Tìm hiểu cơ chế phản ứng cộng nucleophin và ứng dụng trong bồi dưỡng học sinh khá giỏi

Bồi dưỡng, nâng cao chất lượng học sinh giỏi HSG về hóa học ở trường trung học phổ thông THPT là một trong số các nhiệm vụ quan trọng trong quá trình đổi mới nền giáo dục và đào tạo.. Đố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM HỮU ĐIỂN

HÀ NỘI – 2014

Luận văn thạc sĩ này được hoàn thành tại Bộ môn Hóa học Hữu cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và tại Khoa Hóa học, trường Đại học Tây Bắc, Sơn La

Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc xin được gửi đến Thầy giáo

PGS.TS Phạm Hữu Điển đã giao đề tài, hướng dẫn tận tình, đồng thời tạo

mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong tổ Bộ môn hóa hữu cơ cũng như các thầy cô trong khoa Hóa học – Đại học sư phạm Hà Nội, khoa Hóa học – Trường Đại học Tây Bắc đã giúp đỡ và cho em những ý kiến đóng góp quý báu

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu cùng các phòng ban của trường ĐHSP Hà Nội, trường ĐH Tây Bắc đã tạo mọi điều kiện thuân lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã ủng

hộ, động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này

Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2014

Học viên

Ngô Thị Kim Huế

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Cơ chế phản ứng cộng nucleophin [3-5, 16] 3

1.1.1 Phản ứng cộng nucleophin vào nhóm C=O của anđehit và xeton. 3

1.1.2 Phản ứng thế nguyên tử oxi cacbonyl của anđehit và xeton. 5

1.1.3 Phản ứng cộng nucleophin vào hợp chất cacbonyl không no liên hợp 7

1.1.4 Một số phản ứng cộng nucleophin thường gặp 8

1.2 Điểm qua tình hình thi HSG THPT môn hóa học - phần cơ chế phản ứng 10

1.2.1 Sơ lược về kỳ thi học sinh giỏi quốc gia THPT 10

1.2.2 Một số câu hỏi trong các kỳ thi HSG quốc gia môn hóa học liên quan đến phần cơ chế phản ứng hữu cơ 14

1.3 Thực trạng bồi dưỡng hsg thpt môn hóa học ở tỉnh sơn la 20

1.3.1 Kết quả các kỳ thi HSG quốc gia của tỉnh Sơn La. 20

1.3.2 Thực trạng bồi dưỡng HSG THPT môn Hóa học của tỉnh Sơn La. 21

Tiểu kết chương 1 22

Chương 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI GIẢNG – BÀI TẬP VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỘNG NUCLEOPHIN 23

2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 23

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu 23

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 23

2.2.2 Phương pháp soạn bài tập 25

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 25

2.2.4 Phương pháp chuyên gia 26

2.3 Soạn giáo án, bài tập và đề kiểm tra về phản ứng cộng nucleophin

dành cho HSG THPT 27

2.3.1 Soạn giáo án 27

2.3.2 Biên soạn bài tập 32

2.3.3 Soạn đề kiểm tra 39

Tiểu kết chương 2 44

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 45

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 45

3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 45

3.1.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm. 45

3.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 45

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 46

3.3.1 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm. 46

3.3.2 Tiến hành thực nghiệm sư phạm. 48

3.4 Xử lí kết quả thực nghiệm 49

3.4.1 Phân tích định tính kết quả thực nghiệm sư phạm. 49

3.4.2 Đánh giá định lượng các kết quả thực nghiệm ở chương trình THPT 52

3.4.3 Đánh giá định lượng về bồi dưỡng học sinh giỏi. 52

3.5 Ý kiến của các chuyên gia 56

Tiểu kết chương 3 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TĂT

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

ĐHQGHN Đại học quốc gia Hà Nội

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Danh sách 10 trưởng THPT đứng đầu kì thi HSG QG giai

đoạn 2007-2009 12Bảng 1.2 Thống kê thành tích thi HSG QG của tỉnh Sơn La giai đoạn

2009-2013 20Bảng 3.1 Điểm kiểm tra của đội tuyển Tỉnh Sơn La 49Bảng 3.2 Điểm kiểm tra của đội tuyển trường THPT Mộc Lỵ, huyện

Mộc Châu, tỉnh Sơn La 49Bảng 3.3 Điểm kiểm tra của đội tuyển trường PTHT Tô Hiệu, thành

phố Sơn La 50Bảng 3.4 Điểm kiểm tra của đội tuyển trường PTHT Tân Lang, huyện

Phù Yên, Tỉnh Sơn La 50Bảng 3.5 Điểm kiểm tra của đội tuyển trường PTDT Nội Trú tỉnh Sơn La 51Bảng 3.6 Điểm kiểm tra của đội tuyển trường THPT chuyên ĐHSP

Hà Nội 51Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả khảo sát chất lượng các đội tuyển (tỉ lệ, %) 51Bảng 3.8 Danh sách học sinh tham gia học chuyên đề - đoạt giải kì thi

HSG quốc gia môn hóa học năm học 2013 - 2014 53Bảng 3.9 Số liệu sau khi xử lý thống kê thực nghiệm sư phạm 54 Bảng 3.10 Danh sách học sinh tham gia học chuyên đề - đoạt giải kì thi

HSG quốc gia môn hóa học năm học 2013 – 2014 55

MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, giáo dục và đào tạo đóng vai trò then chốt Trong kì họp lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI đã ban hành Nghị quyết TW số 29-NQ/TW [1] với nội dung Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa – hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế Mục tiêu của đổi mới lần này là: Tạo chuyển biến căn bản, mạnh mẽ về chất lượng, hiệu quả giáo dục, đào tạo; đáp ứng ngày càng tốt hơn công cuộc xây dựng, bảo vệ Tổ quốc và nhu cầu học tập của nhân dân Giáo dục con người Việt Nam phát triển toàn diện và phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân; yêu gia đình, yêu

Tổ quốc, yêu đồng bào; sống tốt và làm việc hiệu quả

Bồi dưỡng, nâng cao chất lượng học sinh giỏi (HSG) về hóa học ở trường trung học phổ thông (THPT) là một trong số các nhiệm vụ quan trọng trong quá trình đổi mới nền giáo dục và đào tạo Mục tiêu của công tác bồi dưỡng HSG là phát hiện, đào tạo nhân tài, nâng cao chất lượng nguồn nhân lực cho sự nghiệp đổi mới của đất nước Hàng năm, Bộ GD và ĐT tổ chức các kì thi HSG THPT, thông qua đó có thể đánh giá được chất lượng đào tạo, bồi dưỡng HSG ở các tỉnh, thành trong cả nước Đây là kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 trung học phổ thông cấp Quốc gia, bậc học THPT, dành cho học sinh lớp 11 và lớp 12, được tổ chức hang năm vào tháng 3 Đối tượng

dự thi là học sinh đang học lớp 11 hoặc lớp 12 ở Việt Nam đã tham gia kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp cơ sở (tỉnh, thành phố và một số trường THPT chuyên thuộc các trường Đại học) và được chọn vào đội tuyển của đơn vị dự thi

Tỉnh Sơn La nằm ở phía Tây Bắc Việt Nam, với diện tích tự nhiên 14.055 km2, dân số 1.015.458 người (năm 2007), có 12 dân tộc anh em, gồm: dân tộc Thái, dân tộc Mông, dân tộc Khơ Mú, dân tộc La Ha, dân tộc kinh,

dân tộc Hoa, dân tộc Lào, dân tộc Dao, dân tộc Mường, dân tộc Kháng, dân tộc Xinh Mun, dân tộc Tày [2] Do điều kiện địa lý tự nhiên ít thuận lợi nên Sơn La hiện nay vẫn là một tỉnh nghèo, kinh tế kém phát triển, đời sống của đồng bào các dân tộc còn gặp nhiều khó khăn, trình độ mặt bằng dân trí còn thấp, việc đầu tư cho giáo dục và đào tạo các cấp còn nhiều trở ngại Đứng trước yêu cầu đổi mới căn bản, toàn diện về giáo dục và đào tạo, việc đầu tư cho giáo dục phổ thông, đặc biệt là bồi dưỡng học sinh giỏi THPT của tỉnh Sơn La, đang đặt ra nhu cầu cấp bách Chính vì vậy, trong khuôn khổ một

luận văn thạc sĩ khoa học, chúng tôi chọn đề tài: “Tìm hiểu cơ chế phản ứng

cộng nucleophin và ứng dụng trong bồi dưỡng học sinh khá giỏi THPT tỉnh Sơn La” với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào việc nâng cao chất lượng đào tạo học sinh THPT nói chung, bồi dưỡng học sinh khá giỏi, đội tuyển học sinh giỏi môn hóa học của tỉnh Sơn La nói riêng

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Cơ chế phản ứng cộng nucleophin [3-5, 16]

a Khái niệm về cơ chế: Cơ chế phản ứng là một tập hợp của các quá trình cơ bản trong quá trình hóa học, chất phản ứng tạo thành sản phẩm phản ứng

b Các phương pháp nghiên cứu về cơ chế: Gồm PP Động học; PP không động học; Phạm vi giới hạn của các PP khác nhau nghiên cứu cơ chế phản ứng

- PP Động học: Cơ bản được giới thiệu dựa vào việc đo tốc độ phản

ứng theo thời gian Sau đó dựa vào sự phụ thuộc của nó với nhiều tham số khác

Ví dụ: Như năng lượng hoạt động hóa (E) và các tham số hoạt động khác như: ∆S*, ∆H*, ∆G*, ∆V* Ngoài ra, còn dựa vào nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi, hiệu ứng thế, hiệu ứng muối, hiệu ứng động vị đến tốc độ phản ứng Chúng ta có thể cơ bản mô tả được các trạng thái trung gian mà hệ chuyển qua, nghĩa là mô tả cơ chế phản ứng Trong nghiên cứu cơ chế người

ta thường kết hợp hai PP động học và PP không động học

- PP không động học

b.1 Phát hiện và xác định tính, định lượng sản phẩm phản ứng

b.2 Phát hiện sản phẩm trung gian

b.3 Đánh dấu đồng vị

- Phạm vi giới hạn các PP khác nhau nghiên cứu cơ chế phản ứng.

1.1.1 Phản ứng cộng nucleophin vào nhóm C=O của anđehit và xeton

X - Y: HO-H, NC-H, NaSO3-H, R-Li, R-MgBr,

−

YC

OYC

ONa

O Na

SO3HC

OH

SO3NaC

Tuy vậy, giai đoạn chậm có thể được xúc tác bằng axit (hoạt hóa C=O) hoặc bazơ (hoạt hóa Y-X) Thí dụ phản ứng cộng ancol vào anđehit:

- Xúc tác axit:

OHROH

OROHC

- Xúc tác bazơ:

ORO

C ROH

OROR

nối với C* thì sẽ ưu tiên tạo ra một đồng phân quang học không đối quang nào đó, theo quy tắc Cram: khi tham gia phản ứng cộng AN của andehit và xeton có C* phải nằm ở cấu dạng mà nguyên tử oxi nằm xen kẽ giữa nhóm

Tb và N còn nhóm L che khuất với R của C = O, phần nucleophin Y(-) ưu tiên tấn công vào phía ít bị án ngữ không gian hơn và ứng với trạng thái chuyển tiếp ổn định hơn

Thí dụ: RCOCLTbN trong đó L, Tb, N lần lượt là những nhóm lớn, trung bình và nhỏ:

O

N OH Tb R

L R N OH Tb

Y

+

L Y N OX Tb R

(s¶n phÈm chÝnh)

L R N OX Tb

Y

+

(s¶n phÈm phô)+ X

1.1.2 Phản ứng thế nguyên tử oxi cacbonyl của anđehit và xeton

H

COH

H2NR = H2NOH, H2NNHAr, H2NAr,

- Cơ chế của giai đoạn cộng

Giai đoạn này thường được xúc tác bởi axit:

C = O H H2 NR NH2R

OH

C -H

OHNHR

- Cơ chế giai đoạn tách

OH

NHR

OH2NHR

E-H2O C = CHîp phÇn

cacbonyl metylen

O

CO

COHîp phÇn

- Cơ chế giai đoạn cộng

O OH

CR

- Chất xúc tác bazơ: HO(-) hoạt hóa nhóm CH2 Thí dụ:

CH2COR -HOH C CH2COR -H C CHCOR

C

OH

CH2COR OH C

OH

1.1.3 Phản ứng cộng nucleophin vào hợp chất cacbonyl không no liên hợp

Các hợp chất cacbonyl α,β- không no có hai trung tâm phản ứng là nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl và nguyên tử cacbon β:

Khi các hợp chất này tác dụng với tác nhân nucleophin, phản ứng có thể xảy ra bình thường vào nhóm C=O (cộng -1,2) hoặc vào nối đôi liên hợp (cộng -1,4) Phản ứng cộng -1,4 tạo ra enol hoặc enolat không bền dễ chuyển hóa thành hợp chất cacbonyl no:

Y

Y H HY

Enol

Phản ứng hidrat hóa (cộng nước) chỉ xảy ra dễ dàng đối với fomandehit

và một số hợp chất cacbonyl chứa nhóm thế hút electron Các đồng đẳng của fomandehit và xeton cộng nước khó khăn hơn nhiều Ví dụ:

Xúc tác axit – hoạt hóa nhóm C=O của hợp phần cacbonyl (proton hóa C=O), trong khi đó, xúc tác bazơ lại hoạt hóa hợp phần metilen (tách proton

từ nhóm –CH2-)

d Phản ứng Cannisazo

Những andehit không có Hα, trong môi trường kiềm đặc có thể là chất nhường ion hidrua cho phân tử andehit khác Đó là trường hợp của HCHO, ArCHO…

R - C - H

O

+ HO R - C - H

O OH

R - C = O H

−

δ +

R - C - H O H

R - C - O + R - C - H

OH

H O

RCOOH + LiAlH4 AlH3 + H2 + RCOOLi

LiAlH4

OLi

- Li2O RCH = O

1 LiAlH4

2 H3O RCH2 - OH

Clorua và anhidrit axit cũng bị khử bởi LiAlH4 thành ancol

f Phản ứng khử bằng ancolat kim loại

Bất kì ion ancolat nào cũng có thể là chất nhường ion hidrua nếu còn

Hα Tuy vậy nhôm isopropylat là chất có tính hoạt động mạnh và phổ biến nhất trong phản ứng khử hợp chất cacbonyl Phản ứng có tính thuận nghịch: chiều thuận (khử) có tên Mecvai – Pondooc – Veclay, chiều nghịch

có tên Openhanơ

Me H O Me

C

Me H O Me

(i-PrO)2Al C

O

R R'

C

Me H O Me

(i-PrO) 2 AlH C

O

R R'

+

1.2 Điểm qua tình hình thi HSG THPT môn hóa học - phần cơ chế phản ứng

1.2.1 Sơ lược về kỳ thi học sinh giỏi quốc gia THPT

Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 trung học phổ thông là

kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp Quốc gia bậc học Trung học phổ thông (THPT) dành cho học sinh lớp 11 và lớp 12 do Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam tổ chức vào tháng 3 hàng năm Đối tượng dự thi là học sinh đang học lớp 11 hoặc lớp 12 ở Việt Nam đã tham gia kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp cơ sở (tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương và một số trường THPT chuyên thuộc các trường Đại học) và được chọn vào đội tuyển của đơn vị dự thi Những học sinh đạt giải cao nhất trong kỳ thi này được lựa chọn vào các đội tuyển Quốc gia Việt Nam tham dự Olympic quốc tế Những học sinh đạt giải Nhất, Nhì,

Ba được ưu tiên tuyển vào các trường đại học Những học sinh đạt giải Khuyến khích được ưu tiên tuyển vào các trường cao đẳng và trung cấp chuyên nghiệp Kỳ thi này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng học tập giữa học sinh các tỉnh thành ở Việt Nam

Căn cứ Thông tư số 31/2010/TT-BGDĐT ngày 18/11/2010 [6] về việc sửa đổi, bổ sung một số điều của Quyết định số 52/2006/QĐ-BGDĐT ngày 29/12/2006 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT), từ năm học 2010

- 2011 Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia có 02 buổi thi đối với các môn Toán, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Tin học và 01 buổi thi đối với các môn Ngữ văn, Lịch sử, Địa lí, Tiếng Anh, Tiếng Nga, Tiếng Pháp và Tiếng Trung Quốc Từ năm học 2012 - 2013 Bộ đã bổ sung phần thi thực hành cho các

môn Vật lí, Hóa học, Sinh học (và thi nói ở mức độ độc thoại của thí sinh đối với các môn ngoại ngữ)

*Xếp hạng trong toàn quốc:

Báo chí Việt Nam đôi khi còn xếp hạng các trường trung học phổ thông theo kết quả Kì thi Học sinh giỏi Quốc gia cấp phổ thông trung học của mỗi trường Do đặc thù đào tạo nên các trường có kết quả cao nhất trong kì thi này luôn luôn là các trường chuyên, cơ sở đào tạo có thi tuyển đầu vào và chất lượng dạy, học được Sở Giáo dục và Đào tạo các tỉnh, thành phố quan tâm đặc biệt Dưới đây là danh sách 10 trường trung học phổ thông đứng đầu Kì thi Học sinh giỏi Quốc gia năm 2009 xếp theo số giải quốc gia mỗi đơn vị giành được Danh sách này cũng chỉ có giá trị tham khảo vì không phải đơn vị

dự thi nào cũng tham gia đầy đủ 12 môn của kì thi này (gồm Toán học, Vật

lý, Hóa học, Tin học, Sinh học, Ngữ văn, Lịch sử, Địa lý, Anh văn, Pháp văn, Trung văn và Nga văn), số lượng thí sinh dự thi của các trường thuộc từng đơn vị dự thi cũng khác nhau Trong danh sách này không có trường nào thuộc tỉnh Sơn La

Bảng 1.1 Danh sách 10 trưởng THPT đứng đầu kì thi HSG QG

giai đoạn 2007-2009 [7]

T

01 THPT chuyên Lê Hồng Phong Nam Định 79 60 56

02 THPT chuyên Lê Quý Đôn Đà Nẵng 65 45 44

03 THPT chuyên Trần Phú Hải Phòng 63 50 45

05 THPT chuyên Hà Nội-Amsterdam Hà Nội 60 43 39

06 THPT chuyên KHTN, ĐH QG HN Hà Nội 59 36 45

08 THPT chuyên Phan Bội Châu Nghệ An 54 49 49

10 THPT chuyên Vĩnh Phúc Vĩnh Phúc 51 50 52

* Đôi nét về các đội tuyển Olymic hóa học quốc tế của Việt Nam:

Kì thi Olympic hóa học quốc tế lần đầu tiên được tổ chức tại Tiệp Khắc năm 1968 [14] Đây là sân chơi lớn dành cho học sinh các trường THPT yêu thích môn hóa học đến từ các quốc gia, các dân tộc, không phân biệt màu da, vùng miền, ngôn ngữ, tôn giáo, văn hóa Việt Nam bắt đầu tham gia các kì thi Olympic hóa học quốc tế (ICho) từ năm 1996, tương đối muộn so với các nước [8] Tuy nhiên những năm gần đây thành tích của đội tuyển Việt Nam khá ấn tượng, luôn lọt vào tốp những nước dẫn đầu Trong kì thi Olympic Hóa học quốc tế 2013 được tổ chức tại Nga, đoàn Việt Nam đã mang về 1 huy chương vàng và 3 huy chương bạc Đặc biệt tại kì thi ICho2005 tổ chức tại Đài Loan (Trung Quốc), đoàn Việt Nam đã đạt được ba huy chương vàng và

một huy chương bạc Đây là thành tích tốt nhất của đoàn Việt Nam tham dự

kỳ thi Hóa học quốc tế qua các năm Năm 2014 nước ta lần đầu tiên đăng cai

tổ chức kì thi Olympic hóa học quốc tế Mặc dù được đánh giá là có nhiều lợi thế hơn so với học sinh các nước về điều kiện tự nhiên và thực địa, nhưng các thí sinh Việt Nam không hề chủ quan mà tỏ ra rất khiêm tốn và giữ một tâm thế vững vàng trước một cuộc thi khoa học lớn mang tầm quốc tế

Hình 1.1 Đội tuyển Olympic hóa học quốc tế

của Việt Nam năm 2014 (ICho2014)

Kết quả chung cuộc, đoàn Việt Nam đã giành được 2 huy chương vàng, hai huy chương bạc, trong đó có em Phạm Mai Phương (huy chương vàng) đạt điểm cao thứ ba toàn kì thi Trong rất nhiều nguyên nhân dẫn đến thành công của kì thi không thể không nhắc đến thành tích bồi dưỡng, đào tạo và sàng lọc HSG qua các kì thi học sinh giỏi các cấp: cấp huyện, cấp tỉnh, cấp quốc gia

1.2.2 Một số câu hỏi trong các kỳ thi HSG quốc gia môn hóa học liên quan đến phần cơ chế phản ứng hữu cơ

Nội dung thi theo Chương trình giáo dục trung học phổ thông (THPT) hiện hành và Chương trình chuyên sâu các môn chuyên cấp THPT theo tinh thần Công văn số 10803/BGDĐT-GDTrH ngày 16/12/2009 của Bộ GDĐT [9]

và Công văn số 2765/ KTKĐCLGD-KT ngày 06 tháng 11 năm 2013 của Cục

khảo thí và kiểm định chất lượng [10] (đối với kì thi năm 2014) Nội dung thi

môn Hóa học (phần lí thuyết) bao gồm các vấn đề sau:

1 Cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học

2 Liên kết hoá học, tinh thể, các loại phản ứng hoá học

3 Nhiệt động học hóa học, động hoá học, điện hóa học

4 Nguyên tố hóa học và các hợp chất của chúng: Nhóm halogen, lưu huỳnh, cacbon-silic, nitơ-photpho; kim loại các phân nhóm IA, IIA, Al,

oxi-Sn, Pb, Fe, Ni, Cu, Ag, Zn, Hg, Cr, Mn

5 Dung dịch và sự điện li, các phản ứng xảy ra trong dung dịch, pH của dung dịch

6 Phân biệt một số chất vô cơ, chuẩn độ dung dịch

7 Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp, hóa học lập thể, tính chất vật lí, tính axit-bazơ của các chất hữu cơ

8 Phản ứng hữu cơ và cơ chế phản ứng Nhận biết và tách biệt các chất

9 Xác định cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ, tổng hợp hợp chất hữu cơ

10 Hiđrocacbon Dẫn xuất hiđrocacbon (ancol, phenol, anđehit, xeton, axit cacboxylic, este, amin,…) Hợp chất dị vòng

11 Lipit Amino axit và protein Cacbohiđrat Polime và vật liệu polime Đối với môn hóa học, các câu hỏi thi ở mục số 8 “Phản ứng hữu cơ

giải quyết tốt các câu hỏi thi, học sinh cần nắm vững được các cơ chế phản ứng cơ bản như:

- Các phản ứng thế: bao gồm SR, SN1, SN2, SNi, SEAr

- Các phản ứng cộng: bao gồm AN, AE, AR

- Các phản ứng tách: bao gồm E1, E2, Ei

Đây là những kiến thức nâng cao, do vậy các đội tuyển tham dự kì thi HSG QG

cần phải được tập huấn tốt từ trước cho các em Dưới đây là một số dạng câu hỏi đã ra trong các kỳ thi HSG QG liên quan đến cơ chế phản ứng hữu cơ

a Năm 2003:

Câu 4 (bảng B, thi ngày 13/3/2003): Ancol tert-butylic cũng như isobutilen

khi đun nóng với methanol có H2SO4 xúc tác đều cho sản phẩm chính là A (C5H12O) Ngoài ra, tùy thuộc chất đầu là ancol tert-butylic hay isobutilen mà còn

tạo ra các sản phẩm phụ khác như B (C8H18O), C (C9H20O), D (C8H16)… khi cho

A, B, C, D tác dụng với CH3MgI đều không thấy khí thoát ra

a Hãy xác định công thức cấu tạo của A và giải thích vì sao A lại là sản phẩm chính trong cả hai trường hợp đã cho

b Dùng công thức cấu tạo để viết sơ đồ phản ứng giải thích sự hình

thành sản phẩm phụ trong trường hợp dung ancol tert-butylic và trường hợp

(CH3)3C+ bền hơn +CH3; (CH3)3C – OH cồng kềnh hơn CH3 – OH Vì vậy, phản ứng chính là:

C H3

C H3

C H3+

Nhận xét: Để làm được câu hỏi này, thí sinh phải nắm vững cơ chế

phản ứng thế nucleophin, phản ứng tách, các yếu tố làm bền vững hóa cacbocation, các hiệu ứng electron…

b Năm 2011 (thi ngày 12/1/2011):

Câu 3:

2 Hãy giải thích cơ chế của các phản ứng sau:

O OH

H

O OCHO

b)

O

OO

Đáp án của Bộ: Giải thích cơ chế của các phản ứng:

H

O H O COOH

O HH

O COOH

- O OH

O

Nhận xét: Dưới đây là ý kiến nhận xét của GS.TS.Nguyễn Hữu Đĩnh

(Trường ĐHSP Hà Nội) [11] “Câu dẫn của đầu bài nên sửa lại như sau: Hãy đề nghị cơ chế phản ứng để giải thích sự tạo thành hợp chất đa vòng sau.Các em cho là thiếu điều kiện cũng là một suy nghĩ đúng, tuy nhiên nếu ta chú ý rằng axit malonic mạnh hơn axit axetic nhiều (hãy giải thích điều đó) thì ta có thể tin rằng nó sẽ cung cấp proton xúc tác cho phản ứng này, và cơ chế phản ứng sẽ như sau:

Bài tập này tuy khó nhưng rất hay, nó giúp rèn luyện kĩ năng phân tích cấu trúc trong không gian ba chiều và đòi hỏi một sự hiểu biết sâu về cơ chế phản ứng”

c Năm 2012 (đề thi ngày 12/1/2012)

Câu 2.3 Viết cơ chế của

N Br

O OCH3

Đáp án của Bộ: Cơ chế của phản ứng như sau:

OHO

OOH

C

OHO

OHN

OH

O O

O O

Nhận xét: Phản ứng sảy ra theo cơ chế phản ứng cộng nucleophin ở

hợp phần cacbonyl Phản ứng khá linh hoạt, đòi hỏi học sinh phải hiểu rõ và

vận dụng sáng tạo

d Năm 2013 (thi ngày 12/1/2013 )

Câu 3:

3 Bằng cơ chế phản ứng, hãy giải thích sự hình thành sản phẩm trong

các sơ đồ chuyển hóa sau:

vµ enol hãa (xem gi¶i thÝch ë d−íi) N+

O H a.

Quá trình trao đổi và enol hóa như sau:

O +

N + O

N O N

H+

N O

N+H

N H

-N+O

H+b.

+

H +

- H+

Nhận xét:

Để làm được bài này, học sinh không chỉ nắm vững cơ chế phản ứng cộng nucleophin mà phải có kiến thức vững chắc về các cơ chế khác như phản ứng cộng electrophin, kiến thức về hóa học lập thể…

1.3 Thực trạng bồi dưỡng hsg thpt môn hóa học ở tỉnh sơn la

1.3.1 Kết quả các kỳ thi HSG quốc gia của tỉnh Sơn La

Dựa vào kết quả tham dự các kỳ thi HSG QG trong vòng 5 năm trở lại đây (từ 2009 đến 2013) chúng tôi đã biên tập lại là đưa ra bảng thống kê thành tích thi HSG QG của tỉnh Sơn La như dưới đây

Như vậy trong 5 năm liên tiếp, từ 2009 đến 2013 tỉnh Sơn La đoạt được

41 giải HSG quốc gia, trong đó môn Văn học số học sinh đoạt giải là nhiều nhất (12 giải), ba môn có số giải ít nhất là Toán học, Hóa học và Ngoại ngữ (1 giải/môn) Môn hóa học có duy nhất 1 giải ba vào năm 2009 (em Nguyễn Duy Trung, học sinh lớp 12 trường THPT chuyên của tỉnh) Đến năm nay năm

2014 tỉnh Sơn la mới lại có 01 giải khuyến khích (em Nguyễn Ngọc Hưng,

học sinh lớp 12 trường THPT chuyên của tỉnh) Thành tích như vậy là khá thấp so với các tỉnh khác trong cả nước

1.3.2 Thực trạng bồi dưỡng HSG THPT môn Hóa học của tỉnh Sơn La

Trước hết tôi nhìn lại thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trong những năm qua của tỉnh Sơn La

1 Thuận lợi

- Được sự chỉ đạo, quan tâm sâu sát và kịp thời của Sở GD&ĐT, của BGH nhà trường (trường THPT Chuyên), có những kế hoạch cụ thể, lâu dài trong công việc bồi dưỡng HSG các cấp, đặc biệt là HSG cấp Quốc gia

- Trường có cơ sở vật chất khá khang trang, trang thiết bị phục vụ tương đối đầy đủ giúp cho việc dạy và học đạt kết quả tốt nhất

- Giáo viên trẻ, nhiệt tình, có trình độ chuyên môn vững vàng, có nhiều kinh nghiệm trong công tác bồi dưỡng HSG nhiều năm liền gần đây

- Phụ huynh học sinh quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất cho thầy

- Một số học sinh tham gia học bồi dưỡng chưa cố gắng nhiều nên kết quả thi học sinh giỏi ở một số môn chưa cao

- Giáo viên dạy bồi dưỡng đều phải tự soạn chương trình dạy, theo kinh nghiệm của bản thân, theo chủ quan, tự nghiên cứu, tự sưu tầm tài liệu

- Nguồn kinh phí chỉ được hưởng ngân sách địa phương được giao trong kế hoạch hàng năm của sự nghiệp giáo dục – đào tạo và nguồn huy động từ sự đóng góp của các tổ chức, cá nhân và gia định học sinh trong tỉnh nhà Cụ thể:

* Chế độ thù lao cho GV ôn luyện cho HSG cấp tỉnh: 30.000 đồng/1 tiết, tối đa 60 tiết/1 môn/1 đợt ôn luyện Còn đối với ôn luyện cho HSG cấp Quốc gia: 40.000 đồng/1 tiết, tối đa 120 tiết/1 môn/1 đợt ôn luyện [12]

* Chế độ thưởng đối với GV có HSG cấp tỉnh theo từng giải mà HS đạt được theo công văn số 223/2008/NQ-HĐND tỉnh Sơn La ngày 21 tháng 8 năm 2018

Tiểu kết chương 1

Từ những phân tích trên, trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ hóa học,

chúng tôi đặt vấn đề “Tìm hiểu cơ chế phản ứng cộng nucleophin và ứng

dụng trong bồi dưỡng học sinh khá giỏi THPT tỉnh Sơn La” với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng đào tạo học sinh THPT nói chung, bồi dưỡng học sinh khá giỏi, đội tuyển học sinh giỏi môn hóa học của tỉnh Sơn La nói riêng

Đó là cơ sở lý luận và thực tiễn giúp chúng tôi triển khai nghiên cứu nội dung chương 2

Chương 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI GIẢNG – BÀI TẬP VỀ CƠ

CHẾ PHẢN ỨNG CỘNG NUCLEOPHIN

2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Phản ứng cộng nucleophin trong chương trình hóa học THPT nâng cao

- Các đội tuyển học sinh khá giỏi của các trường THPT cấp huyện, đội tuyển HSG hóa học của tỉnh Sơn La

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

1 Soạn giáo án về phản ứng nucleophin dùng để tập huấn học sinh khá giỏi cấp huyện, đội tuyển HSG hóa học của tỉnh Sơn La

2 Soạn hệ thống các bài tập, đề thi, kiểm tra, liên quan đến phản ứng nucleophin dùng để tập huấn học sinh khá giỏi, đội tuyển HSG của tỉnh Sơn La

3 Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại các đội tuyển HSG hóa học của các trường trong tỉnh, đội tuyển HSG của tỉnh Sơn La

4 Xin ý kiến chuyên gia đánh giá về nội dung chuyên đề, bài giảng, hệ thống bài tập, đề thi kiểm tra

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Bài soạn là kế hoạch của giáo viên để dạy từng tiết học, nó thể hiện một cách sinh động mối liên hệ hữu cơ giữa mục tiêu, nội dung, phương pháp

và điều kiện học tập

- Kỹ năng soạn bài gồm nhiều kỹ năng bộ phận, có mối quan hệ mật thiết với nhau bao gồm: Kỹ năng xác định mục tiêu bài dạy; Kỹ năng xác định loại bài dạy, nội dung và cấu trúc bài; Kỹ năng xác định nguồn gốc thông tin

phục vụ cho hoạt động dạy học (tài liệu tham khảo); Kỹ năng xác định chiến lược hoạt động dạy học cho phù hợp (phương pháp dạy)

- Nhận dạng các bài dạy: Nhận dạng đúng các loại bài dạy cho phép người giáo viên có khả năng lựa chọn đúng các phương pháp và kỹ thuật dạy học chuyên biệt và thích hợp trong từng tình huống dạy học cụ thể

- Bài dạy lý thuyết hoặc kiến thức: Bao gồm các bài: Sự kiện thực tế,

khái niệm, nguyên lý, quy trình, quá trình

- Bài dạy thực hành hoặc dạy kỹ năng.

trị, lòng tin, động cơ; Dạy các thái độ quan sát được: Hành vi cá nhân, ngoại hình, thói quen, phong cách, cách cư xử

* Soạn giáo án: Giáo án được soạn theo mẫu công văn 961 của Bộ

GD&ĐT, gồm 2 cột (một côt là hoạt động của thầy, cột còn lại là hoạt động của trò) thường có cấu trúc ba phần như sau:

Phần mở bài: Nêu lên một sự kiện bất thường liên quan đến chủ đề bài dạy như: Đưa ra một vài con số thống kê, chiếu một hình đầy kịch tính trên phim, ra một câu hỏi cho học sinh … muốn biết về các hoạt động hay công việc và trình tự họ phải thực hiện chúng

Phần thân bài: Đây là phần chính với phần lớn các hoạt động của bài dạy được GV và HS, SV thực hiện Thường có hai loại bài dạy khác nhau cơ bản là: các bài dạy thực hành hay còn được gọi là các bài học kỹ năng; các bài dạy lý thuyết hay còn được gọi là các bài học thông tin Mỗi loại bài dạy trên

có cấu trúc khác nhau chủ yếu là ở phần thân bài

Phần kết luận: Tóm tắt lại nội dung; Nêu bật các điểm chính; Cô đọng nội dung dưới dạng dễ ghi nhớ được; Mời HS, SV nêu quan điểm; Cho phép

và tạo điều kiện để có ý kiến phản hồi hai chiều; Cho biết những điểm thành công của HS, SV; Gợi ý gắn với các bài dạy sau

2.2.2 Phương phỏp soạn bài tập

Theo tài liệu [12] “Bài tập là những bài ra cho học sinh để vận dụng những điều đó học” Sau khi nghe giảng bài xong, nếu học sinh nào giải được cỏc bài tập mà giỏo viờn đưa ra thỡ cú thể xem như học sinh đú đó lĩnh hội được một cỏc tương đối kiến thức do giỏo viờn truyền đạt Dựa vào nội dung bài giảng, giỏo viờn cú thể soạn bài tập theo cỏc cấp độ khỏc nhau, từ dễ đến khú, nhằm củng cố (bài tập cơ bản), mở rộng (bài tập nõng cao) cỏc kiến kiến thức mà học sinh đó lĩnh hội được

Trong quỏ trỡnh thực hiện luận văn này, chỳng tụi sử dụng phương phỏp soạn bài tập tự luận nõng dần mức độ khú của kiến thức, nhằm phỏt

hiện, bồi dưỡng cỏc học sinh giỏi mụn húa học

2.2.3 Phương phỏp thực nghiệm sư phạm

Sơn la; DTNT tỉnh Sơn La; THPT Tụ Hiệu Sơn La; THPT Mộc Lị Mộc chõu; THPT Tõn Lang - Phự Yờn) và sử dụng bộ đề kiểm tra đánh giá ở ch-ương 3 của luận văn trong các kiểu bài:

+ Hoàn thiện kiến thức

+ Kiểm tra - đánh giá

Tiến hành kiểm tra: Nội dung đề kiểm tra và bảng điểm chấm - xem ở chương 3 của luận văn với thời lượng kiểm tra 50 phút

GV Chấm bài kiểm tra 50 phỳt theo thang điểm 10, rồi thống kờ điểm

số, sắp xếp kết quả kiểm tra theo từng đơn vị trường đó thực nghiệm

Áp dụng Toỏn Thống kờ xử lớ phõn tớch kết quả để đỏnh giỏ độ khú, độ phõn biệt, độ tin cậy của bộ đề và xỏc định hiệu quả của việc sử dụng bộ đề kiểm tra kiến thức kĩ năng húa học, gúp phần tăng cường năng lực tự kiểm tra đỏnh giỏ kết quả học tập của đội tuyển HSG Tỉnh, giỏi Quốc gia

* Đối với Học sinh: Sau bài giảng về chuyên đề “Tìm hiểu cơ chế

phản ứng cộng nucleophin và ứng dụng trong bồi dưỡng học sinh khá giỏi THPT tỉnh Sơn La”, HS tự kiểm tra kiến thức của mình bằng cách làm các đề

50 phút do GV cung cấp Việc này đòi hỏi HS phải có ý thức tự học cao, cầu tiến, tự giác HS có thể đọc trước nội dung bài mới và tự đặt ra các câu hỏi có liên quan đến kiến thức mới để làm tốt mục tiêu của bài kiểm tra đề ra

2.2.4 Phương pháp chuyên gia

Đây là phương pháp thu thập và xử lý những đánh giá, dự báo thông qua việc tập hợp và hỏi ý kiến các nhà chuyên môn giỏi (chuyên gia) thuộc một lĩnh vực hẹp của ngành khoa học, kỹ thuật hoặc sản xuất nào đó Một trong số các nhiệm vụ của phương pháp chuyên gia là đưa ra những dự báo mang tính khách quan về xu hướng phát triển của ngành khoa học, kĩ thuật hay sản xuất sản phẩm nhất định

Phương pháp chuyên gia có ưu điểm khi nguồn thông tin chưa đầy đủ, kém ổn định, thực hiện trong một thời gian ngắn Tuy nhiên, phương pháp này bộc lộ một số nhược điểm, như kết luận của phương pháp mang tính chủ quan, phiến diện

Một trong số các phương pháp chuyên gia thường hay được sử dụng là phương pháp dự báo định tính sau nhiều lần lặp lại (phương pháp Delphi, [15])

Quá trình áp dụng phương pháp chuyên gia được chia làm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Lựa chọn chuyên gia

- Giai đoại 2: Trưng cầu ý kiến chuyên gia

- Giai đoạn 3: Thu thập, xử lý các đánh giá, dự báo

Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp chuyên gia trong việc soạn giáo án, lên lớp, làm bài tập và kiểm tra các đội tuyển HSG hóa học một số trường THPT chuyên và không chuyên trên địa bàn tỉnh Sơn La Các

chuyên gia được hỏi ý kiến – là các giáo viên nhiều năm kinh nghiệm tập huấn cho các đội tuyển HSG của tỉnh

2.3 Soạn giáo án, bài tập và đề kiểm tra về phản ứng cộng nucleophin dành cho HSG THPT

2.3.1 Soạn giáo án

Dựa vào sách giáo khoa “Hóa học 11 nâng cao, NXB giáo dục, 2009”,

“Hóa học 12 nâng cao, NXB giáo dục 2009”, “Tài liệu chuyên Hóa học

11-12, tập một Hóa học hữu cơ, NXB giáo dục Việt Nam, 2010”, “Hóa học hữu

cơ 2, NXB giáo dục 2004” và các tài liệu dành cho chương trình đại học 6,16] chúng tôi đã biên soạn giáo án chuyên đề: ”Cơ chế phản ứng cộng nucleophin” dành cho HSG THPT Cụ thể như sau:

- Các phản ứng thế nguyên tử oxi cacbonyl của anđehit và xeton

- Phản ứng cộng nucleophin vào hợp chất cacbonyl không no liên hợp

- T¹o c¬ së cho häc sinh yªu thÝch, say mê m«n học ho¸ häc

II Chuẩn bị của GV và HS

1 Chuẩn bị của GV

- Giỏo ỏn, nội dung bài tập và lời giải, đồ dùng dạy học

2 Chuẩn bị của HS: Nghiờn cứu trước bài học

III Tiến trỡnh bài dạy

Thời lượng: 2 tiết (90 phỳt)

Đối tượng: Đội tuyển học sinh giỏi húa học THPT Tỉnh Sơn La

Hoạt động của thầy Hoạt động của trũ - Nội dung

giai đoạn, vì sao giai

đoạn chậm lại quyết

định tốc độ cả quá

trình phản ứng?

- Giới thiệu vai trò của

xúc tác (a) axit (b) bazơ

−

YC

- Giới thiệu đặc điểm

về cấu trúc (lai hóa

obitan) của sản phẩm

trung gian (oxanion)

và của sản phẩm

Nguyên nhân xuất

hiện yếu tố lập thể của

O

Tb

L

N R

O

N OH Tb R

L R

N OH Tb

Y

+

L Y N OX Tb R

(s¶n phÈm chÝnh)

L R

N OX Tb