Tài liệu Hóa học hữu cơ

Hóa Học Hữu Cơ TS Phan Thanh Sơn Nam Bộ môn Kỹ Thuật Hữu Cơ Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM Điện thoại: 8647256 ext. 5681 Email: [email protected] 1 Tài liệu tham khảo [1] Paula Y. Bruice, ‘Organic chemistry’, fifth edition, Pearson Prentice Hall, 2007 [2] Graham T.W. Solomons, Craig B. Fryhle, ‘Organic chemistry’, eighth edition, John Wiley & Sons, 2004 [3] Francis A. Carey, ‘Organic chemistry’, fifth edition, McGrawHill, 2003 [4] Robert T. Morrison, Robert N. Boyd, ‘Oragnic chemistry’, sixth edition, Prentice Hall, 1992 [5] Trần Thị Việt Hoa, Phan Thanh Sơn Nam, ‘Hóa hữu cơ’, NXB Đại Học Quốc Gia – HCM, 2007 [6] Trần Thị Việt Hoa, Trần Văn Thạnh, ‘Bài tập hoá hữu cơ’, NXB Đại Học Quốc Gia – HCM, 2004 [8] Thái Doãn Tĩnh, ‘Cơ sở lý thuyết hoá hữu cơ’, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2000 [9] Trần Quốc Sơn, ‘Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ’, NXB Giáo Dục, 1979 2 NỘI DUNG CHÍNH • Đồng phân của hợp chất hữu cơ • Hiệu ứng trong hợp chất hữu cơ • Cơ chế các phản ứng của hợp chất hữu cơ • Alkane • Alkene • Alkyne • Alkadiene • Hợp chất hydrocarbon thơm • Dẫn xuất halogen • Alcohol – Phenol • Aldehyde – Ketone • Carboxylic acid • Amine – Hợp chất diazonium 3 Chương 1: ĐỒNG PHÂN • Đồng phân: những hợp chất hữu cơ có công thức phân tử giống nhau, công thức cấu tạo khác nhau Æ tính chất hóa học, vật lý, sinh học khác nhau • Phân loại: + Đồng phân cấu tạo (phẳng) + Đồng phân lập thể: đồng phân hình học (cis, trans), đồng phân quay (cấu dạng), đồng phân quang học 4 I. Đồng phân cấu tạo Do có sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử trong mạch C I.1. Đồng phân mạch C n-butane iso-butane C6H12 methyl cyclopentane cyclohexane 5 I.2. Đồng phân do vị trí các liên kết bội, nhóm chức butene-1 C4H8 OH butene-2 OH OH OH OH 1,2- 1,3- OH 1,4- dihydroxy benzene 6 I.3. Đồng phân có nhóm định chức khác nhau dimethyl ketone C3H6O propan-2-one O acetone CHO propionaldehyde propanal propionic aldehyde C3H6O2 COOH Propionic acid O O methyl acetate 7 I.4. Đồng phân có nhóm thế khác nhau liên kết với nhóm định chức C4H10O O O diethyl ether methyl propyl ether 8 II. Đồng phân lập thể II.1. Đồng phân hình học II.1.1. Điều kiện xuất hiện đồng phân hình học • Xuất hiện khi phân tử có 1 bộ phận cứng nhắc Æ cản trở sự quay tự do của các nguyên tử ở đó • 2 nguyên tử liên kết với cùng 1 nguyên tử của bộ phận cứng nhắc phải khác nhau 9 • Thường xuất hiện ở các hợp chất có chứa: C=C, C=N, N=N, hệ liên hợp, vòng phẳng 3 hay 4 cạnh abC=Ccd: a ≠ b, c ≠ d Cl H Cl H 10 II.1.2. Danh pháp của đồng phân hình học a. Hệ cis-trans: abC=Cab • Nhóm thế tương đương nằm cùng phía mặt phẳng liên kết π Æ cis • Khác phía Æ trans H3C H CH3 H cis-butene-2 H3C H H CH3 trans-butene-2 11 b. Hệ Z-E: abC=Ccd a>b c>d Quy tắc Kahn-Ingold-Prelog: dựa theo thứ tự ưu tiên trong bảng HTTH của nhóm thế a, c cùng phía so với mặt phẳng nối đôi: Z (zusammen) a, c khác phía so với mặt phẳng nối đôi: E (entgegen) 12 35 Br 17 Cl I (E)-1-Bromo-2-chloro-2-fluoro-1-iodoethene F 9 53 Br F I Cl (Z)-1-Bromo-2-chloro-2-fluoro-1-iodoethene •Lưu ý: Khi dùng Z-E, chú ý Z, E không phải luôn trùng với cis, trans Cl Cl F H Z-, cis- Cl Cl H Br E-, cis- 13 II.1.3. Đồng phân hình học của abC=Nd và aN=Nb a. abC=Nd • Trước đây, dùng hệ syn-, anti-, nhưng không chính xác nên hiện nay dùng hệ Z-E • a>b: a, d khác phía so với mặt phẳng nối đôi Æ E, cùng phía Æ Z • Đối với aldoxime H3C OH C N H anti-acetaldoxime (Z)-acetaldoxime H3C C N OH H syn-acetaldoxime (E)-acetaldoxime 14 • Đối với ketoxime: Cùng 1 chất, có thể gọi là syn- hay anti- !!! H3C H3C OH C N anti-phenyl-p-tolylketoxime syn-p-tolyl-phenylketoxime C N OH syn-phenyl-p-tolylketoxime anti-p-tolyl-phenylketoxime Æ hệ syn-anti không chính xác Æ chuyển sang hệ Z-E 15 b. aN=Nb C6H5 N N C6H5 anti-azobenzene N N C6H5 C6H5 syn-azobenzene 16 II.1.4. Đồng phân hình học của hợp chất chứa C=C liên hợp a(HC=CH)nb CH H 6 5 H H H C6H5 H H C6H5 H H H C6H5 H C6H5 trans,trans-1,4-diphenyl-1,3-butadiene cis,cis-1,4-diphenyl-1,3-butadiene C6H5 H cis,trans-1,4-diphenyl-1,3-butadiene H * Số đp hình học của hệ liên hợp C=C N = 2n-1 + 2p-1 n: số nối đôi liên hợp p = n/2 nếu n chẵn p = (n + 1)/2 nếu n lẻ 17 II.1.5. Đồng phân hình học của vòng no 3, 4 cạnh • Được bố trí trên 1 mặt phẳng Æ các nhóm thế không thể quay tự do Æ xuất hiện đồng phân hình học * Các nhóm thế tương đương cùng phía mặt phẳng Æ cis, khác phía Æ trans HOOC H COOH H cis-cyclopropane-1,2-dicarboxylic acid HOOC H H COOH trans-cyclopropane-1,2-dicarboxylic acid 18 II.1.6. Cách xác định và so sánh các đồng phân hình học a. xác định khoảng cách giữa các nhóm thế Khoảng cách giữa 2 nhóm thế tương đương trong đồng phân cis < trans H Cl H Cl H Cl Cl H 4.7 Å 3.7 Å 19 b. Moment lưỡng cực • 2 nhóm thế giống nhau aHC=CHa H Cl H Cl H Cl Cl H μcis (1.89D) > μtrans (0D) • 2 nhóm thế khác nhau aHC=CHb (a ≠ b) •2 nhóm thế cùng hút hay cùng đẩy điện tử: μcis > μtrans •2 nhóm thế có tính chất điện tử ngược nhau: μcis < μtrans 20