng có thể được sắp xếp theo thứ tự sau: Imiđazol > thiazol > oxazol. Imiđazol được
halogen hóa ngay cả khi vắng mặt xúc tác, brom hóa thiazol trong điều kiện thường có kèm theo sự tạo
thành polibrom hóa, cịn oxazol nhìn chung khơng tham gia phản ứng thế electrophin.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 23


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

Nếu vị trí 4 của vịng imiđazol chứa nhóm đẩy electron thì sự thế sẽ xảy ra ở vị trí 5; cịn nếu vị trí 4
và 5 đều bị chiếm thì cơ bản tác nhân electrophin tấn cơng vào vị trí 2:

b. Phản ứng thế nucleophin (SN) và thế gốc (SR)
- Đối với 1,2-azol:
Các phân tử trung tính của dãy 1,2-azol có mật độ electron cao nhất ở vị trí 4., vì vậy ngun tử
halogen liên kết với cacbon này có khả năng kém nhất trong các phản ứng thế nucleophin lưỡng phân tử
(SN2).

Trong hợp chất trên chỉ có nhóm clo ở vị trí 5 được thay thế. Chiều hướng như vậy của sự thế
nucleophin có thể được giải thích rằng điện tích âm xuất hiện trong trạng thái chuyển tiếp được giải tỏa
bởi ảnh hưởng của nhóm nitrin.
- Đối với 1,3-azol:
Ngược lại với các 1,2-azol, các dẫn xuất của imiđazol, thiazol và oxzol đều không tham gia vào sự
thế nucleophin. Nhưng nếu trong phân tử của các 1,3-azol có chứa nhóm thế hoạt hóa mạnh thì đều có
khả năng tham gia phản ứng thế nucleophin đáng kể.

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 24


Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu

Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến

- Các quá trình thế trong dãy azol nói chung rất ít được nghiên cứu. Nếu brom hóa thiazol ở 250 –
400 0C chủ yếu dẫn tới sự hình thành 2-bromthiazol

c. Phản ứng kim loại hóa ở 1,2 và 1,3 – azol
Đối với 1,2-azol phản ứng chọn lọc ở vị trí 5, cịn 1,3-azol ở vị trí 2.

3.4.6. DỊ VÒNG THƠM 6 CẠNH MỘT DỊ TỬ
Tiêu biểu của nhóm này là piriđin
3.4.5.1. Cấu tạo và đặc tính thơm
Đây là hợp chất thơm, sự phân bố mật độ electron trong vòng piriđin tương ứng với dãy cấu trúc
cộng hưởng sau:

3.4.5.2. Các phương pháp tổng hợp
a. Ngưng tụ đóng vịng axetilen với ammoniac hay xianhiđric

;

Nguyễn Thị Thạch Thảo

Trang 25