Hoa hoc huu co

Phân loại các hợp chất hữu cơ.Thành phần nguyên tố và công thức phân tử.. Trong hợp chất HC các nguyên tử C có thể liên kết với nhau hoặc với các nguyên tử khác tạo thành mạch thẳng , n

GVC- Th.s Võ Thị Bích Lâm Tổ Hóa học

Khoa Tự nhiên

MỞ ĐẦU

• Anh(Chị) có những hiểu biết gì về hóa học hữu

cơ ?

• Học phần Hóa học hữu cơ chúng ta nghiên cứu những vấn vấn đề gì?

•

•

• Những vấn đề cần chú ý để chuẩn bị học tốt học phần hữu cơ A1

Chương I ĐẠI CƯƠNG

24 (19 , 5) tiết

• Mục tiêu:

• Sinh viên hiểu được

Đ ối tượng và lược sử phát triển của hóa học hữu cơ Đặc tính chung của hợp chất hữu cơ.

Phân loại các hợp chất hữu cơ.Thành phần nguyên tố và công thức phân tử Công thức cấu tạo Thuyết cấu tạo hóa học Khái niệm về đồng đẳng, đồng phân cấu tạo

Khái niệm về cấu trúc không gian và công thức mô tả cấu trúc không gian Đồng phân hình học, mở đầu về đồng phân quang học Sơ lược về cấu dạng.

Cấu trúc electron Liên kết cộng hóa trị và các liên kết yếu

Hiệu ứng cảm ứng( I).Hiệu ứng liên hợp (C) Hiệu ứng siêu liên hợp (H).

Các phương pháp xác định cấu trúc phân tử hợp chất HC.

Phân loại phản ứng hữu cơ Các sản phẩm trung gian kém bền vững trong phản ứng Cabocation, cacbanion, gốc tự do Khái niệm về cơ chế phản ứng

Nguyên tắc chung của danh pháp hữu cơ.

A- Hợp chất hữu cơ và

hoá học hữu cơ:

• I Định nghĩa, đối tượng và lược sử phát triển của hóa học hữu cơ.

• Hãy cho biết thế nào là chất hữu cơ ? Thế nào là ngành hóa học hữu cơ? Cho ví dụ:

• - Hóa học hữu cơ có từ thời xa xưa, nó tồn tại ở dạng không tinh khiết hoặc dạng hỗn hợp.

• - Giữa TK-XVIII hóa học mới được chia thành hóa VC và hóa HC Ông tổ của ngành hóa học HC là

Beczeliuyt (Thụy Điển 1779-1848) “ thuyết lực sống”.

• - 1924 Vole(Đức) tổng hợp ra chất HC axit oxalic, 1928 tổng ure và sau đó đặc biệt đầu TK- XIX các nhà khoa học khác cũng tổng hợp ra nhiều chất HC khác và cùng với sự ra đời của các học thuyết HH Đặc biệt là mở đầu cho sự phát triển của ngành hóa học HC làthuyết cấu tạo hóa học ( Butlerop 1861) ra đời

• - Đầu TKXX cho đến nay ngành hóa học HC phát triển như vũ bão, với những thành tựu xuất sắc

II Đặc tính chung của hợp

chất hữu cơ

So sánh sự khác nhau giữa hợp chất hữu cơ và vô cơ ? Cho ví dụ

• 1) Thành phần nguyên tố các chất HC chủ yếu là C,H, N, O và một số nguyên tố khác Nhưng lượng chất hữu cơ hiện nay đã biết là rất lớn và tăng không ngừng chưa thấy giới hạn

• 2) Phần lớn các hợp chất HC cháy được, ít bền ở nhiệt độ cao, dễ bay hơi , ít hoặc không dẫn điện Trong đó chất vô cơ đều không cháy , chịu nhiệt độ cao, dẫn điện mạnh.

• 3) Đa số các hợp chất HC trong dung dịch ít hoặc không phân ly thành ion Trong khi đó phần lớn các chất VC phân ly thành ion trong dung dịch.

• 4) Liên kết trong hợp chất HC là liên kết cộng hoá

trị Trong hợp chất HC các nguyên tử C có thể liên kết với nhau hoặc với các nguyên tử khác tạo thành mạch thẳng , nhánh, vòng Trong hợp chất VC không có hiện tượng đó Rất hiếm hợp chất vô cơ trong

phân tử chứa nhiều nguyên tử của cùng một

nguyên tố như nguyên tử C trong phân tử chất HC.

• 5) Trong hợp chất HC có sự xuất hiện đồng phân Đó là những chất có cùng công thức phân tử nhưng có tính chất khác nhau do cấu tạo hoá học của chúng

khác nhau Đây là hiện tượng phổ biến trong hoá học

HC Chính nhờ hiện tượng này mà nó góp phần làm tăng số lượng chất hữu cơ lên một cách đáng kể.

• 6) Do đặc điểm cấu tạo phân tử chất HC nên các chất HC khi tham gia phản ứng làm cho phản ứng HC cũng có những nét đặc trưng riêng:

• * Các chất HC thường tiến hành với tốc độ

chậm, có tính giới hạn, không tiến hành đến cùng , chỉ đạt đến cân bằng thuận nghịch.

• * Hiệu suất phản ứng thấp

• * Theo nhiều hướng khác nhau, tạo hỗn hợp các sản phẩm

III.Phân loại các hợp chất

hữu cơ

• 1) Phân loại theo nhóm chức:

Thế nào là nhóm chức ( chức hóa học)? Cho ví

dụ:

Lấy ví dụ phân loại theo nhóm chức

• 2) Phân loại theo mạch cacbon:

• Sơ đồ phân lọai theo mạch cabon

• ( Trang 19 giáo trình)

Lấy ví dụ minh họa cho sự phân loại theo mạch cacbon.

B - Cấu tạo phân tử hữu

cơ :

• I/ Thành phần nguyên tố và công thức phân tử:

Thành phần nguyên tố của hợp chất HC được biểu thị bằng các công thức nào?

- Công thức tổng quát: CxHyOz

- Công thức đơn giản nhất: (CH2O)n

- Công thức phân tử : C2H4O2

Cho biết thứ tự viết các nguyên tố trong hợp chất

HC ?

Ví dụ: C60H78B2CdCl2I2N16O2P2W2

•

• Cho biết các bước tiến hành xác lập công thức phân tử của một chất?

•1/ Phân tích định tính:

•2/ Phân tích định lượng các

nguyên tố.

•3/ Xác định phân tử khối

•4/ Thiết lập công thức phân tử

• 1/ Phân tích định tính:

Nguyên tắc chung:

• Chuyển các nguyên tố có trong hợp chất cần khảo sát thành các chất vô cơ đơn giản, rồi nhận ra các các sản phẩm này dựa vào một số tính chất đặc trung của chúng.

Hãy cho biết các phương pháp xác định định tính:

Các bon và hiđro.

Nitơ.

Halogen.

Lưu hùynh.

• 2/ Phân tích định lượng các nguyên tố.

Nguyên tắc chung:

Chuyển hòan tòan các nguyên tố trong một lượng cân nhất định của các chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản , sau đó xác định khối lượng ( hoặt thể tích chất khí) của các sản phẩm đó rồi tính

thành % các nguyên tố.

 Hãy cho biết các phương pháp xác định định lượng Cacbon và hiđro.

Nitơ.

Halogen.

Lưu hùynh.

Oxi

• 3/ Xác định phân tử khối

Phương pháp thông thường

Phương pháp phổ khối lượng

• 4/ Thiết lập công thức phân tử

Lập công thức đơn giản nhất, từ đó lập công thức phân tử.

Dựa vào khối lượng các sản phẩm đốt cháy và

MX mà không qua công thức đơn giản nhất.

Dựa vào thành phần % các nguyên tố vá MX

cũng không qua công thức đơn giản nhất.

• Bài tập:

 I.1; I.2 ( giáo trình)

 Đốt cháy hòan tòan 0,356g một chất HC thu được 0,2g nước

và 0,99g CO2 Khi đốt 0,237g hợp chất đó thu đựơc 37,6 cm3 khi N2 đo ở nhiệt độ 180C trên một chậu nước mà áp

suất khí quyển bên ngoài bằng 750mmHg Khi chuyển 0,4g hợp chất đó thành hơi trong những điều kiện như khí N2 nói trên thì hơi có thể tích 124 cm3:

a) Tính thành phần % các nghuyên tố.

b) Xác định tỉ khối hơi của hợp chất HC đó đối với không

khí.

c) Xác định công thức phân tử của hợp chất.

Cho 3 chất A,B,C (CxHyNz).Thành phần % về khối

lượng N trong A là 45,16%; trong B là 23,73%; trong C là 15,05% Biết A,B,C khi tác dụng với HCl chỉ tạo muối dạng R-NH3Cl Tìm công thức A,B,C.

• II/ Công thức cấu tạo Thuyết cấu tạo hoá học.

• 1) Thế nào là công thức cấu tạo? Sự khác nhau giữa công thức phân tử và công thức cấu tạo Các cách viết công thức cấu tạo Cho ví dụ minh họa.

• Công thức cấu tạo thể hiện trật tự kết hợp và đặc tính liện kết giữa các nguyên tử trong phân tử

• Ví dụ:

• Công thức phân tử: C4H9OH

• Công thức cấu tạo:

CH3- CH2- CH2 - CH2- OH

CH3CH2CH2CH2 OH

THU GỌN

BÁN KHAI TRIỂN

KHAI TRIỂN H C -C - C -C - O- H

• THU GỌN NHẤT

• 2) Thuyết cấu tạo hoá học

• Trình bày nội dung của thuyết cấu tạo hoá học Cho ví dụ

(Nội dung trang 31)

• III/ Khái niệm về đồng đẳng Đồng phân cấu tạo.

• 1) Chất đồng đẳng là gì? Tại sao các chất đồng đẳng lại có tính chất hoá học tương tự nhau? Cho ví dụ.

Ví dụ:

- Các hiđrocacbon trong dãy: CH4, C2H6, C3H8 CnH2n+2.

- Các ancoltrong dãy: CH3OH, C2H5OH, C3H7OH

C2H2n+1OH.

Kết luận:

Những hợp chất có thành phần phân tử hơn

kém nhau một hay nhiều nhóm cấu trúc nhất

định, nhưng có tính chất hóa học tương tự nhau là những chất đồng đẳng , chúng hợp thành dãy đồng đẳng.

Mặc dù các chất trong cùng dãy đồng đẳng có công thức phân tử khác nhau một hay nhiều

nhóm cấu trúc nhất định nhưng do chúng có

công thức cấu tạo tương tự nhau nên có tính

chất hóa học tương tự nhau.

• 2) Chất đồng phân là gì? Tại sao đồng phân có cùng công thức phân tử lại có tính chất khác nhau? Cho ví dụ.

• 3) Thế nào là đồng phân cấu tạo? Có mấy loại đồng phân cấu tạo? Cho ví dụ

Đồng phân cấu tạo là đồng phân có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về cấu tạo mạch C, chức hoá học, vị trí nhóm chức, các chia mạch

cacbon.

 Có 4 loại đồng phân cấu tạo:

• a) Đồng phân cấu tạo mạch cacbon:

• c) Đồng phân về vị trí nhóm chức:

• 4) Tautome (hỗ biến)

CH3 - CH2 - N CH3 - CH = N

Dạng axi Dạng nitro

O

OH

C- Cấu trúc không gian và

đồng phân lập thể.

• I/ Khái niệm về cấu trúc không gian và công thức mô tả cấu trúc không gian

• 1) Thuyết cácbon tứ diện

• 2) Công thức phối cảnh

• Hãy trình bày cách biểu diễn hợp CH4 , C2H6 theo công thức phối cảnh.

Cl

H

H H

• 3) Công thức Niumen

• Hãy trình bày cách biểu diễn hợp C2H6 theo công thức Niumen.

H H

H

H

H H

H

H H

H

H

H

• 4) Công thức chiếu Fisơ

Nghiên cứu giáo trình , trình bày cách biểu diễn hợp chất hữu cơ theo công thức chiếu Fisơ.

C COOH

CH3

OH

H chiếu

C COOH

CH3

OH

H viết liền

C COOH

CH3

OH H

Công thức phối cảnh Hình chiếu Công thức Fisơ

• Thế nào là đồng phân lập thể? Cho ví dụ.

• Đồng phân lập thể là những đồng phân có cấu tạo hóa học như nhau ( có cùng công thức cấu

tạo) nhưng khác nhau về sự phân bố trong không gian của các nguyên tử trong phân tử ( tức là khác nhau về cấu trúc không gian của phân tử)

• II/ Đồng phân hình học

Thế nào là đồng phân hình học? Cho ví dụ.

(Thảo luận nhóm 5phút)

Hợp chất nào dưới đây có đồng phân hình học?

C2H6; C2H2Cl2; C2H4,; C2H2; xiclopentan; benzen; đimetyl xiclobutan; ClBrC=CHBr.

1,2-•

• 1) Khái niệm về đồng phân hình học

• Định nghĩa: Đồng phân hình học là loại đồng phân lập thể trong đó các chất đồng phân khác nhau về vị trí không gian của các nhóm thế đối với nối đôi hoặc với mặt phẳng vòng.

C = C

H H

• 2) Điều kiện xuất hiện đồng phân hình học

• - Điều kiện cần: Có liên kết đôi hay vòng no.

• - Điều kiện đủ: Hai nhóm thế đính với cacbon của liên kết đôi và của C của vòng phải có bản

chất khác nhau

• abC = Ccd

•

c d

a b a≠b và c

≠ d

• Phân loại:

• Đồng phân Cis – Trans hay đồng phân Z – E

• - Chất có nhóm thế giống nhau hay gần giống nhau ở cùng một phía của nối đôi hay mặt phẳng vòng gọi là đồng phân cis hay Z ( Zusamem có nghĩa là cùng).

• - Chất có nhóm thế giống nhau hay gần giống nhau ở khác phía của nối đôi hay mặt phẳng vòng gọi là

đồng phân Trans hay E ( Entgegen có nghĩa là đối ,

ngược)

• 3) Sự khác nhau về tính chất của các đồng phân hình học

C = C

H H

cis -1,2-đicloroeten trans -1,2-đicloroeten

• III/ Đồng phân quang học

• 1) Khái niệm về tính quang họat và tính không trùng vật ảnh.

• (nghiên cứu giáo trình)

Tính quang hoạt là gì? Thế nào là chất quang họat? Điều kiện để xuất hiện tính quang họat ở một chất là gì?

Thế nào là đồng phân quang học? Điều kiện để

xuất hiện đồng phân quang học là gì?

Thế nào là gọi là hai chất đối quang (enantiome).

Thế nào là biến thể raxemic.

 Chất có khả năng làm quay mặt phẳng của

ánh sáng phân cực một góc α gọi là tính quang hoạt

 Chất có họat động quang hoạt gọi là chất quang hoạt.

 Điều kiện để xuất hiện tính quang họat ở một chất là phải có yếu tố không trùng vật - ảnh

• Yếu tố không trùng vật – ảnh phổ biến trong

chất hữu cơ là nguyên tử cacbon bất đối C*

• Nguyên tử C* là nguyên tử cacbon liên kết với bốn nguyên tử hoặc bốn nhóm nguyên tử khác nhau ( C*abcd với a ≠ b ≠ c ≠ d)

• Ví dụ:

C*

Br

F H

Cl

C*

COOH

OH H

CH 3

• 2) Hiện tượng đồng phân quang học

• a) Thế nào là đồng phân quang học của nhau ( hai chất đối quang hoặc enantiome)?

C - H

CH3

C2H5HO

H - C

CH3

OH

H5C2L-butan -2-ol D -butan -2-ol

• IV/ Sơ lược về cấu dạng

• 1) Khái niệm cấu dạng Cấu dạng của etan

• b/ Khái niệm cấu dạng

• a/ Cấu dạng của etan

H

H H

H

H

H H

H

Dạng che khuất Dạng xen kẽ

H

H H

H H

H

• 2) Cấu dạng của xiclohexan

H H

equatorial

D- Cấu trúc phân tử chất hữu cơ Liên kết cộng

hóa trị và các liên kết

yếu

• I/ Bản chất và đặc điểm của liên kết cộng hóa trị

• 1) Sự xen phủ obitan Liên kết  và liên kết 

 Hãy trình bày sự hình thành liên kết , liên kết  và đặc điểm của các liên kết này.

Hãy trình bày sự lai hóa sp3; sp2 ; sp của nguyên tử cacbon.

• 2) Sự lai hóa obitan Các liên kết đơn, đôi, ba.

a) Lai hóa sp3 Liên kết đơn.

Cấu hình electron của nguyên tử C:

1s2 2s2 2p1x2p1y

• a/ Lieân keát ñoâi

c) Lieân keát

ba

• 3) Một số đặc điểm của liên kết cọâng hóa trị

Năng lượng liên kết

Thế nào là năng lượng liên kết? Thế nào là năng lượng liên kết trung bình? Thế nào là năng lượng phân li liên kết? Cho ví dụ.

Độ dài liên kết.

Giải thích tại sao độ dài liên kết của

C-C> C=C > C≡ C Biết C-C (1,54A0) ;C=C (1,34A0); C≡ C (1,2A0).

Các đặc điểm khác.

Bài tập I.11,I.12( giáo trình)

• II/ Lieân keát hiñro

Lieân keát hiñro

• 2)Phân loại

Thế nào là liên kết hiđro liên phân tử

Thế nào là liên kết hiđro nội phân tử

O

H F

• 3)Ảnh hưởng của liên kết hiđro đến tính chất vật lí.

So sánh và giải thích nhiệt độ sôi của các chất sau: CH3CH2OH; CH3 SH; (CH3)2O.

So sánh và giải thích nhiệt độ nóng chảy của các chất sau:

NO2OH

NO2OH

• III/ Lực hút Van đe Van (Van der Waals )

- Nghiên cứu Lực hút Van đe Van (trang 54,55 giáo trình)

Giải thích tại sao t0s của n- pentan (t0s = 360C cao hơn t0s của neopentan (t0s= 90C)

- Làm bài tập I.14 ( giáo trình)

Đ - Hiệu ứng cấu trúc

• I/ Hiệu ứng cảm ứng( I).

• Thế nào là ảnh hưởng cảm ứng? Ứng dụng của hiệu ứng cảm ứng ?

Khảo sát tính axit của các axit sau:

Tại sao tính axit của các axit trên lại khác nhau? ( SV thảo luận)

139 x 105

8,9 x 105

3,0 x 105

• 1) Sự phân cực của liên kết 

C -C - C -C - H H

• 2) Hiệu ứng cảm ứng(I)

• Hiệu ứng cảm ứng là sự phân cực của các liên kết lan truyền theo mạch các liên kết δ do sự khác nhau về độ âm điện.

 Qui ước :

• Kí hiệu hiệu ứng cảm ứng: I

– Hiệu ứng cảm ứng dương +I

– Hiệu ứng cảm ứng âm - I

Chiều dịch chuyển electron δ biểu diễn bằng mũi tên thẳng

•

• Liên kết C – H cho I = 0

Liên kết Cδ+ –Xδ- X hút điện tử gây hiệu ứng - I Liên kết Cδ-–Yδ+ Y Đẩy điện tử gây hiệu ứng + I

Quy luật của hiệu ứng I:

* Những nhóm gây hiệu ứng +I : Nhóm ankyl:

- Đặc điểm của hiệu ứng cảm ứng là giảm nhanh khi mạch truyền kéo dài.

Ứng dụng dùng để so sánh tính axit, xét khả năng, cơ chế phản ứng

• II/ Hiệu ứng liên hợp (C).

• Thế nào là hệ liên hợp? Thế nào là hiệu ứng liên hợp? Ứng dụng của hiệu ứng liên hợp? Cho ví dụ.

Giải thích tại sao khi thực hiện phản ứng clo hóa vào

nhân thơm của các dẫn xuất benzen khác nhau lại cho ta các sản phẩm chính ở những vị trí trong nhân thơm

• 1) Sự phân cực của liên kết 

Cho ví dụ về những liên kết  có sự phân cực và không phân cực

CH2=CH2 ; CH ≡ CH liên kết  không phân cực.

liên kết  phân cực

• 2) Hệ liên hợp

NO2 NH2

• 3) Hiệu ứng liên hợp

• Hiệâu ứng liên hợp là sự phân bố lại mật độ

electron π hoặc electron p tự do trong hệ liên hợp

Qui ước :

Kí hiệu hiệu ứng liên hợp C

• - Hiệu ứng liên hợp âm - C

• - Hiệu ứng liên hợp dương + C

Chiều dịch chuyển electron π biểu diễn bằng mũi tên cong

 Quy luật của hiệu ứng C:

• * Những nhóm gây hiệu ứng +C :

• - Nhóm có cặp electron tự do :

-OH ; -NH2;

CH3O-• -F > -Cl > -Br> -I;

• -NH2> -OH > -F

• * Những nhóm gây hiệu ứng – C:

• - NO2; -CHO; - COR, COOH, - O- NH2 vv….

•

• * Những nhóm có hiệu ứng có dấu không cố

định :

• Một số nhóm chưa no hoặc thơm như vinyl , phenyl có hiệu ứng C với dấu phụ thuộc bản chất của những nhóm nguyên tử khác liên kết với

chúng

• VD:

• Đặc điểm và ứng dụng

• - Hiệu ứng liên hợp chỉ biến đđổi tương đđối ít khi mạch liên hợp tương kéo dài

• - Hiệu ứng liên hợp có hiệu lực mạnh trên hệ liên hợp phẳng.