phan ung the theo co che goc

Lí do chọn đề tài Một trong những nhiệm vụ cơ bản nhất trong hóa hữu cơ hiện đại là tìm tòi những lí thuyết định lượng khả năng phản ứng, bao gồm đồng thời cả vấn đề ảnh hưởng của cấu tạ

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Một trong những nhiệm vụ cơ bản nhất trong hóa hữu cơ hiện đại là tìm tòi những

lí thuyết định lượng khả năng phản ứng, bao gồm đồng thời cả vấn đề ảnh hưởng của cấu tạo và các yếu tố bên ngoài đến chiều hướng và tốc độ phản ứng Điều đó có liên quan mật thiết đến nghiên cứu cơ chế phản ứng tức là con đường chi tiết mà hệ các chất phải đi qua để tạo ra sản phẩm tương ứng

Trong tiểu luận này chỉ trình bày về cơ chế của phản ứng thế theo cơ chế gốc

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đặc điểm của phản ứng thế theo cơ chế SR

- Khả năng phản ứng với các halogen

- Khả năng phản ứng của nguyên tử H ở các vị trí khác nhau trong hyđrocacbon no

- Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng phản ứng

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tài liệu và tham khảo các nguồn thông tin trên internet

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu phản ứng thế theo cơ chế gốc SR vào nguyên tử cacbon no (ankan)

NỘI DUNG

1 Phản ứng thế theo cơ chế gốc: S R

1.1 Đặc điểm của cơ chế gốc S R

Nét đặc trưng của các hợp chất no, đặc biệt hyđrocacbon no, là tham gia phản ứng theo cơ chế gốc SR, trong đó nguyên tử hyđro đính vào cacbon no được thay thế bằng halogen hay một nhóm nguyên tử khác Quan trọng hơn cả là phản ứng halogen hóa theo

cơ chế gốc ngoài ra còn có những phản ứng thế khác cũng theo cơ chế SR như nitro hóa, sunfoclo hóa, tự oxi hóa, v.v

Sơ đồ các phản ứng theo cơ chế gốc tự do SR : R-H + X-Y → R-X + H-Y

XY thường là: Hal2; SO2Cl2; CCl3Br

Phản ứng được xúc tiến khi có ánh sáng hay nhiệt

1.2 Cơ chế

Phản ứng thế gốc SR còn được gọi là phản ứng dây chuyền (hay phản ứng chuỗi) là phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn mà trong đó giai đoạn này làm sinh ra những trung tâm có khả năng phản ứng mạnh để gây ra các phản ứng tiếp theo Đây cũng là phản ứng đặc trưng cho ankan

Phản ứng xảy ra gồm 3 giai đoạn chính:

+ Giai đoạn tạo gốc – giai đoạn khơi mào + Giai đoạn phát triển mạch

+ Giai đoạn tắt mạch

Ví dụ: Xét phản ứng của CH4 với Cl2 khi được chiếu sáng

Khơi mào:

Phát triển mạch:

Cl + CH 4

Châm

CH3 + HCl

CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl

Tắt mạch:

Giai đoạn chậm là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng được thể hiện trên giản đồ năng lượng sau:

E2

E3

CH4 + Cl.

CH 3 + Cl2

CH3Cl + Cl.

Nhận xét: Trên giản đồ năng lượng của phản ứng clo hóa metan ta nhận thấy E2 > E3 có nghĩa là trong 2 phản ứng phát triển mạch, phản ứng (2) xảy ra chậm hơn nhiều so với phản ứng (3) do đó phản ứng (2) có tính chất quyết định tốc độ phản ứng

2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng S R

2.1 Ảnh hưởng của cấu tạo đến khả năng phản ứng

2.1.1 Ảnh hưởng của bậc C

CH3 - H < (CH3)2 - CH-H < (CH3)3C-H

C bậc III bền vững nhất vì có nhiều số liên kết C-H siêu liên hợp dương nhất

2.1.2.Ảnh hưởng hút e

CH3-CH2-CH2-CH3

Khả năng phản ứng 1 3.6 3.6 1

CH3-CH2-CH2-COOH

Khả năng phản ứng 1 3.1 0.24

3 2 1 CH3-CH2-CH2- CH2-Cl

Khả năng phản ứng 1 3.72 2.1 0.8

2.2 Ảnh hưởng của tác nhân:

I2 < Br2 < Cl2 < F2 Đối với F2 : xảy ra phản ứng phân hủy tạo sản phẩm CF4 + HF, không xảy ra phản ứng thế SR

Đối với I2: khả năng phản ứng yếu, phản ứng thuận nghịch, cần xúc tác HIO3

Với Cl2 và Br2 thì Cl2 có khả năng phản ứng mạnh hơn Br2 vì năng lượng hoạt hóa của phản ứng Br2 lớn hơn

2.3.Hóa lập thể

Giai đoạn quyết định cấu hình của sản phẩm là giai đoạn 3 vì gốc R. là gốc tự do nên có cấu trúc phẳng hoặc gần như phẳng nên khi Cl2 tấn công vào CH3 thì nó sẽ tấn công vào 2 phía với xác suất như nhau; vì vậy sẽ tạo thành một số lượng bằng nhau các sản phẩm quay trái và quay phải, do đó góc quay của ánh sáng phân cực triệt tiêu lẫn nhau nên hỗn hợp sản phẩm thu được không quang hoạt Người ta gọi hỗn hợp này là biến thể raxemic

Ví dụ:

C2H5

H

CH3

+ Cl2

a

b

H Cl

C2H5

CH3

CH 3

C2H5

CH3

C2H5

CH3

C2H5

2.4 Ảnh hưởng của dung môi

Khác với phản ứng ion, phản ứng gốc ít nhạy với tính phân cực của dung môi Chẳng hạn khi chuyển từ dung môi hydrocacbon tới dung môi nitrometan thì tốc độ phản ứng chỉ tăng có 10 lần nhưng trong phản ứng ion tăng 102 - 1024 lần

3 Sự tương quan giữa khả năng phản ứng r i và tỷ lệ của các chất đồng phân (xét trong trường hợp mono halogen hóa ankan)

Ở nhiệt độ nhất định và tác nhân halogen hóa nhất định, tỷ lệ % sản phẩm halogen hóa phụ thuộc vào 2 yếu tố:

+ Năng lượng hoạt hóa Ea được thể hiện ở ri

+ Xác suất va chạm giữa hydrocacbon và gốc X thể hiện ở số lượng nguyên tử H cùng loại ni

Phần trăm sản phẩm ai = ri.ni/∑r i n i

Ví dụ: CH3-CH2-CH3 → monoclo hóa Biết rI = 1 và rII = 4,3.Tính % sản phẩm

Nguyên tử Cl thế vào C bậc 1 = 1*6/(1*6 + 4,3*2)*100 = 41,1 %

Nguyên tử Cl thế vào C bậc 2 = 4,3*2/(1*6 + 4,3*2)*100 = 58,9 %

KẾT LUẬN

Qua tiểu luận trên ta có hiểu rõ hơn về đặc điểm của cơ chế SR, các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng, từ đó giải thích được khả năng tham gia phản ứng của các nguyên tử H trong phân tử ankan (hoặc dẫn xuất ankan), ta cũng có thể tính được phần trăm của sản phẩm thế nguyên tử H ở các vị trí khác nhau trong phân tử ankan

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Đào Hùng Cường, Hợp chất hữu cơ Hiđrocacbon, NXB khoa học và Kỹ thuật,HN, 2009

2 Trần Quốc Sơn, Cơ sở lí thuyết hóa hữu cơ, tập 2, NXB giáo dục, 1997

3 Thái Doãn Tĩnh Cơ sở hóa hữu cơ tập 1,2, NXB khoa học và Kỹ thuật,HN, 2006

MỤC LỤC

Trang

1 Phản ứng thế theo cơ chế gốc: SR 2

2.1 Ảnh hưởng của cấu tạo đến khả năng phản ứng 3

3 Sự tương quan giữa khả năng phản ứng ri và tỷ lệ của 5

các chất đồng phân (xét trong trường hợp mono halogen hóa ankan)