hóa hữu cơ phần 1

Cấu trúc nguyên tử Orbital va cau hinh electron Sự sắp xếp electron là khả năng tạo liên kết giữa các nguyên tử và hình thành liên kết mới trong các phản ứng hóa học.. Điện tích hình t

DAI HOC Y DUOC TP HO CHi MINH

KHOA DUOC

- HÓA HỮU CƠ

(Sách dùng đào tạo Dược sĩ Đại học)

CHU BIEN: PGS.TS TRUONG THE KY

NHA XUAT BAN Y HOC Chỉ nhánh Thành phố Hồ Chí Minh

2011

CHU BIEN

PGS.TS Truong Thé Ky

THAM GIA BIEN SOAN

ThS Nguyén Anh Tuan

PGS.TS Dang Van Tinh

PGS.TS Pham Khanh Phong Lan

Loi noi dau

Giáo trinh hoa hitu co Tap I, Tap Il do Nha xuất bản Y học ấn hành từ 2006 Nội

dưng giáo trình bao gôm kiến thức hóa hữu cơ giáng dạy ở khoa Dược Đại học Y Dược Thành phó Hô Chí Minh đã nhiều năm từ trước thời kỳ đổi mới ở nước ta Qua bao thời gian hai tập giáo trình hóa hữu cơ đã trở thành người bạn đồng hành tích lũy kiến thức

của nhiều thế hệ dược sĩ

Ngày nay đất nước ta đã hội nhập cùng bạn bè thế giới Nguồn thông tin khoa học

được tiếp cận nhiều hơn đặc biệt về cách dạy và cách học cua các thay cô và sinh viên

ngành Dược Ngành Dược đang phản đấu đạt các tiêu chí vé GMP, GPP o cdc xi nghiép

và hiệu thuốc Các sinh viên Dược đã tiếp cận với thực hành dược từ năm thứ nhát và thứ

hai Nội dung giang dạy ở các chuyên ngành ngày càng được mơ rộng Tập thẻ các thay

cô giáo ở Bộ món Hóa Hữu cơ khoa Đại học Y Duge Thanh phố Hồ Chí Minh biên soạn

lại giáo trình Hóa Hữu cơ nhằm bỏ sung thêm những kiến thức mới đồng thời đơn giản hóa những gì không cân thiết Mức độ kiến thức về hóa hữu cơ sư dụng đề giảng dạy một vài thập kỷ trước chắc chăn đã thay đôi đáng kẻ

Như một hệ qua tắt yếu, thục hành Dược, pháp luật Dược, quản lý Dược, chăm sóc sức khoe, quy định về các khía cạnh khoa học và lâm sàng của thuốc đã trơ thành các

thành phân chỉnh trong chương trình giảng dạy ở ngành Dược Đề kết hợp tất cả những thay đôi này, các thành phân khoa học cơ bản nh hóa học, vật lý, toán thống kê, công nghệ thông tín, sinh học dược phẩm, vì sinh được kết hợp một cách hài hòa sao cho sinh viên ngành dược tiếp thu kiến thức từ những năm thứ nhất, thứ hai cảm thấy gần gũi với ngh nghiệp khi tiếp xúc với cộng đồng Kiến thức hóa hữu cơ phải trở thành chìa khóa thành công góp phân đề sinh viên dược phát huy hết khả năng đóng góp của mình vào sự nghiệp xây dựng ngành Dược nước nhà trong thời đại hội nhập với thể giới

Có nhiều sách vẻ hóa hữu cơ nói chung, nhưng tất cả đều được viết theo mức độ chỉ thích hợp cho ngành hóa học và sinh học, ít phù hợp cho sinh viên Đại học Y-Dược Đề

đáp ứng nhu câu của ngành Dược hiện đại, chương trình giảng dạy hóa hữu cơ đã được chỉ tiết hóa về thời lượng và kiến thức cân thiết

Trong công tác giảng dạy, tập thể thây cô tại Bộ môn Hóa Hữu Cơ khoa Dược mong muon một cuốn sách thích hợp có thê cung cấp kiến thứ đây đủ cơ bản và cân thiết về

Hóa Hữu Cơ cho sinh viên Đại học Được

Noi dung cua cuốn xách này dược biên soạn gồm 6 chương Chương 1 cung cấp tông guan và cơ bạn về cầu tạo, các liền kết hóa học Chương 2 đề cập vẻ tính chát vật lý và phương pháp xác định cầu tạo chất hữu cơ Các thuốc dược phâm phải có những tiêu chi

val ly va hoa hoc Chuong 3 bao gom các khia cạnh khác nhau vẻ hóa lap the Mi liên

guan về cầu tạo và tác dụng thuốc Chương 4 trình bày nội dung cơ ban và đây đu vẻ các nhóm chức hữu cơ Quan niệm các hợp chất hữu cơ có nguồn xudt phdt tie hydrocarbon

no, clura no, hydrocarbon thơm và dị vòng Tĩnh chất các nhóm chức liên quan chặt chẽ voi goc hydrocarbon Do dé sdch được trình bày cô đọng và liên quan chặt chẽ giữa nhóm chức và hvdroearbon Chương Š trình bày một cách hệ thống các loại phản ứng và

co ché phan tng thường gặp trong hóa học, xây ra trong các quá trình sinh tông hợp ở

thé giới thực vật và các quá trình lý hóa xảy ra trong quá trình trao đổi chất trong cơ thé

Cúc phan ứng hóa học và cơ chế phan ứng là cơ sơ đề tông hợp các chất hữu cơ nhằm tìm kiểm các loại dược phảm mới Chương 6 trình bày các hợp chất tự nhiên như alkaloid, carbohydrat, terpen, steroid va cdc loai hop chat phenolic

Tát ca các chwong déu thé hién moi lién hé chat ché giữa kiến thức hóa hữu cơ và kiến thức các chuyên ngành Dược

Lẻ thuật ngữ và danh pháp hóa học được trình bày trong cuồn sách này' theo qui định

ve “Thudt ngit va danh pháp hóa học ` cua Bộ Y tế và Hội Hóa học Việt Nam

th vọng cuốn sách này là giáo trình hóa hữu cơ phù hợp về mức độ kiến thức và tính thuc tién doi voi xinh viên Đại học ngành Dược Các sinh viên cao học hay nghiên cứu vinh ngành Dược cũng từn thấy những kiến thức bỏ ích trước khi bắt đâu học các chuyên

đẻ chuyên sâu ngành Dược

Tạp thẻ các thải: cô biên soạn cuốn sách này mong nhận được những đóng góp qui bau ae sinh vién va ban doc xa gan

PGS TS Trwong Thé Ky

PGS 7% Nhu Thé Ky, Ths Nguyễn, 4nh Tuan

1.1 Nguyen tu, don chat va hop chat cố Reser CỐ C0 0 0U 0 „CN NỔ 2

1.2 Cau truc nguyen tu, Orbital va tấu Hầith.e|odftGi09 xa tạng co Re vá 2 SG vA (Lái toc c:20 6c ấu: 2 1.3 Thuyét lién két Su tao thanh kién két hoa hoc cccccsscessevesceseseesesseseeseseesesveseeseseeseseseeseeseeseevee 4

1.3.1 Cau BRD ME tac VY TORY NB cael act Bcd Ad oe a gO a 5 6c Oe ote Se Rnb 4 1.3.2 Cầu trúc electron nguyên tử carbon Các kiêu liên kết hóa học khác nhau 7 1.3.3 Các kiêu liên kết hóa học khác nhau 2S 52222212522 8 1.4 DG dm dién va 1ién két hOa hoe vocc.ccccccccccsseeecssecsesessssesstscsesecsssecessessevessevseversseavsessverpaveneevees 10 1.5 Phan cue lién két Lure tương tác piữa các phân LỬ - HH n1 kh nao 11

Hes) 1a DUNS PA TON OF CLI 2.02, có, XÃ no seaessmbxd enb d8 a8 46so 3 ok coi sBaiA8i4snesvEanlke k6, là

Ly Bodew LEO cà NGA" .ốẽ an an na ốc 12

15; Liền liêu hà ly, ta li a xsà sec (6 dán Ôegaesslsehnioi tabs tek AIR wa Aal a accuse i

1.6 Tâm quan trong của liên kết hóa học trong tương tác thuốc-thụ thê cv s22 sec 13 1,7 Hiệu ứng electron trong hóa hữU CƠ co 1c 01121 212 HH HT TH nh ch TC nh Hy là

M24 (H1 nh (TY CO4 dt cans cgancaPralorce Malinda Mam SSNs alte Sig ce MÔ g0 a ed 8 eae ee 15

1172261100 MINE ROT TACHA «ond day yee tea relagsh lode tose peat ee daxSnnde Hiei MN antadorseltatedl uti lead Ie

Chương 2 Tính chất vật lý và phương pháp xác định cấu tạo chất hữu cơ

P@S TS Trương Thế K\ PGS.TS Phạm Khánh Phong Lan TS Nguyễn Ngọc Lĩnh

2.1 Tinh chat vật lý của các chất hữu cơ scc 2c cv 1 2n 2n 2n n1 n2 5E tr 34

"YHIVh v7.0 000V nan 6 cố a6 CN CAO I Y 24

6 Ld TMS WMS ay HITE RGM 4à o.244474\naescceb 6v sMtkfa42ve6 xi hd Ai ca ly lai 24

2 ltár DI CHẾ Vải TE VA oat Sse apad 4 cổ Hit tàn láci cà da) 9 6k 2U 2/8 20001820 y 3083, A, 34 2.1.4 Tinh acid-base Do PET ccd Peicn 09 eth va macsichens pubesssesetyenericinsbetradtheh Aewiets pounce nee 2.2 Cac phương pháp hóa học và vật lý xác định cầu tạo chất hữu cơ -2cceese 32

26, 1, E HƯỚNG ADDD: NÓI THƯỚC 2: láilv la e6 sen ket SA 6 cÊ bu vÂ: DỀ LcebaisrdksLT

Dinh tinh và dịnh hưựng nguyên Berar: cde Main igt sorte bea TR cc ee SE ils even cyesssnternnence

gb 2s EDA PIG, VARIN «Bayon Seabestan is crncuntecenarepdanteteelhvess'eMaid Mgrs tachi bias Beste OO

CCCHEY CHUTE VCE GI tsisigabicars Venectoodes jeasurr gate x10 6cssica g6 sa bcÊn ga, sec, BO

LM: vế 2277/22/10 c62/127219512 a8.) PT, NHƯ Yolo cde ON co Min cae pa WS wy Rae gaan sg idle enc ates 34 Các phương pháp phô: Phô LÍ, Phô IÑ Phô RMN Khối phô à 34

Chương 3 Hóa lập thể

PGS.TS Truong Thé Ky, PGS.TS Dang Van Tinh, TS Lé Nguyễn Bao Khánh

KHE ĐÁ nó Na về Róa lầu WE cá sung nụ se ca EsaavSoepkkerdeesbkxAeoeteMelLesiklliei Lo„ SỐ 3.2 Iliện tượng đồng DHÊN ác an t0 DU hp uc LÖn k nọ K SÂU bi sen vị ng sua) 50216.) Mad ig Baca

32311211 hỗ nh EU VeNháa doi cty2 yếu 212654 chXÖuaiegtOaadeieMesleie kia XI 1 sall«„252

`šW29211312 gui 18T RÌ., RƯNNTHỚỚN xố nổ An ng Cố nh hố So

Đồng phan du Med Tol Ss oe Mabnstosnacdredtoesey ster aeceeecoeees negara asst daisy 1 tgheolgidege cAhinte ons 53 Đồng phân PELE EPH 5 làn hs fnen0g11x61:-Ake ko ca staŠ:ErkesdkdtE3)vdxefhsaeurisiififfSasosdy3 57

Đồng t0: 0H: aclAbadb An be rl@»xgcgiasgasbkibeEnadkealtocsbi3 sex là 90) AE 59

Dong NhẨN BIRT TOC nu rcs cas centythareber dtp inca haben de Rb area ahaadepoca repos gah ait ty AGN Reba 3.2.3 Mi lién quan giữa hóa lập thê với tác dụng và độc tính của thuốc 66

$3: Tòng họn;phẩt LỆ bát Gối XIẾNH 22A và vi siAkieseeaddeeseoeleeollsrkiesisafarcAndealbÏso36dg Hee Si 67

1c cây LIỐC, (O8 :ER TA 71á00‹x) 12x00 llriesbeivaenlasgfpcHAG dc BbwieANEVu ti, sueti.Đrye 67 3.3.2 Tông hợp chọn lọc t0 HÀ 00a cá LÀ bo V1 8G,bonaal: Ni luc tuÐGŠ 68 3.4 Tách riêng các đồng phân quang học Phân giải hợp chất racermic -s+s+scc+cs+xccee 68 3.5 Các hợp chất có tâm quang hoạt khác nguyên tử carbon -¿- -ssvsvsxsxczvztrterrrrrkrre 69 3.6 Hợp chất bất đối không có nguyên tử tứ điện với 4 nhóm khác nhau .-©:-5-: 69

Chương 4 Nhóm chức hữu cơ

PGS.TS Trương Thế Ky, ThS Đồ Thị Thúy, 1S Lê Nguyễn Bảo Khánh

1S Trương Ngọc Tuyển, PGS.TS Phạm Khánh Phong Lan, TS Nguyễn Ngọc Vinh 4.1 Nhóm chức hữu cơ - Định nghĩa và phân loại chưng 72 d22y/HyHTOQGáTDOItliAcsot4i16n045VGU GA repacle s2 lee E6: tk kblkcsesbseeliidvde seibeeaasjd-eScb06 tui 73 4,3 AVIknÖ, cveloalKan.vevoáe dẫn XUấÊ s2 2 2á chen Là nhà doxg 6556166 <er Su Ấ k4 c2 73

221.1 TAND apy 4 |ÐTT: «ola akiSá6121La+Ä08ï 3À 2l di iesvAEbkakea-ced 64401080 sas:eeesrriib 74 4.3.2 Cycloalkan Lê E1 n0 1% 0%1117+5:Ã) 042p NvvzLi-dta đi 4-409/5-i lấn: THỂ đa 5/2 4 /zÄ se nyÀ ke 77 4.3.3 Hợp chất GA VOIP Éy6]OBITRcsiesiliáe.xcdbi441144235ãx 0085 tates dÀ (bà xkkAiaxssyCsÃxa 78 4.3.4 Nguồn gộc của álkwii và eyclOalKAR 2x cá 7c se cxsseeieisdkDs2.rdbLECHeaEealSxesrboier rẻ 79 4.3.5, Điều chế alkan và cycloalkan - + 5t 2223531 £x9E8111221 5122212 krrkrrketree 79 4:36 Che phan wne-cus abksisd Va Cy Clos Ran chsh esa ceed egal oy soca aces nndonsmqntddpeviesnegeosepereeaeht 80 AFF AT Ry) ATs TRO a ict ralpathosssceteaeceady lthentsvshponadanss net dstekca capers ctnay coemnatelpigioene cde Bnconened 80 AVS AICO) SS c0 vệ] x2 5618Akx4edieikbskiliseodE lv ác ae su ÖŠ szse LỆ ft t0kc TEEN nSÄ gesefy) 84 BES ALI bras soserpareeonionesntdere) cxiPos Mus eeinleGta poses aes teeach dada Tipay baa sp otadastobeainasbenremenatgiste 88 d5 TÚ TECH a cee fe Res hot nu 00L tuệ 4 1+ 10s 6à khyấp lạaax 2v lạ 3háe 00404 1skce3 4g s5 2x «ah 2298ai1sŠ cà ezREĐasg 88

ge FY 1 PRAIEL F cng sins oad ig tard d en Ta dinecd vung iee<S ấn An spaes ghatealgetaas Feratamehe cadet pidge Clip Rtyeckxes SE 90 13.42 CRIS Ve COLON NI aE Os L4 nay hay finôia HỆ x5 ÂU ku ÉD VÔ ch bat 21464s4a140sepissl 93

43 ol 3 /(010-0aTHOXVTÍ ok cu dua hà 61108605210Axá4n LG Ban bikaxtesxs421432108ma408serr 96 4.3.14 Các dẫn xuất acid carboxylic cccccccsccscssesssssscessseseesestesescseeseseeteneeeeteneeeeeeenen 100

WS 15, Bey Idol: HAI ri eh a ede eCssullu Ra lbib tt ga scornäklNiu vABBLIPangS SN sọ 101

De AAD SES RCT evs braved golds EIA gore a ie eee A Na ago laaeslue Giay cedar cath Seae naa tees Tế: 103 2121.) 6t VÀTH (nhi: Vai D h3 L pradlovanes dahtotlar ces dtp Mp aencv dN ews NA c0 saa nedhcuepieca aside 105 S1 0€: NV 2xx, i9 2⁄Ác(83la: GÊ¡ (nha tich cu lỗ 0000/10 2006410A nung sách 0e sgi sec nhÖ hot 107

đá, 5À lên gà cấu viền: t0 sai 00:0 1-ccA hà La 0h Âu D24, 1-01Ê hay đu, TK loớc 31-61 30546505) 108

951.0011320 00010151LKÔfTaoiLÃo NA» lo CÀ VN Gan LỆ (an (0 20c D12 ess-blsxfrcesEoobavBt 108

4 Abs, SICA GI KSD ROT CONT ONTO quái c6 ss6» xaxekkeebesslpsild-2s3anvalcielrrkzsesg9483 110

A CRATE NO pauses Feces ca kcA Ca đãs sez Xà EbueoSvni4Esg-AaeesoalsdufELer Song 110 4.4.5 Điều chế alken và cycloalken - 5c 22222 2x23 E12111212271 2211211 rxe 110

4.4.6 Khả năng phản ứng và tính 6n định của alken ¿- -522522s+z++s+zxvzxvzxvre 111 4.4.7, Phan ung của anken và cycloalken -ccccsrereeeerertrtertrrrrrrtrrrrrrrree III HSL vst YE 01126) TH 4 1Ã sa Š Í tuowkiiC lAtsacaresns Tao nlÕ dallgss.muerôexerAtblsarasassi: urlbepkiÐn006sÐ)sl 112

SA 041201181 PORTS AOTC 00a sy aaiy Cevnedresena's- ooagcnengpende one taprongltess fipteeanneadiere’ = 82s arEadLiil-oaj baby 112

4z5.2, Cu tt HÌỆVH s.,à -,roks Wb4iksl6sbfrdhls08xÄ/Aa66 Lối s.ogg-TluaHidainsz Me 112 4.5.3 Tính acid của alkyn đầu mạch . :- 52222222 3 22x22 E2 trrerriie 112 4.3.4 Tính acid của alkyn đầu mạch . 6 St 251214317121212117101114 x11 Le, 113 4.5.5, Ung dụrng-ấlkwvn trorfib cơng hở HẾPŠ, «.c «e-kc-ces2erz1ekrsderbkisieksaclE fkLgvS7 rộ 113

BS Gi BUST CO ae A Ái ÂN Tá cối nu rà hết Liên lÂusv 1 4/aexiaAEnllocsaegages d0 335i ctlez 113 4:5¿¡ Phải ứnE tua BY fhe inch -hlonsAnptrasoynstdd traleent sndnader sp Peideeng reas oess'teyncttsdan pyatdp ich ke 114 45,8 Phan ứng của acetyliđ và alkVTlid co c8 C0022 ekkided241E 114

Seed Hop: chat thomyva cient MAT ca -.as,c0 fi lacegsa soon ssuantet tps ol eros Wlahvaaiiamralyendeanabenerasp ges 115:

4 6.121.100 SIRS (1:1 x uc ta sg nốt LAN rể Ea n3 Ÿnhh 5y gái g2 hs ft ra p2 +kếe 0023 5L083035⁄1402 115

4.627 Định ng†đa-Qui tật: HÚC kệ L cua ecdeeees Ea bo 2 ngenaca li k1 ÕN ogE1881 1e 115 4.6.3 Tinh chat chung cua hop chat thom ccccccccccsesesessessereseeeesereeneeeenessseeseeeeseerseeens 115

4.6.4 Phan loai hop Saat URCHIN Tie ee acess ls aon site tenia et eirncaaec tote wren dlen 115

“(6 r2) 1a01ĐETI4E01,LG14d t6: c (huy nến đi 2212 g-s1xÊ k Seo reer isa sds tl Roegpaend seach vespan 117

4.6.6 Danh phap cae dan H31 te T2 ci ĐỚN TA h 119 4.6.7 Phản ứng thế ái điện tử của benz€n - - c5: tt tt tre 120 AGB FURY berry] ety vo ccovexs coèn ca le ban Ga tƯ dẫn tenseeekrxesagtasriag4Š+LiEt LdE Ã si bxà 125 4.6.9 Tầm quan trọng của hợp chất thơm trong được phẩm .- ¿55+ 5xcsvssv 126

† Ơ TL HSTET i00, b4 v li Axg lap 6510 4x214<cnsczsapexusiredtderiays 127 1.611 1Aiinn tROIS CHÍNH, Su ÂGiovidvtOeieaadDAs C0 LLxilEEussa-keeleeghlio cTẠC l6ksv lv li 131 4.6.12 Hop chat da NuuU h6 ừ_ớờ_ÏỬĨ_—ớờÏẰ†7ŸŠŸŠŸŠŸŠẽŠŸ_._.ù.ớỮốớớốớốĂốƑŸƑÏ _.ĐOĐ_Ả—ÂẢ 137

KH Tu chết dị vỗng Và các dẫn xuất::.:: Q U22 esiaeeee 138 4.7.1 Tâm quan trọng của hợp chất dị vịng trong y học series 138 4.7.2 Danh phap hop chat di VỊNĐ on, HH1 HH kg 139 4.7.3 Tính chất vật lý của hợp chất dị CĨ NgggH 140 4.7.4 Pyrol, furan va thiophen Hop chất dị vịng 5 cạnh chưa no :-5:-5+¿ 141

1 T5, PTTL <5 sie seoonspudesadsosnedc tue byteontet co uesTrenest esd eiatinpataub Sen Hà vệ rrelsdLcsB=MiehEsindrkkXƑ 145 437,62 Oxazol imidazol về THIAZOl- tc vserssarscenecesseneternsessrnrignnss stniggletairietehabohadsh Hei vceseh 148 4.7.7 -Isokaz0l, pytazol va IsothiaDZỌ su -cecceccv1 s18 c3 fsxcztrmsrkkdeeAtdrlxkisek 150 EFS bP yea fang tay see een 2-2021 Lá 42c Van g Tràng EM tiết ZrtvNgdeke bit scdrsoheresicBxsgECESg503146%0 151

ÂU 00H T),1:: 6x3 0011à tà 524 inE- ca aha Aig Laver sh chine bode hey bg Peep eget ak ATLA XE ve JÊSaucP«skc Z5 qợP 153 4.710; QưưiolH( và 150qMOlifL: s22 ceesScicee nai seeski sa Du sisskDrh nh g2 kLưà 155

#71111 T815 2v, các^(00siÂtopvehcosatcc 9:0 n381445 L8 l0 k3y 20 So ði cá 0G 20 s6s2/100-/2035585k40bssv66)a36kix 157

Du E2 Lực 2Ÿ S1 2 12601210 1LAycojl 159 4.8.1 Tơng hợp nucleosid và nucleotid€ - s22 He, 161 11:5: 'È78U/ROU SƠId TIIG ÌE Tác Âu 5-5102 462123 240 ta ÃÂbsacrginàsgbsstbAegdiedaEeneceofiaf SE sts 162 3.8.3: Acid nưéléïc vã tÍính-đi TUYỆN: ác coi c 01x 62L<c G60 1210 14s ki ds<iƯc 2ê necsaedki 164

NT tkdva peplil- À - «a0 1200 nooicGc cá 220g ceoesorGenuues2ex 165 4,9.1 Chức năng cấu trúc cơ bản của amino aCld se stctcccsteettrrerrrrerrrrrrrrre 167 4.9.2, Các amino acid thiết yếu -2+Ss- S21 S121111211131012121011 181441 1 1360 1 t1 167 4.9:3 Amino.acid gÏucogeni và GELDĐ€D sáo 210218 đán 21s rấx xen sizi08124x1/16 168 4.9.4 Amino acid trong co thé COM NQUOT 0 cece eeeeteseeteeteeeeeeteneeteeteeesteeneeeeneeeeenen 168 4.9.5 Tỉnh chất acid-base của amino aGÌ: : ác ác 2c 2 HH 0 He 169 4.9.6 Diém dang điện của amino acid và p€pLid -ccccceeererrrrrrrrrrrrre 169 4.10 Tầm quan trọng của nhĩm chức về xác định tác dụng và độc tính của thuốc 170 4.10.1 Sự tương quan giữa cấu trúc và tác dụng của thuốc sulfa .-c:55-: 170 4.10.2 Sự liên quan giữa câu tạo và tác dụng của penicilÏin : .: ‹ :c-cc+cssss 171

4.10.3 Doc tinh cua paracetamol (ace taminophen) bàn 0y 146525 44200) xi Uae A59 2 lốc? 172 4.11 Tâm quan trọng của nhĩm chức và ơn định thuốc 2.522 222222 2 nnnH re 173

Chuong 5 Cac loai phan tng hoa học trong hĩa hữu cơ

PGS.TS Trương Thể Ay TAS Nguyễn Anh Tuần, PGS.TS Dang Van Tinh

5.1 Cac loai phan ting va cat dirt Lin Ket occ ccccccccscseccsesseccsscscstsscavesesearsccsvssesteevsvessevevsspeteeseee 176

Deh So DAIRY GIẾ-TÍWSNT 11111a/xcss-xý.82:5,:/11 058608i Te Aa teave dtnaratiesy on lamang tena as 176

5 Lee at đứt liên kết và hình thành các MỄU,DHAN TH 0P Lyk aga beretss ne cts eons nalyell 177 Š.2, Phản ứng gốc Gốc tự do Phan ứng dây chuyỆn cu cv 2t nen seezre 179

Š.2.1 Điều chế alkyl halid R- Ti gy tuổn cv gế 3Ã, Pụeaxcsifvct1S0/000/ 520 5053 800,950 <4 oh 179 5.2.2 Dé bén tương đồi cua GOCE oie birds Asseed coed cool UT, enue saie-nrerieil Ln lies 18]

5.2.3 Brom hoa allylic Điều chế TAS rR GM Roasts bys Sst Sek oleae Sanco v08 xố se a 182

5.2.4 Chat tre ché BOG AR HA Nest chcradeate Ace Moksled SE seo Di LG S4 5 183

Nedy Ebene UTS BORO TID oo} vo enalll aks stipes rscacaes Soe Pon Moss Daa Svea Sia heen sa anal cdcote Se aebecicaac'c sdb dapsaomenpnrs ts 183

Sib: Phin ine Cong Nop Ak Et các ccoakak SG be eiscelivesecaccnesPeosefel ME 183

5, 3.2 Cong hợp ái nhân vào nhĩm carbonyÌ - c ccx cv SE S 12t nyyn: 195

5.4, Phan ung tach loai Tach loai-1,2 hode tach loai Boo.c cccccccccsesseseesessssecesereesesesteevsevesseesee203

5.4.1 Phản ứng tách loại bậc nhất I1 (tách loại don phan tur) cccccccccccsscesesscesvesseeveeses 204

5 4.2 Phan ung tách loại bậc hai I2 (tách loại lưỡng phân tử) cc¿ 204 5.4.3 Phan tmg loai nue cua alcol Didu ché alken ccccccccccccececececesesesceseseecseeveeeeeveeeseee 205 5.4.4 Loại nước cua diol Chuyên vị pinacol Điều chế pinacolon 2.222 306 5.4.5, Loai hydrohalogen của alkyl haÏlogen ụ co n2 1c n2 11 401161162 1s iối 207 2-2 Tri, INE tê b4 UV cua 04 vác g ccurdzevedotbirExserlEli seus fis RRR ab oth lu vỗ hens gt CÁC 21)

Seb he Wilner fram tHe AE MEAT Sey, dads ge ahi a devia es foobar besesspt ter tneePebdcee losis easens ovumrecedcoct 211 5.5.2 Phan ứng thể ái nhân của alkyl halid 5s, 5s 2222322511251 8 nen 216 5.5.3 Phan ứng thể ái nhân của alol cccccsccscsessesseessessecseesecsvessecsesseesvessessveseessessesevessece 218 5.5.4 Phan tng thé ai nhan cua ether va EHĨ T0 lap yeuodllxi va 20 bsaze dzmlii-ơ cào 221 5.5.5 Phan ứng acyl hĩa theo cơ chế thế ái nhân 22222225 5225 E12Esre.22 5.5.6 Phản ứng thể ải điện tử - ác c2 E21 tereeserc,229 5.6 ee ` thuy ĐHIẾT reese desea set aghat ogo ter nobeedvsrr lites 6a Lá D x11 04 dc c0 1D saaogasaoBkf s, 2138

5.6.1, Thuy phân các dần xuất của acid carboxylic c.cccccccsccccssseseessseeseseesesseseessesveeverveseevee234 5.7 a UEFA OY HG AKMDEG oaneacs 5 ree hcdatogesss Mees Sig A padandonsbyedirnats 4a Ue adelves sahogedSleaoduteadecavtntgeneeamer® 237

5.7.1 Chất oxy hĩa và chất Kit .sccscsscsssscsssssscsuecennecssvecstepsssscsunecssvesssvesseyepsacansevesseseee 237 5.7.2 Oxy hĩa alken Điều chế epoxid sccsc stress 3 5.7.3, Syn hydroxyl hĩa alken Điều chế diol c.ccccccsccsscssseseccsscesescesessesessesesseesesveseeseseee 238 ŠS.7.4 Anti-hydroxyl hĩa alken Điều chế anti-diol 2s 5 2c E2 re 238 5.7.5 Cat đứt liên kết syn-diol do OXY TRE NHI TU NIIPPDDOAIG li 11/0 QƯƯỎEL HAY EST gas shat wa, a ƠN V4 An (005 báo le KD Ã 1 DA dÁ ch Gopi oes cated 239 5.7.7 Oxy héa alkyn Diéu ché diceton va acid PATO u50 x< lu g6y gs16420vsiglegVAu 239 5.7.8 Ozon hoa alkyn Điều chế acid carboxyÌi€ 25c 22522522 240 5.729; Oxy HiGar el Goll ee HAD 2s ess yesas/aptarep rye ae vaelche dca caceastsdhocd Aoctshs.edetenscaniaywel 240 5.7.10 Oxy héa alcol bac hai Điều chế ceton 2s 2s s25 2125 121 nung 341 5.7.11 Oxy héa aldehyd Diéu ché acid PATI IC PT 000000 ƠƠ 000/5 341

5.7.12, Phan ứng Baeyer- Villieer Oxy hĩa aldehyd và C€tON cv cv neo 242 Š.7.13 Khử hĩa alcol thơng qua tosylat Điều chế alkan - se ree 242

5.7.14 Khu héa alkyl halogen Điều chế alkan 22s S2 Sneeeeee.242

5.7.15, Khu hoa hop chat cơ kim Điêu chế alkan -cccsccesererere 43 STAD hư hĩa Gidệ vi Vũ BG ƠN sá1<ácccencex, s04 62A4 lko« đe lettre gente vinta geen shige etna ha 243 5.7.17 Khử hĩa Clemmensen Điều chế alkan 2-5: c222222t2E212322232321 212222 244 5.7.18 Khử hĩa Wolff-Kishner Điều chế alkan 5-5: 222222E222122221222E2122xteei 344 5.7.19 Khử hĩa oxim và dẫn xuất imin -.- các 2c 2s 2t 2x21 rrrrrktrrrrrrorree 245 5.7.20 Khư hĩa acid carboxylic Diều chế aleol bậc nhất -.-.:5:-5-5 55 . 245 5.7.21 Khư hĩa acyl clorid Điều chế aleol bậc nhất - 5-5252 c2 2222 zxzzxssrssre 346 5.722 Khư hĩa cster Điều chế alcol bậc nhất, s-cccccEt21 151 E222 re 246 B72, KhirhGa grids 521 ve Mit consi cgelecgce enor enentdecBeranee mein Mlasedte te setesrenaerannanias 246 MEATS LIN THETIC UC teacedehs tecttheenascep avi tande le es aha Colas, LM Bel eo Bic bey a pet aalasy seers nites 247 Des Peete eRe MTV —SÁVC MT 2i 20c tu t0 2E Ga cae hie POUR esbix CS 00x, 31h ch ae natssee 247 ATE BUT) PTI EN se decyl tags teenvrencenag case hp lcvs cages teat erated unpeaianaa hens 249

Chương 6 Hĩa học các hợp chất thiên nhiên

PŒS.TS Trương Thể Ky, Thể Nguyễn Anh Tuan

KT Nguồn gốc và ứng dụng : -.s 22-5-0200 2201216210 ixesro 222

.5'1.?1inh chất o02:51tà|ƠÌd ca s44 rscdeinubiskaslase-lvaaatakosrksiậsgros,OAa đoac 354 2.2 Pay Koad Adah HD Svái1tei: sac bb Han Âg đaờusioyEMsv2kebrsa xi ri SxeasxEbễu ca, Tài 254 đ.2-3, thếnifP phát hiện A|kBđƠT,.- ái: sao Lao Âk Ga GÀ 60u0 xa nhkáab$yếteeseAsaskfHdae 263 rà {Sẽ - VAO 2220520622222 2o het 264

H10 TY Waa Feet cats dW cac dc vi SỐ vàn vIỂ cố: cấy 2c ft D0042) 90161402914009112k040cx Caen dua engl 264

6.3.2 Hĩa: lập thể của monDSaCCäfÏd scu 2c c2 S0 n0 2013x1112242.110/70101/72S600 265 6.3.3 Câu tạo vịng của monosaccharid - +: 5c 2s 1212121 1312212121212121 1121211 c.k 266 6.3.4 Hién tong dGi QUay nh 267 6.3.5 Sự hình thành acetal và cetal của đường ST kg krướn 268 6.3.6 Tính oxy hĩa và tính khử của monoSaCCAFTI(, cv n* ng Hy Hườu 268 6.3.7 Phản ứng của OH alcol trong nĩonoSáCCATId -.- + HH nu 270 6.3.8 Monosaccarid trong đời sống - sà- +2 S222 E121 1211112111121 01c rrdeg 271 0.500 HS EHiartiid Ha xeshikesEdicien (tr lpskaydSLpRi.d0E4a Xe Xxuy- d6 ate 22.4900 g/-4ch 42 the 271 6.3910: Polysaceh arpa ': eng pouns.2tie, 22212 de “tá 201 3ti1aa is: fArcpsiossäi xe lrdvfoMCIGI se: 16 4 4 aya 6.3.11 Carbohydrat hon HỢP oi Brien4<li491544198211- LAI 0122/12Asig1eacir-IEilƠ 6.3.12 Carbohydrat bê mặt tê bào và nhĩm máu 5: 5:52 22222S22222232E222xzxerczxzed 276

RY SUES cs 50s e6c j2 sẽ AaS A s (Ặẽ<ẽ.Sẽ5ẽ.ẽêễ.^A.s sẽ số “ 277 B211: Sin tơng HỘ: las4csalbeakausi 0Ã 2880si,ã1s4196s(SŸ sụt Đai Air da Rheem eco LAE weit LPT

OTs IAT FORTE eye RA voÊt đua ba bu hoan mu tuc set eee age Ate ea nest Mel Mntaee at eet, 277 64.3 1(7lVcdsid6VlPHroiH HE cá si den s460 HP ERS plies) Part Aga es GAoiagReaekibnu2 378

Š:4.4 Gly€¿sKLantiracerafhitirttuTHƠN cute di ná cãi sesknconldllSbe1489, 16: Ba veka dst 2TỤ 6.4.5 BU/Conid 1W O1 suy by ng ti há Hà à Vịng sọc Hee Lee: Tan l6eeosaal ae CA hi sge8«,Ee 281

ed IRN 10c 0is AI CA chat 001scx 00:50 0,1.4 (69 C0 10xax85,/0Á 6 (2861622 JŸ 285 G;3 sinh: VĐH6 HỘ các te LÀ cọc 0Ư 4851512354802/80170uasEttza4isrriexbiắnettel couSasebardisi 286 LIA Bộ (0600/0102110,5)50601 T1 1111117 1,11 0T V0 0/00 v0 000 0 0 TƠ 00ƠẺ00Ơ 0000000000 VI 287

hổ cả SAD CTE TH nen HA H2 tt: X gáy QPHg 2)66-4615 x5 3464116210 ea aah hw daealy atest Daus lau Db cư joÊt 288 GEES NO T|GIYHGNE nuối nỗ đổ ko aclsg H0 đà Q25 le kố ao sâu Âle Sumas Telex tories Ue 297

¬

By 11 11 thê cua nà: 4 đu À bệ ác lv lan XI tuổi Ơn 6y Tà Là phác Hà RÌ v4 i1 V/}ÀY là "Đề /14xx124gV2° 301

Ê.51/ TGUƯN(IPENSSgudiegl.lL.odjifucnfodscAiulieadlvGSbeed Sn Renee 305 GRD RISLEPOIG TẾ sete 0015 01 00 10:1) T99 Nhì 0¬ 9000/00 00,011 10000 Y,/V/WY\Y NUN 307

Bs 2 PO lập THỂ o0turálot01d 4tirxekocseiiea tAaydlEseisdcirSa cExlixkkck-kiesueveSBljedankeen tư ôch 306

6.6.3 Tính chất vật lý của steroid - is: cc tt 211 011011111111111111 11111 c2 307 G1009 ác lời i6 Cái: len sal Bede hgh el ore eb NE A oe Se Hl ki Ee dyads ae eae oe a ae 307

6.6.5 Sinh tong ere ler a aut ic ptt CẤU ván r‹ vs slRsc: na acorns 309 6:6.6::Steroid tông ỢP, cá CHỮ nen 660118621<682 5161216 6/26663 11661235434 S01 310 G:Õ: 7 6.10 T10 C14 XIEFOTCI 018 0516 005EEAnbkby key lên 6:2 ebm dads J8LHULCG Ba MLEf.bvidaisan 311

6.7 Phenolic TH TỐ nh ốc CO 009 ốc sốc 312

Oh fod DeHSTDWEDHGHEC Hit dl-vidasecA5081v20 646/06 48-66 Dkr ous nao mos ate tates mae At 6 36 313 Duy no VU DA AE c0 HN G Thi Nà 4h 6 số cái và to 00100: eee st Eafe ee PhD sh soe OS at caer ies hea 314 rà: GIÓ T20 AS teagan vy ste orl nave Re RIE Hees ire eta ele gta Aer ies, tale a aS

EA Flav ORO Vas TTA VOTO T0 11Á T0 T07 VIÊN SN T0 V2 (00007101770 000 ïỶ be Cer F ee TALSITLS ete ankle sedis fay vere tease Bt xnegoh’s daa Saaz Sa idv ies av each a gh Rey oe eo re tee H Tai Li@u tham Khao ccc e AI1Ï a 323

PPE GR TW rcs casctece eet ern aut apse ae nasrtn apr as enna in anion Sasa aR GE ep la SiR nite sine itacennmabai Sac 320

Vai trò của hóa học trong cuộc sông

Hóa học là khoa học về các thành phan, cau trúc, tính chất và phản ứng của vật chất, đặc biệt

là các hệ thông nguyên tử và phân tử Cuộc sông tự nó toàn là hóa học Cuộc sông là sự phan ánh liên tục các quá trình sinh hóa Sự hiện diện của hóa học thể hiện trong thành phản của tế bào sinh vật Về bản chất, cơ thé con người được xây dựng từ các chất hóa học Chất lượng cuộc sống trong xã hội hiện đại cũng phụ thuộc vào các chất hóa học Mọi sinh vật được cầu tạo từ nhiều chất hữu cơ Sự tiền hóa cuộc sống bắt đầu từ một trong những hợp chất hữu cơ duy nhất dược gọi là nucleotid Các nucleotid kết hợp với nhau để hình thành sự sóng Bản sắc và di truyền qua các thê hệ phụ thuộc vào cấu trúc hóa học

Các đồ dùng hăng ngày quanh ta đều là vật liệu hóa học Hóa học đóng vai trò quan trọng về

sự phát triên dược phâm trong khoa học pháp y và nền công nghiệp nông nghiệp hiện đại Hóa học góp phần quan trọng trong sự hiểu biết về bệnh tật và biện pháp khắc phục Trọng tâm của quyên sách phần này dành cho vai trò của hóa học trong y học hiện đại

Thuốc chữa bệnh là những chất hóa học hữu cơ hoặc vô cơ Tuy nhiên, hầu hết các loại thuốc đều là chất hữu cơ Aspirin là thuốc giảm đau có cấu trúc đơn giản và rẻ tiền Chất hóa học này được gọi là acid acetyl salicylic TÌ ién than cua aspirin la Salicin, duge tim thay trong vo cay liễu Tuy nhién, aspirin co thé dé dang dược tong hop tu phenol bằng cách sử dụng phản ứng Kolbe (xem Phần 4.6.10) Thông qua các chương của cuốn sách này, chúng ta sẽ đề cập một loạt các ví

dụ về các loại thuốc và các phản ứng điều chế các loại thuốc đó

Hiéu biét sâu sac về thuốc chữa bệnh cần có kiến thức sâu sắc về Hóa Hữu Cơ Các dược phâm có nguồn góc từ thiên nhiên (Morphin, Penicillin) va tong hop hoa hoc Dé phan lap chat hoa học làm thuốc từ nguồn sốc thiên nhiên cần có kiến thức về chiết xuất, tỉnh chế, xác định cầu trúc Các kiến thức đó liên quan chặt chẽ đến Hóa học

XI

Các thuốc tông hợp liên quan đến qui trình điều chế xuất phát từ các phan ứng hóa học Hiệu biết về tông hợp thuốc dòi hỏi kiến thức về các nhóm chức hóa học các cơ chế phản ứng cấu

trúc dòng phân của các chất hữu cơ vô cơ

Bao quan và phân phối thuộc dến bệnh nhân là nhiệm vụ quan trọng của người dược sĩ Liều biết về bản chất cầu trúc, vẻ tính chất lý hỏa phân tử thuốc giúp sự bảo quản thuốc có hiệu qua

Linh ôn định của thuốc có nhỏm chức ester (ví dụ: aspirin) khéng cao khi có độ âm vỉ thẻ cần

bao quan aspirin noi khé rao thoang mat Thuốc có chức phenol dé bi oxy hoa can bao quan trong môi trường không có ánh sáng Hóa học của các phân tử liên quan đến tác dụng phụ của

thuốc

Iliệu biết sâu săc kiến thức hóa học về lý thuyết vả thực hành là điều rất cần thiết đê trở

thành một dược sĩ tốt Trước khi học các chương chủ yêu về hóa học hữu cơ, chúng ta cần hiệu một số khái niệm hóa học cơ bản liên quan đến tính chất vật lý của các phân tử thuốc

Hóa học là sự đa dạng về màu sắc và phong phú về bản chất cấu trúc Hóa học hữu cơ nói riêng và ngành hóa học nói chung cùng với các ngành khoa học khác như vật lý, toán học sinh

học tin học dược lý học, dược động học v.v góp phần tìm hiểu bản chất cuộc song va lam cho

chất lượng cuộc sông con người trong thể giới hiện đại ngày càng hạnh phúc và tươi đẹp

XI

1

Câu trúc nguyên tử

và liên kêt hóa học

tronø hóa hữu cơ

Mục tiêu học tập

Sau khi hoàn tất chương này sinh viên có thể:

© Mô tạ những khái niệm cơ ban vỀ cấu trúc nguyên tử

e Giai thích các khía cạnh khác nhau cua liên kết hóa học

e Thao ludn về sự liên quan cua liên kết hóa học trong phân tư thuộc

- thu thé IONg tác.

Hóa hữu cơ

1.1 Nguyền tử, đơn chất và hợp chất

Nguyên tử là thành phần cơ bản của vật chất Nguyên tử gồm electron tích điện âm, proton tích điện dương và neutron trung hòa (không có điện tích) Mỗi một nguyên tử có số lượng các electron proton và neutron khác nhau Hai hạt proton và neutron có khối lượng Khối lượng của electron khéng dang ké Proton va neutron tap trung tại hạt nhân nguyên tử Electron chuyền động xung quanh hạt nhân và sắp xếp trên các lớp xa dần hạt nhân Các lớp electron có mức năng lượng khác nhau Lớp ngoài cùng có mức năng lượng cao nhất

Hat nhan rat bé so với

kích thước của nguyên tử

May electron Electron bén ngoai hat nhan

Đơn chất là chất chỉ chứa các nguyên tử cùng loại Ví dụ Na, Ò¿, Nạ, C]:

Hợp chất là những chất chứa hai hay nhiều nguyên tử khác loại Ví dụ NaCl, HạO, HCI Hiện nay tôn tại 109 nguyên tố hóa học Một số thuộc loại nguyên tố hiếm (xem bảng tuần hoàn)

1.2 Cấu trúc nguyên tử

Orbital va cau hinh electron

Sự sắp xếp electron là khả năng tạo liên kết giữa các nguyên tử và hình thành liên kết mới trong các phản ứng hóa học Các electron có vai trò quan trọng về tạo liên kết và phản ứng của nguyên tử Các electron năm trên các orbital nguyên tử Orbital là vùng không gian chứa 2 electron Các electron không hoàn toàn chuyển động tự do trên vùng chung quanh hạt nhân mà

cư trú trên các “lớp” (vỏ electron)

Chuong 1 Cau tao nguyén tu va lién két hoa hoc

các electron hóa trị thê hiện bang dau cham

Hóa trị là số electron do nguyên tử bị mất đi hay thu vào để đạt được cấu hình electron khí trơ Electron hóa frị là các electron ở lớp ngoài cùng chưa được lấp đầy (chưa bão hòa)

Electron ở trạng thái bền có năng lượng thấp nhất Cầu hình electron ở trạng thái kích thích có năng lượng cao nhất Cần tiêu hao một năng lượng đủ lớn để chuyển cdc electron ở trạng thái năng lượng thấp lên trạng thái năng lượng cao Ví dụ nguyên tử natrI có cầu hình 2.8 1 đề có cầu hình bền vững nguyên tử natri phải mât đi electron ở lớp ngoài cùng và trở thành cấu hình của khí trơ gần nhất nghĩa là đạt đến câu hình electron của Neon có câu hình electron 2,8 Như vậy natri có hóa trị 1 Các nguyên tô nhóm 1A đều có 1 electron ở lớp ngoài cùng nên chúng đều có hóa trị 1

Từ nhóm 7A của hệ thông tuần hoàn, lấy nguyên tử clor làm ví dụ Clor có cầu hình electron 2.8.7 va nguyén t6 gan nhat trén cling chu ky là Argon có cấu hình bền vững 2.8.8 Đề có cau hinh Argon, clor phai thu vào mot electron Do do clor co héa tri 1 Tuong tu cac nguyén td nhóm 7A đều có hóa tri 1

Hoa hitu co

Cau hinh electron bén vững của một nguyên tử được xác định theo 3 nguyên tặc sau:

e Theo nguyén tac Aufbau cac electron diễn vào các orbitlal theo thứ tự năng lượng tăng dân từ thấp đến cao Bởi vì orbital 1s gần nhất với hạt nhân có năng lượng thấp hơn orbital 2s va orbital 2s thap hon 3s

e Theo nguyén ly Pauli trén mdi orbital chỉ có không quá 2 electron va 2 electron nay co spin ghép đôi (#) Ví dụ 2 electron của nguyên tử Heli sắp xếp trên orbital 1s phải có spIn ngược nhau

e Theo giải thích của nguyên tắc Hund, các orbital suy biến (orbital có cùng năng lượng) không du electron đề lấp đây thì các electron lần lượt điền hết vào các orbital trồng trước khi cặp đôi với eave khac Vi du carbon cé 6 electron Thur tu dién electron lan lượt vào orbital 1s 2s, còn 2 electron được điền vào 3 orbital p suy biến cho nên trên mỗi orbital 2, 2p, chỉ có | electron va orbital 2p, con trong (không có electron)

Cả âu hình bên vững của các nguyén 16 tir 1-18 trình bày ở trên (ký hiệu nguyên tố số nguyên tử

và cau hinh electron bén vững)

Có thê viết cầu hình electron của các nguyên tô OXY, clor, nito, lưu huỳnh và carbon Oxy co SỐ nguyên tử là 8 câu hình electron của oxy la 1s* 2s? 2p 2p,’ 2p-` Tương tự có thê viết cầu hình electron của các nguyên tử như sau:

Clor (số nguyên tử 17) 1s* 2s? 2p,? 2p 2p- 735° 3Ð HN, 3p.)

Niơ (số nguyên tử 7) lý 2s" 2p 2py 2 2p

Luu huỳnh (số nguyên tử 16) Is" 2ˆ 2p 2W 2p 3s” 3p 3Py ' 3p

Carbon (số nguyên tử 6) ls? 2s? 2p, 2p, 2p-

1.3 Thuyết liên kết

Sự tạo thành liên kêt hóa học

Nguyên tử tạo liên kết theo thứ tự sao cho thu được cấu hình electron bền vững như cấu hình electron cua khi tro gần nhất Các khí trơ đều có cấu hình § electron ở lớp ngoài cùng trừ Heli có

2 Vì vậy các khí trơ không thê cho hay nhận electron

Các nguyên từ có lực liên kết đề tạo thành cầu hình electron hóa trị bền vững Lớp electron đã lắp dày có cấu hình như một khí trơ Các electron trong câu hình khí trơ gọi là eleetron bão hòa không tham gia tạo liên kết Cac electron o lop ngoai cung chua lap day goi 1a electron héa tri

Vi du, nguy¢ en từ carbon có cấu hình cơ ban là 1s” whe 2p” Lớp ngoài cùng chưa lấp đầy có 4 electron ( 2s “2p ^), Thường dùng cấu trúc Lewis để biêu diễn electron ngoải cùng của nguyên tử 1.3.1 Cấu trúc Lewis

Cau trie Lewis minh hoa cdc nguyên tử liên kết với nhau như thế nào sao cho tất cả electron dêu cặp đôi Theo thuyết Lewis, các nguyên tử có thê mất, tiếp nhận hay dung chung electron theo thứ tự đê có được lớp electron ngoài cùng lấp đầy 8 electron (lớp hóa tri) Cau tric Lewis cua một phân tử dòng hóa trị thê hiện các electron của mỗi nguyên tứ trên lớp hóa trị Liên kết giữa các nguyên tử là sự dùng chung cặp electron Các nguyên tử có lớp electron hóa trị lap day

sẽ là nguyên tử vững bên Cấu hình electron bên v ừng gọi là octet (§ elecron) lớp hóa trị lấp day chứa 8 electron, ngoại trừ hydro và heli

4

Chương 1 Cau tạo nguyên tư và liên kêt hóa học

Câu trúc Lewis giúp chúng ta theo dõi các electron hóa trị và xét đoán kiêu liên kết Số electron hóa trị có trong môi nguyên tố được xem xét trước tiên Số electron hóa trị xác định số electron cần thiết đề tạo thành octet chứa 8 electron lon đơn giản là nguyên tử nhận hay mat electron phù hop qui tac octet Tuy thé khéng phai tat ca hop chất đều đúng theo qui tac octet Các nguyên 16 trong hop chất hữu cơ có liên kết cộng hóa trị, nghĩa là dùng chung cặp electron Môi một nguyên tô góp mot electron đề tạo liên kết Hai nguyên tử dùng chung | Cặp electron và tạo thành liên kết sigma (ø) Trong liên kết đôi có sự dùng chung 2 cặp electron đề tạo liên kết sigma (ø) và liên kết pi ( Trong liên kết ba hai nguyên tử dùng chung 3 cặp electron dé tao thành 1 liên kết o va 2 liên két 1

tự do thường rât hoạt động Gốc tự do gây hiện tượng lão hóa ung thư và nhiều bệnh khác

Na -1e -——>_ Na” Cl +1e ——» cr tf

18°282p°3s' 1s?2s*2p® (Ne) 1s22s?2p®3s?3p” 1522822p°3s23p° ‘Na:Cl:

Nguyễn tử Natri lon Nati Nguyên tử clor lon clor Phân tử natri clorid

Cặp eleetron không liên kết Gốc tự do

Trong các phân tử hữu cơ trung hòa carbon có 4 liên kết, nitơ có 3 liên kết (va 1 cap electron không liên kết) oxy có 2 liên kết (và 2 cặp electron không liên kết) và nguyên tử hydro có một liên kết Số liên kết của nguyên tử gọi là hóa trị

H

H-C-H —H-O-H H-N-H = -H-H

Cấu trúc Lewis cho thấy sự kết nối giữa các nguyên tử được minh họa với các dấu châm bằng

số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử trong phan tu Cap electron minh hoa bang 2 cham hoặc một nét ngang Khi vẽ cấu trúc Lewis cần chú ý đến sô lượng electron tạo liên kết và vị trí cac electron Số electron hóa trị của nguyên tử chính là số thứ tự của phân nhóm chính trong bảng tuần hoàn Ví dụ, hydro thuộc nhom IA chi co 1 electron hda tri, carbon (C) thudc nhom

4A có 4 electron hóa trị và fluor (F) thuộc nhóm 7A có 7 electron hóa trị

Đề vẽ công thức Lewis của CHE trước tiên cần tìm tông số số electron hóa trị tất cả nguyên tử

tham gia vào cấu trúc tức là C có 4, H có 1 (có 3 H) và E có 7 Tông electron hóa trị là 14

4 + 3(1)+ 7= 14

C 3H F

Hóa hữu cơ

Nguyên tử carbon liên kết với 3 nguyên tử hydro va l nguyên tử fuor Carbon đòi hỏi 4 cặp

clectron Sáu electron hóa trị còn lại thuộc 3 cặp electron không liên kết của fluor

O(:§: OH Ẳy Sọ

H py O1: S 230

Phân tử H;SO¿ Lưu huỳnh có 10 electron Phân tử SỢ Lưu huỳnh có 12 electron

Vì vậy đê vẽ câu trúc Lewis cho hâu hết các phân tử cần theo các bước:

a-_ Vẽ cấu trúc dự kiến Nguyên tố có số nguyên tử thấp nhất thường là nguyên tố trung tâm b- Tinh sé electron héa trị đối với tất cả nguyên tử trong hợp chất

c- Đặt cặp electron ở giữa từng ký hiệụ

d- Đặt các cặp electron xung quanh nguyên tử bên ngoài cho dén khi cé 8 electron (trừ hydro) Nếu nguyên tử (trừ hydro) có ít hơn 8 electron thì di chuyên cặp electron không dùng

chung đề tạo thành liên kết bộị

Nếu cấu trúc là ion thì electron thêm vào hay mắt đi chính là điện tích của ion Cấu trúc Lewis thường dùng đê chỉ rõ các nguyên tử liên kết với nhau như thế nào kể ca các nguyên tử mang cặp electron không liên kết hoặc có điện tích hình thức Điện tích hình thức là sự khác biệt giữa số electron hóa trị mà nguyên tử có khi nó không liên kết với các nguyên tử khác và số electron không liên kết và một nửa electron liên kết của chúng Do đó, điện tích dương hoặc âm phân bó

trên nguyên tử gọi là điện tích hình thức Điện tích đặt ở đâu được thực hiện khi tính toán điện

tích hình thức đối với nguyên tử dạng ion hay phân tử Ví dụ, ion hydroni HO" có điện tích dương và oxy có điện tích hình thức +]

sà S—— 5 clectron hóa trị đã góp vào

có thê không chứa hơn 8 electron khi chỉ có 4 orbital (2s, 2px 2py và 2pz)

6

Chuong 1 Cau tao nguyén tu va lién két hoa hoc

1.3.2 Câu trúc electron cua nguyén tu carbon

Cac kiéu lién ket hoa hoc khac nhau

Carbon ở trạng thái cơ bản

Carbon có cấu hình electron € 1s”25ˆ2p,2py == 1s”2s”2p”

Carbon có cấu hinh electron 1s’s2?p? Carbon kich thich có cấu hình electron (1S72s!2p,2py2pz)

Két qua la carbon co 4 electron doc than tao liên kết Carbon luôn có hóa trị 4 Bốn electron của

carbon kich thích có năng lượng khác nhau do đó các liên kết của carbon phải khác nhau Thực

tế phân tử metan có 4 liên kêt C-H hoàn toàn giông nhau

Carbon ở trạng thái lai hóa

Khi tạo thành các liên kết, orbital 2s và một số orbital 2p có thể tô hợp lại tạo thành những

orbital cé dang khac cac orbital ban dau va co khả năng xen phủ cao hơn do đó liên kêt được hình thành cũng bên hơn Sự tô hợp đó được gọi là sự lai hóa

se Lai hóa sp”

Kiểu lai hóa thứ nhất gọi là lai hoa sp> (còn gọi là lai hóa tứ diện)

Một orbital 2s và 3 orbital p tô hợp với nhau tạo thành 4 orbital lai hóa spŠ

Sự tổ hợp | orbital 2S Orbital lai hóa Nguyên tử carbon lai hóa sp”

và 3 orbital 2p

Các kết quả tính toán cho thấy rằng néu xem kha nang xen phu cua orbital s 1a 1 thi cua orbital

pla V3 va cua orbital sp” là 2

Hoa hữu cơ

e® Lai hóa sp2

Sự tô hợp orbital 2s với 2 orbital 2p (2px, 2py) tao thanh 3 orbital lai hóa sp? hay con gol la lai hóa tam giác Trục đối xứng của 3 orbital sp2 nam trong một mặt phăng và tạo nên những góc

1209 Khả năng xen phủ tương đối của orbital sp2 1a 1,99

Tổ hợp s, 2p, và 2p, Carbon lai hóa sp? Orbital 2p, không lai hóa

Như vậy trên carbon lai hóa sp2 còn có một electron trên orbital 2p; không lai hóa Orbital này

có dạng hình khối số 8 nồi

® Lai hóa sp

Tô hợp một orbital s và một orbital 2px tao thanh 2 orbital lai hoa sp voi kha nang xen phu

tương đôi 1,93 và góc tạo bởi trục đối xứng của 2 orbital là 1809 hay còn gọi là lai hóa đường thăng Trên carbon lai hóa sp còn có 2 electron p không tham gia lai hóa 2Py và 2pz

so co

Tổ hợp 2s và 2p, Carbon lai hóa sp 2 Orbital 2p, và 2p, tự do

Sự lai hóa giữa orbital s và p cũng Xây ra trong các nguyên tử oxy, nitơ

1.3.3 Các kiểu liên kết hóa học khác nhau

Liên kết hóa học được tạo thành do lực hút giữa 2 nguyên tử Electron hóa trị tham gia tạo

thành liên kêt Nguyên tử nhận electron trở thành anion tích điện âm và nguyên tử mất electron trở thành cation tích điện dương Các kim loại có khuynh hướng mất electron, các phi kim có khuynh hướng nhận electron Cation có kích thước bé hơn nguyền tử còn anion thì lớn hơn

Các nguyên tử trong cùng chu kỳ có kích thước giảm dần từ trái qua phải Các nguyên tử trong cùng nhóm có kích thước tăng dẫn từ trên xuông Electron bị giữ chặt khi số lớp tăng lên

Năng lượng cần thiết dé mat một electron ở nguyên tử hay ion (ở thể khí) gọi là năng lượng ion hóa Các nguyên tử có thê có các dãy năng lượng ion hóa Các nguyên tử có số eleetron nhiều

§

Chuong 1, Cau tao nguyên tử và liên kết hóa học

hơn 1 dễ dàng mat electron, trir nguyén tu hydro Noi chung nang lượng lon hóa tăng dần theo nguyên tô từ trái qua phải trên một chu kỳ và giảm dẫn từ trên xuống của nhóm Cộng thêm electron dé dang hơn mât electron Đòi hỏi năng lượng lớn dé loai bo electron

Lién két ion

Liên kết ion được hình thành là do sự chuyền dịch một hay nhiều electron giữa các nguy én tu Nguyên tư có độ âm điện càng lớn thì càng giữ chặt electron hoa tri va do đó dé tro thanh anion Nguyên tử có độ âm điện thấp dễ mất một hay nhiều electron dé tro thanh cation Mui tén cong chí sự chuyên dịch electron đơn lẻ từ nguyên tử có độ âm điện thấp sang nguyên tử có độ âm điện lớn hơn Hợp chất ion được tạo thành là do sự tương tác của các điện tích trái dẫu với nhau

Do đó, liên kết ion có sự tương tác tĩnh điện giữa các 1on dương và ion âm L, lên kết ion thường được tạo thành giữa kim loại hoạt động, nguyên tố có điện tích dương (ở bên trái bảng tuân hoàn) và các phi kim nguyên tố mang điện tích âm (ở bên phải bảng tuân hoàn) Ví dụ Na (độ

âm điện 0.9) đễ dàng mat mét electron va Cl (do a âm điện 3.0) săn sàng nhận một electron dé tao

liên kết ion Khi hình thành hợp chất ion Na'CT, electron đơn độc 3s của natri đã chuyên sang lớp electron hóa trị chưa lấp đầy của clor

Na([Ne|3s') + Cl([Ne]3s23pŸ) — Na ([Nel3s”) + Cl([Ne]3s°3p°) — Na`CƑ

Liên kết cộng hóa trị

Liên kết cộng hóa trị hình thành là do sự góp chung electron giữa các nguyên tử Trong trường hợp này thay vì mất và nhận electron lớp electron hóa trị được lap day bang sự gop chung electron cúa mỗi một nguyên tứ Ví dụ trên 2 nguyên tử Cl lớp electron có thê được lấp đầy § electron bang cach gop chung electron hoa trị chưa phép đôi (electron đơn độc)

= H;C-CH;

Cl + "=> PCL: Gs = CHƠI ; HCCH,

Tương tự, hydro va fluor tao lién kết cộng trị băng sự góp chung electron Băng cách đó lớp

vỏ electron của hydro được lap đầy và lớp vỏ electron nguyên tử fluor dat duge 8 electron

H+F'— > Hi = HE

Liên kết cộng hóa trị phân cực và không phân cực

Nói chung trong các chất hữu cơ, kể cả các phân tử thuốc khác nhau, đều chứa các liên kết cộng hóa trị Trừ trường hợp các phân tử chứa kim loại, trong đó kim loại là ion Liên kết cộng hóa trị có thê là phân cực hoặc không phân cực Trong liên kết cộng hóa trị không phân cực cặp electron dùng chung được chia sẻ đồng đều giữa hai nguyên tử Ví dụ H-H Va FE Liên kết được hình thành giữa 2 nguyên tử khác nhau thì electron dùng chung bị hút về nguyên tử có độ âm điện mạnh hơn Như vậy sự phân bố cặp electron liên kết đã không đồng đều do đó liên kết trở thành phân cực

Liên kết cộng hóa trị không phân cực Liên kết cộng hóa trị phân cực

(H;) (Fs) ( HF) ( HCl)

Trong liên kết phân cực, có một nguyên tử hút electron manh hon nguyên tư kia Vi du cloromethan (CH;C]) nguyên tu clor liên kết với carbon cặp electron liên kết bị kéo về ° phía nguyên tử clor Nói cách khác, trong liên két phan cue cap electron phan bé khong déng déu Két

9

Hoa hitu co

quả là một phần điện tích có trên nguyên tử carbon và một điện tích âm có trên nguyên tử clor

Độ phân cực liên kêt được đo băng momen lưỡng cực (ký hiệu ¡, momen lưỡng cực của CH;C]

là 1,87) Đơn vị đo momen là debye (D) Nói chung liên kết C-H là liên kết không phân cực

\e 38

u=1,87 D

Các nhà hóa học thường dùng 2 thông số, độ dài liên kết và góc liên kết dé biéu diễn cấu trúc

3D của các hợp chât cộng trị Độ dài liên kết là khoảng cách trung bình giữa hai hạt nhân nguyên

tử liên kết cộng trị với nhau Góc hóa trị là góc được tạo thành do hai liên kết Cộng tri

Khi hai orbital nguyên tử xen phủ với nhau thì hình thành liên kết cộng trị Sự pha hòa các orbital nguyên tử gọi là sự lai hóa và thu được orbital lai hóa

° #

Su xen phi sigma Su xen phu sigma Su xen phu pi

cua orbital s vi orbital p đầu và đầu của 2 orbital p của 2 orbital p song song

Có 2 loại xen phủ orbital đê tạo thành liên kết ø và liên kết œ Liên kết ø được tạo thành đồng thời với sự hình thành liên kết z Do đó liên kết đôi bao gồm liên kết ơ và liên kết z, trong khi đó

liên kết ba gồm có 1 liên kết ø và 2 liên két x Sự xen phủ sigma (Ø) dé tạo liên kết chỉ xảy ra khi

2 orbital s xen phủ với nhau hoặc sự xen phủ của orbital s với orbital p hoặc 2 orbital ? xen phủ

đầu-đầu với nhau Sự xen pht pi (7) dé tao lién két chi xảy ra khi có xen phủ bên của 2 orbital p

song song

Orbital s có hình dang khối cầu Orbital p có hình dáng khối sé 8

Xét sự hình thành kiểu xen phủ sigma (GØ) của phân tử hydro (H›) từ 2 nguyên tử hydro Mỗi nguyên tử hydro có ] electron ở trên orbital s Sự xen phủ của 2 orbital s tạo liên kết ơ Mật độ electron của liên kết ø phân bố dọc theo trục liên kết Vì rằng orbital s có dạng khối cầu và có thé tiếp cận với nhau theo bất kỳ hướng nào đề tạo liên kết ơ

QC) — “2 -w-—:»

Hai nguyên tử hydro.Mỗi nguyên tử Hai nguyên tử hydro

có | orbital nguyên tử 1s Sự hình thành orbital liên kết phân tử Phân tử hydro

1.4 Độ âm điện và liên kết hóa học

Độ âm diện là khả năng hút electron của một nguyên tử Độ âm điện càng cao, khả năng hút

electron hóa trị càng mạnh Độ âm điện ảnh hưởng đến độ phân cực của liên kết Sự chênh lệch

độ âm điện là thước đo độ phân cực liên kết giữa 2 nguyên tử Sự chênh lệch càng lớn, sự phân

cực càng mạnh Nếu sự chênh lệch đủ lớn, các electron dịch chuyên từ nguyên tử có độ âm điện

tháp đến nguyên tử có độ âm điện cao hơn và hình thành liên kết ion Nếu 2 nguyên tử có độ âm

10

1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A

H (2,2) Li(1,0) — Bc(1,6) B(18) C(2,5) N(3,0) O(3.4) E(40) Na(09) Mg(l3) Al(1,6) Si(t,9) P(2.2) S22) CI3,2)

Liên kết Chênh lệch độ âm điện Kiểu liên kết

C-CI 3,00-2,5=0,5 Cộng trị phân cực

P-H 2,1-2,1=0 Cộng trị không phân cực C-F 4,0 -2,5= 1,5 Công trị phân cực

Phân tử không phân cực là phân tử có momen lưỡng cực bằng không hoặc rất nhỏ, vì răng trong phan itr các nguyên tử có độ âm điện bằng nhau hay gần bằng nhau và phân tử sắp xếp đối xứng hình học cho nên các momen lưỡng cực triệt tiểu lẫn nhau

1.5 Phân cực liên kết

Lực tương tác giữa các phần tử

Phân cực liên kết là khái niệm cần thiết để mô tả sự phân chia electron giữa các nguyên tử Sự phân chia không đồng đều cặp electron giữa 2 nguyên tử và gây ra sự phân cực của liên kết Các nguyên tử như nitơ, oxy, và các halogen có độ âm điện lớn hơn carbon và có khuynh hướng tích điện âm Các nguyên tử như carbon và hydro có khuynh hướng trung hòa hoặc tích một phần điện tích dương Sự phân cực của liên kết không những do chênh lệch độ âm điện mà còn do lực tương tác giữa các phân tử Tính chất vật lý các phân tử như độ chảy, độ sôi và độ hòa tan còn phụ thuộc vào lực tương tác giữa các phân tử không liên kết với nhau Có 3 loại tương tác giữa các phân tử không liên kết Tương tác lưỡng cực lực Van der Waals và liên kết hydro Lực tương tác này tăng đáng kê khi phân tử lượng tăng hoặc độ phân cực của phân tử tăng

1]

Hóa hữu cơ

1.5.1 Tương tác lưỡng cực

Tương tác giữa đầu đương của một lưỡng cực và đầu âm của một lưỡng cực khác gọi là tương tác lưỡng cực giữa các phân tử Nhờ có lực tương tác giữa các phân tử nên các phân tử phân cực hút nhau mạnh hơn các phân tử không phân cực Tương tác lưỡng cực xuất hiện khi các electron phân bô không dong déu trong lién két cộng trị Ví dụ hydrofluorid có momen lưỡng cực 1,98 D dọc theo liên kết H-F Nguyên tử fluor có độ âm điện lớn hơn hydro và electron bị kéo về phía fluor, minh hoa như sau:

1.5.2 Lue Van der Waals

Lực hút tồn tai giữa các phân tử phân cực là lực Van der Waals Lực này phân tán giữa các phân tư tương đối yếu hơn so với lực hút của liên kết cộng trị trong phân tử Các electron liên tục chuyên động trong liên kết và trong phân tứ, do đó tại một thời điểm bất kỳ một phía của phần tử có mật độ electron nhiều hơn ở phía kia và xuất hiện momen lưỡng cực tạm thời Vì răng trong phân tư các lưỡng cực có hiện tượng cảm ứng, cho nên sự tương tác giữa các phân tử còn gọi là sự tương tác lưỡng cực cảm ứng

Lực van der Waals là lực yếu nhất của tương tác giữa các phân tử Alkan là phân tử không phân cực vì độ âm điện của carbon và hydro là như nhau do đó không có ký hiệu điện tích phần trên bất kỳ nguyên tử nào của ankan Độ lớn lực van der Waals đê giữ các phân tử alkan với nhau phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa các phân tử Diện tích tiếp xúc càng lớn thì lực van der Waals càng mạnh cho nên đòi hỏi cần năng lượng đề phá vỡ lực hút nay Vi du, isobutan (de

-10.2°C), butan (de -0.6°C) déu có cong thire phan tu CyHyy nhung có điểm chay khác nhau

Isobutan là phân tử nhỏ hơn butan Do đó butan có diện tich bề mặt lớn hơn isobutan và có lực tương tác phần tử lớn hơn isobutan Lực tương tác phân tử của butan lớn hơn nên nhiệt độ nóng chảy cao hơn

isobutan butan

de -10,2 °c de -0,6 °c

1.5.3 Lién két hydro

Liên kết hydro là lực hút giữa hydro với nguyên tử mang điện tích âm có trong phân tử nguyên

tử có điện tích âm trong cùng phân tử (nội phân tử) hoặc ở một phân tử khác (ngoại phân tử) Liên kết hydro là lực hút mạnh giữa các phân tử phân cực có hydro liên kết cộng trị với nitơ, OXY hoặc fluor Như vậy liên kết hydro là một loại tương tác đặc biệt giữa các nguyên tử Liên kết hydro được hình thành khi có liên kết công trị chứa nguyên tử hydro tiền gần dén nguyên tử tích điện âm như Oxy hoặc Nitơ Ký hiệu liên kết hydro bằng nét các dấu chấm (nét thăng ký hiệu liên kết cộng trị) Ví dụ, các phân tử nước tạo liên kết hydro giữa các phan tu

12

Chwong 1 Cau tao nguyén tu va lién ket hoa học

H as Ho Lién két hydro

oe" Cho electron

J H “a H

ies H Nhan electron

Sơ đồ trên cho thấy răng một nhóm các phân tử nước ở trạng thái lỏng Nước là phân tử phân

cực do chênh lệch độ âm điện giữa hydro và oxy Sự phân cực của phân tử nước là cơ sở tạo liên

kết hydro Liên kết hydro quyết định tính chất đặc trưng của nước như sức căng bề mặt, độ nhớt

và áp suất hơi

Liên kết hydro hình thành khi nguyên tử hydro liên kết cộng tri voi oxy, fluor nhung khong

liên kết với elor vì elor có kích thước lớn Độ mạnh của liên kết hydro lién quan vi oxy, fluor

hoặc nguyên tử nitơ trong khoảng 3-10 kcal/mol Độ mạnh này chứng tỏ liên kết hydro là loại tương tác giữa các phân tử và làm cho nước có điểm sôi cao (đs 100°C) Liên kết hydro là sự tương tác giữa các phân tử và không được nhằm lẫn liên kết cộng trị của hydro trong phân tử Liên kết hydro thường mạnh hơn lực Van der Waals trung bình, nhưng không mạnh hơn liên kết ion và liên kết cộng trị

Liên kết hydro có vai trò quan trọng trong sinh học Có thê nói liên kết hydro là “liên kết sự sông” Cầu trúc xoãn kép của ADN được tạo thành và sắp xếp với nhau là do liên kết hydro (xem phân 4.8.2) Bản chất liên kết hydro quyết định tính chất và hoạt động của protein Liên kết hydro nội phân tư (trong cùng phân tử) trong protein làm cho protein có dạng hình cầu (enzym hoặc kích thích tố) Mặt khác liên kết hydro giữa các phân tử với nhau tạo ra các protein không tan (sợi protein) Trong các cellulose và polysaccarid, liên kết hydro làm cho các chất trên có sự sắp xếp hài hòa và do đó thực vật bên vững và có khả năng bảo vệ (xem phần 6.3.10) Liên kết hydro có vai trò quan trọng mỗi ràng buộc giữa thuốc và thụ thê

1.6 Tầm quan trọng của liên kết hóa học

trong tương tác thuôc-thụ thê

Phần lớn các thuốc tương tác với hệ thông thụ thê (receptor) có trong các dại phân tư như protein và các chất giống protein Thụ thê là thành phần hóa học cụ thể của tế bảo Thuốc tương tác với các thụ thê chính là tác dụng được lý Protein là chất thụ thê, mục tiêu để thuốc tân công vào Thụ thê giống như là "chìa khóa" chỉ phản ứng với một hoặc một SỐ phân tử nhất định có cầu trúc hóa học phù hợp với nó Protein đóng vai trò liên lạc giữa các tế bào thông qua các sứ giả là thuốc Tuy thế các enzym không phải là thụ thể, Thụ thê phải là các protein có cấu trúc

thông báo được các tín hiệu hóa học giữa các tế bào Sau khi nhận các tín hiệu hóa học thích hợp

các protein thụ thé truyền các tín hiệu làm thay đổi quá trình sinh hóa trong các tế bào Thuốc tương tác với thụ thể có 3 trường hợp xảy ra Cấu trúc của thuốc phù hợp với thụ thê Một sự thay đôi không đáng kẻ về cầu trúc phân tử thuốc có thê làm thay đôi hiệu quả của thuốc Có một

số thuốc không có liên quan ràng buộc nào với thụ thê

Hóa hữu cơ

Một số thuốc tác dụng bên ngoài màng tế bào bằng các tương tác hóa học Ví dụ sự trung hòa acid ở dạ dày do phản ứng của các thuốc kháng acid

Thuốc + Thụ thể —> Phức thuốc-thụ thể —> Thay đôi chức năng

Sự tương tác thuốc - thụ thể chính là sự ràng buộc giữa cấu trúc thuốc và cấu trúc thu thé do các kiêu liên kết hóa học tạo nên Các lực hóa học có thê tạo ra sự ràng buộc tạm thời piữa phân

tử thuốc và thụ thể Sự tương tác xảy ra do các lực tương tác phân tử như cộng hóa trị (40-140 keal/mol), ion (10 kcal/mol), Ion-lưỡng cuc (1-7 kcal/mol), lưỡng cực-lưỡng cực (1-7 keal/mol)

van der Waals (0,5—1 kcal/mol), liên kết hydro (1-7 kcal/mol), tương tác ky nước (] kcal/mol)

Tuy thé, các thuốc có sự ràng buộc hữu hiệu là những thuốc có các liên kết bội

Các liên kết cộng trỊ có tương tác mạnh và không thuận nghịch Tương tác thuốc-thụ thê là một quá trình thuận nghịch nên rất it xảy ra sự hình thành liên kết cộng trị (trừ một vài trường hợp)

Một số thuốc như mitomycin C, cisplatin và anthramycin xâm nhập vào nhóm chức của ADN băng sự biến đổi các nueleotid

NHạ „Cl

NHzZ ‘Cl Cisplatin 0 ?

Thuốc chống ung thư Mitomycin C H O Anthramycin O

Nhiéu loai thuéc chtra acid hoac amin dé bi ion héa ở môi trường pH sinh lý và có thể tạo liên kết ion do sự tương tác của các điện tích trái dấu có trong chat thu thé Vi du, su tuong tac ion giữa chức amin da proton hoa véi salbutamol hoặc các amoni bậc bốn trong acetylcholin với chức acid carboxylic đã bị phân ly có trong thu thé

Tương tác lưỡng cực - lưỡng cực, như liên kết hydro, cũng có lực ràng buộc tương tác thuốc- thu thé Vé co ban thi tuong tac thuéc-thu thé cũng chỉ là sự trao đồi liên kết hydro giữa các phân

tử thuốc, giữa nước và các thu thé

Sự hình thành các liên kết ky nước giữa các nhóm hydrocarbon không phân cực trên phân tử thuốc và các nhóm như thế trên các thụ thê cũng rất phô biến Mặc dù sự tương tác như thé ít xảy

ra nhưng có vai trò góp phần loại các phân tử nước Lực đây làm giảm sự ồn định tương tác thuốc-thụ thé, ké ca luc day do dién tich cùng dấu và trở ngại không gian

Chương 1 Cấu tạo nguyên tứ và liên kêt hóa học

1.7 Hiéu wng electron trong hóa hữu cơ

Mật độ electron trong liên kết cộng hóa trị thường được phần bố không đồng đều giữa 2 nguyên

tử của liên kết Khi ây phân tử chât hữu cơ bị phân cực Sự phân cực đó có thê xảy ra ngay Ở trạng thái /ữnh hoặc cũng có thê chỉ xuât hiện nhất thời ở trạng thái đóng (khi phân tử bị tác động, bởi các yếu tô của môi trường) Bản chất của sự phân cực khác nhau còn tùy thuộc vào câu tạo phân tử (phân tử có hệ thông liên kết như thế nào) Như vậy cấu tạo phân tử có ảnh hưởng đên sự phân bô mật độ electron Ảnh hưởng đó gọi là hiệu ứng electron trong phân tử Có các loại hiệu ứng:

e Hiéu tg cảm ứng, ký hiệu l

« Hiệu ứng liên hợp, ký hiệu C hoặc M

© Hiệu ứng siêu liên hợp, ký hiệu H

1.7.1 Hiệu ứng cảm ứng (Inductive effect) Kí hiệu là I

Khao sat phan tur n-propan C3Hg va phan tu n-propylclorur C3H7Cl

\ \ i \ 5;' ' 8,’ lồn!

n-Propan n-Propyl elorid

Trong phân tử n-propylclorid, liên kết C¡-C1 bị phân cực về phía nguyên tử clo vì nguyên tử clo có độ âm điện lớn hơn Nguyên tử clo mang một phần điện tích âm ồ_ và nguyên tử carbon mang một phân điện tích dương 8”: Vì C¡ mang điện tích dương nên cặp electron liên kết của liên

kết C›-C¡ bị dịch chuyển về phía carbon C¡ Kết quả là liên kết Cs-C¡ cũng bị phân cực theo

Nguyên tử C› mang một phần điện tích dương Đến lượt liên kết C:-C; cũng chịu ảnh hưởng như

vậy và kết quả nguyên tử carbon C; mang một phần điện tích dương Nhưng 8) '>82'>83" Cac

liên kết cũng chịu ảnh hưởng như thế và kết quả có sự phân cực của liên kết H—>C, hydro trở nên linh động hơn Hiện tượng này không xảy ra với phân tử n-propan Như vậy ảnh hưởng sự phân

cực của liên kết C-C1 làm cho các liên kết khác bị phân cực theo và toàn bộ phân tử bị phân cực

e Nguyên tử clo là nguyên tử gây ảnh hưởng cảm ứng

Sự phân cực hay sự chuyên dịch mật độ electron trong các liên kết ơ gọi là hiệu ứng cảm ứng Hiệu ứng cảm ứng kí hiệu là I hoặc Iợ (chữ đâu của Inductive)

Đề phân loại các nhóm nguyên tử theo hiệu ứng cảm ứng người ta qui ước rang nguyên tử hydro liên kết với carbon trong C-H có hiệu ứng I = 0 Những nguyên tử hay nhóm nguyên tử X

có khả năng hút electron (C—>X) mạnh hon hydro được coi là có hiệu ứng -Ï (hiệu ứng cảm ứng âm) Những nguyên tử hay nhóm nguyên tử Y có khả năng day electron (YC) manh hon hydro duoc coi 1a nhitng nhém co hiéu tng +1 (higu ung cảm ứng dương)

Y—C C—H C+X +1 [=0 +

15

Là hiệu ứng rất phô biến ở các nhóm không no, các nhóm mang điện tích dương và các nhóm

ứng với những nguyên tố có độ âm điện lớn (như các halogen, oxy, nitơ) Sự biến thiên mức độ

mạnh yếu của hiệu ứng -Ï trong các nhóm nguyên tử tuân theo một số qui luật:

® - Nguyên tư carbon lai hóa sp có -I lớn hơn các nguyên tử carbon lai hóa sp? va sp*

Độ âm điện càng tăng thì hiệu ứng -Ì càng lớn

Biều hiện cụ thể của hiệu ứng cảm ứng là ảnh hưởng của các nhóm thế khác nhau đến lực acid

và lực base của các acid carboxylic no và của các amin,

Trên bảng sau, người ta nhận thấy rằng nếu thay thé hydro cua acid formic bang các góc alkyl]

co +1 tang thì khả năng phân ly của acid giảm Còn lân lượt thay thế các hydro của amoniac băng các gốc alky] có +l tăng thi tinh base tăng lên

Hiệu ứng +I tăng làm cho liên kết O-H kém phân ly

Chương 1 Cầu tạo nguyên tứ và liên kêt hóa học

Chú ý: (*) Sở dĩ tính base của trimetylamin không tăng là do hiệu ứng không gian

Hiệu ứng -[ tăng, lực acid tăng Khi thay thể hydro cua CH; trong acid acetic bang cac halogen

có độ âm diện khác nhau thì tính acid thay đôi Nguyên tử halogen có hiệu ứng -[I hut electron ảnh hưởng đên sự phân ly của nhóm O-H

F~+-CHạ-C-O-H C-CHạ-C-O-H_ Br<CHạ~C-O-H I<CHạ~C-O-H-H-CH;~C~O-H

Đặc điểm quan trọng của hiệu ứng cảm ứng là hiệu ứng cảm ứng lan truyền trên mạch liên kết

ø và yêu dần khi chiều dài của mạch carbon tăng lên

CH;CH;CH;COOH CH›CICH;CH;COOHCH;CHCICH;COOH CH3;CH,CHCICOOH

pKa 4,82 4.42 4,05 2,86

1.7.2 Hiệu ing lién hop (conjugative effect)

Hé thong lién hop

Đặc điểm của hệ thống liên hợp

* Trong phân tử không có liên kết đôi hoặc liên kết đơn riêng lẻ

CH;—CH-CH;-CHECH; CH;=CH-CH=CH-CH; CH;=CH-CH;-OCH;

Không liên hợp Liên hợp Không liên hợp

e Các nguyên tử tạo hệ liên hợp luôn nằm trong một mặt phăng và trục của các oirbtal p song song với nhau và thăng góc với mặt phăng chứa các liên kết ơ

Hiệu ứng liên hợp (ký hiệu C hoặc M)

diệu ứng liên hợp là hiệu ứng sinh ra do sự phân cực của liên kết x được lan truyền trong hệ

thông liên hợp

Hiệu ứng liên hợp được kí hiệu là C (Conjugative effect) hoặc M (Mezomeric effect)

18

Chương Ì Cầu tạo nguyên tư và liên kết hóa học

Phân loại hiệu ứng liên hợp

Căn cứ vào sự dịch chuyên electron cua cac electron 7 C6 hai loai higu ung liên hợp Hiệu ứng,

liên hợp +C và Hiệu ứng liên hợp —C

Hiệu ứng liên hợp —C

Nếu thay thế nguyên tử hydro trong nhóm CH) cua butadien bang nhom CH=O Nhom nay tham gia liên hợp voi orbital phan tu 7 cua butadien Nhờ có đặc tính phân cực của nhóm CH=O nên toàn bộ orbital z mới hình thành của phân tử bị dịch chuyên một phân về phía nguyên tu Oxi

a

CH,LCIRCH,<CHYCHLO

Nhóm CH=O có hiệu ứng liên hợp theo cơ ché hut electron nén được gọi là nhóm có hiệu ứng -C Các nhóm có hiệu ứng —C là những nhóm không no có công thức chung C=Y, C=Z và một

số nhóm khác không chứa carbon như -NO2, -SO3H

Hướng chuyên dịch electron trong hệ thông có nhóm với hiệu ứng —C được mô tả bằng mũi tên cong Nhóm có hiệu ứng —C thường có thêm hiệu ứng cảm ứng -I

Các nhóm có hiệu ứng +C: -NH? > -OH ; -O- > -OH

-F > -Cl > -Br > -I -NR2 > -OR > -SR > -SeR

Các nhóm có hiệu ứng +C thường có thêm hiệu ứng cảm ung -I

Hiệu ứng liên hợp được ứng dụng rộng rãi đề giải thích cơ chê phản ứng, các câu tạo trung gian, độ bên của các ion, tính acid-base

Hiệu ứng liên hợp có ảnh hưởng đến sự dịch chuyền electron Chúng có các công thức trung gian hay còn gọi là công thức giới hạn như sau:

Hóa hữu cơ

® Khác với hiệu ứng cảm ứng, ảnh hương cua hiệu ứng liên hợp không bị giảm di khi hệ liên hợp kéo dài

Ví dụ: Nguyên tử hydro trong nhóm CH+ của aldehyd crotonic linh động do ảnh hưởng của hiệu

mà tác dụng vào nguyên tử oxy của nhom carbonyl

e Anh hwong cua hiéu ung lién hop chi xay ra trong hé thong phang

Ví du: Phenol (1) có tính acid vì nhóm OH có hiệu ứng liên hợp +C p-Nitrophenol (II) có tính acid mạnh hơn phenol vì nhóm NO2 có hiệu ứng liên hợp -C Thay 2 nhóm CH3 vào vị trí orto so

với nhóm OH được chất (II) Chất (II) có tính acid giảm chút ít so với II Nhưng đưa 2 nhóm CHạ

vào vị trí ortho so với nhóm NO2 được chất IV Chất IV có tính acid yếu hơn II Điều đó chứng tỏ

2 nhóm CH+ làm cho nhóm NO2 không có hiệu ứng liên hợp - C ảnh hưởng đến chức phenol

Chương 1 Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học

Sở dĩ có điều đó vì trong (II) nhóm NO2 không năm trong cùng mặt phăng với vòng benzen Hai nhóm CH3 có cán trở không gian làm cho nhóm NO2 bị lệch ra khỏi mặt phăng của vòng benzen Hiệu ứng liên hợp của nhóm NO2 không phát huy tác dụng

Hiệu wng siéu lién hop (Hyperconjugate effect)

Ngoài sự liên hợp m-r và p-x đã nêu ở trên còn có sự liên hợp ø-7x giữa các orbital ø của các liên kết C-H trong nhóm alkyl và orbital z của nôi đôi, nôi ba hay vòng thơm

H{C*c“c1- Hạc \cếcL nạG- c}oSeL woe’

HO H | CH | H

Ba liên kết Hai liên kết Một liên kết Hai liên kết

Sự tương tác liên hợp giữa orbital ơ của liên kết C-H với orbital z cua liên kết đôi, ba hoặc hệ thông liên hợp gọi là hiệu ứng siêu liên hợp

Hiệu ứng siêu liên hợp có kí hiệu là H

Hiệu ứng siêu liên hợp không những làm thay đổi bản chất của liên kết kép mà còn làm thay đổi ca tỉnh chât của liên kêt đơn C-H

e - Hiệu ứng siêu liên hợp làm thay đổi hướng cộng hợp vào liên kết đôi

Ví dụ: Trong phân tử 2-penten, nhóm C2Hs có hiệu ứng +I lớn hơn nhóm CH3

Phân tử 2-penten cộng hợp với HBr đáng lẽ phải tạo thành 3-brompentan Nhưng thực tế thu được 2-brompentan Điều đó chứng tỏ ảnh hưởng siêu liên hợp của nhóm CH+ lớn hon ảnh hương siêu liên hợp của nhóm C2Hs đã ảnh hường đến hướng cộng hợp

e - Hiệu ứng siêu liên hợp ảnh hưởng đến tính chất linh động của liên kết C-H trong géc alkyl

Ví dụ: Nguyên tu hydro trong nhom CH3 cua aldehyd acetic dé dang bi cat duit trong mdi trudng kiểm tạo carbanion Carbanion tạo thành có hệ thông liên hợp p-m Vì vậy:

H C—CH=O + HO ae bea” + H,O

Hóa hữu cơ

Carbanion này có thê có công thức giới hạn

H | iN H | 2 HSGzCMC© ~—> H-C-CH-O

TIiện tượng trên còn thê hiện trong hop chat ester ethylacetoacetat CH;COCH;COOC;H: Liên kết C-H của nhóm CH¡ có siêu liên hợp với nhóm carbonyl C=O Hydro cua CH) trở nên linh dong va dé dang bi cat dut trong môi trường base đê tạo thành carbanion

c gt OG: +OH"—> CH;—C—C—C—OC;H; + HạC

Hiệu ứng siêu liên hợp và hiệu ứng cảm ứng +I luôn xảy ra cùng hướng

Hiện tượng phân bồ lại mật độ electron còn có thê có trong các trường hợp hệ thông carbanion

và carbocatinon

Ví dụ: Carbocation allylic CH2=CH-CHT và carbanion allylic CHa=CH CH-

Trong carbocation có hiện tượng dịch chuyên electron từ liên kêt x đên orbital trông của

nguyên tử carbon Trong carbanion có hiện tượng dịch chuyên cặp electron tự do của carbon đên

liên kết 7

22

2

Tinh chat vat ly va

phuong phap xac dinh cau tao

cac chat hiru co’

Muc tiéu hoc tap

Sau khi hoàn tât chương này sinh viên có thê:

e Dinh nghia tinh chat vat ly cac chat hitu co’ (thudc) như sự phán cực, sự hoa tan, điêm chay, điểm sôi va tinh acid-base

e_ Giải thích các thuật ngữ pH, pKa, dung dịch đệm và sự trung hòa

e Hiệu được các phương pháp vật lý và hóa học về xác định câu tạo các chát hữu cơ

Hoa hitu co

2.1 Tính chất vật lý của các chất hữu cơ

2.1.1 Trạng thái vật lý

Các chất hữu cơ ton tại ở các trạng thái vật lý khác nhau ví dụ như chất răn vô định hình tinh

thé ran, chat ran hut âm chât long hoặc chât khí Hiệu biết về trạng thái vật lý các phân tử hữu

cơ hay các phân tư dược phâm làm phong phú thêm về kiên thức bảo quan và phân phôi thuộc

2.1.2 Điểm nóng chảy và điểm sôi

Điểm nóng chảy (đe) là nhiệt độ ở đó một chat ran trở thành một chất long va điểm sôi (đs) là

nhiệt dộ tại thời điểm đó hơi áp suất của chất lỏng băng áp suất khí quyên Điêm sôi của một chất cùng có thẻ được định nghĩa là nhiệt độ tại đó có sự thay đôi trạng thái long thành trạng thái khí Irone suốt quá trình thay đôi đó áp suất không đôi Điêm chảy của nước 0°C ở áp suất ] asmospher Diễm sôi của nước là 100°C

Sư dụng điêm nóng chay đề biêu thị độ tỉnh khiết của một chất Điễm nóng chảy cua một hợp chất tỉnh khiết luôn cao hơn điểm nóng chảy có lẫn tạp chất (không tỉnh khiết) Tạp chất càng nhiều điêm chay càng thấp Điêm nóng chảy thấp nhất cua hỗn hợp theo ty lệ pha trộn xác dịnh được gọi là diem eutectic (ewlectic point),

Cac chất có phân tư lượng lớn thường có điểm chảy cao Độ sôi của chất long cao khi kích thước phân tử của chất lóng lớn

Chất rắn thường có điểm nóng chảy cao hơn điểm sôi của chat long Su sap xếp nén chặt (packing) trong tỉnh thê thường ảnh hưởng đến điêm chảy của hợp chất Sự nén chặt trong chất

răn là thuộc tính xác định vị trí phù hợp của các phân tử riêng biệt trong mạng lưới tỉnh thê Sự

sắp xép chặt hơn, mạng lưới tỉnh thê đòi hoi năng lượng cao đề phá vỡ làm tan chay hợp chất Các alkan với so Je cae nguyén tu carbon co diém chảy nóng chảy thấp hơn alkan có số carbon chan, vi rang su sap xép cua các phân tử alkan với sô lẻ các nguyên tử carbon ít bị nén chặt, Nghĩa là điêm nóng chảy cua alkan có số carbon chan cao hơn điêm nóng chảy của alkan cỏ số carbon lẻ Các alkan có cùng trọng lượng phân tử nhưng nếu alkan nào có nhiều phân nhánh hơn

sẽ có điêm sôi thấp hơn

Chương 2 Tính chất vật lý phương pháp xác định công thức cầu tạo các chát hữu cơ

[rong một chất luôn luôn tôn tại sự tương quan trực tiếp giữa các cực của một phân tử và sự hiện điện về sô lượng các loại cực hay liên kết cộng hóa trị không phân cực Trong một só trường hợp một phân tử phân cực nhưng sap xép đối xứng làm cho phân tư trở nên không phân cực trường hop phan tu CO>

Thuật ngữ "liên kết phân cực" mô tả sự phân bố electron giữa các nguyên tử Trong liên kết cộng trị không phân cực sự phân phối electron là đồng đều giữa hai nguyên tử Giữa hai nguyên

tử khác nhau nguyên tử có lực hút electron mạnh hơn sẽ hình thành liên kết phân cực Liên kết

cộng trị phân cực được tạo thành do sự chênh lệch độ âm điện (lực hút electron) giữa hai nguyên

tứ, Nêu lực hút này đủ mạnh sẽ hình thành liên kết ion

Ví dụ nước là một phân tử phân cực trong khi cyclohexan không phân cực Liên kết phân cực

và độ âm điện đã được thảo luận trong Chương |

s+

0 ŠT”

H—OH Nước Cyclohexan Một phân tư phần cực Một phân từ không phân cực

D6 hoa tan

Là số lượng chất tan có thê hòa tan hết trong một dung môi cụ thê ở điều kiện nhất dịnh Chất hòa tan được gọi là chất tan va chat dé hoa tan vao goi la dung mdi Chất tan hòa tan vào dung môi

thu được dung dịch Quá trình hòa tan dược gọi là sự søvef héa (solvation) hoac hydrat héa khi

dung môi là nước Trong thực tế sự tương tác giữa chất tan và một dung môi được gọi là sự solvat hoa (sv/vation) Tinh phan cực cua phân từ là nguyên nhân gây ra tính hòa tan của phần tư Nước là chất phân cực benzen là chất không phân cực Hai chất nay khong thê hòa tan với nhau Dung môi phân cực (nước) có một phần điện tích tương tác với phần diện tích của chất tan phân cực (NaCl) Nói chung các chất có độ phân cực như nhau thì có thể hòa tan được cùng nhau Chất không phân cực không có điện tích Các dung môi không phân cực không thu hút các chất tan phan cực Alkan là các phân tử không phân cực không hòa tan trong dung môi phân cực (nước) và hòa tan được trong dung môi không phân cực (ether dầu hỏa) Các liên kết hydro vả sự tương tác các phân tử không liên kết (wonbonding) được mô tả trong Chương 1

Dung dich bão hòa

Là dung dịch tại trạng thái cân băng chât tan không thê hòa tan thêm nữa vào dung môi Trạng thai cin bang phụ thuộc chủ yêu vào nhiệt độ Nông độ tôi da của dung dịch bão hòa ở trạng thái cân băng là nông độ có khôi lượng chât tan dúng băng độ hòa tan của chât tan vào dung môi Tính hòa tan của chât tan phụ thuộc sự tương tác giữa các phân tu (intermolecular) dụng môi

và các chât tan nhiệt độ sự thay đôi entropy trong quá trình solvat hóa, áp suât Fôc độ hòa tan phụ thuộc vào kích cỡ phân tư nhiệt độ và sự khuây trộn

2.1.4 Tinh acid-base DO pH

Tac dung phu cua aspirin la gay chay mau da day Trong da day aspirin bi thuy phan thanh acid sallcylic Chức acid (-COOH) và chức phenol (-OH) là các chức có tính acid Lượng aspirin làm tăng độ acid (độ chua) của dạ dày Aspirin tôn tại kéo dài thì hiện tượng chảy máu dạ dày có thê Xây ra Cũng giông như aspirin, có một số thuốc trong tự nhiên có tính acid Tương tự như vậy

cũng có một sô thuốc có tính base hoặc trung hòa

25

Can hiéu biét cac thuat ngit acid, base, trung hoa, các thông số và cách đo đạt

Phan tu acid la phan tur thiéu electron san sang tiếp nhận cặp electron (HC])

Phan tu base la phan tu cé du cap electron co kha nang cho cap electron nay (NaOH)

Phan tu frung hoa là phân tử không thé cho va nhan electron

Các phản ứng hữu cơ là phản ứng acid-base hoặc liên quan đến xúc tác acid-base

O._.OH

Acid va base theo Arrhenius

Theo dinh nghia Arrhenius, trong môi trường nước acid là chất cho proton (H;O”), base là chất

có Ion hydroxyl (OH) Tương tác giữa acid và base tạo ra phân tử muốồi và nước

HCI (acid) + NaOH (base) = NaC] (muối) + HạO (nước)

Acid va base theo Brosted-Lowry

[heo nhà hóa học Đan Mach Johannes Bronsted va nha hoa hoc Anh Thomas Lowry, acid la chat cho proton (H') base 1a chat nhan proton (H’)

[INO (acid) + H20 (base) = NO (base lién hop) + H30 "(acid lién hop)

Mỗi acid có một base liên hợp và mỗi base có một acid liên hợp Cặp liên hợp chỉ khác nhau

bởi một proton Trong ví dụ trên, HNO;¿ là acid, H;O là base, NO» là base liên hợp, H;O” là acid

liên hợp Do đó, một acid liên hợp chỉ mất một proton H” đề tạo thành một base và một base liên

hợp tiếp nhận một proton H” để tạo thành một acid Nước có thé la một acid hoặc một base

Nước (base) có thê tiếp nhận một proton đê trở thành một ion hydroni (H:O”) là acid liên hợp của base (H;O) Nước là acid có thể mắt một proton đề thành ion hydroxyl (HO’) la một base liên

hop cua acid (H2O)

Acid yếu Base yéu Base liên hợp _Acid liên hợp

của nước của amoniacc

- Base mạnh Acid manh + Cặp acid-base liên hop 4 pKa=9,24

Khi acid chuyén proton cho base thì acid trở thành base liên hợp của acid Bằng cách tiếp nhận một proton thì base trợ thành acid liên hợp của base Trong phản ứng acid-base, HạO chuyên

thanh base lién hop (ion HO’) và NH: chuyên thành acid liên hợp (NH¡`)

Vi vay, acid liên hợp của base luôn có sự cộng kết nguyên tử hydrogen và tích điện dương hoặc có sự giảm điện tích âm Mặt khác, base liên hợp của acid luôn mắt đi một nguyên tử hydro

và tích điện âm hoặc có cặp electron không liên kết và đồng thời giảm điện tích dương

Theo các dịnh nghĩa Bronsted-Lowry, các chất chứa hydro linh động sẽ tác dụng như một acid

và chât có chứa cặp electron không liên kết sẽ tác dụng như một base Vì vậy, các phân tử trung

26

Chương 2 Tính chất vật lý, phương pháp xác định công thức cầu tạo các chất hữu cơ

hòa có thẻ hoạt động như một base nếu chúng chứa nguyên tử oxy, nitơ hoặc nguyên tử lưu huỳnh Trong phản ứng trao đôi proton luôn hiện diện đồng thời acid và base Do đó, phản ứng trao đôi proton thường được gọi là phản ứng acid-base

Vi du, trong phản ứng giữa acid acetic (CH;:COOH) và NHs, một proton được chuyền từ một acid CH;COOH dén mot base la NH3

Acid mạnh Base mạnh Base liên hợp _ Acid liên hợp

cua acid acetic của amoniac Base yéu Acid yéu

t Cap acid-base lién hop † pKa = 9.24

Trong phản ứng acid-base trén day, NH; la mét base vì nó tiép nhan proton va CH;COOH la một acid vì nó cho proton Trong phản ứng ngược lại ion amoni NH;' là acid vì nó cho proton và ion acetat CH;COO 1a mot base vi no tiép nhan proton Mui tên cong minh họa sự chuyên dich electron trong phan img acid-base Hai mii tén thang minh hoa su can bang trong phan ứng acid- base Mii tén dai hon chi chiéu chuyén dich ưu tiên tạo thành ion acetat và ion amoni Vì acid acetie CHyCOOH là một acid mạnh hơn ion amoni NH¡¿' cân bằng chuyên dịch về phía tạo thành acid yếu và base yếu

Chủý Mội acid rất mạnh thì base liên hợp cua nó là một base rái yêu

Một acid rất yêu thì base liên hợp của nó là một base rat manh

Acid-Base theo thuyét Lewis

Theo thuyét Lewis, acid la chat nhan cap electron, base 1a chat cho cap electron Nhu vay proton chi là một trong những trường hợp của acid Lewis Bất kỳ một phan tu hay ion co orbital trong tiếp nhận cặp electron đêu là acid (Xem Chuong 1, orbital va ly thuyét Lewis) Bat ky phan tir hoa ion co cap electron tự do déu 1a chat base, vi khéng xay ra trong dung dich Acid Lewis

là acid phi proton hợp chất tiếp nhận cặp electron từ base mà không có hiện tượng cho proton

Boran (BH;) botrichlorid (BC]:) và botriflorid (BE) là những acid Lewis boi vi trên nguyên tử

Bo có orbital p trong dé tiép nhan cap electron tir céc chat cho electron Vi du, diethyl ether là

một base Lewis tương tác với BC]: (acid LewIs) tạo thành phức cua botrichlorid

C3Hs.0-C3Hs Ne BC]: 63H,-O BC];

Diethyl ether Botrichlorid C;H;

Base Lewis Acid Lewis Phife diethy! ether va botrichlorid

Tinh acid-base cua cac nhom chitc hitu co’

Xét tinh acid-base cua các phân tứ có các nhóm chức khác nhau Acid carboxylic, amin, alcol,

amid ether và ceton là các chất phô biến Phân tử thuốc có các nhóm chức này nên thuốc cũng

có tính acid hoặc base Các hợp chất hữu cơ chứa nguyên tử có cặp electron không liên kết như nito, oxy, luu huynh, phospho déu la cac base Lewis hoac base Bronsted va tac dung voi cac acid Lewis hay acid Bronsted Acid Lewis c6 thé la acid proton hoac phi proton Acid Bronsted 1a

27