chuyen de huu co

- Hợp chất hữu cơ là những hợp chất chứa các bon đợc ngành hoá học hữu cơ nghiên cứu 2 Đặc điểm chung của các hợp chất hữu cơ.. ba Ankin - H -C thơm : là những hợp chất có chứa vòng B

Chơng I Đại cơng về hóa học hữu cơ

Đ 1 Thành phần nguyên tố và công thức phân tử

I Khái niệm - Đặc điểm chung về hợp chất hữu cơ

1) khái niệm về hoá học hữu cơ, hợp chất hữu cơ

- Hoá học hữu cơ là ngành hoá học chuyên nghiên cứu các hợp chất có chứa các bon ( trừ

CO2 , CO, muối CO3- )

- Hợp chất hữu cơ là những hợp chất chứa các bon đợc ngành hoá học hữu cơ nghiên cứu

2) Đặc điểm chung của các hợp chất hữu cơ.

- Thành phần nguyên tố: Nhất thiết phải có Các bon, thờng gặp : H, O, N và sau đó là các halozen, P, S

- Liên kết hoá học: Chủ yếu là liên cộng hoá trị

- Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, kém bền bởi nhiệt, và dễ cháy

- Các phản ứng hoá học hữu cơ thờng xảy ra chậm, và không hoàn toàn

3) Phân loại: có 2 loại cơ bản

a - Các hợp chất hyđrô - các bon : Có 3 loại chính

- H-C no: + Hợp chất H - C no mạch hở ( ankan hay Parafin)

+ mạch vòng ( XiCloankan)

- H - C không no : + Hợp chất H - C không no loại có 1 liên kết đôi ( anken hay Ôlêfin)

+ 2 ( Ankađien hay Đi ôlefin ) + 1 ba ( Ankin )

- H -C thơm : là những hợp chất có chứa vòng Ben zen ( hay vòng thơm )

b - Các hợp chất có chứa nhóm chức: Là những hợp chất chứa một nhóm nguyên tử qui

định tính chất hoá học đặc trng của hợp chất đó

ví dụ: - Nhóm - OH qui định tính chất hoá học của rợu R - OH

- Nhóm - COOH qui định tính chất hoá học của axít hữu cơ R - COOH

R - là gốc hyđrocác bon

II Công thức phân tử

1) Các công thức hoá học của hợp chất hữu cơ

a - Công thức tổng quát: cho biết thành phần định tính các nguyên tố Ví dụ: CxHyOz

b - Công thức thực nghiệm: Cho biết tỉ lệ về số lợng các nguyên tố trong phân tử

Ví dụ ; ( CH2O )n n: nguyên và n  1

c - Công thức đơn giản: tơng tự công thức thực nghiệm ( không có n ) Ví dụ: CH2O

d - Công thức phân tử: Cho biết số lợng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử

Có thể xác định công thức phân tử qua công thức thực nghiệm, khi biết giá trị n

- Dựa vào khối lợng riêng ở đktc: MA = 22,4D ( D là khối lợng riêng g/l )

- Dựa vào tỷ khối hơi của khí A so với khí B ( dA/B ) MA = dA/B MB

- khối lợng và số mol của hợp chất A MA =

A

A n

N

v

%

14 =

100

14 16

12xy z v

=

100

A M

x =

100 12

.

, v =

100 14

)1412

B M V

Ví dụ: B là khí CO2 mCO 2 =

4 , 22

44

15 , 0

35 , 19

44 4 , 22

88 , 26 93

28 4 , 22

24 , 2 93

= 1 , z =

16

)1412

Đ 2 Cấu tạo phân tử hợp chất hũ cơ

I Thuyết cấu tạo hoá học ( BútLêRốp):

1) Trong phân tử hợp chất hữu cơ các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hoá trị và theo thứ tự nhất định, gọi là cấu tạo hoá học Nếu thay đổi sự liên kết đó sẽ tạo nên chất mới

Ví dụ: CH3 - CH2 - OH C2H6O CH3 - O - CH3

Rợu ( etilíc) Ete (Đimêtyl ete)

2) Trong phân tử hợp chất hữu cơ các bon luôn có hoá trị 4 Nguyên tử C không những liên kết với nguyên tử nguyên tố khác mà còn liên kết với nhau tạo thành mạch các bon khác nhau: Mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng :

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 , CH3 - CH2 - CH - CH3 mạch thẳng mạch nhánh mạch vòng

CH3

3) Tính chất các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản chất, số lợng nguyên tử) và cấu tạo hoá học (thứ tự liên kết các nguyên tử trong phân tử)

Ví dụ : Tính chất các chất phụ thuộc vào:

- Bản chất nguyên tử + CH4 : khí, cháy - Số lợng nguyên tử + C4H10 : Khí

+ CCl4 : lỏng, không cháy + C5H12 : lỏng

- Liên kết của các nguyên tử trong phân tử: + CH3 - CH2 - OH : lỏng, tác dụng với Na

+ CH3 - O - CH3 : Khí, không tác dụng với Na

ý nghiã của thuyết cấu tạo hoá học: - Mỗi hợp chất hữu cơ chỉ có một CTCT duy nhất

- Từ tính chất hoá học có thể suy ra CTCT của một chất

và ngợc lại từ CTCT có thể suy ra tính chất của chất đó

II Đồng đẳng - Đồng phân - Liên kết Cộng hoá trị

1) đồng đẳng: Là những chất có tính chất hoá học tơng tự nhau, có thành phần phân tử hơn

kém nhau một hay nhiều nhóm metylen ( -CH2-) Những chất đồng đẳng hợp thành dãy gọi là dãy

đồng đẳng

Ví dụ: CH4 , C2H6 , C3H8 , C4H10 , CnH2n + 2 : Dãy đồng dẳng của mê tan

2) Đồng phân: Là những chất có thành phân tử nh nhau, nhng có cấu tạo hoá học khác nhau

b/ liên kết đôi: liên kết bằng 2 cặp e dùng chung H - C C - H

Trong đó có 1 liên kết  và 1 liên kết Л kém bền C2H4: 

Công thức của các hợp chất Hyđrô- Các bon : CnH2n + 2 - 2a . - a là số liên kết Л hay mạch vòng

Đ 1 HyĐrô - Các bon no:

- Khi a = 0  Công thức chung của H - C no mạch hở : CnH2n + 2 => n  1

a/ Danh pháp: Đọc tên theo số nguyên tử C trong phân tử + đuôi an

Ví dụ: CH4 : Mêtan , C2H6 : etan , C3H8 : Propan , C4H10 : Butan

- Với những Ankan có mạch các bon dài và phân nhánh thì:

+ Chọn mạch Các bon dài nhất làm mạch chính, đánh số thứ tự C trong mạch chính , bắt đầu

từ phía có nhóm thế (nhánh) gần nhất

+ Đọc: Vị trí nhóm thế + số nhóm thế + tên nhóm thế ( Theo vần a, b, c, ) + tên mạch chính + đuôi an

CH3 - C - CH3 neo - Pentan ( 2, 2 - Đi metyl propan)

a/ Phơng pháp chung: R - COONa + NaOH CaO,  t R - H + Na2CO3

Ví dụ: CH3COONa + NaOH t0CaO cao CH4 + Na2CO3

- Có thể thu từ khí thiên nhiên ( Trong khí thiên nhiên chứa 95% CH4 )

II HyĐro - Các bon mạch vòng

Có tên : XicloAnkan Công thức chung: CnH2n => n  3

1) Đặc điểm Cấu tạo và danh pháp:

- Các nguyên tử C liên kết với nhau bằng liên kết đơn tạo mạch vòng khép kín

XiCloPropan XicloPentan XiCloHecxan

2) Tính chất hoá học:

Tơng tự nh các Ankan: Tham gia các phản ứng thế và phản ứng cháy

Với các XicloAnkan có KLPT nhỏ nh : XiCloPropan, XiCloButan khi tác dụng với Cl2 hay

B2 khan nóng thì phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng hợp và vòng sẽ bị phá vỡ

I Đặc điểm cấu tạo - Phân loại - Danh pháp - Đồng phân.

1) Đặc điểm cấu tạo :

Trong phân tử có các liên kết bội giữa các nguyên tử các bon hay có các liên kết Л kém bền

2) Phân loại : Có 3 loại cơ bản.

a/ HyĐro - Các bon không no có 1 liên kết đôi : Anken hay Olefin

Nghĩa là : a = 1 => Ta có công thức của các anken là: CnH2n n  2

b/ HyĐro - Các bon không no có 2 liên kết đôi : Ankađien hay Đi olefin

Nghĩa là: a = 2 => Công thức của Ankađien là : CnH2n - 2 với: n  3

c/ HyĐro - Các bon không no có 1 liên kết ba: Ankin.

Nghĩa là: a = 2 => Công thức của Ankin là : CnH2n - 2 với: n  2

3) Danh pháp:

a/ Anken: Đọc tên các ankan tơng ứng nhng đổi đuôi an thành đuôi ylen ( hoặc đuôi en) +

vị trí của nối đôi

Ví dụ: C2H4 : CH2 = CH2 Etylen (eten) ; C3H6 : CH2 = CH - CH3 Propylen (ProPen)

Với các anken : Một số anken có khả năng tạo đồng phân không gian(Cis - Trans)

Đó là những anken mà: - Mỗi nguyên tử các bon ở liên kết đôi phải có 2 nhóm thế khác nhau

Cis - Buten - 2 ( Đồng phân cùng phía) Trans - Buten - 2 (Đồng phân khác phía)

II Tính chất hoá học:

Nhận xét: Do trong phân tử có các liên kết Л kém bền , dễ bị gẫy => tạo điều kiện cho các nguyên tử C có liên kết Л kết hợp với các nguyên tử nguyên tố khác (Phản ứng cộng hợp) hoặc chúng tự liên kết với nhau ( phản ứng trùng hợp) hay dễ bị các chất Oxyhoá tác dụng

1) Phản ứng cộng hợp: Đây là phản ứng đặc trng của các hợp chất H - C không no.

Các hợp chất H - C không no có khả năng cộng hợp với: H2 , X2 , axít , H2O

a/ An ken : CnH2n + H2  CnH2n + 2 ; CnH2n + X2  CnH2nX2

CnH2n + HX  CnH2n + 1X ; CnH2n + H2O H2SO4l) CnH2n + 1 OH

b/ Ankađien: Các phản ứng cộng hợp đều xảy ra qua 2 giai đoạn

Từ hợp chất có 2 nối đôi  hợp chất có 1 nối đôi  hợp chất chỉ còn liên kết đơn

c/ Ankin: Các phản ứng cộng hợp đều xảy ra qua 2 giai đoạn

Từ hợp chất có 2 nối đôi  hợp chất có 1 nối đôi  hợp chất chỉ còn liên kết đơn

CnH2n - 2  H2 CnH2n  H2 CnH2n + 2

Nếu ankin tác dụng với H2 có pd, t0 thì PƯ tạo hợp chất Anken CnH2n - 2 + H2   pd ,t CnH2n

Ankin tác dụng với axít: CH  CH + HCl   CH2 = CHCl VinylClorua

CH2 = CHCl + HCl  CH3 - CHCl2 Tác dụng với axít hữu cơ:

R - COOH + C  CH   R - COO - C = CH 2

 

R' R'

Ví dụ : CH3COOH + CH  CH   CH3COO - CH = CH2 Vinylaxetat

** L u ý : khi các hợp chất H - C không no tác dụng với các hợp chất phân cực ( Nh : axit H 

Cl  , nớc H  OH  phải tuân theo qui tắc Mắc cốp nhi cốp

CH3 Propilen CH3 Poly Propilen ( PP )

Các ankađien khi tham gia phản ứng trùng hợp sẽ xảy ra theo 2cơ chế (1, 2 ) và (1, 4)

HC

HC C

H2

CH2CH

H2C

Các Ankin khó tham gia phản ứng trùng hợp hơn Anken và ankađien Chỉ có ankin có KLPT nhỏ

nh C2H2 hoặc C3H4 mới tham gia phản ứng và hệ số trùng hợp cũng rất nhỏ

c

Benzen hay 2 CH  CH CuCl 2 /pdCl 2

a/ Phản ứng Oxyhoá không hoàn toàn: Các hợp chất H - C không no có thể bị một số

chất Oxyhoá tác dụng

Ví dụ : Các hợp chất H - C không no có thể làm mất màu d2 KMnO4 

- Anken bị d2 thuốc tím Oxhoá thành rợu no 2 chức

3CnH2n + 2KMnO4 + 4H2O   3CnH2n(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH

3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O   3C2H4(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH

- Ankađien bị d2 thuốc tím Oxhoá thành rợu no 4 chức

3CnH2n - 2 + 4KMnO4 + 8H2O   3CnH2n - 2(OH)4 + 4MnO2 + 4KOH

3C4H6 + 4KMnO4 + 8H2O   3C4H6(OH)4 + 4MnO2 + 4KOH

- Axetilen bị d2 thuốc tím Oxhoá thành axít Oxalic

3CH  CH + 8KMnO4 + 4H2O   3HOOC - COOH + 8MnO2 + 8KOH Axít Oxalíc

Cần lu ý: Anken và Ankađien tác dụng với KMnO4 đặc, nóng thì các liên kết đôi bị gãy tạo thành hợp chất Xeton, axít hoặc CO2

Ví dụ: 3CH3 - CH = CH2 + 10KMnO4 + 2H2O   3CH3 - COOH + CO2 + 10MnO2 + 10KOH

CH3 - CH = C - CH3 + 2KMnO4 + H2O   CH3 - COOH + CH3 - C = O + 2MnO2 + 2KOH

 

CH3 CH3

Có thể viết tắt các PTPƯ nh sau:

CH3 - CH = CH2 + 4{O] KMnO 4dac,t Cao  CH3 - COOH + CO2

CH3 - C = C - CH3 + 3{O} KMnO 4dac,t Cao  CH3 - COOH + CH3 - C = O  

CH3 CH3

Ngoài ra các Anken còn có thể bị oxxyhoá nhẹ bởi O2 hoặc O3

Ví dụ: 2 CH2 = CH2 + O2 pdCl2 CuCl/ 2 2CH3CHO

b/ Phản ứng Oxyhoá hoàn toàn :   CO2 và H2O

Các Ankin có liên kết 3 đầu mạch ngoài tính chất của một H - C không no chúng còn

có khả năng tham gia các phản ứng thế kim loại  các hợp chất cơ kim

1) Điều chế các chất dẻo: PE, PP, PVC, PVA

Chất dẻo P.E : n CH2 = CH2 t0 ,P,XT

( - CH2 - CH2 - )n PolyEtylenPVC : n CH2 = CH t0 ,P,XT

( - CH2 - CH - )n PolyVinylClo  

- Có trong mủ cây cao su, ví dụ nh cây Hêvêra

- Thành phần chính trong sao su tự nhiên là sản phẩm trùng hợp của isopren

( - CH2 - C = CH - CH2 - )n



CH3

- Cao su tự nhiên và cao su tổng hợp thông thờng chỉ có tính đàn hồi trong một phạm vi t0

nhất định: ở t0 cao thì dẻo, dính ; ở t0 thấp thì cứng, giòn Để khắc phục ngời ta chế hoá một lợng nhỏ lu huỳnh (3  4% ) ở t0 = 130  1450c vào cao su Quá trình đó gọi là quá trình lu hoá cao su Cao su lu hoá là những phân tử cao su mạch thẳng liên kết với nhau qua các nguyên tử lu huỳnh

- Phơng pháp chung: Đề Hyđro hoá ankan hoặc anken (Tách H2)

Ví dụ: CH3 - CH2 - CH2 - CH3 t , 0XT

CH2 = CH - CH = CH2 + 2H2 Hoặc: CH3 - CH = CH - CH3 Al O 0c

- H - C thơm là những hợp chất H - C có chứa vòng Benzen ( hay vòng thơm )

- Vòng Ben zen là một vòng 6 cạnh, trong đó có các liên kết đơn xen kẻ liên kết đôi

hay

A Ben zen và các đồng đẳng của ben zen

- Ben zen : CTPT C6H6 ( Công thức cấu tạo nh trên )

=> Công thức chung của các chất trong dãy đồng đẳng ben zen : CnH2n - 6 n  6

- Ta có thể xem các đồng đẳng của ben zen là những dẫn xuất của ben zen khi thay thế 1 haynhiều nguyên tử Hyđro trên vòng ben zen bằng các gốc H - C no hoá trị 1 ( gốc ankyl )

I Đồng phân và danh pháp.

1) Đồng phân : Đồng phân vị trí các gốc ankyl trên vòng ben zen

2) Danh pháp : Chọn 1 nhóm thế trên vòng ben zen làm vị trí số 1 rồi đánh số thứ tự C trên

1,4- ĐiMetylBenzenm-Metyltoluen

m-xilen

P-Metyltoluenp-xilen

- Ben zen là dung môi hoà tan nhiều chất nh: I2 , S , Cao su , chất béo,

III Tính chất hoá học.

1) Tính chất hoá học của Benzen.

- Vòng Benzen có các liên kết đơn xen kẻ liên kết đôi => Benzen vừa có tính chất của H - C

no, vừa có tính chất của H - C không no

Benzen dễ tham gia phản ứng thế hơn H - C no mạch hở ( vì thế Nitro dễ dàng)

b/ Tính chất của H - C không no - Phản ứng cộng hợp:

- Phản ứng cộng hợp H2 ( Ni, t0)  XiCloHecxan : C6H6 + 3H2  Ni,t0c C6H12

- Phản ứng cộng hợp Cl2 ( ánh sáng)  HecxaCloXicloHecxan hay HecxaCloran

C6H6 + Cl2   A/S C6H6Cl6 ( thuốc sâu 666 ) => Benzen khó tham gia phản ứng cộng hợp hơn H - C không no mạch hở Vì Ben zen không làm mất màu nớc Brôm

2) Tính chất của các đồng đẳng Benzen.

a/ Phản ứng thế nhân ( Thế vòng Benzen)

a 1 / Cơ chế thế vòng Benzen:

+ Nếu R là nhóm thế loại một ( đẩy e) thì các nhóm thế mới sẽ đợc định vị vào các vị trí Or tho hoặc Para ( 2, 4, 6 ) trên vòng Ben zen

Nhóm thế loại 1: Gốc ankyl, -NH2 , -OH , X- ,

+ Nếu R là nhóm thế loai 2 ( hút e) thì các nhóm thế mới sẽ đợc định vị

vào các vị trí Meta (3, 5) trên vòng Benzen

Nhóm thế loại 2 gồm: -NO2 , CH2=CH- , - CHO, - COOH,

- Các hợp chất có nhóm thế loại 1 dễ tham gia PƯ thế nhân Benzen

- Các hợp chất có nhóm thế loại 2 khó tham gia PƯ thế nhân

a 2 / Phản ứng thế nhân của các đồng đẳng của Benzen

Do gốc ankyl là nhóm thế loại 1 nên các nguyên tử Hyđro ở các vị trí 2, 4, 6 trở nên linh

động và dễ lần lợt bị thay thế 1, 2 hoặc cả 3 nguyên tử Hyđro này bằng các nguyên tử nguyên tố

R

1234 5

6

c/ Phản ứng cộng hợp : Các đồng đẳng của Benzen chỉ có khả năng cộng hợp với H2

a/ Phản ứng Oxyhoá không hoàn toàn:

- Benzen không làm mất màu d2 KMnO4

- Tôluen và các đồng đẳng của benzen có thể bị d2 KMnO4 ,đun nóng Oxyhoá  axít

1) StiRen: C8H8 hay C6H5 - CH = CH2 => còn có tên : VinylBenzen

Trong phân tử đồng thời có 1 vòng Benzen và 1 liên kết đôi tại mạch nhánh =>

a/ Phản ứng thế vòng benzen: gốc vinyl là nhóm thế loại 2 => khả năng thế nhân khó hơn

II Hợp chất có chứa nhóm chức.

- Là những hợp chất trong phân tử có chứa 1 hay nhiều nhóm chức

- Hợp chất có chứa 1 nhóm chức : hợp chất đơn chức

- 2 hay nhiều nhóm chức giống nhau : Hợp chất đa chức

- khác nhau : Hợp chất tạp chức

Ví dụ: + Các hợp chất đơn chức: C2H5OH , CH3CHO , CH3COOH ,

+ Các hợp chất đa chức: CH2 - OH , CHO , CH2 - CH - CH2 , COOH

- Công thức chung của rợu : CnH2n + 2 - 2a - x(OH)x

+ Nếu a = 0 , x = 1  Công thức chung của rợu no đơn chức : CnH2n + 1OH n  1

- Danh pháp quốc tế: Tên H - C tơng ứng + số nhóm chức + Ol + vị trí nhóm -OH

Ví dụ: - C2H5OH : Rợu etylic hay Etanol , CH3OH : Rợu Metylic hay Metanol

- CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - OH Rợu n - Butylic hay Butanol - 1

- CH3 - CH - CH2 - OH Rợu iso Butylic hay 2 - MetylPropanol - 1

- Đợc xác định bằng bậc của nguyên tử C mà nhóm -OH liên kết

Ví dụ: Trong các đồng phân của C4H9OH thì :

- Công thức (1),(2): Rợu bậc 1 , - Công thức (3) : Rợu bậc 2, - Công thức (4): Rợu bậc 3

II Tính chất vật lí :

- Lỏng, cay, dễ tan trong nớc, dễ bay hơi,

- Nhiệt độ sôi của rợu cao hơn nhiều so với H - C có cùng số nguyên tử các bon Vì : Trong nớc các phân tử rợu liên kết với nhau bằng liên kết Hyđro

O - H O - H O - H