Bài giảng Hóa học hữu cơ - Chương 4: Alkane

Bài giảng Hóa học hữu cơ - Chương 4: Alkane cung cấp cho học viên những kiến thức về danh pháp IUPAC, cách xác định mạch chính, đánh số mạch chính, kết hợp prefix + parent + suffix, viết tên nhóm thế phức tạp, tổng hợp alkane, hydro hóa alkene, khử aldehydes,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

DANH PHÁP IUPAC

International Union of Pure and Applied Chemistry

2

Tên gọi hợp chất hữu cơ gồm 3 phần chính.

• Tên mạch chính (parent name) xác định số C của mạch dàinhất trong phân tử chứa nhóm chức chính

• Phần tiếp vĩ ngữ (suffix) cho biết nhóm chức chính

• Phần tiếp đầu ngữ (prefix) cho biết tên gọi, vị trí và số nhómthế gắn với mạch chính

2 Đánh số mạch chính: theo hướng để vị trí nhóm thế đầu tiên là nhỏ nhất.

5

Nếu vị trí nhóm đầu tiên khi đánh số theo cả 2 hướng là như nhau, thì đánh số để vị trí nhóm thế thứ hai nhỏ hơn.

Nếu đánh số mạch chính theo cả 2 hướng đều cho vị trí các nhóm thế là như nhau, chọn cách đánh số để nhóm thế đứng trước trong bảng chữ cái có vị trí nhỏ hơn.

3 Kết hợp prefix + parent + suffix.

Các nhóm thế được viết theo thứ tự bảng chữ cái, phía trước là

4 Viết tên nhóm thế phức tạp

9

Xem nhóm thế như một alkane, chọn mạch dài nhất và đánh số mạch dài nhất của nhóm thế theo hướng để vị trí C liên kết với mạch chính là nhỏ nhất

Một số nhóm alkyl dưới đây có tên riêng được IUPAC chấp nhận sử dụng như tên hệ thống

4

12

NGUỒN ALKANE

• Khí thiên nhiên : 75% methane, 10% ethane, and 15%

propane tùy vào nguồn

• Dầu mỏ: hỗn hợp lỏng chứa khoảng 50 hydrocarbons,

trong đó gần một nữa là alkane, cycloalkane.

14

highest boiling fraction

• Asphalt, tar: nonvolatile

residue

15

Chưng cất dầu thô thu được

các phân đoạn hydrocarbon

theo nhiệt độ sôi

16

TỔNG HỢP ALKANE

1) Hydro hóa alkene, alkyne

17

2) Khử aldehydes, ketones

3) Phản ứng Wurtz

• Giới hạn trong tổng hợp alkane đối xứng từ RI, RBr

• Phản ứng Wurtz giữa 2 alkyl halide khác nhau cho hỗn hợp alkane thường khó phân tách

• Với alkyl halide bậc 3 dễ xảy ra phản ứng tách loại tạo alkane

18

4) Phản ứng ghép sử dụng Lithium dialkylcuprate reagents

19

Ghép giữa 2 gốc R, R’

Lithium dialkylcuprate (Gilman reagent)

R, R’ có thể là alkyl, aryl, vinyl

• Tổng hợp tác nhân Gilman R2CuLi

20

HOẠT TÍNH CỦA ALKANES

21

• Liên kết s trong alkane là liên kết bền.

• Độ âm điện của C và H xấp xỉ nhau  các lk trong

alkane xem như không phân cực

 Alkane không chịu ảnh hưởng của các tác nhân ái

nhân Nu: và tác nhân ái điện tử E.

Alkanes rất kém hoạt động  Paraffins (from Latin

parum affinis – ‘ little affinity’)

Hầu hết các phản ứng thông dụng trong alkane (halogenation, combustion, cracking ) xảy ra trong điều kiện năng lượng cao hoặc nhiệt độ cao

Phản ứng halogen hóa (halogenation of alkane)

22

Thông dụng nhất là chloro hóa và brom hóa

Phản ứng fluoro hóa xảy ra tỏa nhiệt rất mạnh và khó khống chế

Phản ứng iod hóa thu nhiệt và xảy ra rất chậm, ngay cả ở nhiệt độcao 500oK (L)

Xảy ra ở nhiệt độ cao hoặc khi có mặt ánh sáng

Cơ chế: thế gốc tự do (SR)

3 giai đoạn: khơi mào, tiến triển và kết thúc

So sánh chloro hóa và brom hóa

• Phản ứng chlor hóa xảy ra nhanh hơn, cần năng lượng thấp hơn so với phản ứng brom hóa

• Phản ứng chloro hóa có độ chọn lọc thấp, cho hỗn hợp sản phẩm

• Phản ứng brom hóa xảy ra chậm hơn, cần năng lượng cao hơn

(>125 o C), tuy nhiên có độ chọn lọc cao, cho một sản phẩm chính có hiệu suất cao

24

Sự phân bố sản phẩm phụ thuộc 2 yếu tố

• Xác suất thế: phụ thuộc vào số H bị thế tại C đó

• Hoạt tính thế: phụ thuộc bậc C gắn với H bị thế

25

Gốc tự do tạo thành càng bền, càng dễ hình thành, hoạt tính thế càng cao  H tại C bậc 3 dễ bị thế hơn so với H

của C bậc 2 và bậc 1.

Hoạt tính tương đối tạo gốc tự do alkyl b.1, b.2, b.3 khi thực hiện phản ứng chloro hóa ở nhiệt độ phòng

Hoạt tính tương đối tạo gốc tự do alkyl b.1, b.2, b.3 khi thực hiện

phản ứng brom hóa ở nhiệt độ 125 o C

Trong phản ứng brom hóa, sự khác nhau giữa hoạt tính tương đốitạo gốc tự do bậc 3, bậc 2, bậc 1 khác nhau quá lớn, do vậy là yếu

tố quyết định sản phẩm chính  Sản phẩm chính trong phản ứng brom hóa là sản phẩm thế H gắn với C bậc cao nhất.

27

LẬP THỂ PHẢN ỨNG

28

Halogen tấn công vào orbital p từ cả 2 phía trên và dưới mặt phẳng lk s  tạo

hỗn hợp R và S (1 cặp enantiomers)

Phản ứng không có tính chọn lọc lập thể

29

Radical Substitution of Benzylic and Allylic Hydrogens

2.11 Dự đoán tất cả những sản phẩm chủ yếu có thể hình thành của các

phản ứng sau đây, bao gồm các đồng phân lập thể với công thức chiếu Fisher hoặc công thức không gian ba chiều

f)

2.12 Xác định tất cả các đồng phân chủ yếu có thể hình thành của các

phản ứng sau đây, bao gồm các đồng phân lập thể với công thức chiếu Fisher hoặc công thức không gian ba chiều:

2.14 Khi thực hiện phản ứng thế một lần giữa đồng phân

(S)-2-bromppentane với Br2 ở nhiệt độ 125 oC để hình thành các sản phẩm dibromopentane Trong các đồng phân sau đây, đồng phân nào không phải là sản phẩm từ phản ứng nói trên? Giải thích?

2.18 Hoàn thành các chuỗi phản ứng sau đây (tính cả các

đồng phân lập thể nếu có):

a)

37

• N-Bromosuccinimide (NBS) is frequently used to brominate allylic positions

Product Mixtures in Allylic Halogenation

Halogenation at an allylic carbon often results in a mixture of products.

A mixture is obtained because the reaction proceeds via a

resonance structures.

40