TÀI LIỆU GIẢNG DẠY - Trường Đại học Trà Vinh

Phụ lục 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH

KHOA HÓA HỌC ỨNG DỤNG

TÀI LIỆU GIẢNG DẠY

MÔN HÓA HỌC HỮU CƠ 1

GV biên soạn: Mai Thị Thùy Lam

Trà Vinh, 10/2016

Lưu hành nội bộ

Tài liệu giảng dạy Môn Hóa học hữu cơ 1 1

MỤC LỤC

Nội dung Trang

BÀI 1 LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ VÀ HÌNH DẠNG PHÂN TỬ ........................................ 3

1.1 Công thức Lewis ............................................................................................................ 3

1.2 Nhóm chức ...................................................................................................................... 5

1.3 Góc liên kết và hình dạng phân tử ............................................................................... 6

1.4 Hiệu ứng điện tử trong hóa học hữu cơ ....................................................................... 8

Câu hỏi (bài tập) củng cố .............................................................................................. 11

BÀI 2 ALKANE VÀ CYCLOALKANE .................................................................................. 14

2.1 Cấu tạo của alkane ...................................................................................................... 14

2.2 Đồng phân cấu tạo (Constitutional isomerism) của alkane ..................................... 15

2.3 Danh pháp của alkane ................................................................................................. 15

2.4 Cycloalkane .................................................................................................................. 18

2.5 Cấu dạng (Conformation) của alkane và cycloalkane ............................................. 19

2.6 Đồng phân cis, trans trong cycloalkane ..................................................................... 23

2.7 Tính chất vật lý ............................................................................................................ 25

2.8 Phản ứng của alkane ................................................................................................... 25

2.9 Ứng dụng ...................................................................................................................... 26

2.10 Giới thiệu riêng về methane ...................................................................................... 27


BÀI 3 ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ ............................................................................................. 31

3.1 Tính quang hoạt ........................................................................................................... 31

3.2 Chiral (tính chất không trùng vật - ảnh) ................................................................... 33

3.3 Cấu hình tương đối và cấu hình tuyệt đối ................................................................. 36

3.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của hóa học lập thể .................................................. 39

3.4.1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của hóa học lập thể trong hóa dược .................... 39

3.4.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của hóa học lập thể trong hóa sinh...................... 41

3.4.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của hóa học lập thể trong nông nghiệp ............... 41

3.4.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của hóa học lập thể trong vật liệu ....................... 42

Cách biểu diễn một phân tử chiral trên mặt phẳng giấy ............................................... 43


BÀI 4 ACID - BASE ............................................................................................................... 46

4.1 Acid và base Arrhenius ............................................................................................... 46

4.2 Acid và base Bronsted – Lowry .................................................................................. 46

4.3 Hằng số phân ly acid, pKa ........................................................................................... 48

4.4 Cân bằng trong phản ứng acid base .......................................................................... 49

4.5 Cấu tạo phân tử và tính acid ...................................................................................... 50

4.6 Acid và base Lewis ....................................................................................................... 52


BÀI 5 ALKENE ....................................................................................................................... 55

5.1 Cấu tạo của alkene ....................................................................................................... 55

5.2 Danh pháp .................................................................................................................... 56

5.3 Tính chất vật lý ............................................................................................................ 57

5.4 Tính chất hóa học ........................................................................................................ 57

5.5 Ứng dụng ...................................................................................................................... 65


BÀI 6 ALKYNE ....................................................................................................................... 68


6.1 Cấu tạo của alkyne ...................................................................................................... 68

6.2 Danh pháp .................................................................................................................... 68

6.3 Phân loại ....................................................................................................................... 69

6.4 Tính chất vật lý ............................................................................................................ 69

6.5 Tính acid của 1 – Alkyne ............................................................................................. 69

6.6 Điều chế alkyne ............................................................................................................ 70

6.7 Phản ứng cộng electrophile của alkyne ..................................................................... 71

6.8 Phản ứng hydrate hóa alkyne tạo aldehyde và ketone ............................................. 73

6.9 Phản ứng khử của alkyne............................................................................................ 74

6.10 Ứng dụng .................................................................................................................... 75


BÀI 7 HALOALKANE VÀ PHẢN ỨNG HALOGEN HÓA VÀ PHẢN ỨNG GỐC TỰ DO

.................................................................................................................................................. 78

7.1 Cấu tạo của haloalkane ............................................................................................... 78

7.2 Danh pháp .................................................................................................................... 78

7.3 Tính chất vật lý của haloalkane.................................................................................. 78

7.4 Điều chế haloalkane bằng phản ứng halogen hóa alkane ........................................ 81

7.5 Phản ứng halogen hóa tại carbon allyl ...................................................................... 83

7.6 Phản ứng cộng HBr vào alkene theo cơ chế gốc tự do ............................................. 84

7.7 Vài nét về ứng dụng thực tiễn và tác hại của một số nhóm alkyl halide đối với môi

trường ................................................................................................................................. 85


BÀI 8 PHẢN ỨNG THẾ VÀ PHẢN ỨNG KHỬ .................................................................. 88

8.1 Một số khái niệm.......................................................................................................... 88

8.2 Phản ứng thế thân hạch (Nucleophilic Substitution) ............................................... 91

8.3 Phản ứng tách (Elimination reaction) ..................................................................... 100

8.4 Sự cạnh tranh giữa phản ứng SN1, SN2, E1, E2 ...................................................... 105

Câu hỏi (bài tập) củng cố ............................................................................................ 107

BÀI 9 ALCOHOL.................................................................................................................. 111

9.1 Cấu tạo và danh pháp ............................................................................................... 111

9.3 Tính acid và tính base của alcohol ........................................................................... 112

9.4 Phản ứng của alcohol với kim loại hoạt động ......................................................... 113

9.5 Sự chuyển đổi alcohol thành haloalkane và sulfonate............................................ 114

9.7 Phản ứng oxi hóa alcohol .......................................................................................... 120

9.8 Rượu và sức khỏe con người ..................................................................................... 122


BÀI 10 ETHER, SULFIDE VÀ EPOXIDE ......................................................................... 126

10.1 Ether ......................................................................................................................... 126

10.2 Epoxide ..................................................................................................................... 130

10.3 Sulfide ....................................................................................................................... 132


BÀI 11 HỢP CHẤT CƠ KIM ............................................................................................... 136

11.1 Hợp chất cơ magnesium và hợp chất cơ lithium .................................................. 136

11.2 Tác chất lithium dialkylcuprate (Tác chất Gilman) ............................................. 139


TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 141


BÀI 1

LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ VÀ HÌNH DẠNG PHÂN TỬ

1.1 Công thức Lewis

1.1.1 Sự hình thành liên kết hóa học

Theo Lewis, nguyên tử tham gia tạo liên kết hóa học cần đạt được cấu hình electron bão

hòa của lớp ngoài cùng, giống như của nguyên tử khí hiếm. Nguyên tử đạt được lớp hóa trị

bão hòa theo hai cách.

(1) Nguyên tử cho hoặc nhận electron để đạt được lớp hóa trị bão hòa. Nguyên tử nhận

electron trở thành anion (mang điện tích âm), nguyên tử cho electron trở thành cation

(mang điện tích dương). Ion mang điện tích âm và ion mang điện tích dương tương tác

với nhau hình thành tinh thể ion như sodium chloride (NaCl), trong đó mỗi ion mang điện

tích dương sẽ được bao quanh bởi các ion mang điện tích âm và ngược lại. Ta gọi tương

tác này là tương tác ion.

(2) Nguyên tử có thể dùng chung electron với một hoặc nhiều nguyên tử khác để đạt được

lớp hóa trị bão hòa. Liên kết hóa học được tạo thành do sự dùng chung electron gọi là liên

kết cộng hóa trị.

Liên kết có một phần liên kết ion và một phần liên kết cộng hóa trị gọi là liên kết cộng

hóa trị phân cực.

1.1.2 Độ âm điện và liên kết hóa học

Bảng 1.1 Giá trị độ âm điện cho các nguyên tử

Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể:

- Trình bày sự hình thành liên kết hóa học.

- Vẽ công thức cấu tạo theo Lewis.

- Phân loại các nhóm chức trong hóa học hữu cơ.

- Trình bày hiệu ứng trong hóa học hữu cơ.

- Sử dụng đúng mũi tên cong để chỉ sự di chuyển của electron.

- Phân biệt các loại liên kết, Dự đoán góc liên kết và hình dạng phân tử.


Phân loại liên kết hóa học dựa vào sự chênh lệch độ âm điện giữa hai nguyên tử liên kết

với nhau được thể hiện ở bảng 1.2 phân loại liên kết hóa học.

Bảng 1.2 Phân loại liên kết hóa học

Chênh lệch độ âm điện giữa hai nguyên tử Loại liên kết

Nhỏ hơn 0.5 Cộng hóa trị không phân cực

(Nonpolar covalent)

Từ 0.5 đến 1.9 Cộng hóa trị phân cực

(Polar covalent)

Lớn hơn 1.9 Ion

Trong liên kết cộng hóa trị phân cực, nguyên tử có độ âm điện lớn hơn sẽ hút cặp electron

liên kết về phía nó, nên nó có điện tích âm riêng phần, ký hiệu là , nguyên tử có độ âm

điện nhỏ hơn sẽ có điện tích dương riêng phần, ký hiệu là . Ta dùng mũi tên để biểu diễn

cho liên kết cộng hóa trị phân cực với đầu mũi tên hướng về nguyên tử có độ âm điện lớn.

H Cl H Cl

Độ phân cực của liên kết cộng hóa trị được đo lường bằng vectơ gọi là moment lưỡng cực

liên kết (bond dipole moment), ký hiệu là µ.

1.1.3 Công thức Lewis cho phân tử và ion đa nguyên tử

Lưu ý khi vẽ công thức Lewis:

(1) Xác định số electron hóa trị trong phân tử hoặc ion.

(2) Xác định sự sắp xếp giữa các nguyên tử trong phân tử.

(3) Nối các nguyên tử với nhau bằng liên kết đơn. Sắp xếp các electron còn lại cho các

nguyên tử sau cho tất cả các nguyên tử đều đạt quy tắc bát tử (8 electron ở lớp ngoài cùng

cho các nguyên tử ngoại trừ hydrogen là 2 electron ở lớp ngoài cùng).

(4) Cặp electron liên kết giữa hai nguyên tử được biểu diễn bằng đường gạch đơn, còn

cặp electron không liên kết được biểu diễn bằng hai chấm.

(5) Hai nguyên tử có thể liên kết với nhau bằng liên kết đơn, liên kết đôi, hoặc liên kết ba.

(6) Đa số trong các phân tử thì: xung quanh nguyên tử carbon có 4 cặp electron liên kết,

xung quanh nguyên tử nitrogen có 3 cặp electron liên kết và 1 cặp electron không liên kết,

xung quanh nguyên tử oxygen có 2 cặp electron liên kết và 2 cặp electron không liên kết,

xung quanh nguyên tử halogen có 1 cặp electron liên kết và 3 cặp electron không liên kết.


Bảng 1.3 Công thức Lewis cho một vài hợp chất

H O H

H N

H

H

H C

H

H

H

H Cl

H2O

Nước

NH3

Ammonia

CH4

Methane

HCl

Hydrogen chloride

C C

H

HH

H

C C HH C O

H

H

O

CHO

H

O

C2H4

Ethylene

C2H2

Acetylene

CH2O

Formaldehyde

H2CO3

Acid carbonic

1.2 Nhóm chức

1.2.1 Alcohol

Alcohol là hợp chất hữu cơ có chứa nhóm – OH (hydroxyl) liên kết với carbon tứ diện

(carbon liên kết với bốn nguyên tử). Ví dụ như ethanol.

C O H H C

H

H

C

H

H

O H

EthanolAlcohol

Chúng ta cũng có thể biểu diễn alcohol bằng công thức cấu tạo rút gọn. Ví dụ ethanol là

CH3CH2OH hay CH3 – CH2 – OH.

Alcohol được phân loại thành alcohol bậc 1 (1o – primary), alcohol bậc 2 (2o – secondary)

và alcohol bậc 3 (3o – tertiary) phụ thuộc vào số nguyên tử carbon liên kết với carbon mang

nhóm – OH.

H3C C

H

H

OH H3C C

H

CH3

OH H3C C

CH3

CH3

OH

Alcohol 1o Alcohol 2o Alcohol 3o

1.2.2 Amine

Amine là hợp chất hữu cơ có chứa nhóm amino, trong đó nguyên tử nitrogen liên kết với

một, hai hoặc ba nguyên tử carbon bằng liên kết đơn. Amine được phân loại amine bậc 1 –

nguyên tử nitrogen liên kết với một nguyên tử carbon, amine bậc 2 – nguyên tử nitrogen liên

kết với hai nguyên tử carbon và amine bậc 3 – nguyên tử nitrogen liên kết với ba nguyên tử

carbon.


H N

H

H H3C N

H

H H3C N

CH3

H H3C N

CH3

CH3

Ammonia Methylamine

(amine 1o)

Dimethylamine

(amine 2o)

Trimethylamine

(amine 3o)

1.2.3 Aldehyde và ketone

Nhóm chức có trong aldehyde và ketone là nhóm C=O (carbonyl). Formaldehyde, CH2O,

là aldehyde đơn giản nhất, carbon carbonyl liên kết với hai nguyên tử hydrogen. Trong phân

tử các aldehyde khác, carbon carbonyl liên kết với một nguyên tử hydrogen và một nguyên tử

carbon. Nhóm chức aldehyde được viết gọn là – CH=O hay – CHO. Trong phân tử ketone,

carbon carbonyl liên kết với hai nguyên tử hydrogen.

C C H

O

H3C C H

O

C C

O

C H3C C

O

CH3

Acetaldehyde(Aldehyde)

Acetone(Ketone)Aldehyde Ketone

1.2.4 Acid carboxylic

Nhóm chức acid carboxylic là nhóm – COOH (carboxyl: carbonyl + hydroxyl).

C

O

O H H3C C

O

O H

Acid acetic

1.2.5 Ester carboxylic

Ester carboxylic thường được gọi là ester, là dẫn xuất của acid carboxylic, thay thế

nguyên tử hydrogen của acid carboxylic bằng nhóm alkyl, – COOR.

C

O

O C H3C C

O

O CH3

Methyl acetate

1.3 Góc liên kết và hình dạng phân tử

Để dự đoán góc liên kết trong phân tử hoặc ion, ta lưu ý đến thuyết đẩy các cặp electron ở

lớp hóa trị (valence-shell electron pair repulsion – VSEPR).

Sau đây ta dùng thuyết VSEPR để dự đoán góc liên kết trong phân tử methane, CH4.

Công thức Lewis của CH4 cho thấy xung quanh nguyên tử carbon có bốn vùng electron. Mỗi

vùng chứa một cặp electron liên kết với một nguyên tử hydrogen. Theo VSEPR, bốn vùng

electron này nằm ở những vị trí sao cho khoảng cách giữa chúng là xa nhất, và vị trí phù hợp

là khi góc giữa hai cặp electron là 109,5o, và hình dạng phân tử là dạng tứ diện. Góc liên kết

H – C – H trong methane thực nghiệm đo được là 109,5o.

Ta dự đoán hình dạng của phân tử ammonia, NH3 theo cách tương tự. Công thức Lewis


của NH3 cho thấy xung quanh nguyên tử nitrogen có bốn vùng electron. Trong đó, ba vùng

chứa cặp electron liên kết với nguyên tử hydrogen và một vùng chứa cặp electron không liên

kết. Theo VSEPR, ta dự đoán rằng bốn vùng electron này sắp xếp theo dạng tứ diện, góc liên

kết H – N – H là 109,5o và hình dạng phân tử là hình tháp đáy tam giác. Góc thực nghiệm

quan sát được là 107,3o. Có sự khác biệt nhỏ giữa độ lớn góc liên kết dự đoán và thực nghiệm

được giải thích là do cặp electron không liên kết đẩy cặp electron kế bên mạnh hơn so với cặp

electron liên kết.

Hình 1. 1 Công thức Lewis và hình dạng phân tử của methane

(a) Công thức Lewis (b) Hình dạng phân tử

Ta xét tiếp một số phân tử có nguyên tử được bao xung quanh bởi ba vùng electron như

trong phân tử formaldehyde và ethylene.

Theo VSEPR, liên kết đôi được xem như một vùng electron. Trong formaldehyde, xung

quanh nguyên tử carbon có ba vùng electron, hai vùng chứa liên kết đơn C – H và một vùng

chứa liên kết đôi C = O. Trong ethylene, mỗi nguyên tử carbon cũng được bao quanh bởi ba

vùng electron.

Ba vùng electron ở xa nhau nhất khi chúng đồng phẳng và tạo thành một góc 120o, dạng

tam giác phẳng. Vì vậy, dự đoán góc H – C – H và H – C – O trong formaldehyde và góc

H – C – H và H – C – C trong ethylene là 120o, và tất cả các nguyên tử đều đồng phẳng. Góc

liên kết thực nghiệm có giá trị khá gần với góc dự đoán.

Những dạng khác của phân tử, nguyên tử trung tâm được bao xung quanh bởi hai vùng


electron như carbon dioxide (CO2) và acetylene (C2H2).

Trong carbon dioxide, carbon được bao xung quanh bởi hai vùng electron. Mỗi vùng

chứa hai cặp electron. Trong acetylene, mỗi carbon được bao xung quanh bởi hai vùng

electron. Một vùng chứa cặp electron tạo liên kết đơn, và một vùng chứa ba cặp electron tạo

liên kết ba. Trong mỗi trường hợp, hai vùng electron này ở xa nhất khi chúng nằm thẳng hàng

với nhau qua nguyên tử trung tâm tạo nên một góc 180o. Cả carbon dioxide và acetylene đều

ở dạng đường thẳng.

Bảng 1.4 Dự đoán hình dạng phân tử (VSEPR)

Vùng electron xung quanh

nguyên tử trung tâm

Hình dạng phân

tử dự đoán

Góc liên kết dự

đoán

Dạng lai

hóa

Ví dụ

4 Tứ diện 109,5o sp3

H

CH

H

H

3 Tam giác phẳng 120o sp2 C C

H

H H

H

2 Đường thẳng 180o sp C C HH

1.4 Hiệu ứng điện tử trong hóa học hữu cơ

1.4.1 Hiệu ứng cảm (Inductive effect)

Sự bất đối xứng về phương diện điện tích trên nối đơn giữa 2 nguyên tử còn ảnh hưởng

đến các nối đơn kế cận trong phân tử. Nói cách khác, nguyên tử có độ âm điện lớn không

những chỉ có ảnh hưởng đến các nguyên tử nối trực tiếp với nó mà còn ảnh hưởng đến các

nguyên tử xa hơn.

Hiệu ứng cảm là hiệu ứng đặc biệt của nối đơn gây ra do sự khác biệt về độ âm điện

của hai nguyên tử hay hai nhóm nguyên tử nối với nhau.

Hiệu ứng cảm ký hiệu là I và được biểu diễn bằng mũi tên đặt giữa nối đơn. Chiều mũi

tên chỉ chiều di chuyển của điện tử X Y> .

Để có thể phân loại hiệu ứng cảm, người ta qui ước chọn nguyên tử hydrogen để so sánh

(nối C – H được xem như không phân cực I = 0). Hiệu ứng cảm chia ra hai loại: (1) nguyên

tử hay nhóm nguyên tử có khuynh hướng đẩy điện tử (hút điện tử yếu hơn hydrogen) gây

hiệu ứng cảm dương I+. (2) nguyên tử hay nhóm nguyên tử có khuynh hướng hút điện tử (hút

điện tử mạnh hơn hydrogen) gây hiệu ứng cảm âm I –.

Hiệu ứng cảm có tính chất sau: chỉ liên quan đến điện tử của nối đơn , truyền dọc theo

mạch , giảm dần ảnh hưởng khi càng xa tâm gây ra hiệu ứng.


Các nhóm gây hiệu ứng cảm âm I – :

+ Các halogen khi độ âm điện càng lớn thì hiệu ứng càng mạnh (– F > – Cl > – Br >– I).

+ Các nhóm mang điện tích dương: – NR3+, – PR3

+, – OR2+, – SR2

+.

+ Các nhóm trung hòa có nguyên tử có độ âm điện lớn: – NH2, – OH, – SH, – NR2, – PR2

+ Các nhóm trung hòa có nối lưỡng cực: – NO2, – SO3H, – C=O.

Các nhóm gây hiệu ứng cảm dương I + :

+ Các nhóm alkyl có hiệu ứng cảm I + yếu: gia tăng theo thứ tự sau đây:

CH3 CH2CH3 CH CH3

CH3

C

CH3

CH3

CH3

< < <

+ Các nhóm có nguyên tử mang điện tích âm: như oxide, sulfur,… cho điện tử tương đối

dễ dàng. Như vậy, gây hiệu ứng I+ mạnh:

<O: S:

1.4.2 Hiệu ứng cộng hưởng (Resonance effect)

Trong một liên kết đôi cô lập, sự khác biệt giữa hai nguyên tử nối hoặc giữa các nhóm thế

gắn trên 2 nguyên tử nối đưa đến một sự bất đối xứng tương tự như hiệu ứng cảm trong nối

. Nhưng một hiện tượng mới xuất hiện trong các phân tử có liên kết đôi tiếp cách

(conjugate). Trong trường hợp này, sự phân phối điện tử khác hẳn sự phân phối trong các cơ

cấu có nối hóa trị thông thường, và không một cơ cấu nối cộng hóa trị riêng biệt nào thích

hợp với tất cả tính chất của phân tử. Một số lý tính và hóa tính của các chất này được giải

thích thỏa đáng bởi sự lai hóa của nhiều cấu tạo Lewis, gọi là công thức cộng hưởng, chúng

khác nhau ở vị trí các điện tử.

a) Sự phân cực của nối đôi cộng hóa trị

Xét nối cộng hóa trị đôi C=O trong phân tử formaldehyde. Nguyên tử oxygen có độ âm

điện lớn hơn nguyên tử carbon nên hút 2 điện tử của liên kết về phía nó. Ta nói liên kết đôi

bị phân cực.

Ta đã biết một nối cộng hóa trị đôi gồm: một nối bền và một nối kém bền. Các điện

tử của nối linh động hơn. Do đó, sự phân cực của liên kết đôi dễ thực hiện hơn sự phân

cực của nối đơn.

b) Sự phân cực của nối ba cộng hóa trị

Hiện tượng phân cực nói trên cũng xảy ra dễ dàng với nối ba vì trong nối này ta có: một

nối và 2 nối .

Một cách tổng quát, khi có một nối đa giữa 2 nguyên tử có độ âm điện khác nhau, các


điện tử bị hút về phía nguyên tử có độ âm điện lớn, gây nên sự phân cực của nối.

CHÚ THÍCH:

(1) Nối trong liên kết đôi cũng bị phân cực khi 2 nguyên tử nối với nhau có độ âm điện

khác nhau. Tuy nhiên, vì các điện tử linh động hơn điện tử , sự di chuyển của điện

tử gây nên sự phân cực quan trọng hơn. Trong hóa học của carbon, điện tử của nối

là do các điện tử p tạo thành. Tính linh động của điện tử thực ra là của điện tử p, do

cách phủ bên của vân đạo p với nhau tạo thành.

Khi có điều kiện thích hợp các điện tử p của những nhị liên cô lập (cặp electron không

liên kết) cũng có thể bị hút và di chuyển trong phân tử.

(2) Trong trường hợp có liên kết giữa 2 nguyên tử giống nhau ta vẫn có hiệu ứng cộng

hưởng do hai nguyên nhân: Sự linh động của điện tử và Ảnh hưởng của tâm gây

hiệu ứng cảm.

c) Định nghĩa hiệu ứng cộng hưởng

Hiệu ứng cộng hưởng là hiện tượng xảy ra khi có sự di chuyển của điện tử hay điện tử

p trong phân tử.

Tương tự như hiệu ứng cảm, người ta quy ước:

+ Nguyên tử hay nhóm nguyên tử hút điện tử gây ra hiệu ứng cộng hưởng âm (R-).

+ Nguyên tử hay nhóm nguyên tử đẩy điện tử gây ra hiệu ứng cộng hưởng dương (R+).

Sự di chuyển của điện tử được biểu diễn bằng một mũi tên cong chỉ rõ vị trí và hướng di

chuyển của điện tử (mũi tên chỉ sự di chuyển của electron chứ không phải dùng để chỉ sự di

chuyển của nguyên tử). Mũi tên bắt đầu tại liên kết đôi (liên kết ba) hoặc cặp electron không

liên kết và kết thúc tại nguyên tử có thể nhận một liên kết hoặc tạo một cặp electron không

liên kết trên nguyên tử đó.

N

O

O

N

O

O

Hiệu ứng cộng hưởng có thể truyền trong phân tử khi có:

+ Nối đa tiếp cách (cộng hưởng ): ta có nối đa tiếp cách khi nối đa này cách với nối

đa kia một nối đơn .

H2C CH CH CH2 H2C CH CH CH2 CH CH CH2H2C

+ Nối đa tiếp cách với nguyên tử có nhị liên p cô lập (cộng hưởng p – ): điện tử cô lập

được gọi là điện tử tự do hoặc điện tử không liên kết. Ta có nối đa và nhị liên cô lập p tiếp

cách khi chúng cách nhau bởi một nối đơn .


H2C CH Cl: H2C CH Cl:

+ Nối đa tiếp cách với nguyên tử có vân đạo p trống (cộng hưởng p – ): vân đạo p trống

là vân đạo p không có điện tử.

H2C CH CH2H2C CH CH2

Quy tắc viết công thức cộng hưởng:

Qui tắc 1: Có lớp hóa trị chứa đầy electron

H3C O C

H

H

H3C O C

H

H

Cấu trúc cộng hưởng bền (cả nguyên tử oxygen

và carbon đều có lớp hóa trị đầy electron)

Cấu trúc cộng hưởng không bền (nguyên

tử carbon chỉ có 6 electron ở lớp hóa trị)

Qui tắc 2: Có số liên kết cộng hóa trị cao nhất

H3C O C

H

H

H3C O C

H

H

Cấu trúc cộng hưởng bền (có 8 liên

kết cộng hóa trị)

Cấu trúc cộng hưởng không bền

(có 7 liên kết cộng hóa trị)

Qui tắc 3: Có ít nguyên tử mang điện tích nhất

O

CCH3H3C

O

CCH3H3C

Cấu trúc cộng hưởng bền (không có

nguyên tử nào có mang điện tích)

Cấu trúc cộng hưởng không bền (nguyên tử

trong phân tử có mang điện tích)

Qui tắc 4: Điện tích âm nằm trên nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.

O

CCH3H3C

1

O

CCH3H3C

12

2

O

CCH3H3C

Cấu trúc cộng

hưởng kém bền

Cấu trúc cộng

hưởng bền Không nên vẽ

Câu hỏi (bài tập) củng cố

Bài 1: Hợp chất nào sau đây có liên kết cộng hóa trị không phân cực, liên kết cộng hóa trị

phân cực và liên kết ion? (a) LiF (b) CH3F (c) MgCl2 (d) HCl

Bài 2: Sử dụng biểu tượng và chỉ sự phân cực của mỗi liên kết cộng hóa trị sau:

(a) C – Cl (b) S – H (c) C – S (d) P – H

Bài 3: Viết công thức Lewis cho các hợp chất và ion sau. Không có hợp chất nào ở dạng


vòng.

(a) Hydrogen peroxide, H2O2 (b) Hydrazine, N2H4 (c) Methanol, CH3OH

(d) Ion amide, NH2- (e) Ion bicarbonate, HCO3

- (f) Ion acetate, CH3COO-

Bài 4: Dùng VSEPR dự đoán góc liên kết của mỗi nguyên tử được đánh dấu sau đây:

H C

H

H

C

H

H

O H(a) H C

H

C

H

Cl:(b) H C

H

H

C C H(c)

H C

O

O H(d) (e) (f)H O N O

H C

H

H

N

H

H

Bài 5: Dùng VSEPR dự đoán hình dạng của ion sau:

(a) NH2- (b) NO2

- (c) NO2+ (d) NO3

-

Bài 6: Vẽ công thức cấu tạo cho các hợp chất sau:

(a) 8 alcohol có công thức phân tử là C5H12O.

(b) 8 aldehyde có công thức phân tử là C6H12O.

(c) 6 ketone có công thức phân tử là C6H12O.

(d) 8 acid carboxylic có công thức phân tử là C6H12O2.

(e) 9 ester carboxylic có công thức phân tử là C5H10O2.

Bài 7: Xác định nhóm chức trong mỗi hợp chất sau:

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

CH3 CH

OH

C

O

OH HO CH2 CH2 OH CH3 CH

NH2

C

O

OH

HO CH2 CH

OH

C

O

H CH3 C

O

CH2 C

O

OH NH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2NH2

Bài 8: Vẽ công thức cộng hưởng cho các hợp chất sau (chiều di chuyển của electron đã

được chỉ ra bằng mũi tên cong).

(a) (b)

(c) (d)

H O C

O

O

H O C

O

O

H O C

O

O

O C O

(e) (f)H O N O H O N O


Bài 9: Cho công thức cấu tạo của cation tert – butyl

C CH3

H3C

H3C

(a) Có bao nhiêu electron trong lớp hóa trị của carbon mang điện tích dương?

(b) Sử dụng VSEPR, dự đoán góc liên kết tại carbon mang điện tích dương.

(c) Cho biết trạng thái lai hóa của carbon mang điện tích dương.

Bài 10: Cho biết trạng thái lai hóa của các nguyên tử được đánh dấu sau:

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

H C

H

H

C

H

H

H C C

H

H H

H

H C C H

C O

H

H

H C O H

O

H C

H

H

O H

H C

H

H

N

H

H H O N O H2C C CH2(g) (h) (i)


BÀI 2

ALKANE VÀ CYCLOALKANE

Nội dung của bài 2 chủ yếu về tính chất vật lý và hóa học của alkane – một hợp chất hữu

cơ đơn giản nhất.

C C H

H

H

H

H

H

C C

H

HH

H

C C HH

Ethane Ethene Ethyne Benzene

2.1 Cấu tạo của alkane

Methane (CH4) là alkane đơn giản nhất. Methane có cấu tạo tứ diện, tất cả các góc

H – C – H trong phân tử đều có độ lớn là 109,5o. Tương tự với alkane tiếp theo là ethane

(C2H6) cũng có cấu tạo tứ diện, và tất cả các góc liên kết trong phân tử đều xấp xỉ 109,5o.

Các alkane khác có hình dạng trong không gian 3D phức tạp hơn methane và ethane, tuy

nhiên bốn liên kết trên mỗi carbon vẫn sắp xếp theo dạng tứ diện và tất cả các góc liên kết

đều xấp xỉ 109,5o.

Có hai cách biểu diễn cấu tạo của alkane: thứ nhất là vẽ công thức cấu tạo có chỉ ra tất cả

Alkane

Chỉ có liên kết

đơn carbon –

carbon

Có liên kết đôi

carbon –

carbon

Có liên kết ba

carbon –

carbon

Có chứa vòng

benzene

Không bão hòa Bão hòa

Hydrocarbon

Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể:

- Trình bày cấu tạo, cấu dạng, cách gọi tên, tính chất vật lý của alkane và

cycloalkane.

- Ứng dụng phản ứng của alkane.

Alkene Alkyne Arene


nguyên tử carbon và hydrogen; thứ hai là vẽ công thức cấu tạo dạng góc – đường (line –

angle formula). Trong công thức góc – đường, mỗi giao điểm giữa các đường thẳng và điểm

đầu và điểm cuối của các đường thẳng biễu diễn cho một nguyên tử carbon. Mặc dù nguyên

tử hydrogen không được chỉ ra trong công thức góc – đường, nhưng chúng ta phải hiểu là các

nguyên tử carbon có liên kết với nguyên tử hydrogen sao cho xung quanh mỗi nguyên tử

carbon có bốn liên kết.

Công thức cấu tạo CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3

Công thức góc - đường

Propane Butane Pentane

2.2 Đồng phân cấu tạo (Constitutional isomerism) của alkane

Đồng phân cấu tạo là những hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng khác công thức

cấu tạo. Khác công thức cấu tạo ở đây là khác nhau về loại liên kết (đơn, đôi, hoặc ba)

hoặc/và khác nhau về sự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.

Với các công thức phân tử CH4, C2H6 và C3H8 chỉ có thể vẽ được một công thức cấu tạo.

Nhưng C4H8 có thể vẽ được hai công thức cấu tạo là butane và methylpropane. Ta nói, butane

và methylpropane là đồng phân cấu tạo của nhau. Hai hợp chất này có tính chất vật lý và tính

chất hóa học khác nhau (ví dụ nhưng chúng có nhiệt độ sôi chênh lệch nhau 11oC).

Butane Methylpropane

Bảng 2.1 Số đồng phân cấu tạo của hợp chất alkane

Số nguyên tử carbon Số đồng phân cấu tạo

0

5

10

15

25

0

3

75

4347

36797588

2.3 Danh pháp của alkane

2.3.1 IUPAC

Tên IUPAC của alkane mạch không phân nhánh gồm hai phần: (1) tiền tố chỉ số nguyên

tử carbon (bảng 2.2) và (2) hậu tố -ane để chỉ hợp chất hydrocarbon no.

Tên IUPAC của alkane có mạch phân nhánh gồm tên mạch chính (mạch carbon dài nhất

trong phân tử) và tên nhóm thế liên kết với mạch chính. Nhóm thế gọi tên là nhóm alkyl,


thường được ký hiệu là R –. Nhóm alkyl có cấu tạo từ một alkane bỏ đi một nguyên tử

hydrogen được gọi tên như sau: thay thế hậu tố -ane trong tên alkane tương ứng bằng hậu tố

-yl. Ví dụ: nhóm alkyl được tạo từ methane là methyl, CH3 – và nhóm alkyl được tạo từ

ethane là ethyl, CH3CH2 –.

Bảng 2.2 Tiền tố trong hệ thống IUPAC dùng để chỉ số nguyên tử carbon từ 1 đến 20

Tiền tố Số nguyên tử carbon Tiền tố Số nguyên tử carbon

Meth-

Eth-

Prop-

But-

Pent-

Hex-

Hept-

Oct-

Non-

Dec-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Undec-

Dodec-

Tridec-

Tetradec-

Pentadec-

Hexadec-

Heptadec-

Octadec-

Nonadec-

Eicos-

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Quy tắc IUPAC về cách gọi tên của alkane:

(1) Tên của alkane mạch không nhánh bao gồm tiền tố chỉ số nguyên tử carbon và hậu tố

-ane.

(2) Đối với alkane có mạch nhánh thì chọn mạch carbon dài nhất làm mạch chính.

(3) Tên của mỗi nhóm thế gắn với mạch chính gồm hai phần: số và chữ. Số chỉ nguyên tử

carbon của mạch chính mang nhóm thế. Số và chữ cách nhau bằng dấu “ – “ .

CH3CHCH3

CH3

2-Methylpropane

(4) Đánh số thứ tự các nguyên tử carbon mạch chính sao cho nhóm thế ở vị trí nhỏ nhất.

CH3CHCH2CH3

CH3

1

23

45 1

23

45

2-Methylpentane

(đúng)

4-Methylpentane

(sai)

(5) Nếu có hai hay nhiều nhóm thế giống nhau thì dùng tiền tố di-, tri-, tetra-, penta-,…

trước tên nhóm thế.


CH3CHCH2CHCH2CH3

CH3 CH3

1

23

45

6

1

23

45

6

2,4-Dimethylhexane

(đúng)

3,5-Dimethylhexane

(sai)

(6) Nếu có từ hai nhóm thế khác nhau trở lên, thì gọi tên theo thứ tự alphabet. Đánh số

thứ tự nhóm thế sao cho nhóm ưu tiên đọc trước có số thứ tự nhỏ.

12

3 76

54

12

34

56

7

3-Ethyl-5-methylheptane

(đúng)

5-Ethyl-3-methylheptane

(sai)

(7) Các tiền tố di-, tri-, tetra-, penta-,… không dùng để xét thứ tự gọi tên theo alphabet.

1 2

36

544-Ethyl-2,2-dimethylhexane

(8) Nếu có thể chọn được nhiều mạch chính có độ dài như nhau thì chọn mạch chính có

nhiều nhóm thế hơn.

12

36

54

12

34

56

3-Ethyl-2-methylhexane 3-Isopropylhexane (sai)

Bảng 2.3 Tên một số nhóm alkyl từ một đến năm carbon.

Tên Công thức cấu tạo Tên Công thức cấu tạo

Methyl (Me) CH3 1,1-Dimethylethyl

(tert-Butyl, t-Bu) C

CH3

CH3

CH3

Ethyl (Et) CH2CH3

Propyl (Pr) CH2CH2CH3

1-Methylethyl

(isopropyl, iPr)

CHCH3

CH3

Pentyl CH2CH2CH2CH2CH3

Butyl (Bu) CH2CH2CH2CH3 3-Methylbutyl

(isopentyl)

CH2CH2CHCH3

CH3

2-Methylpropyl

(isobutyl, iBu)

CH2CHCH3

CH3

2-Methylbutyl

CH2CHCH2CH3

CH3

1-Methylpropyl

(sec-butyl, s-Bu)

CHCH2CH3

CH3

2,2-Dimethylpropyl

(neopentyl) CH2CCH3

CH3

CH3

Cách viết tắt tên nhóm alkyl và tên thường một số nhóm alkyl được ghi trong dấu ngoặc đơn.


2.3.2 Tên thường

Đối với alkane không phân nhánh, đôi khi thêm tiền tố n- trước tên alkane. Đối với alkane

phân nhánh, thêm tiền tố iso- nếu đầu mạch có nhóm (CH3)2CH –, thêm tiền tố neo- nếu đầu

mạch có nhóm (CH3)3C –.

CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3

CH3

CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH3

CH3

CH3CCH3

CH3

CH3

Butane Isopropane Pentane Isopentane Neopentane 2.3.3 Phân loại nguyên tử carbon và hydrogen

Có bốn loại carbon: carbon bậc 1 (primary), carbon bậc 2 (secondary), carbon bậc 3

(teriary) và carbon bậc 4 (quaternary). Bậc của carbon là số nguyên tử carbon liên kết với

chính nó.

2.4 Cycloalkane

2.4.1 Cấu tạo

Trong tự nhiên, cycloalkane được tìm thấy có vòng từ 3 cạnh đến 30 cạnh.

H2C

H2CCH2

H2C

H2C CH2

CH2 H2C

H2CCH2

CH2

H2C

H2C

H2CCH2

CH2

CH2

H2C

Cyclopropane Cyclobutane Cyclopentane Cyclohexane

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của một số cycloalkane

Với cùng số nguyên tử carbon trong phân tử, cycloalkane sẽ có ít hơn alkane hai nguyên

tử hydrogen. Ví dụ cyclohexane có công thức phân tử là C6H12, hexane có công thức phân tử

là C6H14.

2.4.2 Danh pháp

Cách gọi tên cycloalkane: đối với cycloalkane không có nhánh: thêm tiền tố cyclo- vào

tên alkane có cùng số nguyên tử carbon. Đối với cycloalkane có nhánh thì thêm tên nhóm thế

vào tên cycloalkane.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỂ BIÊN SOẠN NỘI DUNG MÔN HỌC:

- William H. Brown, Christopher S.Foote, Brent L. Iverson. (2012). Organic Chemistry.

USA: Thomson Brooks/cole.

- Lê Ngọc Thạch. (2004). Hóa học lập thể. NXB Đại học Quốc Gia TPHCM.

- GS.TS Trần Quốc Sơn, TS Đặng Văn Liếu. (2008). Giáo trình cơ sơ hóa học hữu cơ tập

một và tập hai. NXB Đại học Sư phạm.

- Bùi Thị Bửu Huê. Giáo trình cơ chế phản ứng hữu cơ. Khoa Khoa học Tự nhiên Trường

Đại học Cần Thơ.

- Đỗ Thị Mỹ Linh. (2007). Hóa học đại cương A3. Khoa Khoa học Tự nhiên Trường Đại

học Cần Thơ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỀ NGHỊ CHO HỌC VIÊN:

- William H. Brown, Christopher S.Foote, Brent L. Iverson. (2012). Organic Chemistry.

USA: Thomson Brooks/cole.

- Lê Ngọc Thạch. (2013). Bài tập hóa học hữu cơ. NXB Đại học Quốc Gia TPHCM.

- Lê Ngọc Thạch. (2004). Hóa học lập thể. NXB Đại học Quốc Gia TPHCM.

- GS.TS Trần Quốc Sơn, TS Đặng Văn Liếu. (2008). Giáo trình cơ sơ hóa học hữu cơ tập

một và tập hai. NXB Đại học Sư phạm.

- Bùi Thị Bửu Huê. Giáo trình cơ chế phản ứng hữu cơ. Khoa Khoa học Tự nhiên Trường

Đại học Cần Thơ.

- Đỗ Thị Mỹ Linh. (2007). Hóa học đại cương A3. Khoa Khoa học Tự nhiên Trường Đại

học Cần Thơ.

Documents

TÀI LIỆU GIẢNG DẠY - Trường Đại học Trà Vinh