Cơ sở hóa học hữu cơ dùng cho sinh viên các ngành không chuyên về hóa học ở các trường đại học và cao đẳng

Elecừ on thứ sáu của carbon sẽ chiếm orbital nguycn tử 2p trống hơn ià c ặ p đôi với electron đã chiếm orbital nguyên tử 2p.. Electron thứ bày của nguyên từ nitrogcn sẽ chiếm orbital ngu

LỜI NÓI ĐẦU

N h ữ n g vấn đ ể c ơ bản nhất của li thuyết hoá học hừu c ơ là vốn kién thức c ằ n thiết cần có

c c h o sinh v iê n đại h ọ c thuộc các ngành khoa học h o á học, sinh học, địa lý, địa chất, môi trường,

ị khí tư ợ n g thủy v ăn v à hải dư ơ ng học và khoa y dược C uốn sách “C ơ s ở H oá học H ừ u c ơ " dược

t b i ê n soạn ra n h àm m ục đích trang bị ch o sinh viên các ngành n ày n h ừ n g hiếu biét về các lớp

1 hựp chất hừ u cơ, l ừ tẽn gọi, nguồn gốc, p h ư ơ n g pháp điều ché c h o đén các tính chất hoá học của ccá c lóp h ợ p chất hừu cơ này Nội dung củ a cuốn sách đề cập một các h khá chi tiết về các lớp

I h ọ p chất hừu cơ C á c tính chất hoá học c ơ bản nhất của các lớp hợp chất hừu c ơ n ày đểu được

r nêu ra, c ù n g với c á c c ơ ch ế c ủ a các phản ứng đư ợc m ô tả m ột các h ti mi, nhằm g iú p cho người

cđ ọ c hiểu m ột các h sâu sắc về mỗi phản ứng đ a n g được xem xét Ở trong mỗi p hản ứ n g hoặc cơ

c c h é phản ứng, c á c liên kết hoặc nguycn tử, nh ỏ m nguyên tử bị thay đổi trong quá trình phản ứng tíđược nhấn m ạnh b à n g các ki tự ỉn đ ậ m , in đ ậ m -nghiêng hoặc in nghiêng. Đ iều n ày giúp cho

r người đọc theo dõi đư ợc tiến trình của mỗi phản ứng C ác phản ứ n g tổng hợp chính c ủ a mỗi lóp

ì hợp chất đ ều đ ư ợ c nêu ra, và đều đư ợc nêu bật mối quan hệ với tính chất hoá học c ủ a hợp chất

v v à xuất phát tư ơ n g ứng T ro n g mỗi chư ơng đều có các bài tặp kèm theo, cùng với hộ thố n g các bbài tập m ẫu (trong cuốn sách này đư ợc gọi là các Bài tập áp dụng) nhằm giúp c h o người đ ọ c tìm

1'h iể u các h giải m ột bài tập về h o á học hừu cơ, để từ đ ỏ có thể tự giải quyết các bài tập khác,

d đ ư ợ c s ử d ụ n g tro n g q u á trình học trẽn lóp và ở nhà T ro n g lần tái bản này, tác giả đ ã c ỏ nhừng

s s ử a ch ừ a và bổ s u n g trong một số chương Cuốn sách được bố cục trong 15 c h ư ơ n g nh ư sau:

C h ư ơ n g 1 C ấ u trúc và liên két trong phân tử hợp chất hừu cơ

C h ư ơ n g 11 C á c phân tử sinh học: carbohydrate

C h ư ơ n g 12 C ác phân tử sinh học: a m in o acid, peptid và protein

C h ư ơ n g 13 C ác phân tử sinh học: lipid

C h ư ơ n g 14 C á c phân t ử sinh học: acid nucleic

C h ư ơ n g 15 C á c hợp chất dị vòng

C uốn sách này đ ư ợ c d ù n g làm sách giáo khoa c h o sinh viên các n g à n h không c h u y ên về Hoá học của trư ờng Dại học K hoa học T ự nhiên (Đại h ọ c Q u ố c gia Hà N ội), và cũng đ ư ợ c dùng làm sách tham khảo cho sinh viên các trư ờng đại học vả cao đ ẳng khi học m ôn H oá học hừu ca Cuốn sách cùng có thể dùng làm tài liệu tham khảo 'cho học viên c a o học và cũng n h ư cho nghicn c ứ u sinh chuycn ngành h o á học hừu cơ ư o n g khi học các m ôn lí thuyết hoá h ọ c hừu cơ

và c ơ ché phản ứng hừu cơ N goài ra, nhừ ng ai quan tá m đển m ôn khoa học hoá học h ừ u c ơ đều

c ó thể s ử d ụ n g cuốn sách này m ột cách hừu ích

T á c g ià

Tài liệu tham khảo chính dù ng để biên soạn

I B ro w n W H , Foote C.S., Iverson B.L., E v A nslyn, O rganic chem istry, 5"° Ed.,

B rook/C ole., Ncvv York, 2012

2 Bruice P.Y., O rganic chem istry, 6lh Ed., Prenticc H all, N c w Jcrscy, 2011

3 (a) C arcy F.A., O rganic chcmistry, 6'h Ed., M cG raw -H ill, N cw York, 2007; (b) CarcyF.A., Atkin R.C., O rganic chemistry, Síudy G uỉde and Solutions M anual, 6lh Ed.,

M cG raw -H ill, N cw York, 2007

4 M cislich H., Sharcíkin J., N ccham kin H., H ad cm c n o s G J., O rganic chem isíry, 4,h Ed.,

M cG raw -H ill, N Y , 2010

5 K lein D R., O rganic chem isíry, John W ile y & Sons, Inc., Ncvv Jersey, 2012

6 S m ith J G., O rganic chemisíry, 3lh Ed., M cG raw -H ill Co., N c w York, 2011

7 S o lo m o n s T \v G., Fryhle C.B., O rganic chem istry, 9th Ed., John W ilcy an d Sons, Inc.,Nevv Y ork, 2011

8 Vollhardt K p c , Schorc N E., O rganic chemisUy, Structure a n d F unction, 5 lh Ed., W.H

F rccm an and C om pany, N cw York, 2007

9 W a d c L G., O rganic chem istry, Pcarson Education, Inc., Pearson Prentice Hall, 2006

MỤC LỤC

C h ư ơ n g 1 CÂU TRÚC VÀ LIẺN KẾT TRONG PHÂN T Ử H Ợ P CHÂT h ữ u c ơ 1

1 1 KHÁI NIỆM VÊ HOÁ HỌC HỮU c ơ VA H Ợ P CHÂT h ữ u c ơ p h ả n l o ạ i h ợ p 1 CHAT Hữ u c ơ

1.4 BẢN CHÂT Củ a l i ê n k é t HOÁ HỌC: Li THUYÊT LIÊN KÊT HOÁ TRI 101.5 S ự TAO THÀNH LIÊN KÉT CỘNG HOÁ TRỊ TRONG H Ọ P CHAT h ữ u c ơ 101.5.1 C á c orbital lai h o á s p3 và c ấ u trúc c ủ a m e th an 101.5.2 C á c orbital lai h o á s p3 và c ấ u trúc c ủ a e th a n 121.5.3 C á c orbital lai h o á s p2 và c ấ u trúc c ủ a ethylen 131.5.4 C á c orbital lai h o á s p và c ấ u trúc c ủ a acetylen 15

1 6 BẢN CHAT CỦA LIÊN KÉT HOÁ HỌC: Li THUYÊT ORBITAL PHÂN TỬ 16

1 9 CÁC LIÊN KÉT CỘNG HOẢ TR| CỒ c ự c VÀ M OM EN DIPOL 20

1.16.1 C â n bằng, tốc độ và c á c thay đối n ăng lư ợ n g 38

3 7 1 C a c h ế c ủ a p h ả n ử n g c ộ n g h ợ p với HBr 91

3 7 2 H ư ớ n g c ủ a s ự cộng h ợ p electrophil: Qui tẳc Markovnikov 92

3.10.1 S ự cộng h ợ p radical v ào alken: S ự polym er h o á radical 1103.10.2 S ự cộng h ợ p c a rb o c atio n v ào alken: S ự polym er h o á cationic 111

3 11 ĐIÊU CHÊ VÀ S ử DỤNG ALKEN TR O N G CÔ NG N G H IỆP 112

3.19 S ự CỘNG H Ợ P ELECTROPHIL VẢO DIEN LIÊN HỢP: CARBOCATION ALLYLIC 127

C h ư ơ n g 5 BENZEN VÀ TÍNH THƠM 148

5.8.1 S ự hoạt h o á v à s ự p hản h o ạ t h o á c ủ a vòng th ơ m 1675.8.2 C á c nh ó m thế h o ạ t h o á đjnh h ư ớ n g ortho và para: C á c nhóm alkyi 1685.8.3 C á c nh ó m thế h o ạ t h o á định h ư ớ n g ortho v ả para: C á c nh ó m -OH và -NH2 1695.8.4 C á c nh ố m thế p h ả n h o ạ t h o á định h ư ớ n g ortho và para. C â c h alo g e n 1705.8.5 C â c nh ó m Ihế p h ẩ n h o ạ t h o á định h ư ớ n g m eta 170

6 4 2 Điều c h ế c á c alkyl halide t ừ alken: S ự brom h o á allylic 180

6.12.3 Nucleophil 196

6 1 7 TÔM TÁT Vê k h ả NẢNG p h ả n ỨNG: S N1, S N2, E1, E1cB, VÀ E2 204

C h ư ơ n g 7 ALCOHOL VÀ PHENOL ETHER VÀ EPOXID THIOL VÀ SULFIDE 2 0 6

7.4.3 Alcohol từ phản ứ n g c ủ a h ợ p c h ấ t carbonyl với c h ấ t phản ử n g Grignard 215

8.5.2 C á c p h ả n ứ n g cộng h ợ p nucleophil c ủ a aldehyd và keton 255

8.5.4 S ự c ộ n g h ợ p nucleophil c ủ a n ư ớ c : S ự hydrat h o á aldehyd và keton 2578.5.5 S ự c ộ n g h ợ p nucleophil c ủ a HCN: S ự tạo th à n h cyanohydrin 2588.5.6 S ự c ộ n g h ợ p nucleophil c ủ a c h á t p hản ứ n g Grignard và hydride : S ự tạ o 259

th à n h alcohol

8.5.7 S ự c ộ n g h ợ p nucleophil c ủ a amin: S ự tạo th à n h imín và e n a m in 260

8 5 8 S ự c ộ n g h ợ p nucleophil c ủ a hydrazin: P h ả n ứ n g Wolff-Kishner 2628.5.9 S ự c ộ n g h ợ p nucleophil c ủ a alcohol: S ự tạ o th à n h a c e ta l (và ketal) 262

9.3.5 Carboxyl h o ấ c h ấ t p h ả n ứ n g Grignard h o ặ c cơ-lithi 281

9 5 2 K h ử h o ả aciđ carboxylic : S ự tạo th à n h alcohol 288

9.6.2 S ự tạ o th à n h anhydrid bởi acid lư ởng c h ứ c 292

9.8 CÁC DÂN XUÂT ACID CARBOXYLIC: p h ả n ứ n g THÉ ACYL NUCLEOPHIL 296

9.10 TÍNH CHẢTVAT Li 300

9.12.1 C huyẻn h o ấ acid carboxylic th à n h acid halide 3049.12.2 C huyên h o á acid carboxylic th à n h acid anhydrid 304

9.12.5 C h u y ẻ n h o á acid carboxylic th à n h alcohol 306

C h ư ơ n g 12 CÁC PHÂN T Ử SINH HỌC: AMINO ACID, PE PTID VÀ PROTEIN 3 64

12.2 CÁC AMINO ACID, P H Ư Ơ N G TRÌNH HEN DERSO N -HA SSELBA LCH VÂ ĐIỀM 369ĐÁNG đ i ệ n

14.5 S ự DỊCH MẢ CỦA ARN: SINH T Ổ N G H Ợ P P R O T E IN 396

là các phản ứng hừu cơ Phần lớn các h ọ p chất tim thấy trong tự nhiên m à con người cần phải sử dụng d ể tạo ra thức ăn, thuốc m c n , q u ầ n á o (bông, len, lụa) và năng lượng (khí tự nhicn, dầu mỏ) c ù n g đều là các h(,rp chất h ư u cơ C á c nhà hoá học đă học được cách tổng hợp hàn ẹ triệu hợp chất hừu c ơ chưa b ao g iờ tìm thay tro n g tự nhicn, bao gồm các loại sợi tổng hợp, chat dẻọ,

c ạ o su tòng họp, thuốc mcn, và ngay c ả n h ừ n g thứ n h ư phim ảnh và kcọ dán N h iề u hợp chât tòng h ợ p này góp phân làm g iả m s ự thiếu hụt các sản p h ầm tự nhicn, chăng hạn, nếu không cỏ

tư sợi lông hợp thì hàng ngàn hccta dất phải sử d ụ n g d e trồng bông và nuôi cừu để lấy len Hiện nay ngư ời ta dà biết hơn 50 triệu h ợ p chất hừu cơ

Lúc đau, một hợp chất “h ừ u c ơ ” nhặn được từ m ột nguồn k h ô n g phải c ơ thẻ sống và tất nhiên k h ô n g nhờ sự giúp đ ờ c ủ a bất kì lực s ống nào R õ ràng là nhà hoá học cần một định nghĩa mới đối với “các hợp chất h ừ u c ơ ” B ảy giờ, h ọ p c h ấ t h ử u c ơ được định nghĩa là các hợp chui

cỏ chứa carbon.

Vị trí c ủ a carbon trong b ả n g tu ầ n h oàn là lí do khiến cho nguyên tố carbon cỏ thể tạo ra hàng triệu họ p chất khác n h ư vậy C a rb o n nằm ở trung tâ m củ a h à n g thứ hai c ủ a bảng các nguyên tố Các nguyên tử bẽn trái c a rb o n c ó xu hư ớ ng c h o elcctron, trong khi đ ỏ các nguyên tử

ở bcn phài lại cỏ xu lìtrớng n hận electron (Hình I. /)

Hinh 1.1 Vị trí của carbon trong bảng tuằn hoàn

Carbon nằm ờ trung tàm của hàng thử hai của bảng các nguyên tố

Vì carbon nằm ở giừa, nen n ó k h ô n g sẵn sàng hoặc cho hoặc nhận clcctron, mà nó có thể chia sỏ c á c electron của m ình với một vài loại nguycn tử khác nhau, và n ỏ cũng c ó thể chia sé

clcctron với c á c nguycn tử carbon khác Do đ ỏ carbon c ỏ khả năng tạo ncn hàng triệu hợp chất bền với nhiề u tính chất hoá học chi bằng cách chia sẻ clcctron.

Khi ta n ghiên cứu hoá học h ữ u cơ, ta nghiên cứu các hợp chát phán ứng nh ư thể nào Khi

m ột h ợ p c h ấ t h ừ u c ơ phản ửng, một vài liẽn kết cũ bj b ẻ g ẫy và một vài liên kết mới dư ợc tạo thành C ác liên két đư ợc tạo thành khi hai nguyên tử c h ia sẻ clectron, và c á c liên két bị bê gây khi hai nự uycn tử không còn chia sè clcctron nừa M ột liên kct sẵn sàng đ ư ợ c tạo thành hoặc de

d àng bị bẻ gẫy n h ư thế nào là phụ thuộc vào các electron riêng biệt được chia sẻ, và điêu này lại phụ thuộc vào các nguyên tử m a n g các elecư on này D o vậy, đê nghicn cứ u h o á học hửu cơ, ta cần phát x u ấ t phát từ nhừ ng hiểu biết về cấu trúc nguyên tử: nguycn tử có các clectron n ào và chúng định c ư ở đâu

T ro n g c ả hai phân tử, nh ó m chức licn kết đôi carbon-carbon có kiểu phân cực tư ơ n g tự nhau, nên cả hai phân tử phản ứ n g với brom theo cùng m ột cách Kích thước và s ự phức tạp của phân p hân tử c ò n lại không q uan trọng N hư vặy, hoá h ọ c cùa m ỗ i p h â n t ử h ữ u cơ, k h ô n g kê đen kicli th ư ớ c và tin h p h ứ c tạp% đ ư ợ c x á c địnli bằng các n h ó m c h ứ c có trong nó. Trong Bảng 1.1 d ẫn ra nhiều n hỏm ch ứ c phổ biến nhất và c ũ n g dưa ra c á c ví dụ đ ơ n giản về sự tồn tại

c ủ a chúng T ừ b ảng này, ta cỏ thể thấy rầng nhiều n hỏm chức đư ợc tim thấy trong các h ọ p chất hữu cơ M ột vải nh ó m chức, n h ư alken, alkyn và vòng thơm cỏ chi liên kết đôi hay liên kết ba; còn m ột sô n h ỏ m chức khác c ỏ cả halogen, v à các n hỏm chức c ò n lại có oxy, nitrogen v à lưu huỳnh C ác n h ó m chức n ày có thẽ đư ợc nhóm lại theo các phân loại sau (B ủng L ì )

1 Các nhóm c h ử c có c h ứ a liẻn kôt bội carbon-carbon

A lkcn, alkyn và aren (h ọ p chất thơm ) đều chứa c á c liên két bội carbon-carbon A lkcn cỏ

m ột licn két đ ỏ i, alkyn cỏ một licn két ba, và arcn cỏ b a licn kết đôi và ba liẻn kéí đơn luân phicn tro n g v ò n g 6 nguycn tử carbon VI sự tư ơng tự nhau về cấu trúc ncn c á c h ọp chát n ay có

cỏ sự tư ơ n g tự vê mặt hoá học

Hình 1.2 Phản ừng của ethylen và menthene vởi brom

h2c = c h2

-anEthan

-yn

Ethyn(Acetýlen)

" '/ X(X=F, Cl Br, I)

Alcohol

-0/Methanol

0 11

~—'C ^ HA

h

h3c - s - s - c h3

0 11

CH3CH

0 11

CH3CCH3

0 11

CH3COH

0 11

CH3COCH3

0 11

CH3CCI

disulíide

Dimethyldisulĩide

-a/

Methanal(Acetaldshyd)

~on

Propanon(Aceton)

Acid -oic

Acid ethanoic (Acid acetic)

-oat

Methyl ethanoat (Methyl acetat)

-amid

Ethanamid(Acetamid)

Anhydrìd o/c Anhydrid acetic

-oy/ cloride hay -yl cloride

Acetyl cloride

2 Các nhóm c h ứ c với carbon liên kết đ ơ n với nguyên t ử ảm điện

A lkyl halide (haloalkan), alcohol, ether, am in, thiol, sulfide và disulíide đ èu cỏ chứa nguyên tử carbon licn két đ ơ n với một nguycn tử âm điện, như h alo g en , oxy, nitrogen hay lưu huỳnh A lkyl halide có nguyên tử carbon liên kết với halogcn ( - X ) , aỉcohoỉ cỏ nguycn tử carbon liên két với nh ó m hydroxyl ( - O H ) , ether có hai nguyên t ử carbon liên két với cùng m ột nguycn

tử oxy, am in có nguyên tử carbon liên két với nitrogen, thiol cỏ cỏ ng u y cn tử carbon licn kết với nhóm - S H , hợp chất cơ-phosphat cỏ nguycn tử carbon liên kết với ox y c ù a nhóm phosphat ( -

O P O32'), sulfìde cỏ hai nguyên t ử carbon liên kết với c ù n g nguycn t ử lưu huỳnh, và disulfìde cỏ các nguyên tử carbon licn két với hai lưu huỳnh, trong đ ỏ hai nguyên t ử lưu huỳnh liên két với nhau T rong tất cả các trường hợp, các licn két đ ều bị phân cực, với n g u y cn tử carbon m ang điện tích dư ơ ng phần (5*) và nguyên tử âm điện m ang đ iệ n tích âm p h ầ n (5")

c s

Disulíide

3 Các nhỏm ch ứ c với lỉên kểt bộỉ carbon-oxy (Nhóm carbonyl)

M ột số lóp hợp chất c ó ch ứ a n h ó m c a r b o n y l c = 0 (B ảng 1.1) Liên két bội carbon-oxy cỏ mặt ở một số hợp chất q uan trọng nhất trong hoá học hừu cơ Các hợp chất này giố n g nhau ở nhiều mặt như ng khác n h a u phụ thuộc vào tính đ ổ n g nhất của các nguycn lử liên két với carbon- carbonyl A ldehyd cỏ m ột c a rb o n và một hydro liên kết với nh ó m carbonyl, keton có hai carbon liên két với nh ỏ m carbonyl, a c id carboxyỉic có m ột carbon và một n hỏm - O H liên két với nhỏm

c =0 , ester cỏ một carbon và một ox y kiểu ether liên két với nh ó m c =0 , am id c ỏ một carbon và

m ột nitrogen liên két với n h ỏ m c =0 , cloride acid có m ột carbon và một clor liên kết với nhóm

c = 0 , v.v N guycn tử c a rb o n carbonyl m ang điện tích d ư ơ ng phần (6f) vả ox y m ang điện tích

â m phẩn (ỏ )

H

Aldehyd

0 11

■c' ^Cl

Bài tập 1.1

Chi ra và nhận biét các nhỏm chức trong các phản tử sau:

(a) Melhionine một amino acỉd: (b) Ibuproíen một chất giảm đau:

Hãy đưa ra các cấu trúc của các phân tử đơn giản có chứa các nhỏm chức sau:

(a) Alcohol (b) Vòng thơm (c) Acid carboxylic

(d) Amin (c) Cả kcton và amin (0 Hai hên kết dôi

1 2 C Ấ U H Ỉ N H E L E C T R O N C Ủ A N G U Y Ê N T Ử C A R B O N

N guycn tử bao tjồm hạt nhân rất nặng v à nhỏ bc, đ ư ợ c b ao quanh bởi các clcctron tích điện ảni trong khoáng thể tích không gian tư ơ n g đối lớn x u n g quanh hạt nhân H ạt nhân g ồ m các proton tích điện d ư ơ n g và các neutron không m a n g điện tích ncn hạt nhân tích diện dương Vi tồng số điện tích d ư ơ n g trên proton bằng tồng số điện tích âm trên các elcctron, ncn nguycn tử trung hoà c ỏ số lượng proton và clectron b àng nhau, s ố proton trong nguycn tử không thay đòi Proton và ncutron có khối lưựng xấp xi bằng nhau và n ặng hơn khoảng 1800 lần khối lư ợng của electron Điều n ày cỏ nghĩa là hầu hết khối lượng cùa nguyên tử là nằm ở h ạ t nhân T u y nhiên, hầu hết thế tích c ủ a nguyên tử lại do các clcctron chiém giữ, và là nơi m à ta sẽ ch ú ý vì đỏ là các elcctron tạo ncn licn ket h o á học

Số t h ứ ịự n g u y ê n t ử (hay n g u y ê n t ử số) của ng u y ên tử bằng số proton trong hạt nhãn và cùng băng sô clcctron xung quanh hạt nhân của nguycn tử trung hoà C h ă n g hạn, nguyên lử số của carbon là 6, có nghĩa là nguyên tử carbon trung h o à cỏ 6 proton và 6 elcctron Vì sổ proton trong m ột nguyên tử không thay đổi, nên nguyên tử số c ủ a một nguycn tố luôn luôn n h ư nhau - tât cả các nguycn tứ carbon đ ều c ỏ nguycn tử sổ b àng 6

Số k h ố i của m ột nguycn tử là tổng s ố c á c proton v ả ncutron của nỏ K h ô n g phải tất c ả các nguycn tử carbon đều c ỏ sổ khối n h ư nhau, vì n gay cả khi tất cả ch ú n g d ều c ó số proton như nhau, thi tât cả chúng không c ỏ sổ neutron n h ư nhau C h ả n g hạn, 98,89% n g u y cn tử carbon tim thấy trong tự nhicn c ỏ 6 ncutron, và chủng c ỏ số khối là 12, và 1,11% c ó 7 ncutron, v à có số khối là 13 Hai loại nguycn tử carbon khác nhau này đ ư ợ c gọi là các đồng vị (isotop). C á c đ ồ n g

vị có nguyên tứ số n h ư nhau(tứ c là số proton n h ư n hau) nhưng cỏ khối lư ợ n g khác nhau vi chúng c ỏ số ncutron khác nhau T ính chất hoá học của các đồng vị c ủ a một ng u y cn tố h ầu như

đ ổ n g nhất

T r ọ n g l ư ọ n g n g u y ê n t ử của một nguyên tố tìm th ắ y trong tự nhiên là trọng lượng nguyên

tử trung binh các nguycn tử Vi đơn vị khói lượng nguyên từ (am u - a) d ư ợ c định nghĩa chính xác bằng 1/12 khối lượng của l2C, nên khối lượng nguycn tử băng 12,0000 aniu; khối lượng nguycn t ử c ủ a l3C là 13,0034 am u Do đó, trọng lư ợng nguycn tử c ù a carbon là 1 2 0 1 1 amu (0,9889 X 12,0000 + 0,0111 X 13,0034 = 12.011) Trọng licợng phân từ là tổng trọng lượng nguyên từ cùa tất cả các nguyên từ trong phán tử.

1.2.1 S ự p h â n bố eỉectron trong nguyên tử

C á c clcctron tro n g nguyên tử có thể chiếm các lớp vỏ đồng tâm xung q u a n h hạt nhân Lớp

vỏ th ứ n h ấ t là gần hạt nhân nhất Lớp vỏ thứ hai nầm ở x a hơn, và tiếp theo là các lóp vỏ thứ ba

vả c á c lớp vỏ xa hơn Mồi lớp vò này bao gồm các o r b i t a l n g u y ê n lừ Mỗi orbital nguyên tử có hình d ạ n g và n ăng lư ợng đặc trưng và chiém giừ thể tích không gian đặc trưng O rbitaỉ nguyên

tử càng gần hụt nhản thì cỏ nùng lượng càng thấp. Lớp v ỏ thứ nhất chi g ồ m orbital nguyên tử s\

lớp vỏ th ứ hai bao g ồ m các orbital nguyên tử s và p \ lóp vò thứ b a g ồ m các orbital s, p và d\ và các lóp vỏ th ứ 4 và c a o hơn gồm các orbital nguyên tử s , p, d y v à / (B ủng 1.2). Mỗi lớp vỏ có

ch ử a một orbital s. Các lóp vỏ thứ hai và cao hơn, ngoài orbital s t còn ch ứ a ba orbital p suy biến C á c o r b i t a l s u y b ỉé n là các orbital cỏ năng lượng n h ư nhau

Bảng 1.2 S ự phân bổ electron ờ 4 lớp vỏ đâu tiên xung quanh hạt nhân

có thể chiếm 9 orbital nguycn tử, một orbital 5, ba orbital p và năm orbital d, của lóp vỏ thứ ba, và

32 clcctron c ó thể chiem 16 orbital nguycn tử của lóp vỏ thứ tư T rong khi nghiên cứu hoá học hữu cơ, chúng ta chi cần để ý đén các nguyên tử có electron chi ở lớp vỏ thứ nhất và thứ hai

Đảng 1.3 c á u hình electron ờ trạng thái c ơ bản của một s ố nguydn từ nhỏ nhát

C ấ u h ìn h e l e c t r o n ở t r ạ n g th á i c ơ b ả n c ủ a ng u y ên từ m ô tả các orbital bị chiém bời các

c le c ư o n khi tất c ả c h ú n g đều ở các orbital c ó thể với n ả n g lượng thấp nhất Nếu năng lượng

đ ư ợ c cung cấ p c h o nguyên tử ở trạng thái c ơ bản, thi m ột hay nhiều clectron có thể n hảy lên

orbital có năng lư ợng ca o hơn Khi đó nguyên tử sẽ n ằ m ở c ấ u h ì n h e l e c t r o n ờ t r ạ n g t h á ỉ kích

th íc h C ác cấu hình electron ở trạng thái c ơ bản cùa 11 nguyên tử nhỏ n h ấ t đ ư ợ c d ẫn ra ứ o n g

B ảng 1.3

C ác nguyên lí sau được sử d ụ n g để xác định orbital nào bi electron c h iế m giữ:

1 N g u y ên lí a u í b a u ( l ấ p đ ầ y ) ch o ta biết các electron luôn luôn lấp đầy orbital có thể có

n ăng lượng thấp nhất trước N ă n g lượng tư ơng đối cùa các obtial nguyên tử n h ư sau: l í < 2s < 2p < ĩ s < 3p < 4 5 < 'id < 4p < 5s < 4 d < 5p < 6s < 4 / < 5 d < 6p < I s < 5 /

2 N g u y ê n lí lo ạ i t r ừ P a u li phát biểu rằng k h ô n g có nhiều hơn 2 electron có thể cùng chiếm mồi orbital nguyên từ, và hai electron phải c ó spin ngược nhau N guyên lí n ày do

W o lfg a n g Pauli (1 9 0 0 -1 9 5 8 ) đ ư a ra

3 Q u i tắc H u n d phát biếu rằng khi có các orbital n g u y ên tử suy biến, là hai h ay nhiều obtial

có nàng lượng như nhau, thì elcctron sẽ chiếm orbital ư ố n g trước khi ch ú n g cặp đôi với electron khác Bẳng cách này, lực đ ẩy clectron là cực tiểu Elecừ on thứ sáu của carbon sẽ chiếm orbital nguycn tử 2p trống hơn ià c ặ p đôi với electron đã chiếm orbital nguyên tử 2p. Electron thứ bày của nguyên từ nitrogcn sẽ chiếm orbital nguyên tử 2p trống, và electron th ứ tá m cùa nguyên từ

ox y sẽ cặp đôi với electron đã chiếm orbital nguyên tử 2p hơn là chiếm orbital nguyên từ 35 có năng lượng cao hơn Qui tắc này d o Friedrich H ennann H u n đ (1 8 9 6 -1 9 9 7 ) đ ư a ra

1.2.2 Orbital nguyên tử

T a đã xem xét các electron phân bố ữ o n g các orbital nguyên tử kh ác n h a u (B àng 1.3)

O r b i t a l là một miền ba chiều bao quanh hạt nhân m à ở đó c ỏ xác suất tìm thấy electron cao

O rbital s là hình cầu với hạt n hân ở trung tâm, và b ằ n g c h ứ n g thực ngh iệ m xác n hận li thuyết này N g u y ê n lí b ấ t đ ị n h H e is e n b e r g phát biểu rẳng c ả vị trí chính xác và đ ộ n g lư ợng c ủ a một hạt nguyên tử không thể xác định m ột cách đồng thời, n g h ĩa là ta không thể nói electron ở đâu

m ột các h chính xác, ta chi c ó thể m ô tả vùng xác suất c ủ a nó D o vậy, khi ta nói rằn g electron chiếm orbital nguyên tử l í , nghĩa là electron ờ trong k h ô n g gian được x á c định băng hình cầu với xác suất lớn hơn 90% Vi ở orbital nguyên tử 2s, k h o ản g cách trung bình từ hạt nhân lớn hơn so với ở orbital nguyên t ử l í nên orbital nguyên t ừ 2s được biểu d iễ n bằng hinh c ầ u lớn hơn, nên mật đ ộ electron trung bình ở orbital nguyên tử 2s nhỏ hơn mật đ ộ electron trung bình ở orbital nguyên từ l i (Hình 1.3).

y

M

orbital nguyên tử 1s orbital nguyên tử Zs

núi không được chi ra

Hỉnh 1.3 Các orbital nguyên tử 1s và 2 s.

orbilal nguyên tử 2í núl được chi ra

một phàng nút

obilal nguyên lử 2/ĩ ohital nguyẻn lử Ip

tỉnh toán

2p w o rb ita l 2pz o rb ita lHinh 1.4 Các orbital nguyên tửp

K h ô n g g iố n g n h ư orbital nguyên t ử s t các orbital nguycn tử p c ỏ hai thuỳ C ác thuỷ n ày cổ hai p h a ngược nhau, đ ư ợ c biểu thị bàng dấu + và dấu hay b ằng hai m àu khác nhau N ú t của orbital p ià m ặ t ph&ng đỉ q u a trung tâm của hạt n hân cắt đôi hai thuỳ c ủ a nỏ, và đ ư ợ c gọi là m ặ t

p h ì n g n ú t Ở đây , xác suất tỉm thấy m ột electron là b à n g 0 (H ình 1.4). C ó ba orbital nguyên tử

p suy biến O rbital đ ố i xứ ng qua trục Xy orbital dối xứ ng q u a trục y, và orbital đối x ứ n g q u a trục

z. Đ iều n ày có n g h ĩa là mỗi orbital p n ằ m vuông góc với hai orbital p khác N ă n g lư ợng cùa orbital nguyên t ử 2p lớn hơn n ăng lượng c ủ a orbital nguyên tử 25 ở một m ứ c đ ộ không đ ảng kể

vì kh o ản g cách tr u n g bình của m ột clectron ở orbital n g u y cn tử 2p nằm xa hạt nhân hơn

(a)

Liên két lùi ra khỏi mât phảng giấy

Liôn kết trong _mât phảng cjiấy^^

Liên kết đi vào mât phảng giấy(b)

Một nguyén tử carbon tứ diện Hỉnh 1.5 Biẻu diễn nguyên tử carbon tử diện của van’t Hoff

(c)

4-Sau đó, E E rlenm eyer đ ề nghị liên kết ba carbon-carbon ch o acetylen, A c Brovvn đ ề nghị liên kết đôi carbon-carbon c h o cthylen N ăm 1865, K ekulé đề xuât m ộ t cải tiến ch ín h khác nữa khi ôn g đ ư a ra giả thuyết là các m ạch carbon có thể tự nối hai đ ầu th à n h vòng các nguycn từ carbon M ặc d ù K ekulé và C o u p cr đ ã đúng khi m ô tả bản chất h o á trị bổ n c ủ a carbon, hoá học vẫn được nhìn theo cách 2 chieu N ăm 1874, J v a n ’t HofT (1 8 5 2 -1 9 1 1 ) và J Lẹ Bcl (1847- 1930) đ ã thêm chiều thứ ba vào quan niệm về phân tử Họ đề nghị rẳn g bổn licn két cùa carbon không định h ư ớ ng ngẫu nhiên m ả cỏ các hướng k h ô n g gian xác định V a n ’t H o f f đi xa hơn khi

đề nghị rằn g bố n nguycn tử m à carbon liên kết với năm ở c á c g ó c c ủ a m ột t ứ diện đêu, mà carbon ở trung tâ m tứ diện

V iệc biểu diễn nguycn tứ carbon tứ diện được chi ra trong H ìn h 1.5, và đ ư ợ c gọi là biếu diễn p h ố i cành, hay biểu diễn tứ diện. C hú ý các qui ước đư ợc d ù n g c h o k h ô n g gian 3 chiều Các đư ờ ng thẳng liền nét biểu diễn liên kết năm trong mặt p h ă n g giấy, đ ư ờ n g hình n c m đậm biểu diễn liên kết đi ra khỏi mặt phẳng giấy, đ ư ờ ng nét đứt hoặc hình n c m nét đứ t biêu diên liên kết hướng ra phía sau mặt p h ả n g giấy, rợi xa người q uan sát D o vậy , với các h biểu diễn phoi cành này, thì chi cỏ tối đa hai liên kêt nằm trong m ặt phăng giây c h ứ a nguyên t ử carbon trung tàm N ếu ta m uốn biểu diễn chi nguyên từ carbon trung tâm năm trong mặt phăng giấy thì khi đó

sẽ có hai liên kết nằm ớ ph ia sau và hai liên két nằm ở p h ía írước m ặ t p h ă n g giấ y (Hình Ỉ.Sc).

từ H2, liên két H - H nhận được từ sự xcn phủ cúa hai orbital 1 s bị c h i ế m đơn lẽ cù a hydro

^ +m

Các orbital xen phủ trong phân tử H2 có hình d ạ n g quả trứ n g k co dài m à ta c ó thể nhận

đư ợc bằng cách ncn hai khối c ầ u với nhau N ếu một mặt p h ẳ n g đ ư ợ c đặt qua giữ a liên két, thi

sự giao củ a mặt p h ả n g và các orbital xen phủ sẽ là m ột đ ư ờ ng tròn N ó i một các h khác, licn kết

H - H lả đối xứ n g trụ, các licn kết nh ư vậy, được tạo thành bởi sự x c n phù trực d iệ n cùa hai orbital nguyên tử dọc theo một đư ờ ng thẳng nối giữa hai hạt nhân, đ ư ợ c gọi là các liên k ế t ơ.Khi hai hạt nhãn tronjị phân tử H2 q u á gần nhau thì ch ú n g sẽ đ ẩ y n hau vì cả hai đ ều m ang điện tích dương, như ng nếu chúng ở quá xa nhau thi ch ú n g k h ô n g thế chia sé các elcctron licn kết Do đó, c ó một khoáng cách tối ưu giữa các hạt nhân, dẫn đ ến s ự b ền hoá cực đại (H ình 1.6)

K hoảng các h n ày là 74 pm ở phân tử H2, và được gọi là đ ộ d à i liên k ế t Mỗi liên kết cộng hoá trị có cả lực liên kết và đ ộ dài liên kết đặc trư ng (angstrom , Ả, k h ô n g phải là đ ơ n vị SI, đ ư ợ c sứ dụng khá ph ổ biến, 1 p m = 1 0 12 m; 1 Ả = 1 0"lom = 1 0 0 pm)

1.5 S ự T Ạ O T H À N H L I Ê N K É T C Ộ N G H O Á T R Ị T R O N G H Ợ P C H Ấ T H Ử U c ơ

1.5.1 Các orbitaỉ lai hoá spi và cấu trúc cùa meíhan

S ự liên kết trong phân tử hydro không phức tạp, n h ư n g tinh h ìn h sẽ phức tạp hơn tro n g các phân tử h ợ p chất hữu c ơ với nguyên tử carbon hoá trị 4 Một h y d ro carb o n đơn giàn nhất là methan, C R ), trong đ ó carbon c ỏ 4 electron ở lớp vỏ hoá ưị v à c ó th ể tạo thành 4 liên kết với hydro c ấ u trúc Lcvvis củ a m ethan nh ư sau:

• c •

Vì carbon sử dựng hai loại orbital để tạo thành liên kết, nôn ta cần phải c h o rẳng có hai loại liên két C - H N h ưng thực tế tất cả các liên két C - H trong methan đ ều giố n g nhau và h ư ớ ng về

4 đ in h c ù a tứ diện đèu trong không gian (Hình 1.7).

N ăm 1931, để giải thích điều này, L Pauling (1 9 0 1 -1 9 9 4 ) c h o răng, về mặt toán học, một orbital s và 3 orbital p trong nguycn tử có thể tồ hợp với nhau, hay gọi là lai hoảy d e tạo thành 4 orbital nguycn tử tư ơng đ ư ơ n g với s ự định hướng tứ diện N h ư được chi ra trong Hình 1.8, các orbital định h ư ớ ng tứ diện này được gọi là la i h o á sp* (sp ĩ hybrid) (C hú ý là chi số 3 trong tcn gọi c h i ràng 3 orbital nguyên t ử p tổ hợp để tạo thành sự lai hoá)

K hái niệm vẻ sự lai h o á giải thích các nguyên tử carbon tạo thành bốn liên kết tứ diện

tư ơ n g đư ơ ng n h ư thế nào n h ư n g không giải thích được tại sao điều này xảy ra Khi một orbital

n g u y ên tử s lai hoá với b a orbital nguycn tử p y thì các orbital lai hoá nhộn dược là không đối

x ứ n g xung quanh hạt nhân M ộ t trong hai thuỳ lớn hơn nhiều so với thuỳ kia, và do đó c ỏ thể

x en ph ủ tổt hơn với orbital c ủ a nguyên tử khác klii nỏ tạo thành liên két Do vậy, các orbital lai

h o á s p y tạo thành licn kết m ạ n h hơn so với các orbital 5 và p không lai hoá Orbital lai hoá nhận

đ ư ợ c là không dối xứng q u a n h hạt nhản và đư ợc định hư ớ ng rõ rệt theo một hướng

HH (quá gẩn)

H ( q u á x a )

Khoảng cách giữa các hạt nhảnHình 1.6 Một đò thị vẻ nàng lượng so với khoảng cách giữa các nguyên tử hydro

H

Hình 1.7 Cấu trúc của phân tử methan

Hỉnh 1.8 Bốn orbital lai hoá sp3, hướng vè bốn đinh của tứ diện đều

dược tạo thành bằng sự tổ hợp của một orbital nguyên tử s và ba orbital nguyèn từ p

Khi bốn orbita! g iống nhau cúa một nguyên t ử carbon lai hoá s p i xcn phủ với orbital 1.V của bốn nguyên tứ hydro thì bốn liên kết C - H giống nhau đ ư ợ c tạo thành và nhận được phân tử mcthan M ỗi liên kết C - H trong m cthan có lực liên kết 43 6 kJ/mol ( 104 kcal/m ol) và c ó đ ộ dài

109 pm Vì bổn licn kết c ỏ hình học đặc thù, nên ta c ó thể đ ịn h nghĩa một tính chất đ ư ợ c gợi là góc liên kết G óc liên kết đ ư ợ c tạo ra bởi mỗi liên kết C - H đúng b àng I09.5° và đư ợc gọi lả

góc tử diện. Do vậy m cthan có cấu trúc được chi ra trong H inh 1.7

1.5.2 Các orbital lai hoá s p 1 và cẩu trú c cùa ethan

Sự lai hoá giải thích c ấ u trúc củ a m e th an cũng đ ư ợ c d ù n g để giải thích tại sao các nguycn

từ carbon có thể liên kết với n hau thành m ạch và thà n h vòng đề tạo ra h á n g triệu hợp chất hữu

cơ Ethan, C:H,„ là phàn từ đơn gián nhất có chứa liên kết carbon-carbon:

H : C : C : H H— ộ — ộ — H CH3CH3

T à n

Một vài cách biểu diẻn của ethan

T a cỏ thể vẽ phân tử ethan bàng cách tư ởng tư ợ n g rằng hai nguycn tử carbon liên kết với nhau bàng sự xen phủ ơ của orbital lai hoá sp} từ m ỗi n g u y cn từ B a orbital lai h o á sp i còn lại trcn mỗi carbon sẽ xcn phủ với các orbital 1 s để tạo thành 6 liên két C - H (H ình 1.9). C ác liên kết C - H ở cthan cũng giống n h ư các liên kết C - H ở m ethan, cho d ù c ó yếu hơn, với lực liên kết

423 kJ/mol (101 kcal/mol) Đ ộ dài liên kết C - C là 154 p m và cỏ lự c liên két là 376 kJ/mol (90 kcal/mol) Tất c ả các góc liên két trong ethan đểu g ần b ảng 109,5°

H 154 pm

Hinh 1.9 Cấu trúc của ethan

1.5.3 Các orbiíal lai hoả sp2 và cấu trúc cùa ethyỉen

M ặc dù sự lai h o á s p } là trạng thái electron chung n h ấ t c ù a carbon, như ng không phải chi có

m ỗi khá năng nàỵ, c h ẳ n g hạn, ở phân tử cthylcn N gư ờ i ta đã biét răn g c á c nguycn tứ carbon của cthylcn có thê c ó hoá trị 4 chi khi hai nguycn từ carbon c h ia sé nhau bôn clcctron và licn kết với nhau bằng liên k ét đôi. Hơn nữa, cthylcn là phân tử phẳng và c ó các góc licn kết gần bang 120° th a y vi 109,5°

Một vài cách biểu diễn củ a ethylen

ở phần trên, ta thấy răng tất cả bốn orbital ng u y ên tử ở lóp vỏ h o á trị của carbon tỏ họp thành bố n orbital lai h o á tương đương N h ư vậy, orbital 2s tổ họ p chi với hai orbital 2p, khi đó

ba o r b it a l lai h o á sp2 nhận đư ợc và m ột orbital 2p còn lại k h ô n g bị biến đồi Ba orbital lai hoá

sp nam trcn một m ặ t phẳng với các góc 1 2 0° giừ a chúng, và orbital 2p c ò n lại sỗ vuông góc với

m ặt phẳng sp2 này (H ình Ị 10).

Khi hai carbon lai hoá sp2 tiến lại gần nhau, chúng sê tạo thành licn két ơ bàng sự xen phủ trực diện sp2- s p2 th e o lí thuyết liên két hoá trị C ù n g lúc đ ó , c á c orbital 2p không lai hoá cũng tiến lại gần nhau với hình học phù họp cho s ự xen p h ủ bén, dẫn tới sự tạo thành m ột kiẽu liên két khác, được gọi là liên k é t n. S ự tổ h ợ p của liên két ơ sp 2- s p 2 và liên két 71 2 p -2 p sẽ dẵn tới

sự chia sẻ bốn elcctron và sự tạo thành licn két đôi carb on-carbon (Hình / / / ) C hú ý ràng các electron của liên két a chiếm vùng trung tâm giữ a hai hạl nhân, trong khi các elcctron trong liên két 71 chiếm vùng ờ hai bên đ ư ờ ng nổi các hạt nhân carbon

i : o

N h in từ b cn cạnh N h in từ trê n x u ố n g

Hỉnh 1.10 Carbon lai hoá sp2

Dẻ hoàn thiện cấu trúc của cthylen, bốn nguycn tử hydro sồ tạo thành licn két ơ với bốn orbital s p 2 còn lại Do đỏ, ethylcn c ó cấ u trúc phăng với các góc liên két H - C - H và H - C = C gần bẳng 120° (góc H - C - H là 117,4°, g ó c H - C = C là 121,3°) Mỗi liên két C - H c ó đ ộ lài 108,7 pm

và cỏ lực liên kết là 465 kJ/mol (111 kcal/mol)

Licn két đôi carbon-carbon trong cthylcn ngẳn hơn và m ạnh hơn liên két đơn ở cthan bởi vì chúng nhận đư ợc từ sự chia sẻ bốn elcctron thay vi hai clcctron n h ư ở ethan Ethylen c ỏ độ dài licn kct c = c b ằng 133 pm và lực liên kết 728 kJ/mol {174 kcal/m ol) so với đ ộ dài licn kct C - C

là 154 p m và lực liên két 376 kJ/m ol đối với cthan T uy n hiên, cẩn c h ú ỷ ràng licn két đói carbon-carbon kém bền hơn một c á c h đ áng kể so với licn két đ ơ n carb on-carbon (gần 2 lần) vi

s ự xcn phủ của phân 71 của licn ket đôi là không hiệu quả bảng sự xcn phủ c ủ a phần ơ

Bai tập 1.4

Vẽ cấu trúc licn kết đường thăng cho buta-l,3-dien, H2C=CH-CH=CHì, chi rỏ sự lai hoá cúa mỗi carbon,

va dự đoán mỗi góc liên kết

1.5.4 C ác orbitaỉ lai h o ả sp và cấu trúc cùa acetylen

N goài s ự tạo thành licn kết đơn và liên kết đòi bằng cách chia sẻ hai và bốn elcctron tương ứng, carbon còn cỏ thể tạo thành liên két ba b ằng cách chia sẻ 6 electron Đc giải thích licn kết

ba tro n g các phân tử nh ư acctylcn, C2H2, ta cằn loại orbital lai hoá thứ ba, o r b it a l lai h o á sp.

Hình 1.12 Nguyẽn tử carbon lai hoả sp

Bàng 1.4 S o sá n h cá c liồn kết C -C và C-H ờ methan, ethan, ethylen và acetylen

kJ/mol kcal/mol

Độ dài lièn kẻt (pm)Methan

H iệu ứng ch u n g là sự c h ia sỏ 6 electron và tạo thành licn két ba carbon-carbon C ác orbital

p c ò n lại se tạo thành licn két ơ với hydro đ ể tạo ra phân tử acctylcn (H ình 1.13). T h e o d ự đoán

ừ s ự lai hoá sp , acctylcn là phân tử thẳng với góc liên kết H - C = C là 180° C ác liên két C - H có

lộ dài 106 pm v à lực liên két lả 556 kJ/m ol (133 kcal/mol) Liên két C - C cỏ độ dài 120 p m và

ực liên két 96 5 kJ/mol (231 kcal/m ol), làm c h o licn kếi ba ở acctylcn ngản nhất và m ạnh nhất

r o n g bất ki licn ket carbon-carbon nào (B ảng 1.4).

1 2 0 p m

, 8Ư bởi sự xen phủ sp - s

dù không được lai hoá hay đ ư ợ c lai hoá, m ô tả vùng k h ô n g gian xung q u a n h m ột nguyên từ, mà

ở đỏ một electron c ỏ thể được tìm thấy, n ên một orbital phán t ừ m ô tả v ù n g k h ô n g gian trong một p hản từ. m à ờ đ ỏ các electron cỏ thể tìm thấy c a o nhất

G iống n h ư một orbital nguycn tử, m ộ t orbiíal p h ả n từ củ kích thước, hình thế và năng hrựng riêng. C h ằn g hạn, trong p hân tử H 2, hai orbital n g u y cn tử ìs bị chiếm đ ơ n lẻ tổ h ợ p để tạo thành hai orbital phản từ c ỏ hai cách đ ể tổ hợp orbital xảy ra, các h tỏ hợp c ộ n g và cách tổ hợp trừ S ự tổ hợp cộng dẫn đén sự tạo thành m ột orbital phân tử thắp hơn về n ă n g lượng và có hinh quà trứng, trong khi sự tổ hợp trừ dẫn đén sự tạo thà n h một orbital phân t ử ca o hơn về năng lượng, và c ỏ nút giừa các hạt nhân (Hình 1.14). C h ủ ý rẩng sự tổ h ọp cộng là m ột orbital phân

tử hình trứng, du y nhất; nỏ không g iống n h ư hai orbital nguyên tử 1s xcn phủ c ù a sự m ô tả liên két hoá trị T ư ơng tự, sự tổ hợp trừ là một orbital phản tử du y nhất với hình thể giống q u ả tạ bị kéo dài

S ự tổ hợp cộng thấp hơn về n ăng lượng so với hai orbital nguycn tử is c ù a hydro vả được gụi là M O liên k e t (bonding M O ) vì các clectron tro n g M O n ày sử d ụ n g nhiều nhất thời gian của ch ú n g trong vùng giừa hai hạt nhân, d o đó, liên két các nguyẻn tử với nhau S ự tổ h ợ p trừ

ca o hơn về n ăng lượng so với hai orbital nguyên tử 1 s củ a h y d ro và được gọi là M O p h ả n liên

k ế t (<aníibonding M O ) vì clcctron bát ki không thể chiéni vùng tru n g tâ m giừ a các hạt nhân, mà

ở đó cỏ một nút, và không thể đỏng g óp vào s ự liên két Do vậy, hai hạt nhân đ ẩy lẫn nhau

MO ơ phản liên kết (không được lãp đấy) £=?

Tổ hợp

Hai orbital 1 s

MO ơ liên kết (đươc lấp đáy)Hinh 1.14 Các orbital phân tử của H2

G iố n g như các orbital phân tử ơ liên két và phản liên kết d o s ự tổ họ p củ a hai orbital

n g u y cn tử s trong H:, c á c orbital phân tử 71 liên kết và p hản licn kct cũng nhận được từ sự tô hợp của hai orbital nguycn tử p ở cthylen N h ư đ ă chi ra trong Hinh 1.15, M O liẽn kct 71 cỏ năng lượng th ấ p hơn, không cỏ nút giừ a các hạt nhân và do sự tổ hợp củ a các thuỳ orbital p với dâu đại số n h ư nhau M O phản liên két 71 c ỏ n ăng lượng ca o hơn, có một nút giữa các hạt nhân và do

sự tổ h ọ p của các thuỳ orbital p với các d ấu đại số ngược nhau Chi có M O licn két mới bị chiếm (lấ p đầy), c ò n M O p h ả n liên két có n ăng lượng c a o thì trống Lí thuyết orbital phân tử đặc biệt hữu ích khi m ô tà các liên két 71 tro n g các hợp chất có nhiều hơn m ột licn kểt đôi (Phần 3.18 và P h ầ n 5.2)

1.7 B I É U DI ẺN L I Ê N K É T

/ 7 / Các cáu trúc Lewis

Các ki hiệu hoá học đà s ử dụng ở p hẩn trcn (Phần 1.5), trong đ ó các clectron hoá trị được biểu thị bằng các c h ấm n hỏ (•), được gọi là c á c c ấ u t r ú c Levvis Các cấu trúc Levvis hừu ích vì chúng chi c h o ta thấy các n g u y cn tử nào đư ợc liẽi* kết với nhau và nói c h o ta biết có nguycn tử nào m ang các electron đơìì đ ộc hay c ỏ điện tích hình thức hay không, c ẩ u trúc Levvis c ủ a H20 ,

Cảc electron không chia s ẻ

khi tạo thành liên két được gọi là c á c e le c tr o n k h ô n g liên kết h ay c ặ p e le c tr o n đ ơ n đ ộ c hay

H — è — o — H H - C s N H — o — N = 0 H —c — H

ìII

/ 7.3 Các cấu trúc rút gọn

T hò n g thường, các cắu trúc đ ư ợ c đơn giản h o á đ ể b àng cách b ỏ q u a m ột số (hay tất cả) các liên kél cộng hoá trị và liệt kê các ng u y cn tử liên kẽt với carbon (h ay nitro g cn hay oxy) ticp theo với chi số chi số lượng nguyên tử mỗi loại Loại c ấ u trúc n h ư vậy đ ư ợ c gọi là cấu trúc rút gọn

Kiéu lai hoá nào có thc cho mỗi nguyên lử carbon irong các phân từ sau:

(a) Propan, CH,CH2CHj (b) 2-Mcthylpropen, (CH,)2C=CH2

(c) But-l-cn-3-yn, HiC=CH C=CH (d) Acid acctic CH3CO2H

I I

II II

tư ơ n g đư ơng, dẫn đến sự p hân bố electron đối xứng tro n g liên kết Hầu hết các liên kết hoặc

k h ô n g p h ả i hoàn toàn là ion hoặc không phải h oàn toàn là c ộ n g hoá trị, m à năm đâu đó giữa hai thái cực này C ác liên kết như v ậy đ ư ợ c gọi là các liê n k ế t c ộ n g h o á t r ị có cực, nghĩa là các clcctron liên kết được hút m ạnh hơn bới m ột nguyên từ so với m ột nguyên tứ khác đ ên mức sự phàn bố clcctron giữ a hai nguyên từ k h ô n g c ò n đối x ứ n g n ữ a (H ình 1.16). Ở đây, kí hiệu 5

ng h ĩa là điện tích phầ n, hoặc là d ư o n g p h ầ n ( 5 ') đối v ớ i n g u y cn tử nghco elcctron hoặc là âm

p h ầ n (5 ) đối với nguycn từ giàu electron

Liỗn kết cộng hoá trị Liên k ấ t cộn g hoá trị có cực Liẻn k ế t ion

Hình 1.16 Các liên kết cộng hoá trị đến liên kết ion là một kết quả của một sự phân bố không bằng nhau của các electron liên kết giữa các nguyên tử

Sự phàn cực cùa liên két là d o sự khác n hau về đ ộ âm đ iệ n (EN - electronegativity), một khá n ă n g bên trong c ủ a một nguyên từ hút các elcctron c h ia sẻ trong licn kết c ộ n g hoá trị Như dưực chi ra trong Hình l 17, các đ ộ âm điện đ ư ự c dựa v ào một tha n g tuỳ ý, với tluor lá âm điện nhái (E N = 4,0) và cesi là ít âm đ iệ n n h ấ t (E N = 0,7) C á c kim loại ờ phía bên trái của báng tuần hoàn hút clcctron yéu và có đ ộ â m đ iệ n thấp hơn, trong khi đ ó các halogen và các phi kim có khả n ăng phản ứng ở phía bôn phải c ủ a b á n g luẩn hoàn hút clcctron m ạnh và c ó độ âm điện cao hơn C arbon, nguyên tố quan trọng n h ấ t tro n g các hợp c h ấ t hữu cơ, cỏ giá trị độ àm điện là 2,5

N gười ta qui ước ràng, liên kết giữ a các nguycn từ m à đ ộ âm điện của chúng khác nhau ít hơn0.5 thi đ ó là các liên kết cộng hoá trị không có ạrc\ các licn kêt giữa các nguyên từ má độ âm điện

c ù a chúng khác nhau lừ khoảng 0,5 đến 2 thì đó !à các liên kết cộng hoú trị có cực, và các liên kêt giữa các nguyên tử mà độ âm điện cùa chúng khác nhau hơn hơn 2 thì là các liên két ion.

Hinh 1.17 Các giả trị độ âm điện và chiều hướng Nói chuno, độ âm điện tâng lên từ trái qua phải bảng tuần hoàn và giảm tử trên xuống dưới Các giá trị trên thang tuý ý, với F=4,0 và Cs=0.7

C hú ý rằng trong s ự biểu diễn c ủ a m ethanol và methyllithi trong Hình 2.4 là mũi tcn H— *“ dược sử d ụ n g để chi h ư ớ ng cù a sự phân cực licn kết T h e o qui ước, các electron đỉcực đặt theo hưởng của m ùi tên. Đuôi mủi tên (nhin giống n h ư d âu cộng) là p h ía nghco electron (ỗ )

và đâu mũi tcn là phía giàu clcctron (5 )

Khi ta nói về khá nàng của một nguycn tử làm p hân cực licn két, ta thường sử dụng thuột ngữ h iệ u ứ n g cảm ứ n g (inductive ejfect), được kí hiệu là I H iệ u ứ n g c ả m ứ ng, một cách dưn giản, là s ự chu yển dịch của các eỉectron dọc theo liên k é t ơ ứáp lạ i độ ăm diện của các

ng u yên tử liền kể. C ác kim loại, n h ư lithi và m agnesi, như ờng clcctron th e o cảni ứng, đ ư ợ c gọi

là hiệu ibìg câm ủng dia/nịt, ki hiệu là +1, trong khi c á c phi kim cỏ khả n ă n g phàn ứng n h ư oxy, nitrogcn, và m ột vài halogcn (fluor, clor, brom ) lại hút clcctron theo cảm ứng, dược gọi là hiệu inig cảm im g ám, kí hiệu là - I N goài ra, các nhóm alkyl luôn thể hiện hiệu ứng cảm ứ n g dương, trong khi dỏ, các nhóm chức m a n g dị tố (chảng hạn, C F 3, c = 0 , N O ị, C N ) hoặc các nhỏm

m ang điện tích d ư ơ ng (n h ư -* N R4, - S R 2) th ư ở n g bĩều hiện hiệu ứng c ả m ứng âm Các hiệu ứng cảm ứng đ ó n g vai trò ch ín h đề hiểu khả nảng phản ứng h o á học, và ta sẽ thường xuyên sử dụng ch ú n g để giải thích các hiện tư ợng hoá học khác nhau

1.9 CÁC LIÊN KÉT CỘNG H O Á T R Ị CÓ c ụ c V À MOMEN DIPOL

G iố n g n h ư các liên két riêng biệt th ư ờ n g cỏ cực, các phân tử c ù n g th ư ờ n g có cực S ự phàn cực phân tử gày nên bởi tồng vcctor củ a tất cả các độ phân cực liên két ric n g rè và c ủ a sự đóng

gó p của cặp dơn d ộ c trong phân tử Các chất cỏ cực m ạ n h thư ởng hoà tan trong dung môi phân cực như nước, trong khi các chất không cỏ cực thì không tan trong nước

Độ phân cực chung của phân tử được đ o bằng m ộ t đại lượng, đ ư ợ c gọi là momen dipol và khi c h o rảng cỏ m ột trung tâm khối lượng c ủ a tất cả các điện tích d ư ơ n g (các hạt nhân) trong một phân tử vẩ m ột trung tâm khối lượng của tất cả các điện tich âm (các clcctron) N éu hai trung tâm n ày không trùng khớp với n hau thì khi đỏ p hân tử c ó m ột độ p h â n cực chung N hư thẻ, liên kẻt phân cực cỏ m ột dipol (lư ờng cực), n ó c ó m ột đầu âm và một đ ầ u dương

Đảng 1.5 Momen dỉpol của một s ồ liên kết th ư ờ n g gặp

D ợ lớn c ủ a dipol dược chi ra bảng m om en dipol, được kí hiệu b ảng ch ữ cái Hy lạp ịí

M o m e n d i p o l cùa licn kct dược định nghĩa bằng d ộ lớn của điện tích ( 0 trên nguycn tử (hoặc diện tích d ư ơ n g phần, hoặc điện tích âm phần, vì chúng có c ù n e độ lớn) nhân với khoảnu cách g iừ a hai điện tích (r)

Bảng 1.6 Momen dipol của m ột s ô hợp chất

Tìm các clcctron cặp đơn độc bất kì và nhặn biết nguyên tử bất ki

với độ âm điện khác với độ âm điện cúa carbon (thường là o N F, Cl

hay Br) Mặt độ elcctron sẽ được đặt vào hướng chung của các nguyên

tư âm điện và các cặp đơn độc Trong trưởng hợp này, methylamm

chứa nguyên lử nitrogcn ảm điện với hai elcctron cặp đưn độc Do đỏ,

momen dipol nói chủng chi từ CH) về phía NHj

Hài tập l l I

Ethylcn glycol, HOCH2CH2OH, cỏ momcn dipol băng 0 niậc dù các ỉicn kêt carbon-oxy bị phân cực mạnh Hây giải thích

Bài lập 1.12

Hày vẽ hinh vè 3 chiều cúa các phân tử sau vả dự đoán và chi ra hướng của momen dipol

1.10 S ự C Ộ N G H Ư Ờ N G

1.10 ì S ư cộ n g h ư ở n g

H ẳu hết các c h ấ t có thể đư ợc biểu diễn dề d àng b ả n g các cấu trúc Lcvvis hay c ấ u trúc vạch Rekulé, s o n g đôi khi cũng có van dề này sinh, chằng hạn, ù nitromcthan Khi vẽ cấ u trúc Lewis cho họ p chất này, ta cần chi ra liên kết dôi ở m ột oxy v à liên kết đơn ở ox y kia N h ư n g đó là

ox y nào ? T ro n g c ấ u trúc của nitromcthan, ta vẽ licn kết đỏi c h o o x y “ở trẽn” và liên kết đơn cho

ox y “ở d ư ớ i” , hay là ngược lại?

Methylamin (M = 1.31 D)

Liẻn két đỏi ở oxy này?

o

HNitromethan

M ặc d ù hai nguycn từ ox y ở nitrom cthan thể h iệ n khác nhau tro n g c ấ u trúc Levvis, nhưng thực nghiệm cho thấy rẳng ch ú n g hoàn toàn tư ơng dương C hản g hạn, cả hai liên két oxy- nitrogen đều cỏ độ dài là 122 pm, n ẳ m giừa độ dài c ủ a liên két đơn N - O điền hinh (1 3 0 pm) và licn kết đôi N = 0 điên hình (116 pm) Nói m ột các h khác, không có cấu trúc L ew is nào cho nitrom cthan ờ trẽn là đúng cả; cấu trúc thực là trung gian giừ a chúng

Hai cấu trúc Levvis riêng biệt trcn c h o nitrom elhan dư ự c gọi là c á c d ạ n g c ộ n g h ư ỏ n g

(hybrỉd type) và q uan hệ của chúng được chi ra bàng mùi tên hai đ â u (*->) giừ a chúng C hi sự khác nhau giữa các dụng cộng hirớng được đật ở liên kết n và các electron hoá trị không Hên két Bàn thán các nguyên từ có vị tr í chinh xác n h ư n h a u ờ củ hai dụng cộng hưởng và các kết nơi giữ a chúng lù n h ư nhau.

N h ư vậy, nitrom cthan chi cỏ một d ạng cấu trúc d u y nhất không thay dổi, là d ạ n g lai hoá

c ộ n g h ư ở n g (resonance hybrid)của hai d ạng riêng biệt và c ỏ dặc tính của c ả hai d ạ n g này Chi

c ó “vấn đ ề " đổi với nitrom ethan là ta không ihể vẽ m ộ t các h chính xác n ó khi s ử d ụ n g các cấu trúc “vạch nối” Kckulc

S ự c ộ n g h ư ờ ng là một khái niệm rất hừu ích Ta đà biết rầng 6 licn kct carb on-carbon của

h ọ p chất thơm (benzen) là tương dư ơ ng và benzen đ ư ợ c biểu diễn tốt nhất n h ư là sự lai hoả của hai d ạng cộng lurỡng M ặc dù mồi dạng cộng hư ở ng x e m n h ư ngụ ý rằn g b c n ze n cỏ các licn kết đỏi và liên kết dơn luân phiên, và không c ỏ d ạng n ào là đ ú n g cho b àn th â n bcnzen c ấ u trúc thực của benzcn là lai hoá của hai dạng c ộ n g h ư ờ ng ric n g biệt, và tất c ả 6 licn kết carbon-carbon dểu tư ơng d ư ơ ng (P hần 5.2)

/ 10.2 Các q u i tắ c cho các d ạng cộ ng h ư ờ ng

C ác qui tăc mỏ tà dè vẽ và giải thích các dạng c ộ n g hường như sau

Q u i tắ c 1 C á c d ạ n g c ộ n g h ư ỏ ìig r i ẽ n g biệ t là tư ỏ ìig t ư ợ n g , k h ô n g có th ự c , c ấ u trúc thực là cấ u trúc hỏn hợp, là c ấ u trúc lai hoá cộng hư ờ ng c ù a các dạng kh ác nhau C ác chất như nitrom ethan, bcnzen và ion acetat không khác gì nhau C h ú n g c ó c á c c ấ u trúc đơn lẻ, khôn Ị

thay đôi và chúng không phải điểm nối giữa các d ạ n g cộng hưởng C h i s ự khác n hau giữa các chât n ày và chat khác là ở cách chúng được biểu diễn trên giấy

Q u i tã c 2 C á c d ạ n g c ộ n g h ư ỏ ì i g c h ỉ k h á c n h a u ờ c á c h s ắ p đ ặ t c á c c le c tr o n 7T và

c lc c tr o n đ ơ n đ ộ c Vj trí hoặc sự lai hoá của nguyên tử bat kì không làm thay đỏi từ d ạng cộng

hưởng này san g d ạng cộng h ư ờ ng khác

Nitromethan - hai dạng cộng hưởng

22

Mủi tèn cong này ch! rằng một cặp eỉectron

đơn đỏc chuyển dịch từ nguyên tử oxy ỏ phía

trên để trỏ thành một phấn cùa liên ket c =0

Đóng thời, hai electron từ liên kết c = 0

chuyển dịch vé phía nguyên tử oxy ỏ

phía dưới để trở thành một càp đơn độc

Dạng cộng hưởng mới có

‘t liên kết đôi ở đây

và có một cặp electron đơn độc ở đây

C h ẳ n g hạn, ở nitromethan, nguyên tử nitrogcn ở lai hoá sp2 và các nguyẽn tử ox y giừ nguycn vị trí chính xác của ch ú n g trong cả hai d ạng c ộ n g hướng C h i có vị trí cù a các clectron 71

ở liên kết đôi N = 0 và các cặp electron chưa liên két trẽn ox y là khác nhau từ d ạng này sang

d ạng kia S ự c h u y ển dịch này c ủ a các electron khi đi từ một cấu trúc cộng hư ờ ng này sang cấu trúc c ộ n g h ư ờ ng khác đôi khi đư ợc chì ra b ằng mũi tê n cong M ùi tên cong luôn chi s ự chuyển dịch cùa các elecíron, chứ không p h ả i của nguyên từ. Mủi tên chi ràng cặp electron di chuyển

từ nguycn tử hay liên két ở đuôi của mùi tcn sang nguycn từ hoặc licn két ở đ ầu của mùi tên

T inh huống với bcnzen cùng tư ơng tự n h ư với an io n acetat C ác electron 71 ở liên két đòi chuyển dịch n h ư đư ợc chi ra băng mũi tên cong, trong khi các nguyẽn tử carbon và hydro không

c ó điện tích â m trên carbon; dạng kia ch ứ a liên két đòi carbon-carbon và c ó điện tích âm trên

oxy. Mặc dù hai d ạ n g cộng h ư ờ ng này là không tư ơ n g đương, như ng cả hai đều đóng góp vào

c â u trúc lai hoá c ộ n g hưởng chung

D ạ n g c ộ n g hưởng c ó liê n k é t

d õ i c a rb o n -c a r b o n v à đ iệ n tích

â m trê n o x y

Anion aceton (hai dạng cộng hưởng)

Khi hai d ạng cộng hư ở ng không tư ơng đương, cấ u trúc thực củ a lai hoá cộng hường nằm gân hơn với dạng b ên nhât Do đó ta có thể d ự đoán cấu trúc đ ú n g cùa anion aceton là dạng cộng hưởng c ỏ khả năng hơn với điện tích âm được đặt trân nguyên tử ox y âm điện thay vì trên nguycn tử carbon

Q u i tắ c 4 C á c d ạ n g c ộ n g h ư ở n g p h ả i là c á c c ấ u t r ú c L e w is v à t u â n th e o các q u i tắc

h o á t r ị th ô n g th ư ờ n g D ạng cộng hư ở ng cũng giống n h ư một c ấ u trúc bất kì: Qui tẩc octet vẫn

đ ư ợ c áp dụng

C hẳn g hạn, một trong các cấu trúc sau đổi với anion ace tat k h ô n g phải là dạng cộng hưởng

h ọ p lí vi nguycn tử carbon c ó năm liên kết và 1 0 electron h o ả trị:

Q u i tắ c 5 S ự lai h o á c ộ n g h ư ờ n g b ền h ơ n b ấ t kì d ạ n g c ộ n g h ư ờ n g riẽ n g b iệt Nói mộtcách khác, sự cộng hư ở ng dẫn tới tính ổn định Nói chung, số d ạ n g cộng h ư ở ng càn g nh iề u thi chất càn g bền

Bài lập 1.13

Hăy chi ra số dạng cộng hưởng cho mỗi phần tử sau:

(a) Amon mcthyl phosphat, CHjOPOj2 (3 dạng)

(b) Anion nitrat, NOj (3 dạng)

(c) Cation allyl, HìC=CH-CH2* (2 dạng)

(li) Anion bcn/oat, C6H5C 02 (4 dạng)

1.11 A C I D VÀ B A S E : Đ Ị N H N G H Ĩ A B R 0 N S T E T - L O W R Y

/ / / / Đ ịnh nghĩa Bronstet-Lowry

Một khái niệm quan trọng khác licn q uan với đ ộ âm diện và đ ộ p hân cực là tính acid

(acỉdity) vả tinh basc (basicity). Ta thường sử d ụ n g hai định ng h ĩa về tính acid: định nghĩa

Br 0 nstet-Low ry và định nghĩa Lew is (Phần 1.13)

Một a c id B ro n stc t-L o v v ry là chất n h ư ờ n g proton (ion h ydro H ’), còn một b a s e B ro n s te t-

L o w r y là chất nhận proton (T cn gọi proíon này th ư ờ n g đ ư ợ c s ử d ụ n g n h ư một từ d ồ n g nghĩa

lo n a c e t a t D ạ n g c ộ n g h ư ở n g k h ô n g h ợ p lí

N h ó m 3 n g u y é n tử

với ion hydro, vì việc mất c lc c ứ o n h o á trị từ ng u y cn tử hydro trung hoà để lại chi hạt nhân hỵdro, m ột proton) Chảni* hạn, khi khí HCI được hoà tan vào nước thì phản ứng acid-base xảy

ra Phân tử HC1 p hân cực như ờng proton, còn phân tử nư ớc nhận proton, cho ion hydroni (H30 ‘) và ion cloridc (CT)

lon hydroni, là sản p h ẩm nhặn được khi base nước nhận một proton, đ ư ợ c gọi là a c id liên

h ọ p c ủ a base; ion cloride, là s ả n phẩm nhận đư ợc khi acid HC1 m ất p ro ton, được gọi là base liên h ọ p c ù a acid C ác acid v ô cơ thông th ư ờ n g khác như II2S O4 và HNO} hoặc acid hữu cơ như acid acetic C H3C O2H, đỏu c ỏ dặc tính tương tự T ò n g quát, ta cỏ:

B à n g 1.7 L ự c a c id tư ơ n g đ ố i củ a m ộ t s ố a c id th ô n g th ư ờ n g và base liê n h ọ p củ a ch ú n g

yếu

manhhơn

Lực acid th ư ờ n g được biểu diễn bằng các h sử d ụ n g các giá trị p/wa th a y vì Ki, ở dây pKầ

đ ư ợ c định nghĩa như sau:

pKa = -\o g K t

A cid m ạnh hơn (K t lớn hơn) cỏ pKã nhỏ hom, và acid y ể u hơìì (Ka nh ỏ hơn) có pK* lởn hơn

B à n g l 7 liệt kẽ giá trị pAfa của một số acid thô n g th ư ờ n g theo thứ tự lực a c id của chủng

Bài tập áp dụng 1.3

Nước có pKề= 15,74 và acctylen có pKầ = 25 Chất nào là acid mạnh hơn? lon hydroxide c ó phản ứng với acctylen không?

?H— c = c — H + OH“ — ► H — c = c : “ + H20

Giải

Khi so sánh hai acid, thi acid với DẢ'| thấp hơn thi manh hcrn Do đó, nước là một acid mạnh hưn so vói acetylen và cho đi H’ dẻ dàng hơn Vi vặy, ion HO phải có ải lực với H’ nhỏ hơn so với ion HCaC: Nói một cảch khác, anion acelylcn là một basc mạnh hơn so với ion hydroxidc, và phản ứng sổ không xảy ra như đà được viết

Orbital lấp đáy Orbital trống

« * í + 1

B

B a s e L e w is

8—A

/ 12.2 Các acid Letvis vò hìn h thức m ũ i lên cong

T h ự c tế, một acid Levvis có khả năng nhận một cặ p electron c ó nghĩa là n ó phái hoặc có một orb ital trống có năng lượng thấp hoặc có liên kết phàn cực đối với hydro sao ch o nỏ có thể nhướng H ' (có orbital l í trổng) Do đó, định nghĩa Lew is về tính acid thì rộ n g hơn nhiều so với định n g h ĩa Bronstct-Lowry về tính acid và bao gồm nhiều phần tử có khả năng cộng hợp H \

C h ẳ n g h ạ n , nhiều calion kim loại n h ư M g J* là các acid Lcvvis vì chứng n hặn cặp electron khi tạo thành liên kết với base N h ư thế, các hợp chất cùa các oguycn tố nhóm 3A n h ư BFj và A1C1j là các acid Levvis vi chúng c ó các orbital hoá trị chưa lấp đ ầ y và có thề n hận các cặp elcctron từ base Lcwis T ư ơng tự, nhiều hợp chất cùa kim loại c h u y ển tiếp, nh ư TiCU, FcClj, ZnCii và SnCU là c ũ n g các acid Lew is N h ư vậy, acid Lewis nhận cặp clcctron, c ò n base Levvis nhường cặp electron đưn độc S ự chuyển dịch các clectron từ base Le\vis đ ến acid Levvis đư ợc chi ra băng mùi tên cong MỘI m ũ i lén cong luôn có nghĩa là m ộ t cụp eleciron chuyến dịch lừ nguyên

lú ớ đ u ô i m ũi tên đến nguyên tứ ở đầu m ũi tên.

= a = f c H — 0 — H + C l

H

lo n h yd ro ni

H y d ro c lo rid e (a c id L e w is )

Nước (b a s e L e w is )

N h ỏ m tric lo rid e (a c id L e w is )

C ác acid Lcvvis cỏ thế là chất như ờng proton trung h o à như H ^o, HC1, H B r, H N 0 3, H 2 S O 4 ,

C H3C0 2H , C6H5O H , C H3C H2O H ; một so cation n h ư Li*, M g 2*, Br*; một số họ p chất kim loại như AICI3, B F 3, T1CI4, FeClj, Z nC l2 và SnCl4

1.12.3 Base L em s

Basc Lcw is là hợp chất có c ặ p electron đơn độc m à nó có thể sử dụng đế tạo liên két với acid Lew is, tương tự như định nghĩa Bronstct-Lowry Do đỏ, nước với hai cặp elcctron đơn độc trén oxy, hành động như là một basc Levvis bằng cách n h ư ờ n g c ặ p clcclron c h o H* để tạo ra ion hydroni, H3O ’: