tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ

tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ tiểu luận những vấn đề khó trong quá trình giảng dạy hóa học hữu cơ

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

›››

Quá Trình Giảng Dạy Hóa Học Hữu

Trong chương trình học phổ thông, môn hóa học lớp 9 và lớp 12 đều dạy về

Hyđrocacbon thơm Số tiết dạy chương này chỉ từ 4 -5 tiết do đó không thể chuyển

tải cho các em học sinh hiểu rõ ràng tính chất cũng như cơ chế phản ứng cho nên đối

với các em học phổ thông,chương Hyđrocacbon thơm là 1 chương tương đối khó Và để củng cố thêm kiến thức cho mình cũng như bổ sung thêm tài liệu khi giảng dạy hóa học trên lớp tôi chọn Hyđrocacbon thơm làm tiểu luận: “Những vấn đề khó

không tránh khỏi nhiều thiếu sót Rất mong các bạn cùng khóa và đặc biệt là Thầy giáo

bộ môn bổ sung và góp ý để tiểu luận này được hoàn thiện hơn

Phần 2 :NỘI DUNG

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO HIĐROCACBON THƠM

I

Cấu trúc của phân tử benzen

nguyên tử cacbon với ba liên kết đôi C=C liên hợp.

còn obitan thứ tư là obitan 2p có trục thẳng góc với mặt phẳng chứa các liên kết σ thì

xen phủ bên với hai obitan 2p của 2 nguyên tử C bên cạnh, tạo thành obitan phân tử π,

tức là liên kết π giải tỏa khắp vòng (hệ liên hợp π - π).

Hoặc

II

Đ ồ ng đẳng, đ ồ ng phân và danh pháp

đồng đẳng aren, bao gồm:

C6H 6 C6H5CH3 C6H5CH2CH3 C6H5CH2CH2CH3

benzen metylbenzen etylbenzen propylbenzen

(toluen)

còn gọi là nhóm thế) Ankylbenzen có đồng phân mạch cacbon và đồng phân vị trí tương đối các nhóm ankyl (khi trong vòng benzen có từ 2 nhóm ankyl trở lên)

1,2- đimetylbenzen 1,3- đimetylbenzen 1,4-đimetylbenzen

(o-xilen) (m-xilen) (p-xilen)

Chú ý: Cách đánh số trên vòng benzen theo chiều sao cho tổng các số chỉ vị trí các

nhóm thế là nhỏ nhất Nếu chỉ có hai nhóm thế thì có thể dùng các tiền tố ortho-meta-và

para-(hoặc viết tắt o-,m-và p-) thay cho 1,2-; 1,3- và 1,4- Khi có hai nhóm hoặc nhiều

nhóm thế khác nhau, tên của chúng được đọc theo thứ tự chữ cái La tinh

Ví dụ :

CH2CH3

I Tính th ơ m và phân loại hệ thơm

Tính thơm là tính chất của những hệ vòng không no tương đối bền về mặt nhiệtđộng; hệ vòng này dễ tham gia các phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và khó bịoxi hóa; các nhóm thế trong vòng này có ảnh hưởng rõ rệt và đặc trưng đến phản ứngthế của vòng

xiclopropenyl, anion xiclopentađienyl,…), một số dị vòng (furan, piriđin)

khác và nhiều dung môi hữu cơ Các aren lỏng đều nhẹ hơn nước

Aren Công thức cấu

tạo

Công thức phân

o s

V

Tính ch ấ t hóa học

Phản ứng đặc trưng của benzen và các đồng đẳng là phản ứng thế electrophin vào nhân thơm (S E Ar) Ngoài ra còn có phản ứng cộng và oxi hóa ở điều kiện khó khăn hơn Với các đồng đẳng của benzen (ankyl benzen) còn có phản ứng thế gốc

và phản ứng oxi hóa.

1 Phản ứng thế electrophin vào nhân thơm (SEAr)

a) Cơ chế phản ứng

Ar-H + Z-E → xt Ar-E + HZ

Trong đó: Ar là gốc thơm (aren)

Z-E có thể là Br-Br (có xúc tác), HO-NO2, HO-SO 3 H, HO-R, Cl-R,

Nhờ có chất xúc tác thích hợp, tác nhân phản ứng Z-E cho ta ion EH + (tác nhân

E

+

E ion benzoin

electrophin), ion này tấn cơng vào vịng benzen ở chỗ giàu mật độ electron hơn, theo sơ đồ sau:

+ E → tấn công củ electronphin(1) a tá c nhân

 tá i tạo (2) →

hợp chất thơm + H+

Cơ chế này gồm hai giai đoạn: giai đoạn (1) xảy ra chậm cịn giai đoạn (2) xảy ra

nhanh chĩng Các cấu tạo giới hạn của phức σ (ion benzoni) trên cĩ thể được biểu diễnbởi một cơng thức chung đã được đơn giản hĩa như sau:

Br + HBr

Cơ chế: HNO3 + 2H2SO4  NO 2 + + 2HSO 4 - + H 3 O

SO3

-+ H +

R + HX

R H

R + H +

Những tác nhân bất kì nào có khả năng tạo ion cacboni đều có thể ankyl hóa benzen.Chẳng hạn: anken, ancol, Proton hóa anken bằng HF ta được ion cacboni.

Ví dụ: CH3-CH = CH2 + HF ∩ CH3-CH -CH3 + F

-Phản ứng ankyl hóa có nhược điểm: ion cacboni dễ bị đồng phân hóa thành ion bền

hơn (do chuyển vị) nên thu được hỗn hợp sản phẩm

Mặt khác, phản ứng thường không dừng lại ở bước thế một lần vì ankylbenzen tạothành hoạt động hơn benzen chưa thế Vì vậy, ta cũng được hỗn hợp các sản phẩm thế 1,

2 hoặc nhiều lần Ví dụ, phản ứng etyl hóa benzen:

Để khống chế phản ứng một lần thường phải dùng dư benzen

• Axyl hóa (phản ứng Friedel – Crafts)

Ưu điểm: Phản ứng chỉ cho sản phẩm thế một lần.

c) Quy luật thế trong vòng benzen

X đóng vai trò định hướng nhóm E + thế vào vị trí ortho, meta hay para.

OR, NR 2 , thì phản ứng S E Ar xảy ra dễ dàng hơn so với benzen và sẽ định hướng

E + vào vị trí ortho hay para Người ta nói nhóm thế loại 1 là nhóm làm hoạt hóa

vòng benzen.

COR, SO3H, thì phản ứng S E Ar xảy ra khó khăn hơn so với benzen và sẽ định hướng E + vào vị trí meta Người ta nói nhóm thế loại 2 là nhóm làm phản hoạt hóa

vòng benzen.

Giải thích: Các nhóm có hiệu ứng +I, +C làm giàu mật độ electron ở vòng benzen,

đặc biệt tại các vị trí ortho và para Các nhóm có hiệu ứng –I , – C làm nghèo mật độ

electron ở vòng benzen và chỉ còn lại ở vị trí meta, mật độ electron có lớn hơn một ít

nên được ưu tiên thế vào đó

Chú ý: Nếu X là halogen thì tuy là nhóm làm phản hoạt hóa vòng benzen nhưng lại

Nếu coi tốc độ phản ứng k của benzen là 1 đơn vị thì tốc độ phản ứng và tỉ lệ % sảnphẩm nitro hóa ở các vị trí khác nhau của một số hợp chất thơm như sau:

Người ta có thể giải thích quy luật thế dựa vào ảnh hưởng của nhóm thế X đến độ

bền của sản phẩm trung gian (phức σ) trong phản ứng

Ví dụ, anizol tham gia phản ứng thế electrophin tạo phức σ với các cấu trúc cộng

hưởng như sau:

hơn –I rất nhiều, do đó nó giải tỏa điện tích dương trong vòng benzen và làm ổn địnhcác cấu trúc đó, đặc biệt cấu trúc (4) rất bền vì các nguyên tử cacbon đều chứa 8electron ở ngoài cùng

Đối với clobenzen, các cấu trúc cộng hưởng của phức σ của nó có thể biểu diễn nhưsau:

Bản thân clo trong clobenzen thể hiện hai hiệu ứng đối lập –I và +C khác với nhóm metoxi, ở đây –I > +C, như vậy nguyên tử clo làm giảm mật độ electron trong vòng

hơn, nghĩa là làm cho phức không ổn định

Nếu nhóm nitro định hướng o, p thì nó sẽ gây điện tích dương ngay ở cacbon mà nó

liên kết, điều đó rất không thuận lợi Sự đinh hướng m là ưu thế không phải vì nó được

hoạt hóa mà chính nó phản hoạt hóa kém hơn ở vị trí 0, p.

Nhóm hoạt động hóa như nhóm metoxi (OCH 3 ) sẽ làm ổn định điện tích dương xuất

hiện trong phức hoạt động khi điện tích ở trong nguyên tử cacbon mang nhóm metoxi

Cấu trúc như thế chỉ có khả năng tấn công vị trí o, p Những nhóm thế khác chuyển đôi

electron của mình về phía vòng thơm cũng sẽ định hướng o, p.

d)

Tỉ lệ giữa hai sản phẩm đồng phân ortho và pa ra kh i có nhóm định hư ớ ng o rtho

–

para

Khi khảo sát hướng thế trong phản ứng thế electrophin, một vấn đề được đặt ra là đối

với nhóm định hướng ortho – para , mỗỉ vòng có hai vị trí ortho và một vị trí para,

song tỉ lệ hai sản phẩm ortho /para lại không bằng 2/1 mà nhỏ hơn nhiều và thường là

Nguyên nhân làm giảm tỉ lệ o/p so với tỉ lệ hình thức 2/1 có thể là do các yếu tố sau:

• Hiệu ứng không gian loại I: nhóm thế R càng cồng kềnh càng cản trở sự tiến công

của giai đoạn tạo thành phức σ tương ứng Hiệu ứng không gian cũng có thể gây ra bởi

• Hiệu ứng –I của nhóm thế R hút electron: khi R là halogen có hiệu ứng –I càng

mạnh thì vị trí ortho càng bị phản hoạt hóa nhiều hơn vị trí para (vì R ở gần vị trí ortho hơn para), chẳng hạn so sánh các trường hợp clobenzen và brombenzen.

• Nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng tạo ra sản phẩm ortho sẽ tăng nhanh hơn phản ứng tạo ra sản phẩm para vì Ea (ortho) > Ea (para) Vì vậy tỉ lệ o/p

tăng theo nhiệt độ

Ngoài ra tỉ lệ o/p còn phụ thuộc vào dung môi, chất xúc tác

e) Ảnh hưởng của nhóm thế đến hướng và khả năng phản ứng thế electrophin

Định hướng ortho, para (mạnh)

f) Q uy luật thế v ớ i hợp chất hai lần thế củ a benzen C 6 H 4 XY

• Khi X và Y đều định hướng ortho, para thì nhóm nào định hướng mạnh hơn sẽ

quyết định hướng ưu tiên cho nhóm thế mới

• Khi X định hướng ortho, para còn Y định hướng meta thì nhóm X sẽ quyết định

hướng của phản ứng thế

• Khi X và Y đều định hướng meta thì nhóm nào định hướng mạnh hơn sẽ quyết

• Khi X và Y ở vị trí meta đối với nhau, khả năng phản ứng của vị trí ở giữa chúng

Ví dụ:

g)

Quy luật thế với một s ố vòng thơm ngưng tụ

• Naphta l en: Vị trí 1 (hay α) của naphtalen có khả năng phản ứng cao hơn vị trí 2

(hay β) Một nhóm thế hoạt hóa đặt ở vị trí 1 sẽ định hướng phản ứng thế vào vị trí 4 (và có thể cả vị trí 2), nếu đặt ở vị trí 2 sẽ định hướng ưu tiên vào vị trí 1 Một nhóm thế

phản hoạt hóa sẽ định hướng cho phản ứng xảy ra ở phía vòng không có nhóm thế.

(không thu được xiclohexen hoặc xiclohexađien).

Chú ý: Nếu vòng thơm chứa nhóm chức -OH; -O-; -COOH; -COOR, -NH2, thì không tham gia phản ứng nhưng chứa một số nhóm chức như -CHO thì vẫn có phản

Đặc biệt:phenol→xiclohexanon

furan → tetrahiđrofuran (THF)

i- C3H7OH, t-C4H9OH) thu được sản phẩm cộng 1,4 tạo ra xiclohexađien không liên hợp

(gọi là phản ứng Birch)

xiclohexa-1,4-đien

chiếm vị trí không bị khử ở sản phẩm (sự khử sẽ diễn ra ở vị trí 2,5):

NH3 + Na → Na+ + e

-(NH3) (electron solvat hóa)

Các nhóm thế góp phần làm ổn định ion gốc nên sự khử được định hướng vào vị trí

bị khử (1,4) hoặc vị trí không bị khử (2,5) như trên.

Chú ý:

- Nếu dùng chất khử Li, Ca/ amin ta có

• Cộng halogen theo cơ chế gốc:

+ 3Cl2 →hv

hexaclo xiclohexan ( 666)

3 Phản ứng oxi hóa

hóa với O 2 có mặt xúc tác V 2 O 5 ở nhiệt độ cao:

(xiclohexen)

anhiđrit maleic

K2Cr2O7 trong axit sunfuric đun nóng cho axit benzoic:

4 Phản ứng thế nucleophin

Phản ứng thế nucleophin xảy ra ở vòng benzen có nhóm thế hút electron mạnh như

Phản ứng chạy theo cơ, chế gốc và gốc benzylic được bền vững hóa do sự cộng

hưởng nên ưu tiên thế H của nguyên tử C ở vị trí α:

mặt ánh sáng tử ngoại

VI Điều ch ế benzen và aren

1 Trong công nghiệp một lượng lớn benzen, toluen và naphtalen thu được từ quá trình

chưng cất nhựa than đá và từ quá trình rifominh dầu mỏ

CH3(CH2)4CH3

2 3 2 3 o

C6H6 + CH2=CH2 →H SO2 4 C6H5CH2CH3

o 2

ZnO,600 C -H

→C6H5CH=CH2

Phần 3 :KẾT LUẬN

Qua tiểu luận trên ta có hiểu thêm kiến thức về

 Cấu tạo Hyđrocacbon thơm,nhất là Benzen và các đồng đẳng

phản ứng và sản phẩm được tạo thành

Phần4 :TÀI LIỆU THAM KHẢO