Tài liệu Cau dang va Danh Phap Xicloankan

Tên của hiđro kiểu spiro gồm các bộ phận hợp thành theo trình tự sau đây: spiro + [các số nguyên tử cacbon riêng từ số lớn đến số nhỏ] + tên hiđrocacbonmạch hở tương ứng.. Tên của hiđroc

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 là polixicloankan ?Công thức chung của monoxicloankan là gì ?

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 xicloankan sau:

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

Mạch cacbon được đánh số hết vòng nhỏ đến vòng lớn, bắt đầu từ một nguyên tử

ở kề nguyên tử chung

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

spiro + [các số nguyên tử cacbon riêng (từ số lớn đến số nhỏ)] + tên hiđrocacbonmạch 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 một đỉnh), đến cácnguyên tử của cầu nối dài nhất, tiếp đến các cầu nối ngắn hơn

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

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

Ví dụ:

bixiclo[4.3.0]nonan

3 4 5

6 7

8

9

Bài 5. Hãy gọi tên cho các hợp chất sau

6 7

8

9 10

Bài 9.Vẽ công thức cấu tạo của các hiđrocacbon hai vòng no sau:

(a) Bixiclo[2.2.1]heptan

3 4

(c) bixiclo[3.2.1]octan

bixiclo[3.2.1]octan

(d) 8-metylbixiclo[3.2.1]octan

1 2

3

4 5 6

7 8

Bài 11. Đọc tên các chất sau:

CH3

Cl

CH3Cl

Bài 15. Vì sao nói liên kết C-C trong xilopropan được gọi là “liên kết quả chuối” ?

 Xiclopropan là hợp chất vòng no duy nhất có cấu tạo phẳng Theo quan niệm hiệnđại, phần xen phủ cực đại của các đám mây electron không nằm trên đường thẳng nốiliên hai nguyên tử cacbon mà có sự uốn cong Sự uốn cong này làm cho phần xen phủđám mây electron có giảm đi, nhưng sắp xếp như thế có lợi về mặt năng lượng Các liênkết C-C này được gọi là “liên kết quả chuối”, nó mang tính chất trung gian giữa liên kết

σ và π bình thường 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 phẳng của tam giácđều (600) Xiclopropan rất dễ bị mở vòng dưới tác dụng của hiđrohalogenua, Br2 và bịhiđro 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 mộtvòng ngoài sức căng góc Baeyer có có một lực đẩy nữa đó là lực đẩy giữa các nguyên

tử hiđro ở trạng thái che khuất một phần hay toàn phần gây nên, đo đó một vài nguyêncacbon của vòng bị lệch ra khỏi mặt phẳng 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 trịkhoảng 20-250 Tính không phẳng của xiclobutan được chứng tỏ từ các dữ kiện thựcnghiệm của giản đồ Rơnghen, giản đồ electron, momen lưỡng cực, phổ cộng hưởng từhạt nhân và một số phương pháp khác Nguyên nhân chủ yếu để xiclobutan tồn tại dạngkhông phẳng là để giảm sức căng Pitz

Bài 18. Xiclopentan tồn tại hai cấu dạng không phẳng: dạng “phong bì” và dạng

“nửa ghế” Hãy vẽ hai cấu dạng này và cho biết dạng nào có tâm đối xứng, dạng nào cótrục đối xứng

 Nếu giả sử phân tử xiclopentan nằm trên một mặt phẳng thì góc lệch 0044, do đó coinhư không có sức căng Baeyer Nhưng ở đây 5 liên kết C-C ở dạng che khuất nên lạixuất hiện sức căng Pitz Thực tế xiclopentan tồn tại hai cấu dạng không phẳng là cấudạng phong bì có mặt phẳng đối xứng nên còn gọi là cấu dạng Cs Cấu dạng nửa ghế cótrục đối xứng bậc hai nên còn gọi là cấu dạng C2.

Lưu ý: Khi thực hiện phép quay phân tử xung quanh trục đối xứng C n một góc ϕ = 2nπ

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 của xiclohexan bền nhất ?Giải thích ?

 Cấu dạng ghế bền hơn cấu dạng thuyền, vì nó có thế năng thấp nhất Nguyên nhândẫn đến sự khác nhau về độ bền giữa hai dạng ghế và thuyền là lực đẩy tương tác giữacác nguyên tử hiđro của vòng Ở dạng ghế tất cả đều 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 bốxen kẻ, còn hai hệ thống 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 Tổngcộng 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 hai mặt phẳngsong song Mặt phẳng thứ nhất chứa C1, C3 và C5 ; mặt phẳng thứ hai chứa C2, C4 và C6.Trục đối xứng bậc ba của phân tử thẳng góc với hai mặt phẳng 12 liên kết C-H đượcchia làm hai nhóm: nhóm thứ nhất gồm 6 nguyên tử H song song với trục đối xứng bậc

ba ( 3 liên kết hướng lên 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 biên phân tử(tạo với trục đối xứng một góc 1090 được gọi là liên kết biên, kí hiệu là e (equatorial)

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

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 gắn vào dưới haytrên?

 Bài giải

(a) Nhóm CH3 là liên kết trục (a)

CH36

(b) C-1 kém bền hơn C-4, vì liên kết trục kém bền hơn liên kết biên (e)

CH31

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

Bài 24. So sánh tính bền của đồng phân lập thể 1,3,5-trimetylxiclohexan.

 Tất cả nhóm CH3 là equatorial trong cis-1,3,5-trimetylxiclohexan nên nó bền hơn

trans-1,3,5-trimetylxiclohexan có chứa một nhóm CH3 là axial

CH3H

CH3H H

H

CH3

HC(CH3)3

trans-1-tert-butyl-3-metylxiclohexan

 (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

H3C

H

HC(CH3)3

cis-1-tert-butyl-3-metylxiclohexan

 (c) trans-1-tert-butyl-4-metylxiclohexan cả hai nhóm tert-butyl và C-4 metyl đều là

equatorial

HC(CH3)3

trans-1-tert-butyl-4-metylxiclohexan

H3C

H

 (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

HC(CH3)3

Bài 27.Viết các đồng phân và gọi tên của hiđrocacbon có hai vòng nhưng không chứanhóm thế ankyl có công thức phân tử C6H10

 nobonan

Vòng 6 cạnh của nobonan ở dạng thuyền

monoclo nobonan có 4 đồng phân:

Xicloheptan 1108,20 Xicltriđecan 2051,40

Xiclooctan 1269,20 Xiclotetrađecan 2203,60

Hãy tính nhiệt đốt cháy của nhóm metylen trong mỗi xicloankan Hãy tính sức căng góctrong các xicloankan trên Biết rằng xiclohexan là tượng trưng cho hệ không có sứccăng góc (sức căng góc tự do) Hãy liệt kê các loại sức căng góc trong các vòng có kíchthước khác nhau

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

n Nhiệt đốt

cháykcal/mol

Nhiệt đốt cháycủa CH2

kcal/mol

Nhiệt đốt cháykhông có sứccăng góc kcal/mol

Sức cănggóckcal/mol

Sức căng góc giảm dần từ xiclopropan đến xiclohexan Vì có sự kết hợp sức căng góc(sức căng Bayer) và sự đẩy tương hỗ giữa các nhóm thế ở vị trí che khuất (sức căngPitzer) Các vòng lớn n ≥ 12 sức căng góc nhỏ không đáng kể Các vòng trung bình (C7-

C11) có sức căng góc

(b) Entropi ảnh hưởng đến cấu dạng của vòng nhỏ Những vòng này có khả năng đóngvòng lớn ngay cả khi có sức căng Những vòng lớn có thể tạo ra với hiệu suất hợp lý vìchúng có sức căng góc bé và yếu tố entropi có thể vượt qua bằng sự lựa chọn điều kiệnphản ứng phù hợp Các vòng trung bình về mặt entropi và sức căng đều không thuận lợinên hiệu suất phản ứng nhỏ

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

H H

CH3

CH3H

Hai cấu dạng này có độ bền như nhau

Bài 32.Vẽ cỏc cấu dạng ghế của trans-1,3-dimetylxiclohexan và 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

Hai cấu dạng này có độ bền như nhau.

Bài 34. (a) 2-Isopropyl-5-metylxiclohexanol cú 4 đồng phõn cis – trans, hóy viếtcỏc đồng phõn đú (b) Vẽ cấu dạng của cỏc đồng phõn đú Trong số 4 đồng phõn đúđồng 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 thớch tại sau 1,2-dimetylxiclohexan cú đồng phõn hỡnh học trong khi

đú 1,2-dimetylxiclododecan thỡ khụng ?

Di vũng xiclododecan đủ lớn để cỏc nhúm nguyờn tử cú thể quay tự do, vỡ thế nú khụngthể tồn tại đồng phõn cis-trans.

Bài 36.Viết cụng thức cỏc đồng phõn lập thể khụng đối quang(đồng phõn lập thể đi - a ) của 2 - clo - 1,3 - đimetylxiclohexan và cho biết cấu trỳc sản phẩm tạo thành khi chocỏc đồng phõn đú tỏc dụng với CH3ONa

 Bài giải

CH3

CH3Cl

CH3Cl

CH 3

CH 3

CH3Cl

Không tách được vì H ở C bên cạnh không đồng phẳng

và đều ở vị trí cis đối với clo.

H

CH3H

Bài 37.Sáu hiđrocacbon A, B, C, D, E, F đều có công thức phân tử C4H8 Cho từng chất vào brom trong CCl4 khi không chiếu sáng thì thấy A, B, C, D tác dụng rất nhanh., Etác dụng chậm hơn, còn F thì hầu như không phản ứng Các sản phẩm thu được từ B

và C là những đồng phân quang học không đối quang(đồng phân lập thể đi - a) của nhau Khi cho tác dụng với H2(Pd, t0) thì A, B, C đều cho cùng một sản phẩm G B

có nhiệt độ sôi cao hơn C

1 Xác định công thức của 6 hiđrocacbon trên Giải thích?

2 So sánh nhiệt độ sôi của E và F

3 Nếu có C, D, E, F Hãy nêu phương pháp hoá học nhậh biết chúng

- 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:

CH3 C CH2

CH3

Vì B, C tác dụng với Br2/CCl4 cho những đồng phân quang học không đối quang củanhau(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 hơn).

B: CH3

C C

CH3

HH

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 30, 31, 32, 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.

[11.] http://depts.washington.edu/chemcrs/bulkdisk/chem237B_aut06/handout_Chapter_3_CH EM237Baut06.pdf