Sự hình thành khái niệm cơ chế phản ứng trong chương trình hoá học hữu cơ ở trường phổ thông

Mục đích nghiên cứu.Trên cơ sở đặc điểm của quá trình hình thành và phát triển các kháiniệm hoá học cơ bản trong hoá học nói chung, chúng tôi tiến hành nghiêncứu việc hình thành và phát

Lời cảm ơn

Trớc tiên, em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến ban chủ nhiệm khoa Hoá, các thầy, cô trong khoa, tổ bộ môn Ph ơng pháp dạy học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn này Đặc biệt là giảng viên - thạc sĩ Lê Danh Bình đã giúp em rất nhiều trong việc lựa chọn và thực hiện đề tài.

Sau nữa, em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy hiệu tr ởng và các thầy, cô giáo trờng PTTH Lê Hồng Phong - Hng Nguyên đã giúp đỡ em trong quá trình thực nghiệm đề tài.

Nhân dịp này, tôi xin đợc cảm ơn tất cả bạn bè và ngời thân

đã động viên, giúp đỡ để tôi hoàn thành khóa luận.

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và ghi nhận tất cả.

Lê Thị Minh Tin

Sinh viên K40 A - Hoá

phần 1: Mở đầu

I Lý do chọn đề tài.

Giáo dục đào tạo và khoa học - công nghệ đã đ ợc Đảng và nhà nớc

ta xác định là quốc sách hàng đầu, là động lực phát triển KT - XH, là nềntảng và nhân tố quyết định thắng lợi sự nghiệp CNH - HĐH đất n ớc

Chính vì lý do đó, phát triển sự nghiệp giáo dục là một nhiệm vụ cực

kỳ quan trọng Trong những năm qua, chúng ta đã có những cố gắng trongcông cuộc cải cách đổi mới phơng pháp giảng dạy trong nhà trờng ở tất cảcác cấp học, bậc học Tuy nhiên thực tế vẫn còn mang nặng lối giảng dạytruyền thụ một chiều, cha có những cải tiến đáng kể trong nội dung và ph-

ơng pháp, đặc biệt là phơng pháp

Quá trình dạy học ở trờng phổ thông là quá trình hình thành cáckhái niệm Nội dung chơng trình hoá học ở trờng phổ thông là hệ thốngcác khái niệm hoá học cơ bản Muốn nâng cao chất l ợng dạy học thìkhông thể không nâng cao chất lợng của việc hình thành cho học sinh cáckhái niệm cơ bản Trong hệ thống các khái niệm hoá học cơ bản thì kháiniệm phản ứng hoá học là một trong những khái niệm quan trọng nhất.Khái niệm phản ứng hoá học bao gồm nhiều khái niệm thành phần Đểhình thành khái niệm phản ứng hoá học cho học sinh cần hình thành đầy

đủ các khái niệm thành phần Trong các khái niệm thành phần của phảnứng hoá học thì khái niệm cơ chế phản ứng là một khái niệm khá quantrọng Tuy nhiên đây là một vấn đề khó, ít đợc giáo viên đề cập đến trongqua trình giảng dạy Do đó học sinh nắm kiến thức về phản ứng hoá họckhông đợc hệ thống và sâu sắc Trong chơng trình hoá học hữu cơ, việcnghiên cứu cơ chế phản ứng đặc biệt quan trọng Việc nắm vững kiến thức

về phản ứng hoá học sẽ nâng cao mức độ nắm vững lý thuyết về hoá học

đồng thời giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, góp phần quan trọng trong việcgiáo dục kỹ thuật tổng hợp

Để góp phần nâng cao hiệu quả hình thành khái niệm cơ chế phảnứng hoá học trong hoá hữu cơ, chúng tôi đã chọn đề tài "Hình thành kháiniệm cơ chế phản ứng trong chơng trình hoá học hữu cơ ở trờng trung họcphổ thông"

II Mục đích nghiên cứu.

Trên cơ sở đặc điểm của quá trình hình thành và phát triển các kháiniệm hoá học cơ bản trong hoá học nói chung, chúng tôi tiến hành nghiêncứu việc hình thành và phát triển khái niệm cơ chế phản ứng trong hoá họchữu cơ, từ đó đề xuất các phơng pháp dạy học thích hợp để nâng cao hiệuquả giảng dạy khái niệm này trong chơng trình hoá học ở trờng THPT

III Nhiệm vụ nghiên cứu.

- Nghiên cứu lý luận về quá trình hình thành và phát triển của cáckhái niệm cơ bản ở trờng phổ thông nói chung và quá trình hình thành,phát triển khái niệm cơ chế phản ứng trong hoá học hữu cơ nói riêng

- Tìm hiểu thực trạng dạy, học phần khái niệm cơ chế phản ứngtrong hoá học hữu cơ ở trờng phổ thông hiện nay

- Tìm kiếm, lựa chọn các phơng pháp, phơng tiện tối u đảm bảo tốtcho việc hình thành và phát triển một số loại cơ chế phản ứng hoá học ởtrờng phổ thông

- Thực nghiệm s phạm đánh giá hiệu quả quy trình, phơng pháp,

ph-ơng tiện dạy học đã lựa chọn

IV phơng pháp nghiên cứu.

IV.1 Nghiên cứu lý luận.

- Nghiên cứu các văn bản của Đảng, Nhà nớc và của Bộ GD-ĐT cóliên quan đến vấn đề nâng cao chất lợng giáo dục

- Nghiên cứu các tài liệu về lý luận dạy học, tâm lý học, giáo dụchọc, và các tài liệu cơ bản có liên quan đến đề tài

IV 2 Nghiên cứu thực tiễn.

- Nghiên cứu thực tiễn dạy, học phần khái niệm cơ chế phản ứngtrong hoá học hữu cơ ở trờng THPT hiện nay

IV.3 Thực nghiệm s phạm.

- Đánh giá hiệu quả của quy trình, phơng pháp, phơng tiện dạy học

đã đợc lựa chọn để hình thành và phát triển một số khái niệm nói đếntrong đề tài này

- Xử lý kết quả thực nghiệm bằng phơng pháp thống kê toán học

V Giả thuyết khoa học.

- Việc nghiên cứu quá trình hình thành và phát triển của khái niệmcơ chế phản ứng trong hoá học hữu cơ cũng nh đề xuất một số phơng phápdạy học tích cực sẽ giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy, phát triển năng lựctiếp thu kiến thức bộ môn hoá học cho học sinh.

VI Đóng góp của đề tài.

Nghiên cứu quá trình hình thành và phát triển khái niệm cơ chếphản ứng trong hoá học hữu cơ ở trờng phổ thông và đề xuất những phơngpháp dạy học có hiệu quả để hình thành tốt khái niệm này

phần II : nội dung nghiên cứu

Ch ơng I: Cơ sở lý luận của đề tài

I.1 ý nghĩa và tầm quan trọng của việc hình thành khái niệm

trong giảng dạy hoá học.

Hình thành khái niệm là một trong những vấn đề trung tâm của lýluận dạy học bộ môn Nó có tầm quan trọng rất lớn cả về mặt trí dục

và đức dục Muốn nâng cao chất lợng của việc dạy học thì không thểkhông nâng cao chất lợng của việc hình thành cho học sinh nhữngkhái niệm cơ bản

Chúng ta đều biết rằng, nhiệm vụ cơ bản của việc dạy học trong nhàtrờng là vũ trang cho học sinh những cơ sở của khoa học, phát triển ở họnhững năng lực nhận thức và thông qua đó mà hình thành con ng ời mớicủa XHCN Việc dạy học theo tinh thần mới đòi hỏi nội dung trí dục phảiphản ánh đợc hiện thực một cách đúng đắn, chân thực, khách quan, chínhxác, không thêm bớt, không xuyên tạc Nó đòi hỏi chúng ta phải làm chohọc sinh thấy đợc những thuộc tính bản chất của thế giới vật chất, nhữngmối liên hệ nội tại sâu xa của các vật thể và hiện t ợng, phải làm cho họnhìn thấy chúng trong sự vận động biến đổi và phát triển trong sự đấutranh giữa cái mới và cái cũ để thực hiện đợc những nguyên tắc cơ bản củaviệc dạy học về tính t tởng và tính khoa học đó nhất thiết chúng ta phải rấtquan tâm đến việc hình thành cho học sinh những quan điểm lý thuyết chủ

đạo và liên quan chặt chẽ với cái đó, hình thành những khái niệm cơ bản

Trong quá trình khái quát hoá, những kiến thức về các chất riêngbiệt và về những biến hoá của chúng, những khái niệm cơ bản về hoá họcdần dần xuất hiện Những khái niệm đó trở thành điểm tựa vững chắc, là

vũ khí cho việc tiếp tục nghiên cứu các nguyên tố và các hợp chất hoá học.Lúc đó những khái niệm cơ bản dần dần đợc cụ thể hoá thêm, đào sâuthêm và ngày càng phản ánh đúng đắn hơn, đầy đủ hơn các mặt phức tạpcủa thực tế

Chúng ta thấy rằng, trong quá trình dạy học những khái niệm cơ bản

đã trở thành những điểm tựa, vũ khí và ph ơng pháp hết sức quan trọng cầnthiết cho việc tiếp tục nghiên cứu các chất và hiện t ợng hoá học khác mộtcách dễ dàng, nhanh chóng và có hiệu quả Vì thế việc nghiên cứu môn

hoá học trong chơng trình phổ thông phải bắt đầu từ việc hình thành một

số khái niệm cơ bản chung nhất

Tóm lại, hình thành các khái niệm cơ bản và những quan điểm lýthuyết chủ đạo về hoá học là nhiệm vụ hết sức quan trọng, có ý nghĩa trí,

đức dục lớn lao mà ngời giáo viên phải thực hiện một cách có trách nhiệmvới nghệ thuật cao

I.2 Các giai đoạn của việc hình thành và phát triển các khái

niệm cơ bản trong chơng trình hoá học phổ thông.

Trớc khi xét tới những giai đoạn của sự hình thành các khái niệm cơbản về hoá học, chúng ta cần phân tích rõ cấu trúc của chơng trìnhhoá học trờng THPT hiện nay Cấu trúc đó có tác dụng quyết địnhtới việc hình thành các khái niệm hoá học cơ bản

I.2.1 Vấn đề hệ thống hoá kiến thức cơ bản của chơng trình hoá học

trờng phổ thông.

Nh chúng ta đã rõ, chơng trình hoá học bao giờ cũng là hệ thốngnhững kiến thức cơ bản về hoá học đã đợc lựa chọn theo nhữngnguyên tắc nhất định, phụ thuộc vào yêu cầu và mục tiêu đào tạocủa nhà trờng XHCN Việt Nam, vào đặc điểm của sự phát triển hóahọc và những quy luật s phạm nhất định

Chơng trình hoá học ở trờng phổ thông cũng nh của các môn họckhác không thể thâu tóm hết đợc mọi kiến thức của thời đại Chơng trìnhchỉ có thể là hệ thống những kiến thức cơ bản nhất, đã đ ợc lựa chọn cẩnthận phù hợp với mục tiêu đào tạo, với trình độ khoa học hiện đại và vớithực tiễn Việt Nam, phù hợp với sự phát triển của lứa tuổi học sinh mỗicấp học Hệ thống những kiến thức đó bao gồm những hiểu biết cơ bảnmấu chốt nhất, có thể dùng làm nền tảng, làm vũ khí để ng ời học có khảnăng tiếp tục đi sâu vào ngành khoa học này cũng nh vào các ngành cóliên quan Có thể nói đó là hệ thống những hiểu biết quan trọng nhất màkhông có chúng thì không thể hiểu và học hoá học đợc

Tất nhiên chơng trình học không phải chỉ bao gồm hệ thống nhữngkiến thức cơ bản nhất đó, nhng nó tạo thành bộ xơng sống cho nội dungdạy học Đó là những kiến thức cơ bản nhất mà học sinh buộc phải biết.Bên cạnh đó còn có những kến thức cơ bản nhất th ờng giúp học sinh suy

ra đợc những kiến thức khác và chính những kiến thức cơ bản khác này lạigiúp đào sâu thêm kiến thức cơ bản nhất đó

Kiến thức có thể biết Kiến thức cần biết Kiến thức buộc phải biết

Phân tích chơng trình ta thấy các kiến thức cơ bản thờng tập hợpthành những "vùng kiến thức" hay "vùng khái niệm" mà hạt nhân th ờng làkhái niệm trung tâm, tức là kiến thức cơ bản nhất (buộc phải biết) ở vùng

đó Các vùng kiến thức đó đợc sắp xếp liên tục theo một lôgic rất khoahọc, giống nh những mắt xích của một chuỗi dây xích

Đối với chơng trình hoá học phổ thông Việt Nam, những kiến thứccơ bản tạo thành nội dung chủ yếu của nó chính là những nhóm khái niệmcơ bản sau:

- Những khái niệm về từng phản ứng riêng rẽ, cụ thể về các loạiphản ứng hoá học và khái niệm tổng quát về phản ứng hoá học

- Những khái niệm về chất Các chất cụ thể, phân loại các chất, kháiniệm tổng quát

- Những khái niệm về nguyên tố hoá học: về từng nguyên tố hoáhọc, khái niệm tổng quát và khái niệm về những định luật và HTTH

- Những khái niệm chung và trừu tợng phản ánh đặc tính của cácnguyên tố, các chất và những biến hoá của chúng đã đợc lấy để xét nh hoátrị, cân bằng hoá học

- Những khái niệm về cấu tạo chất và về những định luật hóa họcchi phối sự tác dụng tơng hỗ và những biến hoá của các chất

- Những khái niệm về ứng dụng thực tiễn quan trọng, có tính chất kỹthuật tổng hợp của hoá học phục vụ cho cuộc sống, sản xuất và chiến đấu,trong khoa học kỹ thuật

- Những khái niệm về phơng pháp nghiên cứu khoa học đặc trng chohoá học

Nh vậy, có thể nói rằng bộ xơng sống của chơng trình hoá học trờngphổ thông Việt Nam chính là hệ thống những khái niệm cơ bản về hoáhọc

I.2.2 Các giai đoạn của quá trình hình thành các khái niệm cơ bản.

Phân tích cấu trúc của chơng trình hoá học trờng phổ thông ta thấyrằng, nhìn chung các khái niệm cơ bản về hoá học đợc hình thành trải qua

4 giai đoạn chính nh sau:

- Từ lúc bắt đầu tìm hiều hoá học cho tới trớc khi nghiên cứu thuyếtnguyên tử Giai đoạn này thờng ngắn ngủi

- Từ thuyết nguyên tử đến trớc lúc nghiên cứu định luật tuần hoàn,thuyết cấu tạo nguyên tử và thuyết điện ly

- Từ sau đó tới trớc khi học thuyết cấu tạo hoá học

- Từ thuyết cấu tạo hoá học đến hết chơng trình

Việc phân chia quá trình hình thành các khái niệm cơ bản về hoáhọc thành những giai đoạn nói trên không phải là tuỳ tiện Ta biết rằng,nội dung của khái niệm khoa học phát triển dần dần, ngày càng sâu hơn,chính xác hơn khi nó đợc soi sáng bởi những quan điểm lý thuyết chủ đạongày càng sâu hơn, bản chất hơn Điều này hoàn toàn phù hợp với lý luậnnhận thức cũng nh với lịch sử của khoa học

Tuy nhiên, nói nh thế không có nghĩa là bất cứ khái niệm cơ bảnnào cũng buộc phải trải qua 4 giai đoạn đó Muốn biết rằng một khái niệm

cụ thể phải trải qua những giai đoạn nào, ngời giáo viên phải phân tích sâusắc chơng trình sách giáo khoa Trớc hết, phải tìm ra chỗ xuất phát của nótrong hệ thống các khái niệm Nói cách khác, tìm ra vị trí của nó trong sơ

đồ chung), từ đó ta mới xem xét nó có thể hình thành ngay tức khắc hayphải trải qua nhiều giai đoạn rồi xem xét nó phải trải qua mấy giai đoạn cụthể Trong mỗi giai đoạn ấy, nội dung cần truyền thụ phải có mức độ rasao, phơng pháp giảng dạy phải nh thế nào cho thích hợp

I.3 Nội dung nghiên cứu việc hình thành các khái niệm.

Thực tiễn giảng dạy ở trờng phổ thông cho biết rằng: Muốn hìnhthành có hiệu quả cho học sinh một khái niệm hoặc hệ thống khái niệmnào đó, ngời giáo viên cần xét kỹ nhiều mặt của khái niệm tr ớc khi tiếnhành giảng dạy Muốn xét kỹ vấn đề này phải xuất phát từ mục tiêu đàotạo của cấp học và nhiệm vụ trí - đức dục của môn học, tức là phải dựachắc chắn vào nội dung chơng trình của môn đó

Mặt khác, quá trình nhận thức của học sinh tuân theo nhận thức luậncủa Lênin: "Từ trực quan sinh động đến t duy trừu tợng, từ t duy trừu tợng

đến thực tiễn" Tuy nhiên, quá trình nhận thức của học sinh có điểm khác

biệt đó là nhận thức cái đã biết, đã đợc loài ngời đúc kết, do đó có thể tiếnhành nhanh hơn dựa vào kiến thức cơ bản.

Nói chung việc nghiên cứu một khái niệm cần trải qua các b ớcchính sau đây:

- Xét vị trí và tầm quan trọng của khái niệm (hay hệ thống kháiniệm) trong chơng trình bộ môn

- Xét cấu trúc của khái niệm Khái niệm bao gồm những kiến thứccơ bản nào mà ta phải hình thành cho học sinh Ng ời ta thờng phải căn cứtrớc hết vào quan niệm hiện đại của khoa học hoá học về khái niệm đó,xét nó trong sự phát triển lịch sử rồi sau đó mới cân nhắc xem trong nhàtrờng phổ thông, phải lựa chọn những kiến thức nào thuộc khái niệm đó cóthể truyền thụ cho học sinh, cần dựa vào trình độ phát triển chung của họcsinh mà xét kỹ khối lợng, mức độ nông hay sâu của những kiến thức đó

Nh vậy ở đây có 2 bớc phải thực hiện:

+ Xét cấu trúc của khái niệm theo quan điểm hiện đại của khoa học.(dựa vào chơng trình hoá học ở Đại học )

+ Lựa chọn kiến thức và kỹ năng, kỹ xảo cần truyền thụ cho họcsinh phổ thông căn cứ vào trình độ phát triển của họ

- Phân tích quá trình hình thành khái niệm (hay hệ thống khái niệmtrong suốt chơng trình của PTCS và PTTH) Nói cách khác, chúng ta phảixét sự phân chia thành giai đoạn của sự phát triển khái niệm Trong từnggiai đoạn khái niệm đợc hình thành và phát triển ra sao, có những yêu cầugì cả về kiến thức lẫn kỹ năng và kỷ xảo ở đây cần phải xem xét từngkhía cạnh của khái niệm, tức là những kiến thức cơ bản là thành phần cấutrúc của khái niệm đã đợc hình thành và phát triển nh thế nào một cách

độc lập cũng nh trong sự tơng tác giữa chúng với nhau

- Dựa trên cơ sở của sự phân chia thành giai đoạn, chúng ta mới xétnhững đặc điểm về mặt s phạm (phơng pháp tổ chức việc dạy học) của từnggiai đoạn đó Tìm ra những biện pháp s phạm hiệu nghiệm nhất, thích hợpvới tng giai đoạn nhằm thực hiện đợc yêu cầu riêng của giai đoạn đó cũng

nh yêu cầu chung về việc hình thành khái niệm này ở đây giáo viên khôngnhững phải vận dụng sáng tạo những nguyên tắc dạy học hoá học mà cònphải tìm ra những biện pháp s phạm tích cực nhất trong kho tàng hiểu biết

và kinh nghiệm dạy học của mình về phơng pháp và tổ chức

- Cuối cùng, chúng ta phải xét tới việc tổng kết khái niệm, nhằmkhái quát hoá cho học sinh những kiến thức lẻ tẻ, từng mặt của hệ thốngkiến thức mà các em sắp đợc tiếp thu trong quá trình hình thành khái niệmnày Nh vậy các em sẽ nắm vững đợc khái niệm trong việc hệ thống hoáchặt chẽ Tuỳ từng khái niệm, việc khái quát hoá này có thể làm độc lập,cũng có thể thực hiện trong khi ôn tập và tổng kết các vấn đề khác quantrọng hơn và rộng hơn.

Trên đây là nội dung của những bớc chính mà ngời giáo viên phảilàm khi nghiên cứu sự hình thành của một khái niệm (hay hệ thống kháiniệm) nào đó Tất nhiên đây chỉ là những nét chung

I.4 Khái niệm cơ chế phản ứng trong chơng trình hoá học

hữu cơ ở trờng phổ thông.

I.4.1 ý nghĩa và tầm quan trọng của khái niệm.

Trong hệ thống các khái niệm hoá học cơ bản ở tr ờng phổ thông thìphản ứng hoá học là một trong những khái niệm quan trọng nhất Việcnghiên cứu các nguyên tố và các hợp chất hoá học của chúng căn bảnthông qua việc nghiên cú các phản ứng hoá học mà chúng thể hiện

Chúng ta biết rằng: Cơ chế phản ứng hoá học là một trong số cáckhái niệm thành phần của khái niệm phản ứng hoá học, vì vậy muốn hìnhthành tốt khái niệm phản ứng hoá học cho học sinh chúng ta cần hìnhthành tốt khái niệm cơ chế phản ứng

Việc nghiên cứu khái niệm cơ chế phản ứng là rất quan trong vìthông qua đó học sinh:

- Hiểu đợc bản chất của phản ứng hoá học

- Hệ thống hoá đợc các loại phản ứng hóa học

- Đợc cung cấp nhiều kiến thức về lĩnh vực giáo dục kỹ thuật tổnghợp, giúp các em hiểu đợc những vấn đề về thực tiễn sản xuất hoá học nh:tăng hiệu suất phản ứng, điều khiển chiều phản ứng, xác định cấu trúc củacác hợp chất thiên nhiên từ đó học sinh hiểu đ ợc một cách sâu sắc hơncác quá trình sản xuất hoá học và mở ra triển vọng có khả năng điều khiểncác quá trình đó theo hớng có lợi cho con ngời

- Khái niệm cơ chế phản ứng có tác dụng chúng minh khả năngnhận thức thế giới của con ngời là vô tận, không có giới hạn và thông qua

đó tác động mạnh mẽ tới lòng say mê học tập môn hoá học ở học sinh

I.4.2 Khái niệm cơ chế phản ứng.

Nh đã nói, cơ chế phản ứng là một khái niệm thành phần của kháiniệm phản ứng hoá học Vì vậy muốn hình thành tốt khái niệm phản ứnghoá học cho học sinh, chúng ta cần hình thành tốt cho các em khái niệmcơ chế phản ứng Trong chơng trình hoá học thông thờng chỉ trình bày cáctrạng thái đầu và cuối của hệ các chất phản ứng mà không nói rõ quá trìnhhoá học đợc thực hiện theo cách nào, tức là không nói rõ cơ chế phản ứng

nh thế nào

Trớc hết chúng ta cần hiểu khái niệm cơ chế phản ứng hóa học

Cơ chế phản ứng hoá học là toàn bộ các trạng thái xảy ra nối tiếpnhau, hay là con đờng chi tiết mà hệ các chất phản ứng phải trải qua để tạo

ra sản phẩm tơng ứng

Có 2 loại cơ chế chủ yếu của phản ứng hoá học trong hoá học hữucơ, đó là phản ứng theo cơ chế đồng ly (hay cơ chế gốc) và phản ứng theocơ chế dị ly (gồm phản ứng nucleophin và phản ứng electrophin) Tr ớc khinghiên cứu cơ chế phản ứng, chúng ta cần phân biệt các khái niệm sau:

I.4.2.1 Khái niệm gốc tự do

Trong các quá trình phản ứng hoá học, nếu liên kết C- X giữacacbon và một nguyên tử khác (X = C, O, Hal, H…) trong phân tử chất) trong phân tử chấthữu cơ bị phân cắt theo kiểu:

C : X C' + X'

thì ngời ta gọi đây là kiểu phân cắt đồng ly

Theo kiểu phân cắt đồng ly, MOlk bị phân cắt sao cho ở mỗi nguyên

tử của liên kết đó còn một AO, liên kết mới hình thành trong phân tử sảnphẩm là do sự xen phủ của 2AO ở hai nguyên tử mới tham gia liên kết mới

đó Kiểu phân cắt này tạo ra gốc tự do với electron độc thân ở nguyên tửcacbon, gốc này gọi là gốc cacbo tự do

Vậy gốc cacbo tự do là sản phẩm trung gian trong quá trình phảnứng, có một electron độc thân ở nguyên tử cacbon và đợc kí hiệu R.

A : B + C' A: C+B'

Những phản ứng xảy ra theo kiểu nh trên gọi là phản ứng đồng lyhay phản ứng theo cơ chế gốc

I.4.2.2 Khái niệm cacbocation, cacbanion.

Liên kết C-X trong phân tử hợp chất hữu cơ, ngoài kiểu phân cắt nh

đã nói ở trên, còn có hai kiểu phân cắt nh sau:

từ một nguyên tử nhất định ở liên kết cũ đem lại theo cách phối trí

Ch ơng II:

NộI DUNG Và PHƯƠNG PHáP HìNH THàNH KHáI NIệM

Cơ CHế PHảN ứNG TRONG CHƯƠNG TRìNH

HOá HọC hữU CƠ ở TRƯờNG PHổ THÔNG

II.1 Cơ chế phản ứng thế gốc vào Hiđrocacbon no.

II.1.1 Nội dung.

Nét đặc trng của các hợp chất no, đặc biệt là hiđrocacbon no, làtham gia phản ứng thế theo cơ chế gốc SR, trong đó nguyên tử hiđro đínhvào cacbon no đợc thay thế bằng halogen hay một nhóm nguyên tử khác.Quan trọng hơn cả là các phản ứng halogen hoá theo cơ chế gốc

Cơ chế chung của phản ứng:

R - H + X - Y  R - X + H - Y

XY = Hal2, SO2, Cl2, CCl3Br, CF3I, R3COCl…) trong phân tử chất

Phản ứng đợc xúc tiến khi có ánh sáng hay nhiệt độ với chất sinhgốc tự do kích thích phản ứng

Phản ứng diễn ra qua nhiều giai đoạn, bằng sự chuyển hiđro hayhalogen để tạo thành gốc tự do ankyl và gốc này tơng tác lại với tác nhân:

R - H + Y. R. + H - Y

R. + X - Y' R - X + Y.Tơng tác chuyển hiđro đợc thực hiện bằng quá trình đồng bộ

R - H + Y'  [R…H…Y]R…) trong phân tử chất …) trong phân tử chất  RH Y] ' + HY

Trạng thái chuyển tiếp

Từ trạng thái chuyển trên, tác nhân tấn công vào hiđro và tấn côngphía sau của gốc R

Phản ứng thế theo cơ chế gốc SR trải qua 3 giai đoạn cơ bản sau:

…) trong phân tử chấtGiai đoạn này có năng lợng hoạt hoá nhỏ, mỗi gốc tạo thành trongphản ứng kích thích gây ra sự chuyển hoá nhiều phân tử, do đó tốc độ kíchthích có thể nhỏ nhng tốc độ phát triển mạch rất lớn.

Phản ứng theo cơ chế gốc đợc đặc trng bằng chiều dài mạch, tơngứng với một số giai đoạn phát triển mạch, lặp lại nhiều lần cho giai đoạnkích thích Tốc độ giai đoạn này xác định tốc độ chung của phản ứng cũng

nh tính chọn lọc của phản ứng thế

- Tắt mạch 2A'  A - A

2C'  C - C

A' + C'  A - CPhản ứng tắt mạch làm mất trung tâm gốc cần thiết cho sự phát triểnmạch nên giai đoạn tắt mạch càng lớn thì chiều dài mạch càng nhỏ

Phản ứng tắt mạch có thể thực hiện bằng tơng tác của hai gốc tự dogọi là tổ hợp hoặc bằng chuyển hiđro giữa 2 gốc để tạo thành hợp chất no

và cha no gọi là sự chuyển không cân đối Nói chung, để trở thành phân tửtrung hòa cần 2 gốc tự do Thờng phản ứng tổ hợp có tốc độ lớn, thời giansống của gốc trong dung dịch < 1s Để phản ứng chuyển mạch có thể kịpcạnh tranh với phản ứng tắt mạch, giai đoạn cơ bản của quá trình phải cónăng lợng hoạt hoá < 9,6 - 14,5 kcal/mol

Tốc độ chung của quá trình đợc xác định bằng tỷ lệ tốc độ của phảnứng kích thích, phát triển mạch và tắt mạch Để đánh giá đ ợc khả năngphản ứng gốc có thể dựa vào hiệu ứng nhiệt của phản ứng và hiệu ứngnhiệt của giai đoạn riêng đợc tính theo năng lợng phân ly liên kết C-H vànăng lợng tạo thành

Nh vậy, dựa vào H của các giai đoạn riêng có thể xét đoán đợc khảnăng phản ứng, song cũng có trờng hợp quan hệ nhiệt động học thuận lợinhng năng lợng hoạt hoá giai đoạn chuyển H hay X lớn thì thực tế cũngkhông xảy ra

II.1.2 Hình thành khái niệm.

Xét phản ứng giữa metan và Clo (phần hoá tính - chơng hiđrocacbon no

- Lớp 11)

Giáo viên thông báo: Những phân tử Cl2 dới tác dụng của ánh sáng bịphân tích thành các nguyên tử Clo riêng rẽ mang những electron ch a kết đôigọi là gốc tự do Nguyên tử Clo vừa mới tạo ra sẽ tác dụng ngay với phân tử

CH4 tạo thành gốc metyl tự do CH3', sau đó gốc CH3' lại tác dụng với phân

tử Cl2 khác tạo thành metylclorua và nguyên tử Clo, quá trình diễn ra liêntiếp theo kiểu dây chuyền Cơ chế toàn bộ phản ứng đó là:

- Giai đoạn khơi mào:

.

2Cl

Cl :

Giáo viên cần lu ý cho học sinh rằng: Phản ứng theo cơ chế gốc phải

đảm bảo ba giai đoạn nh trên, các gốc tự do sinh ra rất kém bền, thời giantồn tại chỉ vài phần nghìn giây nên phản ứng xẩy ra theo cơ chế gốc rấtmãnh liệt và có thể gây nổ

Ví dụ: Đa hỗn hợp (Cl2+ CH4) ra ngoài ánh sáng mặt trời là đã gây nổ

Nh vậy do phản ứng xảy ra mãnh liệt nên phản ứng thế Clo vàometan không dừng ở giai đoạn tạo ra sản phẩm thế một lần CH3Cl mà cóthể tạo ra hỗn hợp nhiều sản phẩm CH3Cl, CH3,Cl2, CHCl3, CCl4…) trong phân tử chất thậmchí có cả sản phẩm của phản ứng huỷ là muội than Nhng lu ý rằng: Việcthế hết các nguyên tử hiđro trong hiđrocacbon no chỉ thực hiện tốt đ ợc cho

CH4, C2H6, C3H8 Còn đối với các đồng đẳng cao hơn, khi định thế hếthiđrô sẽ xảy ra phản ứng phân cắt liên kết C-C theo kiểu:

C C + Cl Cl  C - Cl + Cl C

Do đó sản phẩm phản ứng thờng có mạch cacbon ngắn hơn mạchcủa hiđrocacbon ban đầu

ở đây giáo viên cần hình thành cho học sinh khái niệm bậc của cacbo

tự do và thông báo về độ bền của các cacbo tự do giảm dần theo trật tự:

Gốc cacbo tự do : bậc 3 > bậc 2 > bậc1

Từ đó rút ra kết luận: Phản ứng thế gốc u tiên chạy theo hớng tạo rasản phẩm thế bậc cao.

Ví dụ :

CH3 - CH2 - CH3 + Cl2   ASKT CH3 - CHCl - CH3 > CH3 - CH2Cl

Cơ chế phản ứng thế gốc tiếp tục đợc củng cố và phát triểnthông qua phản ứng thế hiđro của nhóm metyl trong toluen bởi Clo (Phầnhoá tính - bài "Benzen và các chất đồng đẳng" - Chơng hiđrocacbon thơm

- Lớp 11)

Giáo viên thông báo: Phản ứng thế Clo vào toluen xảy ra ở nhóm thế

CH3 - và phản ứng xảy ra theo cơ chế thế gốc, thể hiện tính chất hoá học

đặc trng của hiđrocacbon no Cơ chế phản ứng này tơng tự nh cơ chế phảnứng thế ở ankan Vậy điều kiện để phản ứng xảy ra là gì ? Hãy viết cơ chếphản ứng

Sau khi học sinh trả lời xong, giáo viên thông báo tiếp: Phản ứng thếClo xảy ra đối với toluen dễ hơn ở metan trong cùng điều kiện hỗn hợpphản ứng đợc chiếu sáng Hãy giải thích điều này?

Gợi ý: Trớc đây chúng ta đã đợc học phần cơ chế phản ứng thế gốc

xảy ra ở ankan, chúng ta biết rằng phản ứng thế gốc u tiên chạy theo hớngtạo ra sản phẩm thế bậc cao bởi vì độ bền gốc cacbo tự do giảm dần theotrật tự:

Gốc Cacbo: bậc 3 > bậc 2 > bậc 1

Từ đó gợi học sinh đi đến câu trả lời là: Vì gốc benzyl CH2'

sinh ra có độ bền cao hơn gốc metyl CH3' nên phản ứng thế Clo dễ dàngxảy ra đối với toluen hơn so với metan

II.2 Cơ chế phản ứng thế electrophin vào nhân thơm.

II.2.1 Nội dung:

Vòng thơm kiểu benzen là vòng liên hợp kín rất bền vững và cónăng lợng thơm hoá khá lớn (benzen 36 kcal/mol; naphtalen 61 kcal/mol).Vì vậy đối với một hợp chất thơm nh benzen chẳng hạn, phản ứng thế dễxảy ra hơn phản ứng cộng, vì trong phản ứng cộng hệ thơm bị phá vỡ

Những phản ứng thế ở vòng thơm có thể là thế electrophin SEAr, thếnucleophin SNAr hoặc thế gốc SRAr Tuy vậy, do vòng thơm có mật độelectron cao và dễ tơng tác với những tiểu phân electrophin, cho nên phảnứng thế đặc trng và phổ biến hơn cả ở các hợp chất thơm là thếelectrophin Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu kỹ cơ chế phản ứng thế này

Các kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm cho thấy rằng: Hầu hếtcác phản ứng thế electrophin ở nhân thơm đều xảy ra theo cơ chế phức б

ta có thể mô tả cụ thể cơ chế đó trong trờng hợp hợp chất thơm đơn giảnnhất là benzen nh sau:

Phần lớn tác nhân electrophin là những ion dơng hay những phân tử

có sự thiếu hụt electron vì một lý do nào đó về cấu tạo

Thí dụ :

AlCl3, BF3, FeCl3, ZnCl2, SnCl4, ICl, ClNO, ClCN, CO2, RCOCN

B là một bazơ trong hỗn hợp phản ứng Thí dụ: HSO4(-) (-), NO3(-),Hal(-)…) trong phân tử chất

Khi tác nhân electroplin E(+) tấn công vào nhân benzen, trớc hết tạo

ra phức  nh là một tiểu phẩm trung gian không bền trong , hệ electroncủa nhân thơm vẫn đợc bảo toàn Tốc độ hình thành và phân huỷ phức thực tế không ảnh hởng tới tốc độ phản ứng cũng nh bản chất của sảnphẩm hình thành Vì vậy chúng ta có thể bỏ qua sự tạo thành phức 

Phức  - sản phẩm trung gian không không bền của phản ứng thế, làmột cation vòng cha no, trong đó điện tích dơng tập trung ở nhân thơm vàgiải toả giữa vài nguyên tử Sự hình thành phức  có sự thay đổi trạng tháilai hoá từ Csp2  Csp3 nên đã phá hủy tính thơm của nhân benzen, do dógiai đoạn này thu nhiệt

Phức  có một số cấu trúc cộng hởng, có điện tích dơng phân bố 3trên 5 obitan p của các nguyên tử cacbon

Hệ này trở thành không thơm, có 2 vị trí o- giống nhau và một vị trí

p - mang điện tích dơng, còn 2 vị trí m - tơng đơng nhau mang điện tích

d-ơng về hình thức song có bản chất điện tích dd-ơng do 2 vị trí bên cạnhmang điện tích dơng

Đặc biệt chúng ta cần chú ý đến ảnh hởng của nhóm thế sẵn cótrong vòng benzen đến hớng tấn công của tác nhân Một nhóm thế sẵn có

H E

E B

trong nhân benzen có thể hoạt hoá hay phản hoạt hoá nhân thơm, tức là cóthể làm tăng hay giảm tốc độ thế electrophin so với tr ờng hợp của benzen.Mặt khác, nhóm thế đó có thể định hớng cho thế mới u tiên đi vào các vịtrí o-, p- hay u tiên vào vị trí m- Điều đó chủ yếu do bản chất electroncủa nhóm thế đó quyết định.

Nói chung, những nhóm thế với hiệu ứng tổng quát là đẩy electron

có tác dụng làm tăng mật độ electron trong vòng benzen, nhất là ở các vịtrí o-, p- Ngay cả ở vị trí m- cũng có khả năng phản ứng hơn bất kỳ vị trínào trong vòng benzen không thế Vì vậy nó h ớng sự thế chủ yếu vào vị trío- và p-

Ngợc lại, những nhóm thế với hiệu ứng tổng quát là hút electron cótác dụng làm giảm mật độ electron trong vòng benzen, nhất là ở các vị trío-, p- Vì vậy nó hớng sự thế vào vị trí m-

Đặc biệt cần chú ý: Các nhóm thế là halogen nh : Cl, Br, I…) trong phân tử chất lànhững nhóm có hiệu ứng - I > + C nhng hớng sự thế vào vị trí o-, p-

Tất cả những điều nói trên đợc khái quát thành quy luật thế sau:

X = CnH2n+1, Hal, NH2 -, -NR2, - OH, - OR, O_

 Định hớng thế vào vị trí

o-,p-X = NO2, COOH, -CN, -SO3H,- CHO…) trong phân tử chất

 Định hớng thế vào vị trí Ngoài ra kích thớc của nhóm thế X sẵn có trong vòng benzen cũng

m-ảnh hởng nhiều đến hớng thế Đôi khi do kích thớc của nhóm thế X lớn

đến mức sự thế gần nh định hớng hoàn toàn vào vị trí p-

II.2.2 Hình thành khái niệm:

Clo và brôm không tác dụng với benzen ở to thờng trong bóng tối(nếu chiếu sáng có thể xảy ra phản ứng cộng)

Giáo viên thông báo: benzen không tham gia phản ứng thế với dungdịch nớc brom nhng lại tham gia phản ứng thế với brom khan (phần hoátính - Bài "Benzen và các chất đồng đẳng" - Ch ơng hiđrocacbon thơm -Lớp 11) phản ứng xảy ra khi có mặt bột Fe và hỗn hợp phản ứng đ ợc đunnóng (mô tả thí nghiệm trong SGK) Đây cũng là phản ứng thế nh ng khác

về bản chất so với phản ứng thế ở ankan:

X

X

Giáo viên lu ý học sinh cách đóng khung sự tạo thành sản phẩm.

ở đây Fe không phải là chất xúc tác mà chất xúc tác là FeBr3

Vậy nó đợc tạo ra bằng cách nào? Từ câu trả lời của học sinh giáoviên thông báo tiếp: FeBr3 sinh ra làm phân cực hoá phân tử Br2

FeBr3 + Br - Br FeBr4-Br+.

Nh ở phần cấu tạo đã nói, do mật độ e trong vòng benzen khá lớnnên tác nhân electrophin (mang điện tích dơng hoặc một phần điện tích d-

ơng) sẽ tấn công vào nhân benzen Phản ứng diễn ra nh sau:

Đây gọi là cơ chế phản ứng thế electrophin vào nhân thơm

Nếu dùng d brom phản ứng có thể tạo ra các sản phẩm thế: 1,2 -đi brombenzen; 1,4 - đibrom benzen…) trong phân tử chất

Cơ chế phản ứng thế nucleophin vào nhân thơm tiếp tục đ ợc củng cố

và phát triển thông qua một số phản ứng Chẳng hạn phản ứng nitro hoábenzen ở đây giáo viên thông báo: Dới tác dụng của axit H2SO4 đậm đặc,benzen tham gia phản ứng với axit HNO3 đặc theo nh sau:

Vai trò xúc tác của H2SO4 là nhằm tạo ra nhóm nitro (+)NO2:

HO - NO2 + H2SO4 = H2SO4- + H2O(+) - NO2

H2O(+)- NO2 + H2SO4 = H3O+ + HSO4 (-) + NO2(+)

Và cơ chế phản ứng nitro hoá benzen diễn ra cũng giống nh cơ chếphản ứng brom hoá benzen ở trên Hãy viết cơ chế phản ứng này?

Đặc biệt trong phần này giáo viên cần nêu bật đợc mối quan hệ về

ảnh hởng qua lại giữa các nguyên tử, nhóm nguyên tử trong phân tử đến

H + Br - Br Fe

to

Br+ HBr

4]-Br+ +

khả năng và hớng thế Từ đó học sinh tự rút ra đợc quy luật thế ở vòngbenzen.

Trớc hết, giáo viên gợi mở: Toluen tham gia phản ứng thế với bromtơng tự benzen về cơ chế, nhng ở đây do ảnh hởng của nhóm thế -CH3 cósẵn trong vòng benzen mà sự thế định hớng chủ yếu vào vị trí o-, p- (phảnứng này đợc đa ra sau khi đã học phản ứng brom hoá benzen) Hãy viếtphơng trình phản ứng và cho biết điều kiện phản ứng

Giáo viên thông báo tiếp: Do ảnh hởng của nhóm -CH3 có sẵn trongvòng benzen mà Toluen dễ tham gia phản ứng thế với brom hơn benzen.Lật lại vấn đề: Trong điều kiện hỗn hợp phản ứng (Toluen + Br2) đợc đunnóng với bột Fe thì phản ứng thế xảy ra nh trên, tức là sự thế xảy ra ở nhânbenzen Vậy bây giờ nếu ta thay điều kiện phản ứng trên bằng cách chohỗn hợp phản ứng đợc chiếu sáng thì sẽ có phản ứng gì xảy ra ?

Gợi ý : Nhóm -CH3 là gốc của hiđrocacbon no, mà tính chất hoá học

đặc trng của hiđrocacbon no là tham gia phản ứng thế chủ yếu theo cơ chếgốc

Từ đây học sinh dễ dàng dự đoán đợc sản phẩm thế trong điều kiện này.Giáo viên hỏi tiếp: Vậy cơ chế của phản ứng này nh thế nào ? Cógiống cơ chế phản ứng thế gốc ở ankan không? Học sinh dễ dàng trả lờicâu hỏi này

Giáo viên kết luận: Nh vậy, do ảnh hởng của gốc phenyl C6H5 màphản ứng thế brom ở Toluen dễ xảy ra hơn ở CH4 trong cùng điều kiện hỗnhợp phản ứng đợc chiếu sáng

Mối quan hệ về sự ảnh hởng qua lại của các nguyên tử trong phân tửtiếp tục đợc hình thành, khắc sâu thông qua phản ứng nitro hoá tiếp sảnphẩm 1 lần thế nitro benzen (sau khi đã học phản ứng nitro hoá benzen)

Giáo viên gợi mở: ở chất đầu là nitro benzen, do vòng benzen đã cósẵn nhóm thế hút electron -NO2 nên phản ứng thế tiếp theo định hớng chủyếu vào vị trí m- của vòng benzen Hãy viết phơng trình phản ứng

Từ những điều đã trình bày ở trên, giáo viên yêu cầu học sinh rút raquy luật thế trong vòng benzen Sau đó giáo viên kết luận chung:

X = CnH2n+1-, HO-, CH3O-, -NH2, - NR2, Hal…) trong phân tử chất

X

 Định hớng thế vào vị trí o-,

p-X = COOH, -CN, -CF3, -SO3H,-NO2…) trong phân tử chất

 Định hớng thế vào vị trí

m-II.3 Cơ chế phản ứng thế nucleophin S N ở hiđrocacbon no.

Ta có thể mô tả phản ứng thế nucleophin ở nguyên tử cacbon no bằngsơ đồ tổng quát:

Y_ + R – X R-Y + X_

X : là nhóm bị thay thế, nó có tính chất hút electron

Y_: là tác nhân nucleophin

Một số phản ứng thế nucleophin quan trọng và thờng gặp:

a Chuyển hoá halogen ankyl hoặc arylsunfonat ankyl

( X = Cl, Br, I, OSO2Ar…) trong phân tử chất ) thành ancol ( Y_ = HO-, H2O), thành ete ( Y_: RO,ROH) hoặc thành este ( Y_ = RCOO_, RCOOH…) trong phân tử chất)

b Ankyl hoá Amin bằng ankyl halogenua hoặc ankyl aryl sunfonat

c Ankyl hoá dẫn xuất natri hay kali của các pxơđô axit nh este malonic,xeton, nitrin…) trong phân tử chất bằng ankyl halogenua hoặc ankyl aryl sunfonat

d Chuyển hoá ancol (X=OH) thành dẫn xuất halogen nhờ tác dụng củahiđro halogenua, halogenua photpho

e Chuyển hoá ancol thành ete trong môi trờng axit

(+)

(X = OH2; Y = ROH) Phân cắt ete nhờ tác dụng của axit halogen hiđric

(+) (X = OHR; Y- = I-, Br-, Cl- ) Hai cơ chế thế nucleophin cơ bản nhất là thế nucleophin lỡng phân tử SN2

X

thời với sự yếu đi và đứt ra của liên kết cũ giữa cacbon với nhóm X Nh vậy,cả hai thành phần của hỗn hợp phản ứng (tác nhân Y_ và chất phản ứng RX)

đều tham gia vào giai đoạn quyết định của phản ứng, tức là giai đoạn tạo ratrạng thái chuyển tiếp:

- +

-Y- + R – X Y - R - X Y – R + X_

Trạng thái chuyển tiếp

Thí dụ: Khi cho bromua metyl tác dụng với dung dịch NaOH tạo rametanol, cơ chế phản ứng nh sau:

Một là tiến công từ phía đối diện của nhóm X, hình thành trạng tháichuyển tiếp I, và cuối cùng tạo ra sản phẩm Y – C R1R2R3 với cấu hình kháchợp chất ban đầu

Hai là, Y- tiến công từ phía có nhóm X, sinh ra trạng thái chuyển tiếp(II) và sản phẩm của phản ứng R1R2R3C-X có cấu hình giống cấu hình của hợpchất ban đầu:

Nh vËy cã thÓ nãi: Ph¶n øng thÕ SN2 lµm quay cÊu h×nh cña ph©n tö.Ph¶n øng SN2 phô thuéc rÊt nhiÒu vµo b¶n chÊt electron còng nh cÊu tróckh«ng gian cña c¸c nhãm thÕ ë nguyªn tö cacbon trung t©m, ngoµi ra cßn phôthuéc b¶n chÊt cña c¸c t¸c nh©n vµ mét sè yÕu tè kh¸c.

nhanh

Nh đã nói ở trên, giai đoạn tạo ra cacbocation là giai đoạn chậm quyết

định tốc độ chung của phản ứng thế SN1 Do đó cacbocation càng bền, tốc độphản ứng càng cao Những nhóm thế có hiệu ứng +I, +C ở vị trí  đối vớitrung tâm phản ứng làm ổn định cacbocation, làm tăng tốc độ phản ứng:

Ví dụ: (CH3)3 CBr > (CH3)2 CHBr > CH3 CH2 Br > CH3Br

(C6H5)3 CBr > (C6H5)2 CHBr> C6H5CH2Br > CH3Br

II.3.2: Hình thành khái niệm:

Khái niệm: Cơ chế phản ứng thế nucleophin đợc hình thành cho học

sinh thông qua phản ứng giữa rợu etylic C2H5OH với axit vô cơ HBr (phầnhoá tính - Bài “Dãy đồng đẳng của rợu etylic” – Chơng ancol, phenol, amin

CH3CH2 - OH + H –Br CH3 – CH2- Br + H2O

Nhóm -OH của rợu etylic bị thế bởi nguyên tử brôm mang một phần

điện tích âm Cơ chế của phản ứng này diễn ra nh sau:

H+ Br

-C2H5 – OH C2H5 – O(+)H2 C2H5Br + H2O

Nh vậy axit HBr ở đây đóng vai trò gì ?

Dựa vào cơ chế phản ứng có thể trả lời: axit HBr vừa đóng vai trò làchất xúc tác, vừa đóng vai trò là tác nhân nucleophin

Khái niệm cơ chế phản ứng thế nucleophin tiếp tục đợc củng cố thôngqua phản ứng tách H2O từ hai phân tử rợu etylic (Phần hoá tính – Bài “Dãy

đồng đẳng của rợu etylic”- Lớp 12)

ở đây giáo viên yêu cầu học sinh viết phản ứng biết rằng phản ứng nàycần dùng xúc tác là H2SO4 đặc và cho biết cơ chế phản ứng này đợc mô tả

nh thế nào?

Khái niệm cơ chế phản ứng SN còn đợc củng cố tiếp thông qua một sốphản ứng nh: Phản ứng este hoá nhờ xúc tác axit…) trong phân tử chất

II.4 Cơ chế phản ứng cộng electrophin vào liên kết bội cacbon-cacbon.

II.4.1 Nội dung:

Liên kết bội cacbon - cacbon là tập hợp của một liên kết  và một vàiliên kết  Đặc điểm của liên kết  là dễ phân cực hóa và năng lợng của mộtliên kết , mà ta có thể xem nh bằng hiệu của một liên kết đôi với năng lợngcủa liên kết đơn, thờng nhỏ hơn năng lợng của liên kết б Vì vậy, liên kết  dễdàng chịu tác dụng của các tác nhân electrophin và gốc tự do Những phảnứng quan trọng và phổ biến hơn cả là phản ứng cộng electrophin AE vào anken

và ankin Sau đây chúng ta sẽ đi nghiên cứu cơ chế của phản ứng này

X-Y = Hal2, H- Hal, HOH, Hal – OH…) trong phân tử chất

Phản ứng cộng electrophin vào anken xảy ra theo cơ chế hai giai đoạn.Trớc hết, phần mang điện dơng của tác nhân (X(+)) tấn công vào nối đôi làm

đứt liên kết  và hình thành liên kết б mới để tạo ra cacbocation Tiếp theocacbocation sẽ kết hợp với một tiểu phân mang cặp electron d, thờng là tiểuphân mang điện âm Trong hai giai đoạn nói trên thì giai đoạn chậm quyết

định tốc độ chung của phản ứng

Khảo sát hoá lập thể của phản ứng cộng nucleophin vào Anken chúng tathấy rằng: Các nguyên tử liên kết bội với nhau không thể quay tự do quanhtrục nối giữa hai nguyên tử đợc Do đó phản ứng cộng vào anken có thể có haikhả năng: Cả hai tiểu phân cùng kết hợp vào một phía của liên kết đôi, nghĩa

là kết hợp cis hoặc hai tiểu phân kết hợp vào hai phía khác nhau của liên kết

đôi, tức là kết hợp trans

Trong thực tế, hầu nh sự kết hợp vào anken là kết hợp trans

Điều đó có thể giải thích nh sau: Đầu tiên tiểu phân electrophin tạo hợpchất vòng ôni với anken, trong đó nó kết hợp với cả hai nguyên tử cacbon củanối đôi Nh vậy, một phía của nối đôi bị án ngữ, do đó bazơ phải tấn công vàophía đối lập

 +  - X +Y(-)

C = C + X – Y C C – C – C

-Y(-) Y

Nh đã nói ở trên tốc độ chung của phản ứng đợc quyết định bởi giai

đoạn tấn công của tiểu phân mang điện tích dơng vào nối đôi và tạo ra mộtcation trung gian Vì vậy, ta có thể dự đoán rằng: Nếu mật độ electron ở liênkết bội càng cao và nếu cation trung gian càng ổn định thì phản ứng càng dễxảy ra Nh thế, những nhóm đẩy electron liên kết trực tiếp với cacbon mangnối đôi sẽ làm tăng khả năng phản ứng của anken, còn những nhóm hútelectron sẽ có ảnh hởng ngợc lại

Các quy luật về ảnh hởng của nhóm thế đến khả năng tham gia phảnứng cộng electrophin của anken nói chung cũng có thể áp dụng cho các ankin

Ví dụ: CH3C  CH > CH  CH > CH  C – COOH

X



chậm

Nhng so với anken, ankin có khả năng phản ứng cộng electrophin nóichung là thấp hơn vì các e ở nối ba đợc giữ chặt hơn bởi hai nguyên tử Csp(Csp có độ âm điện lớn hơn Csp2 và liên kết Csp  Csp ngắn hơn liên kếtCsp2 = Csp2).

Khi cộng hợp một tác nhân không đối xứng nh: ICl, ICl, H2SO4…) trong phân tử chất vàophân tử anken đối xứng chỉ có thể tạo ra một sản phẩm cộng Nhng nếu anken

có cấu trúc không đối xứng thì phản ứng cộng có thể theo hai hớng khác nhau

Nói rộng hơn, đối với một tác nhân XY khi cộng vào nối đôi phần Xmang điện dơng cộng vào nguyên tử cacbon đợc hiđrô hoá nhiều hơn, cònphần mang điện âm sẽ cộng vào nguyên tử cacbon còn lại:

Tuy nhiên quy tắc này chỉ áp dụng đúng khi cacbon mang nối đôi có

số hiđrô khác nhau vì khi nghiên cứu những anken có số hiđrô nh nhauchúng ta thấy:

 _

+

Ngời ta giải thích quy tắc này bằng hiệu ứng electron Theo quy tắc nàycacbocation càng bền thì sự tạo thành nó càng dễ dàng, và độ bền của nó giảmdần theo thứ tự

Cacbocation: bậc 3 > bậc 2 > bậc 1 > CH3(+)

Độ bền của cacboncation không những quyết định hớng của phản ứng

mà còn cả khả năng của phản ứng anken

II.4.2 Hình thành khái niệm:

Cơ chế phản ứng cộng electrophin vào anken đợc hình thành cho họcsinh thông qua phản ứng cộng Clo và Brom vào anken (phần hoá tính- Bài

“Dãy đồng đẳng của etylen” - Chơng Hiđrocacbon không no – Lớp 11)

Giáo viên thông báo: Clo và Brom có thể cộng vào liên kết bội cacbon Cacbon trong bóng tối, không có chất khơi mào tạo gốc và trong môi trờngphân cực Khi đó phản ứng diễn ra theo cơ chế cộng electrophin, phản ứng nàyxảy ra nhanh và dễ dàng ngay ở nhiệt độ phòng, trong dung môi phân cực làmcho các phân tử C2H4 và Br2 cũng bị phân cực hoá:

 -  +  + 

-CH2 = CH2 + Br – Br CH2 – CH2

Br Br

1,2 - Đibrom etanTrớc hết nguyên tử brom mang một phần điện tích dơng sẽ tấn công vàomột nguyên tử cacbon mang nối đôi, còn nguyên tử brom kia mang điện tích

âm sẽ tấn công vào nguyên tử cacbon mang nối đôi còn lại theo một hớngkhác Nh vậy, hai nguyên tử brom không cộng đồng thời từ một phía của nối

đôi mà cộng lần lợt từ hai phía khác nhau Cơ chế của phản ứng này có thể môtả nh sau: