Danh phap va cau dang cua hidrocacbon vong no

-metylencyclopentanBài 4.Cho biết công thức chung của hiđrocacbon có hai vòng no, phân loại.Cho biết nguyên tắc đọc tên của các loại này... Thực tế, các vòng no trừ xiclopropan không phả

BÀI TẬP CHỌN LỌC VỀ DANH PHÁP VÀ LẬP THỂ

CỦA HIĐROCACBON VÒNG NO

Đà Nẵng, tháng 2/2008

Bài 1.Xicloankan là gì? Thế nào là monoxicloankan ? Thế nào làpolixicloankan ? Công thức chung của monoxicloankan là gì ?

Monoxicloankan có công thức chung là CnH2n (n  3) )

Lưu ý: Trong chương trình hóa học phổ thông, xicloankan được hiểu làmonoxicloankan

Bài 2.Viết công thức phân tử và đọc tên theo IUPAC cho các xicloankansau:

 Bài giải

Qui tắc đọc tên: Xiclo + tên mạch chính + an

metylenxiclohexan 1-metyl-3) -metylencyclopentan

Bài 4.Cho biết công thức chung của hiđrocacbon có hai vòng no, phân loại.Cho biết nguyên tắc đọc tên của các loại này

 Công thức chung của hiđrocacbon hai vòng no là CnH2n-2 n  4 Nó có 3) loại, đó là:

- Hai vòng rời

Lấy vòng lớn làm mạch chính, còn vòng nhỏ làm nhóm thế

Ví dụ:

xiclopentylxiclohexan

- Hai vòng có chung một nguyên tử mắt vòng, kiểu spiro

Mạch cacbon được đánh số hết vòng nhỏ đến vòng lớn, bắt đầu từmột nguyên tử ở kề nguyên tử chung

Tên của hiđro kiểu spiro gồm các bộ phận hợp thành theo trình tựsau đây:

spiro + [các số nguyên tử cacbon riêng (từ số lớn đến số nhỏ)] + tênhiđrocacbon mạch hở tương ứng

Ví dụ:

1 2

3)

4 5

8 9 10

spiro[4.5]decan

- Hai vòng có chung cầu nối, kiểu bixiclo

Mạch cacbon được đánh số bắt đầu từ một nguyên tử chung (ở mộtđỉnh), đến các nguyên tử của cầu nối dài nhất, tiếp đến các cầu nốingắn hơn

Tên của hiđrocacbon kiểu gồm các bộ phận hợp thành theo thứ tựsau:

bixiclo + [số nguyên tử C ở các cầu nối (ghi từ số lớn đến số nhỏ)] +tên của hiđrocacbon mạch hở tương ứng.

6 7

bixiclo[3) .1.1]heptan bixiclo[4.1.1]octan

Bài 7.Gọi tên các hợp chất sau:

4 5 6

(c) spiro[3) .4]octan

spiro[3) .4]octan

4 5

6 7

(a)

bixiclo[5.2.0]nonan(b)

4

(c) bixiclo[3) .2.1]octan

bixiclo[3) .2.1]octan

(d) 8-metylbixiclo[3) .2.1]octan

8-metylbixiclo[3) .2.1]octan

1 2

3)

4 5

6

7 8

Bài 11. Đọc tên các chất sau:

 Bài giải

Chú ý: Hai nhóm thế cùng phía là đồng phân cis, còn khác phía là đồng phân trans.

Bài 12. Xicloankan nào có đồng phân cis – trans ? Nếu có vẽ cả haiđồng phân đó

(a) 1,3) -dimetylxiclopantan

(b) Etylxiclopantan

(c) 1-etyl-2-metylxiclobutan

Bài 13. Hai hợp chất hữu cơ A và B đều có công thức phân tử C5H10.

Cả hai đều không phản ứng với Cl2 trong tối và lạnh A phản ứng với Cl2 có

ánh sáng, nhưng cho một sản phẩm duy nhất là C5H9Cl Còn hợp chất Bcũng tác dụng với Cl2 trong cùng điều kiện nhưng cho 6 đồng phân C5H9Clkhác nhau, có thể phân biệt bằng phương pháp vật lý Hãy xác định cấutrúc của A, B và các sản phẩm monoclo đó.

 Bài giải:

A và B có công thức C5H10 nên chúng có thể là anken hoặc xicloankan.Theo đều bài, các chất này không tác dụng với Cl2 tối và lạnh nên A và B làcác xicloankan

A tác dụng với Cl2 cho một monoclo duy nhất nên A là xiclopentan

B tác dụng với Cl2 (ánh sáng) tao ra 6 dẫn xuất monoclo, nên B phải làmetylxiclobutan

Cl2-HCl

CH3)

CH3)

Cl

CH3) Cl

“liên kết quả chuối”, nó mang tính chất trung gian giữa liên kết  và  bìnhthường Do sự uốn cong như vậy, thực tế góc liên kết của vòng chỉ bằng

1060 chứ không phải 109028’ và lớn hơn nhiều so với góc cấu tạo phẳngcủa tam giác đều (600) Xiclopropan rất dễ bị mở vòng dưới tác dụng củahiđrohalogenua, Br2 và bị hiđro hoá có chất xúc tác

Bài 16. Thế nào là lực đẩy Pitze?

Thực tế, các vòng no (trừ xiclopropan) không phải là những vòng phẳng.Trong một vòng ngoài sức căng góc Baeyer có có một lực đẩy nữa đó làlực đẩy giữa các nguyên tử hiđro ở trạng thái che khuất một phần hay toàn

phần gây nên, đo đó một vài nguyên cacbon của vòng bị lệch ra khỏi mặtphẳng vòng Lực đẩy đó gọi là lực đẩy Pitze

Bài 17. Nguyên nhân nào để xiclobutan tồn tại ở dạng không phẳng?

 Theo quan niệm hiện nay, xiclobutan có cấu tạo không phẳng góc gấp

có giá trị khoảng 20-250 Tính không phẳng của xiclobutan được chứng tỏ

từ các dữ kiện thực nghiệm của giản đồ Rơnghen, giản đồ electron, momenlưỡng cực, phổ cộng hưởng từ hạt nhân và một số phương pháp khác.Nguyên nhân chủ yếu để xiclobutan tồn tại dạng không phẳng là để giảmsức căng Pitz

Bài 18. Xiclopentan tồn tại hai cấu dạng không phẳng: dạng “phongbì” và dạng “nửa ghế” Hãy vẽ hai cấu dạng này và cho biết dạng nào cótâm đối xứng, dạng nào có trục đối xứng

 Nếu giả sử phân tử xiclopentan nằm trên một mặt phẳng thì góc lệch

0044, do đó coi như không có sức căng Baeyer Nhưng ở đây 5 liên kết C-C

ở dạng che khuất nên lại xuất hiện sức căng Pitz Thực tế xiclopentan tồntại hai cấu dạng không phẳng là cấu dạng phong bì có mặt phẳng đối xứngnên còn gọi là cấu dạng Cs Cấu dạng nửa ghế có trục đối xứng bậc hai nêncòn gọi là cấu dạng C2

góc  2n sao cho phân tử trùng với chính nó Trục quay C n gọi là trục đối xứng cấp n.

Bài 19. Dựa vào giản đồ thế năng sau, cho biết cấu dạng nào củaxiclohexan bền nhất ? Giải thích ?

 Cấu dạng ghế bền hơn cấu dạng thuyền, vì nó có thế năng thấp nhất.Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau về độ bền giữa hai dạng ghế và thuyền

là lực đẩy tương tác giữa các nguyên tử hiđro của vòng Ở dạng ghế tất cảđều được phân bố theo hình thể xen kẽ Trong khi đó ở dạng thuyền chỉ có

4 hệ thống (C1-C2, C3) -C4, C4-C5 và C6-C1) là phân bố xen kẻ, còn hai hệthống còn lại C2-C3) và C5-C6) thì phân bố che khuất Hơn nữa nguyên tử H

ở C1 và C4 chỉ cách nhau 1,84 0

A nên nó có một lực đẩy khoảng 3) kcal/mol Tổng cộng thế năng của dạng thuyền lớn hơn dạng ghế 6,8 kcal/mol

Công thức Newman dạng ghế Công thức Newman dạng thuyền

Bài 20. Trong xiclohexan, xác đinh liên kết trục (axial) và liên kết

biên (equatorial) So sánh tính bền của a-metylxiclohexan và

e-metylxiclohexan Giải thích

Trong xiclohexan, sau nguyên tử cacbon ở dạng ghế được phân bố trên haimặt phẳng song song Mặt phẳng thứ nhất chứa C1, C3) và C5 ; mặt phẳngthứ hai chứa C2, C4 và C6 Trục đối xứng bậc ba của phân tử thẳng góc vớihai mặt phẳng 12 liên kết C-H được chia làm hai nhóm: nhóm thứ nhấtgồm 6 nguyên tử H song song với trục đối xứng bậc ba ( 3) liên kết hướnglên và 3) liên kết hướng xuống) Ta gọi đó là liên kết trục, ký hiệu là a(axial) Nhóm thứ hai gồm 6 liên kết còn lại, chúng hướng ra ngoài biênphân tử (tạo với trục đối xứng một góc 1090 được gọi là liên kết biên, kíhiệu là e (equatorial).

Kết quả khảo sát lý thuyết cũng như thực nghiệm e-metylxiclohexan bền hơn a-metylxiclohexan Ở nhiệt độ thường e-metylxiclohexan chiếm 95% còn a-metylxiclohexan chiếm 5%.

a-metylxiclohexan kém bền vì có đến hai tương tác syn, trong kho đó e metylxiclohexan không có tương tác syn nào cả.

Bài 21. Xét cấu dạng sau:

1

23)

(b) So sánh độ bền khi nhóm metyl gắn phía dưới C-1 và C-4

(c) Khi nhóm metyl gắn vào C3) thì tạo ra cấu dạng bền, vậy nó gắnvào dưới hay trên?

Bài 22. Xác định cấu trúc bền trong mỗi cặp cấu dạng cho dưới đây?

Etylxiclopropan và metylxiclobutan là đồng phân (đều có công thức phân

tử C5H12) Đồng phân nào bền giải phóng năng lượng thấp Etylxiclopropan

có sức căng góc lớn và kém bền hơn metylxiclobutan

etylxiclopropan metylxiclobutan808,8 kcal/mol 801,2 kcal/mol

Bài 24. So sánh tính bền của đồng phân lập thể 1,3) trimetylxiclohexan.

 (b) Trước tiên vẽ xiclohexan ở dạng ghế với một nhóm tert-butyl ở vị trí

equatorial Để tạo ra cis-1-tert-butyl-3) -metylxiclohexan thì phải gắn nhóm

metyl vào C-3) ở vị trí equatorial

 (d) Lần nữa, nhóm tert-butyl ở vị trí equatorial, tuy nhiên, trong

cis-1-tert-butyl-4-metylxiclohexan, C4-metyl phải ở vị trí axial.

Bài 26. Vẽ các đồng phân và gọi tên của hiđrocacbon có hai vòngnhưng không chứa nhóm thế ankyl có công thức phân tử C5H8.

 Bài giải

spiropentan bixiclo[2.1.0]pentan bixiclo[1.1.1]pentane

Bài 27. Viết các đồng phân và gọi tên của hiđrocacbon có hai vòngnhưng không chứa nhóm thế ankyl có công thức phân tử C6H10

 nobonan

Vòng 6 cạnh của nobonan ở dạng thuyền

monoclo nobonan có 4 đồng phân:

Cl

Cl

Cl

Cl

(b) Hãy giải thích tại sao những vòng có kích thước trung bình (C7-C11)được tổng hợp với hiệu suất thấp hơn so với vòng nhỏ (C3) -C6) hoặc vònglớn (C12-Cn)?

 Bài giải

(a) Để tính nhiệt đốt cháy của mỗi nhóm CH2 có trong các xicloankan ta lấy nhiệt đốt cháy của xicloankan đó chia cho số nguyên tử C Hexan có sức căng góc bằng không nên nhiệt đốt cháy của nhóm CH2 khi không có sức căng góc là 157,41 kcal/mol Từ đó ta có thể tính được nhiệt đốt cháy của các xicloankan tương ứng khi không có sức căng góc bằng cách lấy 157,41 nhân cho số nguyên tử cacbon

Kết quả thể hiện trong bảng sau.

cháykcal/mol

Nhiệt đốt cháycủa CH2

kcal/mol

Nhiệt đốt cháykhông có sứccăng góckcal/mol

Sức cănggóckcal/mol

(b) Entropi ảnh hưởng đến cấu dạng của vòng nhỏ Những vòng này có khảnăng đóng vòng lớn ngay cả khi có sức căng Những vòng lớn có thể tạo ravới hiệu suất hợp lý vì chúng có sức căng góc bé và yếu tố entropi có thểvượt qua bằng sự lựa chọn điều kiện phản ứng phù hợp Các vòng trungbình về mặt entropi và sức căng đều không thuận lợi nên hiệu suất phảnứng nhỏ.

Bài 30. So sánh độ bền của hai cấu dạng sau, giải thích ?

Bài 31. Vẽ cỏc cấu dạng ghế của trans-1,2-dimetylxiclohexan và 1,2-dimetylxiclohexan So sỏnh độ bền của cỏc cấu dạng đú.

cis- Bài giải

CH3CH3 (e) (e)

Hai cấu dạng này có độ bền nh nhau

Bài 32. Vẽ cỏc cấu dạng ghế của trans-1,3) -dimetylxiclohexan và 1,3) -dimetylxiclohexan So sỏnh độ bền của cỏc cấu dạng đú

Bài 33. Vẽ cỏc cấu dạng ghế của trans-1,4-dimetylxiclohexan và

cis-1,4-dimetylxiclohexan So sỏnh độ bền của cỏc cấu dạng

 Bài giải

Hai cấu dạng này có độ bền nh nhau.

Bài 34. (a) 2-Isopropyl-5-metylxiclohexanol cú 4 đồng phõn cis –trans, hóy viết cỏc đồng phõn đú (b) Vẽ cấu dạng của cỏc đồng phõn đú.Trong số 4 đồng phõn đú đồng phõn nào bền nhất?

 Bài giải

(a) Cụng thức của 4 đồng phõn

(b) Biểu diễn cỏc cấu dạng

(c) Cấu dạng bền nhất là trans-2-Isopropyl-cis-5-metylxiclohexanol Vỡ tất

cả cỏc nhúm thế đều ở dạng e

Bài 35. Giải thích tại sau 1,2-dimetylxiclohexan có đồng phân hình học trong khi đó 1,2-dimetylxiclododecan thì không ?

Di vòng xiclododecan đủ lớn để các nhóm nguyên tử có thể quay tự do, vì thế nó không thể tồn tại đồng phân cis-trans

Bài 36. Viết công thức các đồng phân lập thể không đối quang(đồng phân lập thể đi - a ) của 2 - clo - 1,3) - đimetylxiclohexan và cho biết cấutrúc sản phẩm tạo thành khi cho các đồng phân đó tác dụng với

CH3) ONa

 Bài giải

CH3

CH3Cl

CH3Cl

CH3

CH3

CH3Cl

CH3Cl

CH3

CH31,3 - Đimetylxiclohexen

Không tách đ ợc vì H ở C bên cạnh không đồng phẳng

và đều ở vị trí cis đối với clo.

H

CH3H

Bài 37. Sỏu hiđrocacbon A, B, C, D, E, F đều cú cụng thức phõn tử

C4H8 Cho từng chất vào brom trong CCl4 khi khụng chiếu sỏng thỡ thấy

A, B, C, D tỏc dụng rất nhanh., E tỏc dụng chậm hơn, cũn F thỡ hầu như khụng phản ứng Cỏc sản phẩm thu được từ B và C là những đồng phõn quang học khụng đối quang(đồng phõn lập thể đi - a) của nhau Khi cho tỏc dụng với H2(Pd, t0) thỡ A, B, C đều cho cựng một sản phẩm G B cú nhiệt độ sụi cao hơn C

1 Xỏc định cụng thức của 6 hiđrocacbon trờn Giải thớch?

2 So sỏnh nhiệt độ sụi của E và F

3) Nếu cú C, D, E, F Hóy nờu phương phỏp hoỏ học nhậh biết chỳng

- Vì A, B, C được hiđro hoá đều cho cùng một sản phẩm G chứng tỏ A, B,

C có khung C như nhau, nên còn lại D:

Vì B, C tác dụng với Br2/CCl4 cho những đồng phân quang học không đốiquang của nhau(có ít nhất 2*C), nên B và C là đồng phân cis - trans của nhau Do B có nhiệt độ sôi cao hơn C nên B là đồng phân cis (phân cực

HH

 A: CH3) - CH2 - CH = CH2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1.] Đặng Đình Bạch(2001), Những vấn đề hóa học hữu cơ, NXB Khoa học và

Kỹ thuật

[2.] Trịnh Đình Chính (1995), Cơ sở lý thuyết hóa lập thể, Tài liệu BDTX [3) .] Trần Quốc Sơn, (1977), Cơ sở lí thuyết hóa hữu cơ, NXB Giáo dục.

[4.] Trần Quốc Sơn – Trần Thị Tửu (2003) ), Danh pháp hợp chất hữu cơ.

[5.] Thái Doãn Tĩnh (2002) Giáo trình cơ sở lý thuyết hóa học, NXB Khoa học

và Kỹ thuật.

[6.] Nguyễn Trọng Thọ (2000), Olympic hóa học – Việt Nam và Quốc tê, tập 3) – Những bài tập chuẩn bị cho kì thi Olympic quốc tế lần thứ 3) 0, 3) 1, 3) 2, NXB Giáo dục.

[7.] Ngô Thị Thuận (1999), Hóa học hữu cơ, phần bài tập, NXB Khoa học và

Kỹ Thuật.

[8.] Nguyễn Đình Triệu (2003) ), 2000 Câu hỏi và bài tập trắc nghiệm hóa học hữu cơ, Tập 1, NXB Khoa học và Kỹ Thuật.

[9.] Francis A Carey (1996), Organic Chemistry, The McGraw-Hill

[10.] Robert Thormnton Morrison (1992), Organic Chemistry, Prentice Hall.