Hóa học lập thể nghiên cứu cấu trúc không gian của phân tử trong không gian ba chiều. 1) Hình dạng phân tử: Mô tả dạng hình học của phân tử. 2) Cấu hình: Cho biết sự phân bố các nguyên t[r]
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Đơn vị: Trường THPT Long Khánh
Mã số:
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
MỘT SỐ NỘI DUNG QUAN TRỌNG
CỦA HĨA HỮU CƠ DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI
PHẦN CẤU TRÚC PHÂN TỬ VÀ TÍNH CHẤT CỦA HIDROCACBON
Người thực hiện: Lê Văn Phê
Trang 2SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC
1) Họ và tên: Lê Văn Phê
2) Ngày tháng năm sinh: 15 – 08 – 1963
3) Nam, nữ: Nam
4) Địa chỉ: 140/14 – Trần Phú – Thị xã Long Khánh – Đồng Nai
5) Điện thoại: cơ quan 0613877245 Nhà riêng: 0613870508
DĐ: 0918728135
6) Fax Email: info@123doc.org
7) Chức vụ: Giáo viên
8) Đơn vị công tác: Trường THPT Long Khánh
II) TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO:
III) KINH NGHIỆM KHOA HỌC:
- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng dạy hóa học bậc THPT
Trang 3Tên sáng kiến kinh nghiệm
MỘT SỐ NỘI DUNG QUAN TRỌNG CỦA HÓA HỮU CƠ
DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI
(Phần cấu trúc phân tử và tính chất của Hidrocacbon)
Việc phát hiện, bồi dưỡng học sinh giỏi bậc trung học phổ thông là mộtnhiệm vụ quan trọng trong kế hoạch giáo dục của nhà trường Ở Đồng Naihàng năm đều tổ chức thi học sinh giỏi cấp tỉnh cho khối 12 qua đó lựa chọnnhững học sinh xuất sắc tham gia kì thi cấp quốc gia đồng thời khuyến khíchhoạt động bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường phổ thông Tuy nhiên trongthực tế việc bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường THPT không chuyên đanggặp những khó khăn nhất định
+ Khả năng tiếp thu và vận dụng những kiến thức khó, chuyên sâu của họcsinh còn hạn chế
+ Tài liệu, nội dung bồi dưỡng học sinh giỏi ở nhiều trường còn thiếu vàchất lượng chưa đáp ứng yêu cầu
+ Một số trường mới thành lập hoặc mới chuyển sang công lập giáo viênchưa có kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi
Vì thế biên soạn thêm tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học phù hợp với đặc thù của trường THPT không chuyên để giáo viên tham khảo là cần thiết
Trường THPT Long Khánh là đơn vị có phong trào dạy – học có uy tíntham gia đầy đủ các kì thi học sinh giỏi do Tỉnh tổ chức từ trước tới nay vàđược đánh giá là đơn vị có chất lượng học sinh tham gia dự thi khá tốt Tuynhiên số học sinh dự thi và đạt giải cấp quốc gia còn rất khiêm tốn hầu hếtkhông đủ khả năng vượt qua kì thi ở vòng 2 cấp tỉnh để dự thi cấp quốc gia.Theo kế hoạch của nhà trường từ năm 2013 trở đi phấn đấu có học sinh giỏicấp quốc gia Đây là một nhiệm vụ khó khăn đối với Tổ Hóa học trườngTHPT Long Khánh Qua thực tiễn giảng dạy tôi nhận thấy để đạt được yêucầu trên thì việc tổ chức bồi dưỡng học sinh ở trên lớp là chưa đủ Nhất thiếtphải coi trọng việc phát hiện học sinh có năng khiếu và hướng dẫn học sinh tựhọc, tự tra cứu tìm tòi qua mạng Internet
Vì thế việc biên soạn tài liệu dành cho học sinh giỏi không những có tác dụng tốt cho việc nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên mà còn có tính định hướng gợi mở giúp học sinh tự học để có kết quả cao hơn.
Qua nhiều năm tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi tôi nhận thấy học sinh
chưa chú trọng đến cơ sở lý thuyết hóa học, chưa nắm vững mối quan hệ giữacấu trúc phân tử đến tính chất của các chất vì thế chưa giải quyết tốt các bàitập chuyên sâu về hóa học Từ những lý do trên tôi chọn đề tài:
MỘT SỐ NỘI DUNG QUAN TRỌNG CỦA HÓA HỮU CƠ
DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI
Đề tài này mới chỉ giới hạn trong khuôn khổ phần cấu trúc phân tử
và tính chất của Hidrocacbon (chương trình hữu cơ 11)
Nội dung gồm 4 chủ đề chính:
Trang 4+ Cấu trúc phân tử và đồng phân của hợp chất hữu cơ
+ Quan hệ giữa cấu trúc phân tử đến một số tính chất vật lý của chấthữu cơ
+ Phản ứng hữu cơ
+ Phản ứng của hidrocacbon
Các chủ đề trên ít nhiều đã được đề cập trong sách giáo khoa lớp 11 bankhoa học tự nhiên nhưng ở mức độ sơ lược Trên cơ sở tham khảo giáo trìnhhóa hữu cơ và các đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp quốc gia tôi đã đưa vào đềtài một số nội dung lý thuyết phù hợp với trình độ học sinh trung học khôngchuyên và đáp ứng yêu cầu giải quyết các đề thi học sinh giỏi thường gặp
ĐỀ TÀI:
1) Thuận lợi:
hình trường trọng điểm chất lượng cao nên đầu vào của học sinh đangđược nâng lên, số học sinh giỏi tăng Cơ sở vật chất được cải thiện đápứng nhu cầu về phòng học, phương tiện dạy học trong nhà trường
- Nhà trường có truyền thống dạy tốt – học tốt, đội ngũ giáoviên có nhiều kinh nghiệm; học sinh chăm ngoan tinh thần hiếu học là cơ
sở để nâng cao chất lượng đào tạo học sinh giỏi
2) Khó khăn:
- Việc bồi dưỡng học sinh có đủ khả năng vào đội tuyển cấptỉnh dự thi cấp quốc gia là một nhiệm vụ khó khăn không những đòi hỏihọc sinh phải giỏi mà chất lượng đội ngũ giáo viên phải thực sự vữngvàng Với trường phổ thông không chuyên thì số học sinh thực sự cónăng khiếu đam mê môn học rất ít; kinh nghiệm giảng dạy của giáo viêntheo hướng chuyên sâu còn nhiều hạn chế
tiết/tuần nên nội dung bồi dưỡng chưa đầy đủ so với yêu cầu đề thi Áplực học tập của học sinh khối 12 nặng nề trong đó mục tiêu thi đậu đạihọc là ưu tiên hàng đầu nên các em thiếu thời gian đầu tư cho nội dungthi học sinh giỏi
- Chế độ đãi ngộ cho giáo viên và học sinh tham gia bồi dưỡnghọc sinh giỏi eo hẹp chủ yếu là động viên khuyến khích về mặt tinh thần
3) Số liệu thống kê:
- Từ năm học 2009 - 2010 trở về trước nhà trường chưa tiếnhành bồi dưỡng học sinh giỏi khối 10, 11 Các lớp bồi dưỡng học sinhgiỏi bắt đầu từ năm học 12 cho đến khi Sở giáo dục tổ chức thi học sinhgiỏi vòng 1 (tháng 11) vì thế nội dung bồi dưỡng chưa chú trọng đếnkiến thức chuyên sâu mà chỉ dừng lại ở những nội dung đáp ứng kỳ thivòng 1
THPT trọng điểm chất lượng cao nhà trường chú trọng nâng cao chấtlượng học sinh giỏi tiến hành bồi dưỡng học sinh giỏi từ lớp 11 vì thế tổ
bộ môn đã có kế hoạch bồi dưỡng học sinh theo hướng chuyên sâu về bộmôn
Trang 5III) NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
1) Cơ sở lý luận:
- Chương trình giảng dạy hóa hữu cơ là nội dung quan trọngtrong sách giáo khoa bậc THPT và giáo trình đào tạo chuyên ngành hóahọc của các trường Đại học Những nội dung đó đã được các nhà giáodục, nhà khoa học có uy tín biên soạn và phổ biến rộng rãi dùng cho giáoviên giảng dạy trong nhà trường
- Bồi dưỡng phát hiện học sinh giỏi là một yêu cầu của ngànhgiáo dục phổ thông Kế hoạch năm học hàng năm của nhà trường luôn cónội dung yêu cầu các tổ bộ môn tổ chức biên soạn tài liệu và bồi dưỡnghọc sinh giỏi bộ môn dự thi theo kế hoạch chung của Sở giáo dục
- Nội dung chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi có tính đặcthù cho từng trường phổ thông tùy thuộc vào trình độ học sinh và chấtlượng đội ngũ mà có những yêu cầu mức độ cao thấp khác nhau Vì vậymỗi trường có những giải pháp, kinh nghiệm bồi dưỡng riêng Đối vớitrường THPT Long Khánh trong giai đoạn sắp đến đã có định hướng phấnđấu có học sinh đạt giải học sinh giỏi cấp Quốc gia nên Tổ bộ môn tổchức biên soạn tài liệu, đánh giá rút kinh nghiệm nhằm có học sinh vượtqua vòng 2 để tham gia vào đội tuyển học sinh giỏi của tỉnh
2) Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài.
- Nội dung của đề tài đề cập đến các vấn đề về lý thuyết hóahữu cơ thuộc chương trình 11 bậc THPT không chuyên giới hạn phần đạicương Hóa hữu cơ và Hidrocacbon Những nội dung này trước đây đãđược cung cấp cho học sinh giỏi khối 12 các năm 2009; 20120; 2011đọcthêm ở nhà (do thiếu thời gian) Bắt đầu từ Học kì 2 năm học 2011 – 2012các nội dung trên được biên soạn đầy đủ hơn và đưa vào bồi dưỡng chohọc sinh giỏi khối 11
- Điểm mới của đề tài là bước đầu xây dựng và hệ thống hóanhững nội dung về lý thuyết hóa hữu cơ dùng bồi dưỡng học sinh giỏi chotrường THPT Long Khánh làm cơ sở để các năm tiếp theo tiếp tục chỉnhsửa theo hướng phấn đấu có học sinh 12 vượt qua vòng 2 tiếp tục thamgia bồi dưỡng học sinh giỏi trong đội tuyển của Tỉnh Đồng Nai Đề tàinày cũng có tác dụng nhất định trong việc nâng cao chất lượng đội ngũgiáo viên để ai cũng có thể tham gia đào tạo học sinh giỏi
- Đề tài này được sự góp ý của Tổ chuyên môn để trở thành tàiliệu dùng chung của Tổ đồng thời cung cấp cho học sinh giỏi để học tập
Trang 6NỘI DUNG ĐỀ TÀI
CHỦ ĐỀ 1
CẤU TRÚC PHÂN TỬ VÀ ĐỒNG PHÂN
CỦA CHẤT HỮU CƠ
PHẦN THỨ NHẤT CÁC DẠNG LIÊN KẾT THƯỜNG GẶP
-oOo -TRONG HÓA HỮU CƠ I) LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ:
1)Sự lai hóa obitan : Ng.tử C tạo ra 3 dạng lai hóa
+ Lai hóa sp3 : 1 AOs và 3 AOp tổ hợp với nhau tạo ra 4 AO lai hóa hướng
ra 4 đỉnh của tứ diện đều có trục các AO tạo ra góc 109028’
+ Lai hóa sp2: 1 AOs và 2 AOp tổ hợp với nhau tạo ra 3 AO lai hóa hướng
ra 3 đỉnh của tam giác đều có trục các AO tạo ra góc 1200
+ Lai hoa 1sp : 1 AOs và 1 AOp tổ hợp với nhau tạo ra 2 AO lai hóa hướng
ra 2 đầu của 1 đoạn thẳng
Tỉ lệ % AOs trong AO lai hóa càng cao thì độ âm điện của ng.tử C cànglớn Độ âm điện Csp > Csp2 > Csp3
2) Năng lượng liên kết (NLLK): Độ bền của liên kết được đánh giá bằng
năng lượng liên kết LK càng bền thì NLLK càng lớn và ngược lại
NL cần thiết để phân cắt đồng li một mol LK là NL phân li LK.
NL phân li LK phụ thuộc vào bản chất hai nguyên tử tham gia LK và độ bội
LK giữa chúng NLPLLK C-C < C=C < CC Ngoài ra NLPLLK còn phụthuộc cấu trúc hai phần phân tử có chung LK bị phân cắt
NLPLLK C-H thứ 2 khác với LK thứ nhất, thứ 3 khác thứ 2…vì thế thườnglấy giá trị TB cho cả phân tử Vd: CH4 C + 4H có H = 1659KJ/mol thìNLPLLK trung bình = 415KJ/mol NLPLLK trung bình C-H của ankan là410KJ/mol
Tuy nhiên giá trị NLLK TB không đúng đối với 1 số hợp chất thậm chí 1 LK
cụ thể nào cả tuy vậy nó vẫn dùng để so sánh độ bền LK, độ bền nhiệt động củacác tiểu phân hoặc tính gần đúng hiệu ứng nhiệt của phản ứng…
Vd: Cho NLLK C=C; =C-H; C-O; O-H; C-C; C=O; C-H lần lượt là 614;435; 359; 431; 351; 736; 410 (KJ/mol) Xét xem khi cộng H2O vào axetylen sẽtạo ra chất nào sau đây:
CHCH + HOH CH2=CHOH CH3-CH=O
Nhiệt tạo thành H = -2709 -2752
Vậy axetandehit bền hơn etenol vì NL hình thành của nó âm hơn 43KJ/mol
3) Độ dài liên kết: Độ dài LK là khoảng cách cân bằng giữa 2 hat nhân của những ng.tử LK với nhau
Độ dài liên kết C-C của Csp = 1,2A0, Csp2 = 1,34A0, Csp3 = 1,54A0 Độ dàiliên kết C-H tương ứng của các ng.tử C đó là : 1,05A0; 1,07A0 và 1,09A0
Trang 7Trong nhiều trường hợp thường dùng độ dài LK trung bình của 1 LK nhấtđịnh ở nhiều hợp chất khác nhau.
Độ dài LK và NLLK có mối liên hệ chặt chẽ Độ dài LK càng nhỏ thì NLLKcàng lớn chúng LK với nhau càng bền vững
4) Góc liên kết: Góc giữa 2 LKCHT của 1 ng.tử gọi là góc LK hoặc là góc hóa
trị Góc hóa trị thực tế thường sai khác vài độ so với góc lai hóa Dựa vào góchóa trị có thể suy ra trạng thái lai hóa
5) Sự phân cực liên kết:
+ Liên kết sigma: Hai ng.tử có độ âm điện khác nhau liên kết với nhau thìliên kết sẽ phân cực về phía ng.tử có độ âm điện lớn hơn ( 1 đầu âm và 1 đầudương) và được biểu diễn bằng mũi tên thẳng Mức độ phân cực được đánh giábằng mo men lưỡng cực điện (đơn vị là Debai 1D = 0,333.10-30 C.m) cànglớn thì sự phân cực càng mạnh = q.l (q là giá trị điện tích; l là độ dài lưỡngcực điện)
+ Liên kết pi: Sự phân cực liên kết pi về phía ng.tử có độ âm điện lớn hơnđược biểu thị bằng mũi tên cong
II) CÁC LIÊN KẾT YẾU:
II 1) LIÊN KẾT VANDEVAN (lực hút VanDeVan):
Là LK yếu giữa các phân tử cũng có bản chất tĩnh điện gây ra do lực hút giữa các lưỡng cực và giảm nhanh theo khoảng cách giữa các phân tử a) Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực: Trong p.tử do có nhiều ng.tử có độ
âm điện khác nhau nên tạo ra các LK phân cực làm cho p.tử trở thành lưỡngcực (trừ các liên kết phân cực tạo momen lưỡng cực triệt tiêu nhau) Các lưỡngcực co xu hướng sắp xếp sao cho các cực trái dấu lại gần nhau vì thế gọi làtương tác định hướng (lực định hướng) Lực này tỉ lệ thuận với độ lớn của 2lưỡng cực vì vậy các p.tử phân cực mạnh sẽ tương tác với nhau mạnh làm tăngnhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi
b) Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng: Dưới tác dụng của 1 ion
hay 1 lưỡng cực một p.tử không phân cực sẽ trở thành phân cực tạm thời làlưỡng cực cảm ứng; lưỡng cực này tương tác với lưỡng cực cố định bởi 1 lựcnhất định gọi là tương tác cảm ứng (lực cảm ứng)
c) Lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng: Các p.tử không
phân cực trong một thời điểm nào đó vẫn có thể sinh ra một lưỡng cực nhấtthời do sự chuyển động của các electron gây ra Lưỡng cực này tác động đếncác electron của p.tử bên cạnh gây ra lưỡng cực cảm ứng khác vì thế các p.tửvẫn có tương tác với nhau Tương tác này gọi là tương tác khuếch tán (lựckhuếch tán)
2) HÌNH DẠNG PHÂN TỬ:
Phân tử có cấu trúc và kích thước xác định nên có hình dạng xác định.
Nhiều tính chất lí, hóa các chất phụ thuộc vào hình dạng phân tử
+ Chất có KLPT càng lớn thì nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi càng cao.
+ P.tử có hình dạng đối xứng càng cao càng sắp xếp chặt khít hơn các p.tửkém đối xứng làm tăng lực hút VandeVan sẽ tăng nhiệt độ nóng chảy Ở thểlỏng p.tử có kích thước càng gần với hình cầu sẽ có diện tích bề mặt nhỏ hơn
Trang 8dẫn tới sự tiếp xúc giữa các p.tử nhỏ hơn, lực VandeVan bé hơn nên nhiệt độsôi thấp hơn.
3) SỰ ĐẨY VANDEVAN VÀ HIỆU ỨNG KHÔNG GIAN:
Khi 2 p.tử hoặc 2 nhóm ng.tử trong p.tử lại gần nhau hơn khoảng cách tạo bởi
lực hút VandeVan giữa chúng sẽ xuất hiện lực đẩy chúng ra xa nhau là sự đẩyVandeVan
a) Hiệu ứng không gian loại I: Là hiệu ứng của các nhóm thế có kích thước
lớn làm cản trở sự tiếp cận của các trung tâm phản ứng ở phân tử các chất thamgia phản ứng Ng.nhân là do lực đẩy VandeVan
b) Hiệu ứng không gian loại II: Hiệu ứng của các nhóm thế làm vi phạm tính
đồng phẳng của hệ liên hợp dẫn đến giảm khả năng liên hợp của nhóm thế vớicác nhóm khác trong phân tử
II 2) LIÊN KẾT HIDRO:
1) Bản chất :
Liên kết hidro hình thành khi ng.tử H LKCHT với 1 ng.tử có độ âm điện
mạnh nên tích điện dương lớn ( X-H với X là O, F, N) tương tác tĩnh điện yếuvới ng.tử Y có cặp electron tự do ( Y là F,O hay N) Điện tích của ng.tử H vàng.tử Y càng lớn thì liên kết hidro càng bền
2) Độ bền của LK hidro:
Độ bền LK hidro phụ thuộc nhiều yếu tố:
+ LK hidro mạnh nhất khi 3 ng.tử X-H…Y thẳng hàng
+ Độ âm điện X và Y càng lớn thì LK hidro càng mạnh vì thế LK hidro yếudần theo chiều F>O>N
Ngoài ra LKH còn chịu ảnh hưởng bởi phần còn lại của phân tử
3) Phân loại:
LK hidro liên phân tử và liên kết hidro nội phân tử.
LK hidro mà hợp phần cho và hợp phần nhận ở 2 p.tử khác nhau hoặc
giống nhau gọi là LK hidro liên phân tử Nếu hợp phần cho và hợp phần nhậnđều ở cùng 1 p.tử gọi là LK hidro nội phân tử Trong trường hợp này hợp phầncho và nhận phải ở 2 vị trí sao cho H có thể tiếp cận với AO chứa đôi e chưaliên kết của Y
Vd: o-dihidroxylbenzen tạo được LK hidro nội p.tử còn đồng phân m, p thìkhông
LKH nội p.tử thường bền hơn LK hidro liên p.tử nên nếu ng.tử H đã tạo
LK hidro nội p.tử thì chúng không tham gia LK hidro liên p.tử nữa
4) Ảnh hưởng của LK Hidro đến tính chất vật lí:
+ Những chất có p.tử khối, momen lưỡng cực, hình dạng p.tử không khácnhau nhiều thì chất nào tạo được LK hidro liên p.tử chất đó có nhiệt độ nóngchảy và nhiệt độ sôi cao hơn
+ Những chất tạo được LK hidro với nhau thì tan tốt vào nhau
+ Chất tạo LK hidro nội phân tử thì tnc, ts thấp hơn ; độ tan trong dung môiphân cực thấp hơn; độ tan trong dung môi không phân cực cao hơn so với chấttạo LKH liên phân tử có cấu tạo tương tự
Trang 9PHẦN THỨ HAI ĐỒNG PHÂN CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ
1 Khái niệm: Là những chất có cùng CTPT nhưng khác nhau về cấu tạo hóa học.
Trong chương trình phổ thông chỉ xét 3 loại đồng phân đầu
2 Cách viết đồng phân cấu tạo:
a) Tính độ bất bão hòa: Tổng số liên kết pi và vòng trong phân tử.
Với n là số nguyên tử cacbon; m là số nguyên tử hóa trị
3 (N); x là số nguyên tử hóa trị 1 (H; Cl; Br; Na…)
Ví dụ: C3H6BrCl thì a = 0; C5H8N2O2Cl2 thì a = 2 ( với N hóa trị 3)
b) Xác định nhóm chức (loại chất) có thể có.
c) Xác định kiểu mạch cacbon.
d) Viết đồng phân vị trí nhóm chức cho mỗi loại mạch cacbon.
e) Điền nguyên tử hidro vào mạch cacbon để cacbon đủ hóa trị 4.
Hóa học lập thể nghiên cứu cấu trúc không gian của phân tử trong khônggian ba chiều
1) Hình dạng phân tử: Mô tả dạng hình học của phân tử
2) Cấu hình: Cho biết sự phân bố các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong
không gian xung quanh một nguyên tử trung tâm hay hệ trung tâm nhất địnhnào đó Sự khác nhau về cấu hình dẫn đến hiện tượng đồng phân hình học vàđồng phân quanh học
3) Cấu dạng: Là cấu trúc không gian sinh ra do sự quay của một nhóm
nguyên tử này đối với một nhóm nguyên tử khác xung quanh liên kết đơn giữachúng mà không làm đứt liên kết đó
Một phân tử có vô vàn cấu dạng khác nhau song có rất ít cấu dạng bền vững.Những cấu dạng bền của 1 chất gọi là đồng phân cấu dạng tuy rằng không táchđược chúng ra vì chúng chuyển hóa lẫn nhau theo một cân bằng
4) Các loại công thức biễu diễn cấu trúc không gian trên mặt phẳng giấy: + Công thức phối cảnh: Nguyên tử C no liên kết với 4 nguyên tử hoặc
nhóm nguyên tử Các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử này ở trên đỉnh của hình
tứ diện mà tâm là nguyên tử C đó Dựa vào thực tế là một vật càng ở xa mắt thìcảm thấy nhỏ đi và ngược lại người ta qui ước: Nét gạch thường biểu diễn liênkết trên mặt phẳng giấy, nét gạch gián đoạn biểu diễn liên kết hướng về phíasau tờ giấy (xa người quan sát), nét gạch đậm chỉ những liên kết hướng về phía
Trang 10trước tờ giấy (gần người quan sát)
+ Công thức chiếu Niumen: Nhìn dọc phân tử theo một liên kết nào đó(thường là liên kết C-C được lựa chọn có chủ ý) rồi chiếu tất cả các nguyên tửlên mặt giấy Nguyên tử C ở đầu liên kết gần mắt (C1) được thể hiện bằng 1vòng tròn và che khuất nguyên tử C đầu bên kia (C2) Các LK với C1 được nhìnthấy toàn bộ chúng xuất phát từ tâm hình tròn C1 Các LK với nguyên tử C2 chỉnhìn thấy phần ló ra từ chu vi hình tròn C1
Ví dụ: Propen CH3-CH=CH2
+ Công thức chiếu Fisơ: Đặt công thức phối cảnh của phân tử sao cho
nguyên tử C được chọn nằm trong mặt phẳng giấy, 1 ng.tử hoặc nhóm ng.tử ởbên phải và bên trái ng.tử C nằm trên trang giấy ; 2 ng.tử (nhóm ng.tử) còn lạinằm dưới trang giấy Chiếu CT phối cảnh đó lên mặt giấy thì được CT chiếuFisơ Các nhóm ở 2 đầu nét ngang ở gần người quan sát (a và b), 2 nhóm ở 2đầu nét gạch đứng ở xa người quan sát (c và d), giao điểm của chúng là ng.tử Cno
Chú ý: Từ CT chiếu Fisơ có thể suy ra CT phối cảnh hoặc CT Niumen CT
phối cảnh và CT Niumen có thể xoay theo những góc bất kì mà không chuyểnthành phân tử khác Nhưng không tùy tiện xoay CT Fisơ vì có thể chuyểnthành phân tử khác CT Fisơ chỉ có thể quay 1800 hay 3600 mới giữ nguyên cấuhình
Từ CT Niumen muốn đưa về CT Fisơ ta chuyển CT Niumen về CT phốicảnh dạng che khuất rồi chuyển thành CT Fisơ
Trang 11+ Phân tử phải cĩ bộ phận cứng nhắc (khơng cho ng.tử hay nhĩm ng.tử LKvới nĩ xoay tự do) như vịng no; nối đơi.
+ Ở mỗi ng.tử C của LK đơi (hoặc nhiều nối đơi liên tiếp) và ở ít nhất 2 ng.tử
C của vịng no phải cĩ 2 ng.tử hoặc nhĩm ng.tử khác nhau
Ví dụ: abC=Ca’b’ hay ab a’b’
+ Hệ abC=Ca’b’ Vd Stinben C6H5-CH=CH-C6H5
+ Hệ abC=Nc Vd : axetandioxim CH3C=NOH
+ Hệ aN=Nb cĩ thể a =b Vd : azobenzen C6H5N=NC6H5
+ Hệ gồm số lẻ nối đơi liên tiếp xem như 1 nối đơi
Ví dụ: đi phenyl-đi-m-nitrophenylbutatrien
m- NO2C6H4(C6H5)C=C=C=C(C6H5)C6H4NO2-m cĩ 2 dạng cis và trans + Hệ cĩ nhiều nối đơi riêng lẻ thì xét lần lượt từng nối đơi:
Vd : Cao su thiên nhiên ( cấu hình cis)
CH3-CH=CH-CH=CH-CH3 cĩ các đồng phân cis-cis; cis-trans; trans-trans
c) Trường hợp cĩ vịng no : Ví dụ: 1,2- đimetyl propan cĩ đpcis và trans
3) Danh pháp đồng phân hình học.
Mạch chính của anken cùng phía với nối đơi là cis, nếu mạch chính ở khác phíagọi là trans Đối với hợp chất vịng, hai nhĩm thế cùng phía so với mp vịng làcis khác phía là trans
b) Danh pháp syn- anti: (ít sử dụng) Thường dùng cho hợp
chất cĩ liên kết –N=N- và C=N
Vd: C6H5-N=N-C6H5 cĩ dạng syn (tương tự như cis) và anti (tương tự nhưtrans)
c) Danh pháp Z-E: Bao trùm cả 2 hệ danh pháp trên.
+ So sánh độ hơn cấp của các ng.tử hoặc nhĩm ng.tử ở nối đơi
- Ng.tử LK trực tiếp với ng.tử C nối đơi cĩ số hiệu ng.tử Z càng lớn thì độ hơn cấp
càng cao
Vd: Cấp của các nhĩm liên kết với Csp2 là: Cl > F> O>C>H
- Nếu 2 ng.tử LK với Csp2 là như nhau thì xét đến ng.tử tiếp theo nghĩa là ng.tử Lktrực tiếp với ng.tử thứ 1
Vd: C=O tương đương 2 nối C-O Nhĩm COOH sẽ là C(O,O,O)
CCH sẽ là C1(C,C,C) và C2(C,C,H)
Trang 12+ Danh pháp Z – E: abC=Ca’b’ Nếu độ hơn cấp a>b và a’>b’ Nếu a và
a’ cùng phía gọi là Z ( tiếng Đức Zusammen : cùng) Nếu chúng ở khác phíagọi là E (Engegen: đối)
4) Sự khác nhau về tính chất của các đồng phân hình học:
Hai đp hình học cơ bản giống nhau về tính chất hĩa học nhưng khác nhau vềmột số tính chất vật lí
a) Nhiệt độ nĩng chảy: Đp trans cĩ tính đối xứng cao hơn dễsắp xếp chặt khít hơn nên thường cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao hơn đp cis
b) Độ bền nhiệt động: Đp trans bền hơn cis, G0 nhỏ hơn
c) Momen lưỡng cực và nhiệt độ sôi: Tùy từng cấu tao cụ thể.
Thường chất cĩ mo men lưỡng cực lớn hơn thì cĩ nhiệt độ sơi cao hơn
Chất cĩ 2 nhĩm thế giống nhau kiểu aCH=CHa mơmen lưỡng cực của đồngphân trans =0 trong khi đồng phân cis cĩ mơmen lưỡng cức ≠ 0 Trường hợp cĩ
2 nhĩm thế khác nhau aCH=CHb mơmen lưỡng cực luơn khác khơng Nếu a và
b cùng đẩy hoặc cùng hút electron thì μ cis > μ trans; nếu a và b cĩ tính chấtelectron ngược nhau thì cho kết quả ngược lại
d) Tính axit của axit khơng no : Đp cis cĩ tính ax mạnh hơn đp
trans
e) Phản ứng tách nước của ax 1,2 –đicacboxylic : Dạng cis bị
tách nước thành anhydritaxit (nội phân tử) cịn dạng trans thì khơng
IV)
S Ơ LƯỢC VỀ ĐỒNG PHÂN QUANG HỌC :
1) Ánh sáng phân cực phẳng và tính quanh hoạt:
Ánh sáng thường gồm các sĩng điện từ mà vectơ dao động của chúnghướng theo tất cả các hướng trong khơng gian miễn là vuơng gĩc với phươngtruyền của tia sáng Khi cho as qua lăng kính Nicon sẽ được as mà vectơ daođộng của chúng nằm trong cùng 1 mặt phẳng gọi là mp phân cực đĩ là as phâncực hay as phân cực phẳng
Những chất khi đặt trên đường truyền của as phân cực phẳng mà làm quay
mp phân cực theo một gĩc nào đĩ gọi là chất quang hoạt Tính chất đĩ là tínhquang hoạt
2) Phân tử cĩ ng.tử C bất đối và vấn đề quang hoạt :
Khi trong phân tử cĩ ng.tử C đính với 4 ng.tử hay nhĩm ng.tử khác nhauCabcd sẽ sinh ra pt bất đối xứng và cĩ tính quang hoạt
Vd : CH3-CH(OH)-COOH ; Cl-CHI-SO3H; CFClBrI
Trong 1 pt cĩ thể cĩ 1 hay nhiều ng.tử C bất đối
Vd: Glucozo : CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH=O cĩ 4 ng.tử Cbất đối
Các phân tử bất đối cĩ tính quang hoạt
3) Đồng phân quang học :
+ Chất đối quang : Khi phân tử bất đối xứng thì bao giờ cũng cĩ cặp chất
đối xứng với nhau như vật và ảnh qua gương Hai phân tử đối xứng qua gương
Trang 13CHO
H OH
CH2OH
không bao giờ chồng khít lên nhau nghĩa là chúng là 2 chất riêng biệt Hai chất
đó gọi là hai chất đối quang còn gọi là đp quang học
+ Tính chaát: Các đp quang học có cấu tạo giống nhau nhưng khác nhau
về cấu hình dẫn tới sự bất đối xứng trong p.tử Các đp quang học có các tínhchất vật lí và hóa học thông thường giống nhau chỉ khác nhau ở tính chất vớiánh sáng phân cực
Vd: ax lactic CH3-CH(OH)-COOH có ng.tử C số 2 bất đối nên có 2 đpquang học Một đp làm quay mp as phân cực sang bên phải gọi là ax
L-(+)-lactic; một chất làm quay mp as phân cực sang trái gọi là ax D(-) lactic.
Hai đp này có góc quay mặt phẳng as phân cực như nhau nhưng đối nhau gọi là
hai chất đối quang.
Nếu phân tử có n ng.tử C bất đối thì chúng có thể có 2n đồng phân quanghọc trong đó có 2n/2 cặp đối quang (đồng phân enan) Các đồng phân quanghọc không đối quang gọi là đồng phân dia
Ví dụ: 2 – brom- 3- clobutan có 2 nguyên tử cacbon bất đối:
CH3 –C*HBr- C*HCl-CH3 có 4 đồng phân quang học trong đó có 2 cặp đốiquang
A B C D
Trong đó A với B; C với D là các đp enan A với C hay D; B với C hay D làcác đp dia
4) Danh pháp cấu hình : Gồm hệ danh pháp D,L và danh pháp R,S.
a) Danh pháp D,L : Xét phân tử glixerandehit CH2OH-CH(OH)-CHO Dùng công thức chiếu fisơ biễu diễn cấu hình trên mặt phẳng giấy sao cho: + Ng.tử C bất đối nằm trên mp giấy
+ Cạnh nằm ngang ở phía người quan sát, các nhóm a,b nằm trên cạnh này
ở phía trên mp giấy
H
CH 3
CH 3
H
H Cl
Br
CH 3
CH 3
Br
H Cl
H
CH 3
CH 3
H
Cl H
Br
Trang 14b) Danh pháp R,S: Bốn nhóm ng.tử ở C* được sắp xếp theo trình tự độ
hơn cấp a>b>c>d
Nhìn theo hướng C* - d nếu thứ tự a>b>c đi theo chiều kim đồng hồ ta nói
pt có cấu hình R (phải), trái lại trình tự đó ngược chiều kim đồng hồ pt có cấuhình S (trái)
Chú ý : Nếu nhìn vào ct chiếu Fiso mà d ở cạnh ngang thì ở đp R trình tự
a>b>c lại trái chiều kim đồng hồ còn đp S lại có thứ tự a>b>c thuận chiều kimđồng hồ
Cấu hình xác định theo qui tắc trên gọi là cấu hình tuyệt đối vì không phải so sánh với chất nào khác.
5) Biến thể Raxemic: Là tập hợp 2 chất đối quang có số mol bằng nhau nên
chúng bù trừ nhau về năng suất quay cực Biến thể raxemic không có tínhquang hoạt
6) Đồng phân meso: Khi phân tử có 2 trung tâm bất đối hoàn toàn đối xứng
với nhau thì không có đồng phân đối quang và được gọi là đồng phân meso Vd: Ax tactric HOOC-CHOH-CHOH-COOH có nguyên tử C bất đối lẽ ra
có 4 đp quang học nhưng thực tế 2 đp đối quang là S,S và R,R và 1 đp mesoR,S
BÀI TẬP MINH HỌA
1) Viết các đồng phân cấu tạo của các chất sau:
a C5H10 (chứa một vòng) b C5H11OH c C6H14 d C4H9Cl
2) Viết CTCT không gian các đồng phân cis-trans của axit sobic:
CH3-CH=CH-CH=CH-COOH
3) HSGQG-94: Những chất nào trong các chất sau có đồng phân
cis-trans: 2-brom-3-clobut-2-en; 1-brom- 1-clo-2-metylprop-1-en;
3-in-pent-1-en Viết CTCT không gian các đồng phân đó
4) Chỉ rõ đp nào (A hay B) là Z, đp nào là E:
cis-1,4-7) Một xeton trong tinh dầu bạc hà có tên là Menton và Adrenalin
là một hocmon của tuyến thượng thận Chúng có CTCT như sau:
Trang 15
H 3 C H
O CH(CH 3 ) 2
CH 2 NHCH 3
Xác định cấu hình mỗi chất là R hay S?
8) Xác định cấu hình tuyệt đối của các đồng phân có cấu tạo sau
10) Những chất sau đây có thể tồn tại bao nhiêu đồng phân lập thể
a 1–phenylethanol b 2–clo but–2–en c 1,2–dibromopentan.
11) Có bao nhiêu đp lập thể trong mỗi trường hợp sau, viết CTCTcủa chúng kèm theo các kí hiệu E,Z,R,S vào những chỗ thích hợp :
a) 1-brom-1-clo-2-metylbut-1-en b) 3-metylpenta-1,4-đien
c) 4-metylhepta-2,5-đien d) 2,5-dibromhex-3-en
12) Hợp chất nào có đồng phân quang học đối quang :
Cis-1,2-đimetylxyclohexan; Trans-1,2-đimetylxyclohexan Giải thích 13) Viết công thức tất cả các đồng phân hình học của hợp chất
C3H4BrCl và dùng danh pháp Z;E để gọi tên
14) Viết CTCT các đồng phân cis-trans của ax linoleic 9,12-dienoic); octa-2,4,6-trien
(octadeca-Hướng dẫn
1) a) vòng no có 5 đp b) ancol có 8 đp c) ankan có 5 đpd) có 4 đp
2) cis-cis; cis-trans; trans-cis; trans-trans
7) Độ hơn cấp như sau: C liên kết nhóm C=O > C liên kết nhóm CH2 > nhóm CH3
> H nhìn theo trúc C – H sẽ thấy chất này sẽ có cấu hình R
Độ hơn cấp LK với C bất đối là: OH> CH2NHCH3> C=C>H Nhìn theo trục
C-H ta có cấu hình ptử Adrenalin là R
8) Ba chất có tên gọi lần lượt là :
Trang 162(S),3(S)-2,3-điclobutan
axit 2(R),3(S)-2,3-đihydroxyl-2,3-đimetyl-butan-4-al-oic
2(R),3(S)-2-brom-3-clo butan
10) a (A) có 1 C* nên có 21 = 2 đồng phân quang học, (A) không có đồng phân
hình học Vậy (A) có 2 đồng phân lập thể
13) a= 1 nên có 1 nối C=C hay 1 vòng Trường hợp vòng có 1 chất tạo đp hình học
Z,E Trường hợp nối C=C có 5 chất tạo được đp hình học
14) ax linoleic (octadeca-9,12-dienoic) có 4 đp ; octa-2,4,6-trien có 7đp
CHỦ ĐỀ 2
QUAN HỆ GIỮA CẤU TRÚC PHÂN TỬ VỚI TÍNH CHẤT VẬT LÝ
CỦA CHẤT HỮU CƠ
oOo -SỰ CHUYỂN DỊCH MẬT ĐỘ ELECTRON Ở PHÂN TỬ
CHẤT HỮU CƠ I) HIỆU ỨNG CẢM ỨNG :
+ LK C-H không phân cực, nếu thay H bằng Cl thì Cl sẽ gây hiệu ứng cảm
ứng bằng cách kéo e lectron liên kết về phía nó gọi là hiệu ứng cảm ứng âm, kíhiệu –I Nếu nhóm đẩy e gọi là hiệu ứng cảm ứng dương +I như nhóm ankyl
II) HIỆU ỨNG LIÊN H ỢP :
Trang 171) Bản chất và phân loại:
+ Liên hợp - xảy ra khi 2 liên kết pi cách nhau bằng 1 liên kết đơn trong
đó các electron ở LK bội này xen phủ với các electron ở LK bội khác vàđược biểu diễn bằng mũi tên cong
+ Liên hợp p - : Ng.tử có cặp electron p chưa liên kết nối với ng.tử mang
liên kết pi tạo ra sự liên hợp p - được biểu diễn bằng mũi tên cong theo hướng
từ cặp e lectron p đến liên kết pi
2) Hiệu ứng liên hợp: Khi các nhóm ng.tử liên hợp với nhau thì mật độ
electron hoặc p của chúng bị thay đổi, bị chuyển dịch Đó là hiệu ứng liênhợp, kí hiệu bằng chữ C Nhóm hút electron hoặc p về phía mình là hiệu ứngliên hợp âm (-C) Nhóm liên hợp âm là các nhóm có LK bội với ng.tử có độ âmđiện lớn như nhóm NO2; C=O; …
Nhóm ng.tử khi tham gia liên hợp mà đẩy electron tới nhóm khác gọi là hiệuứng liên hợp dương (+C) Nhóm +C thường là nhóm có 1 hoặc 1 cặp electron pchưa chia (tự do) dù ng.tử mang chúng có độ âm điện lớn thì chúng cũng dịchchuyển đến chỗ có electron hoặc obitan trống như ng.tử Cl; O; F có cặp
III) HIỆU ỨNG SIÊU LIÊN HỢP:
Xảy ra khi có liên kết C-H ở vị trí đối với ng.tử C không no kí hiệu là Hbiểu diễn bằng mũi tên cong, sự liên hợp này làm dịch chuyển electron vào hệliên hợp Số liên kết C-H càng nhiều thì hiệu ứng siêu liên hợp càng mạnh.Ngược với LK C-H các LK C-F ở vị trí liên hợp gây hiệu ứng siêu liên hợp âm
Ví dụ: H3C-CH=CH2 có nhóm metyl gồm 3 liên kết đơn C-H gây hiệu ứng siêuliên hợp dương (+H) lên nối đôi C=C nhưng F3C-CH=CH2 thì 3 liên kết đơn F-
C lại gây hiệu ứng siêu liên hợp âm (-H) lên nối đôi C=C
QUAN HỆ GIỮA CẤU TRÚC PHÂN TỬ
VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Trang 18I) NHIỆT ĐỘ NÓNG CHẢY VÀ NHIỆT ĐỘ SÔI.
- KLPT càng lớn Lực hút VandeVan càng lớn nhiệt độ sôi càng cao
- Độ phân nhánh càng cao , nhiệt độ sôi chất đó càng giảm vì giảm sự tiếpxúc giữa các phân tử
Vd : isobutan có nhiệt độ sôi thấp hơn n-butan
- Anken và ankin có liên kết kép ở đầu mạch có nhiệt độ sôi thấp hơn ankantương ứng và thấp hơn đồng phân có liên kết kép ở phía trong mạch
- Nếu giữa các phân tử không có liên kết hidro thì phân tử nào phân cựcmạnh hơn (mo men lưỡng cực lớn hơn) sẽ có nhiệt độ sôi cao hơn
Vd : nhiệt độ sôi C6H14 < C4H9Cl < C4H9CH=O < C3H7NO2
- Sự có mặt của liên kết hidro liên phân tử làm tăng mạnh nhiệt độ sôi, LKhidro càng bền thì nhiệt độ sôi càng cao
- Phân tử có liên kết hidro nội phân tử thì nhiệt độ sôi thấp hơn đồng phânkhông có liên kết hidro nội phân tử
- Đồng phân cis có nhiệt độ sôi cao hơn đồng phân trans nhưng có nhiệt độnóng chảy thấp hơn
- Dẫn xuất halogen của anken sôi và nóng chảy thấp hơn dẫn xuất của ankantương ứng
II) TÍNH TAN TRONG DUNG MÔI:
- Những chất có cấu tạo tương tự nhau dễ tan vào nhau hơn, những chất phâncực kém dễ tan trong dung môi kém phân cực : benzen , CCl4 …Chất phân cựcmạnh dễ tan trong dung môi phân cực như nước , axit…
- Phần lớn những chất dễ nóng chảy và dễ sôi thì cũng dễ tan trong nhiềudung môi
- Hidrocacbon tan trong các dung môi không phân cực hoặc phân cực yếunhư ancol…,chúng không tan trong nước
- Dẫn xuất của hidrocacbon không có khả năng tạo liên kết hidro với nướcthì tan kém trong nước
- Dẫn xuất của hidrocacbon có khả năng tạo liên kết hidro với nước thì có thểtan ít nhiều trong nước Gốc hidrocacbon càng nhỏ thì càng dễ tan
- Những dẫn xuất có nhiều nhóm thế nếu tạo Lk hidro nội phân tử thì giảmkhả năng tan vào nước và tăng khả năng tan trong dung môi kém phân cực
BÀI TẬP MINH HỌA:
1) Xác định hiệu ứng của các nhóm thế sau khi liên kết với gốc phenyl: –Cl,–C(CH3)3,
4) So sánh độ dài liên kết C–Cl trong CH3CH2Cl và CH2=CH–Cl Giải thích
Trang 195) HSGQG 98 Hãy gọi tên và sắp xếp các hợp chất sau theo thứ tự tăng dần
nhiệt độ sôi Giải thích
(CH3)4C(1) ; CH3(CH2)4CH3(2) ; (CH3)2CHCH(CH3)2(3); CH3(CH2)3CH2OH(4) ;(CH3)2COHCH2CH3(5).
6) Điền các giá trị nhiệt độ sôi sau: 2400C; 2370C; 2850C cho 3 đp củabenzendiol và giải thích
7) Sắp xếp nhiệt độ nóng chảy các chất trong mỗi dãy sau Giải thích?
a) benzene, etylbenzen, toluene
b) m-xilen và p-xilen
c) trans-stiben và cis-sitiben ( 1,2-diphenyleten)
8) So sánh khả năng tan trong nước của các chất sau
a (1) HO(CH2)4OH, (2) HO(CH2)3CHO, (3) C3H7CHO
b (1) C6H5NH3Cl, (2) C6H5NH2, (3) C2H5NH2
9) So sánh nhiệt độ nóng chảy và momen lưỡng cực của 2 acid sau:
(1) acid iso-Crotonic (2) acid Crotonic
10) HSGQG 2005: Sắp xếp có giải thích theo thứ tự tăng dần nhiệt độ nóng
a Chất nào tan tốt trong nước? Chất nào tan kém trong nước
b Chất nào tan tốt trong benzen? Chất nào tan kém trong benzen
Sắp xếp theo thứ tự tăng dần tính tan của các chất Giải thích?
12) HSGQG Cho các hợp chất sau : etanol, C10H21OH ; glixerol ; phenol ;ancol benzylic ; anilin ; axit axetic ; glucozơ ; etan và hexan
a Cho biết những chất tan tốt , tan kém trong nước
b.Viết CT các dạng LK hidro giữa các phân tử phenol và etanol Dạng LK nàobền nhất và kém bền nhất?
13) HSGQG 2000: Có 5 lọ đựng riêng biệt các chất: cumen(A), ancol
benzylic(B), metylphenylete(C), benzandehit(D) và ax benzoic(E) BiếtA,B,C,D là các chất lỏng Hãy sắp xếp chúng theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi.Giải thích
Hướng dẫn
1) Khi liên kết với gốc phenyl thì:
–CHO, –NO2, –C≡N gây hiệu ứng –I, –C; –Cl gây hiệu ứng –I, +C
–N+(CH3)3 gây hiệu ứng –I ; –C(CH3)3 gây hiệu ứng +I; –CH2CH3 gây hiệu ứng+I,+H
2) So sánh độ bền:
a (3) > (2) > (1) b (3) > (2) > (1) c (3) > (2) > (1).
Trang 203) Do ảnh hưởng của hiệu ứng siêu liên hợp +H của nhóm CH2Cl và –H củanhóm CCl3 đối với gốc phenyl.
4) Độ dài liên kết C–Cl trong CH2=CH–Cl ngắn hơn trong CH3–CH2–Cl vì:
- CH3–CH2→Cl có hiệu ứng –I - Ngoài hiệu ứng –I còn có thêmhiệu ứng +C làm giảm độ dài liên kết C–Cl (làm độ dài liên kết C–Cl ngắn hơnliên kết C–Cl bình thường đồng thời làm liên kết C=C dài hơn độ dài liên kếtC=C bình thường)
5) Ancol có nhiệt độ sôi cao hơn hidrocacbon vì có LK hidro liên phân tử Ptử(4) mạch cacbon không nhánh nên kích thước ptử nhỏ hơn (5) vậy nhiệt độ sôi(4)>(5)
(2) và (3) là đồng phân nhưng (2) có mạch cacbon không nhánh nên nhiệt độ sôi(2) >(3) (1) có nhiệt độ sôi thấp nhất vì KLPT bé và mạch cacbon phân nhánh.6)
(1) 240 o C (2) 273 o C (3) 285 o C
(1) có liên kết hydro nội phân tử nên nhiệt độ sôi là bé nhất (2), (3) đều có liênkết hydro liên phân tử nhưng liên kết hydro của (3) bền hơn của (2) do ít bị cảntrở về mặt không gian
7) Giải thích:
a) Nhiệt độ nóng chảy tăng khi KLPT tăng
b) p-xilen có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so kích thước phân tử nhỏhơn nên sắp xếp chặt khít hơn so với m-xilen
c) Đồng phân trans có nhiệt độ nóng chảy cao hơn (giải thích tương tựcâu b)
8) a (1) > (2) > (3) b (1) > (3) > (2).
- Nhiệt độ nóng chảy của (2) > (1)
- momen lưỡng cực của (2) > (1)
10) Nhiệt độ nóng chảy C < A < B Do MC < MA còn B có thêm LK hidro liênphân tử giữa ng.tử N của p.tử này với H trong nhóm COOH của ptử khác.11) Nước là dung môi phân cực, benzen là dung môi không phân cực Nhữngchất phân cực càng mạnh càng dễ tan trong nước và khó tan trong benzen,ngược lại những chất phân cực kém lại dễ tan trong benzen và khó tan trongnước
Độ phân cực của các phân tử giảm như sau:
NH4Cl(hợp chất ion) > NH3(p.tử hình tháp đỉnh N tích điện âm đáy là 3 ng.tử
H tích điện dương) >SO2 (p.tử dạng gấp khúc O=S=O; S tích điện dương, 2ng.tử O tích điện âm )> CO2 (cấu trúc thẳng hàng O=C=O, không phân cực)>CCl4 (LKCHT không cực) Khi vào nước p.tử CO2 sẽ có lực tương tác cảmứng với lưỡng cực nước mạnh hơn lực cảm ứng giữa nước và và CCl4 do liênkết C=O là liên kết phân cực
Vậy:
Trang 21a) Tính tan trong nước tăng theo thứ tự: CCl4 < CO2 < SO2
Chất tan kém trong nước là các chất C10H21OH, phenol, ancol benzylic, anilinmặc dù có tạo LK hidro với nước nhưng phân tử có gốc hidrocacbon lớn vì thếkhó tan vào nước Etan, hexan không tan trong nước
b) Có 4 dạng LK hidro giữa etanol và phenol gồm: C2H5-OH…OH-C2H5(1);
C6H5-OH…OHC6H5 (2); C2H5-OH…OH-C6H5(3)và C6H5-OH…OH-C2H5(4)
Do hiệu ứng –C của gốc phenyl trong phenol và hiệu ứng +I của gốc etyl trongancol mà ng.tử H trong nhóm OH của phenol tích điện dương lớn hơn ng.tử Htrong OH của ancol, ng.tử O của ancol tích điện âm lớn hơn ng.tử O của phenolnên dạng liên kết (4) là bền nhất Dạng kém bền nhất sẽ là dạng (3)
13) Ancol B và Ax E đều có Lk hidro liên phân tử nhưng E vừa có LK Hidroliên phân tử bền vừa có KLPT lớn nên nhiệt độ sôi cao hơn B Ptử D phân cựchơn so với C nên nhiệt độ sôi D cao hơn C A có nhiệt độ sôi thấp nhất vì kíchthước ptử lớn và kém phân cực nhất
CHỦ ĐỀ 03
PHẢN ỨNG HỮU CƠ Phản ứng hữu cơ là sự biến đổi các LK trong p.tử làm phá vỡ LK cũ hình thành LK mới dưới tác dụng của các điều kiện và tác nhân phản ứng dẫn đến sự tạo thành p.tử mới.
I) PHẢN ỨNG PHÂN CỰC (PHẢN ỨNG DỊ LI)
1) Cacbocation và Cacbanion:
+ Trong những điều kiện nhất định những LK phân cực trong p.tử có thể bị
phân cắt không đồng đều: ng.tử có độ âm điện lớn chiếm luôn cả cặp electronchung trở thành tiểu phân tích điện âm ng.tử (nhóm ng.tử) còn lại mang điệntích dương Đó là sự phân cắt dị li pứ được gọi là pứ dị li (phản ứng phân cực) Vd: (CH3)3C-Br (CH3)3C+ + Br- (1)
(C2H5OOC)2CH-H + NaOC2H5 (C2H5OOC)2CH- Na+ + C2H5OH (2) (CH3)2C=CH2 + H+ (CH3)2C+-CH3 (CH3)2C-Cl (3)
Cation (CH3)3C+ mang điện tích 1(+) gọi là cacbocation kí hiệu R+ Anion(C2H5OOC)2CH- mang điện tích 1(-) gọi là cacbanion , kí hiệu R- Chúng lànhững tiểu phân rất không bền chỉ sinh ra tức thời rồi bị biến đổi ngay thànhcác hợp chất bền hơn nên gọi là tiểu phân trung gian Độ bền của tiểu phântrung gian phụ thuộc cấu trúc của chúng: hiệu ứng electron nào làm giải tỏa(giảm bớt) điện tích của ng.tử Cacbon sẽ làm cho ion đó bền hơn
Vd:
C H CH CH CH CH CH CH CH C H OOC CH C H OOCCH
C H CH6 5 2 CH2 CH CH 2CH3 CH2 CH2;(C H OOC CH2 5 ) 2 C H OOCCH2 5 2
Trang 22Tiểu phân trung gian có thời gian sống càng ngắn càng ít có xác suất chuyểnhóa theo hướng tạo sản phẩm mong đợi ngược lại nếu càng bền càng có xácsuất lớn chuyển thành sản phẩm Vì vậy pứ hữu cơ ưu tiên xảy ra theo hướngtạo tiểu phân trung gian bền hơn.
Vd: CH2=CH-CH3 + HCl sản phẩm chính là CH3-CHCl-CH3
2) Tác nhân electronphin và tác nhân nucleophin:
+ Chất hữu cơ tác dụng chất vô cơ thì chất hữu cơ gọi là chất phản ứng cònchất vô cơ gọi là tác nhân pứ Nếu 2 chất hữu cơ tác dụng với nhau thì chất hữu
cơ đơn giản hơn gọi là tác nhân pứ
Vd: Propen tác dụng HCl thì propen là chất pứ Ở giai đoạn 1 tác nhân pứ làion H+ còn ở giai đoạn 2 tác nhân pứ là ion Cl-; chất pứ là cacbocation
chất electronphin đóng vai trò tác nhân pứ thì nó gọi là tác nhân electronphin.
Chất electronphin, tác nhân electronphin kí hiệu là E+
+ Các anion như cacbanion…và những p.tử có các electron như anken,aren…hoặc có cặp e tự do như NH3, H2O, amin…có ái lực cao với điện tíchdương nên gọi là các chất nucleophin (ưa hạt nhân) Khi chất nucleophin đóng
vai trò tác nhân pứ thì nó được gọi là tác nhân nucleophin Chất nucleophin,
tác nhân nucleophin kí hiệu là Nu-
II) PHẢN ỨNG KHÔNG PHÂN CỰC (PHẢN ỨNG ĐỒNG LI):
1) Phản ứng với sự tham gia của gốc tự do:
Sự phân cắt đồng đều cặp electron LK giữa 2 ng.tử trong p.tử gọi là sự phân
cắt đồng li sẽ sinh ra các gốc tự do Kí hiệu R.
1) Phản ứng thế Kí hiệu bằng chữ S (viết tắt của Substitution); Nếu tác nhân
tấn công là gốc tự do gọi là cơ chế pứ thế gốc tự do kí hiệu là SR ; Tác nhân tấn
Trang 23công thuộc loại electrophin gọi là cơ chế thế electrophin SE ; tác nhấn tấn công
là chất nucleophin gọi là pứ thế nucleophin SN
2) Phản ứng cộng Kí hiệu bằng chữ A (viết tắt của Addition) Tùy theo bản
chất của tác nhân tấn công ở gđ quyết định tốc độ pứ chia ra pứ cộng gốc AR;cộng electronphin AE; cộng nucleophin AN
3) Phản ứng tách Kí hiệu bằng chữ E (viết tắt của Elimination).
4) Phản ứng phân hủy Pứ xảy ra làm mạch p.tử bị phá hủy đến mức không thể
nhận ra là sự thế hay sự tách Ví dụ: pứ nhiệt phân metan; pứ đốt cháy chất hữucơ…
5) Phản ứng đồng phân hóa: Thay đổi vị trí nối đôi; thay đổi vị trí không gian;
chuyển vị
IV) PHẢN ỨNG OXIHOA- KHỬ TRONG HÓA HỮU CƠ:
Qui tắc xác định số oxi hóa; chất khử - chất oxi hóa; sự khử - sự oxi hóa vàphương pháp cân bằng phản ứng tương tự như phản ứng giữa các chất vô cơ
Bậc của pứ là bậc hai suy ra ở giai đoạn quyết định vận tốc pứ hai chất đầu pứ
phải tương tác trực tiếp với nhau Số p.tử tương tác trực tiếp là 2 nên phân tử
số của pứ là hai nghĩa là pứ lưỡng p.tử.
Khi obitan giàu e của I- tiếp xúc được với obitan nghèo e của ng.tử C liên kếtvới brom sẽ xảy ra tương tác xen phủ thắng lực đẩy VandeVan
I- + CH2(CH3)-Br tạo ra trạng thái chuyển tiếp I- CH2(CH3) Br- dẫn đến
sự tạo ra sp (1)
Cơ chế thế trên gọi là cơ chế thế nucleophin lưỡng p.tử viết tắt là SN2 (chữ S
là viết tắt của pứ thế, chữ N chỉ tác nhân tấn công giai đoạn quyết định lànucleophin, số 2 chỉ p.tử số của pứ)
2) Phản ứng nhiều giai đoạn:
Xét pứ thủy phân tert-butylbromua bằng ddNaOH:
(CH3)3C-Br + NaOH (trong nước) (CH3)3C-OH + NaBr (2)
Tốc độ pứ chỉ phụ thuộc vào nồng độ tert-butylbromua: v= k[(CH3)3CBr] nênbậc của pứ là một
Sỡ dĩ pứ là bậc một vì pứ này đã đi qua 2 giai đoạn:
(CH3)3C-Br (CH3)3C+ + Br- (3); (CH3)3C+ + OH- (CH3)3C-OH (4)
Trang 24Pứ (3) là đơn p.tử; pứ (4) là lưỡng p.tử nhưng pứ (3) xảy ra chậm hơn nênquyết định tốc độ pứ này vì thế pứ này là bậc một Pứ này là pứ thế nucleophinđơn p.tử viết tắt là SN1.
Pứ (2) qua 2 giai đoạn, mỗi gđ đều trải qua 1 trạng thái chuyển tiếp
Như vậy pứ nhiều gđ thì gđ chậm nhất quyết định tốc độ pứ
VI) CHIỀU VÀ HƯỚNG CỦA PHẢN ỨNG HỮU CƠ:
1) Chiều diễn biến của pứ hữu cơ:
Tiêu chuẩn xét chiều diễn biến của 1 pứ hh ở nhiệt độ và áp suất đã cho là biếnthiên năng lượng tự do G (năng lượng Gip): G = H -TS
H là entanpi của pứ; S là biến thiên entropi; T là nhiệt độ tuyệt đối
H thể hiện chủ yếu xu hướng tương tác giữa các nguyên tử các p.tử hướng tới
sp mới có năng lượng (thế năng) thấp hơn H gọi là hiệu ứng nhiệt của phảnứng
> 0 là pứ thu nhiệt
Đại lượng S (biến thiên entropi) thể hiện một qui luật của tự nhiên là mọi vật
luôn có xu hướng tiến tới phân bố hỗn loạn Entropi(S) là thước đo mức độ hỗn loạn của hệ Khi chuyển từ hệ trật tự sang hệ kém trật tự (hỗn loạn) hơn
thì S >0 Như vậy pứ làm tăng thể tích như pứ tách, hủy thì S > 0 còn pứcộng, kết hợp thì S < 0 Trong cùng 1 chất Srắn < Slỏng < Skhí
Cách tính S : Lấy tổng S của các sp trừ đi tổng S của các chất đầu
Ở 250C giá trị H và S của mỗi chất gọi là giá trị chuẩn H0 ; S0
Chiều pứ phụ thuộc dấu của G Nếu G < 0 thì pứ tự xảy ra đến cùng màkhông cần cung cấp năng lượng cho nó Nếu G > 0 thì pứ xảy ra theo chiềungược lại, G = 0 thì pứ ở trạng thái cân bằng
Ở nhiệt độ thấp giá trị T nhỏ nên đại lượng TS ít có ý nghĩa chiều pứ được quyết định bởi dấu và giá trị của H
Vd: Ở nhiệt độ thường những pứ tỏa nhiệt thì xảy ra tự phát còn pứ thu nhiệtthì không xảy ra
Ở nhiệt độ cao giá trị (-TS) có ý nghĩa Khi S > 0 thì - TS càng âm nên G càng nhỏ, khả năng xảy ra pứ càng lớn Nếu S<0 thì cho kết quả ngược lại, khả năng xảy ra càng giảm khi nhiệt độ tăng.
Ở nhiệt độ rất cao thì dấu và giá trị của G được quyết định bởi đại lượng -T S vì thế dù pứ thu nhiệt H >0 nhưng nếu S >0 và nhiệt độ đủ cao thì G <0 và pứ xảy ra được.
Vd: CH4 + H2O CO + 3H2 có xảy ra không?