Xây dựng và xây dựng hệ thống bài tập tổng hợp hữu cơ dùng bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học ở trường trung học phổ thông

Khái niệm bài tập hoá học [21], [34] Hiện nay, bài tập hóa học đ-ợc hiểu theo quan niệm của các nhà lý luận dạy học Liên Xô cũ, đó là những bài toỏn, những cõu hỏi hay đồng thời cả bài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

- -

PHẠM THỊ ANH

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP TỔNG HỢP HỮU CƠ DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Vinh - 2010

Bộ giáo dục và đào tạo

Tr-ờng đại học vinh - -

Phạm THị Anh

Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập

tổng hợp hữu cơ dùng bồi d-ỡng Học sinh giỏi Hóa học ở tr-ờng Trung học phổ thông

Chuyên ngành: Lý luận và ph-ơng pháp dạy học hoá học

Mã số: 60.14.10

Luận văn thạc sĩ giáo dục học

Vinh - 2010

Lời cảm ơn

Công trình luận văn này đã đ-ợc hoàn thành nhờ sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo tiến sĩ Cao Cự Giác và các thầy cô trong khoa Hóa học, khoa Sau đại học tr-ờng Đại học Vinh

Ngoài ra còn có sự động viên giúp đỡ vô cùng quý báu của gia đình tôi, Ban giám hiệu nhà tr-ờng, thầy cô giáo và các em học sinh của tr-ờng THPT Lê Viết Thuật, tr-ờng THPT Nghi Lộc 3

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo tiến sĩ Cao Cự Giác về sự h-ớng dẫn tận tình đầy tâm huyết trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa Hóa học, khoa Sau đại học tr-ờng Đại học Vinh, gia đình tôi, đến Ban giám hiệu nhà tr-ờng, thầy cô và các em học sinh của các tr-ờng thực nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Vinh, ngày 5 tháng 1 năm 2011

Phạm Thị Anh

về các môn học ngay ở bậc phổ thông là b-ớc khởi đầu quan trọng để xây dựng nguồn nhân tài t-ơng lai cho đất n-ớc Nhiệm vụ này phải đ-ợc thực hiện th-ờng xuyên trong quá trình dạy học, qua các kỳ thi chọn và bồi d-ỡng học sinh giỏi các cấp

Hà ng năm, chúng ta luôn tổ chức các cuộc thi học sinh giỏi (HSG) môn hoá học để phát hiện những em có năng khiếu nên việc tổng kết, đúc rút kinh nghiệm bồi d-ỡng học sinh giỏi hoá học là rất cần thiết và mang tính thiết thực, góp phần nâng cao chất l-ợng giáo dục

Trong giảng dạy cũng nhƣ trong bồi dƣỡng HSG, bà i tập tổng hợp hữu cơ có vị trí hết sức quan trọng Nó không những góp phần giúp học sinh hiểu rõ về lý thuyết hoá hữu cơ, về thực tế tổng hợp và sản xuất các chất hữu cơ mà hơn hết là khi giải loại bà i tập nà y, các năng lực tƣ duy cũng nhƣ trí tuệ của học sinh đƣợc nâng cao như cố thð tướng Ph³m Văn Đồng đ± nói: ‚Gi²o dục ở nh¯ trường điều chð yếu không ph°i l¯ rèn trí nhớ m¯ l¯ rèn trí thông minh‛ Tuy nhiên, hiện nay chƣa có nhiều công trình nghiên cứu về bà i tập tổng hợp hữu cơ dùng bồi dƣỡng HSG một cách có hệ thống

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tà i: ‚Xây dựng v¯ sử dụng

hệ thống bài tập tổng hợp hữu cơ dùng bồi d-ỡng HSG Hoá học ở tr-ờng THPT‛

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng các dạng bài tập cơ bản, nâng cao về tổng hợp chất hữu cơ để bồi d-ỡng học sinh giỏi hoá ở bậc THPT

3 Nhiệm vụ của đề tài

1 Nghiên cứu cơ sở lý luận có liên quan đến đề tài

2 Nghiên cứu ch-ơng trình hoá học phổ thông ban khoa học tự nhiên, ch-ơng trình chuyên hoá học, phân tích các đề thi HSG cấp tỉnh, cấp quốc gia

3 Lựa chọn, xây dựng và hệ thống các dạng bài tập hoá học về tổng hợp chất hữu cơ nhằm bồi d-ỡng HSG

4 Thực nghiệm s- phạm nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống các dạng bài tập

4 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng đ-ợc hệ thống bài tập tổng hợp hữu cơ dùng bồi d-ỡng học sinh giỏi thì sẽ nâng cao đ-ợc hiệu quả quá trình bồi d-ỡng HSG hoá ở bậc phổ thông

5 Khách thể và đối t-ợng nghiên cứu

Khách thể nghiên cứu: Công tác bồi d-ỡng học sinh giỏi ở tr-ờng THPT

Đối t-ợng nghiên cứu: Các dạng bài tập về tổng hợp chất hữu cơ để bồi

d-ỡng học sinh giỏi hoá học THPT

6 Ph-ơng pháp nghiên cứu

6.1 Ph-ơng pháp nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu cơ sở lý luận có liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu các tài liệu về hoá hữu cơ, tổng hợp hữu cơ

- Nghiên cứu cấu trúc, nội dung ch-ơng trình sách giáo khoa hoá học, tài liệu chuyên hoá và h-ớng dẫn nội dung thi chọn HSG tỉnh, quốc gia của Sở và Bộ GD - ĐT

6.2 Ph-ơng pháp nghiên cứu thực tiễn

- Tìm hiểu quá trình dạy và bồi d-ỡng HSG hoá học ở khối THPT, từ đó đề xuất vấn đề cần nghiên cứu

- Trao đổi, tổng kết kinh nghiệm về vấn đề bồi d-ỡng HSG với các giáo viên

có kinh nghiệm trong lĩnh vực này ở các tr-ờng phổ thông

Ch-ơng 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài 1.1 Bài tập hoá học

1.1.1 Khái niệm bài tập hoá học [21], [34]

Hiện nay, bài tập hóa học đ-ợc hiểu theo quan niệm của các nhà lý luận dạy học Liên Xô (cũ), đó là những bài toỏn, những cõu hỏi hay đồng thời cả bài toỏn và cõu hỏi thuộc về húa học mà trong khi hoàn thành chỳng, học sinh nắm đƣợc một

tri thức hay kĩ năng nhất định

1.1.2 Phân loại bài tập hóa học [26]

Có nhiều cách phân loại bài tập hóa học khác nhau dựa trên các cơ sở khác nhau Sau đây là một số cách phân loại:

- Dựa vào khối l-ợng kiến thức có thể chia thành bài tập cơ bản và bài tập tổng hợp

- Dựa vào tính chất bài tập có thể chia thành bài tập định tính và bài tập định l-ợng

- Dựa vào tính chất hoạt động của học sinh khi giải bài tập có thể chia thành bài tập lý thuyết và bài tập thực nghiệm

- Dựa vào hình thức ng-ời ta có thể chia bài tập hoá học thành hai nhóm lớn: bài tập tự luận (trắc nghiệm tự luận) và bài tập trắc nghiệm (trắc nghiệm khách quan)

- Dựa vào nội dung có thể chia thành: Bài tập về cấu tạo nguyên tử, bài tập về liên kết hóa học, bài tập về halogen, bài tập nhận biết các chất, bài tập điều chế các chất…

1.1.3 Tác dụng của bài tập hoá học [21], [28], [34]

Trong quá trình dạy học hóa học, bài tập hóa học giữ vai trò hết sức quan trọng, nó đ-ợc sử dụng rộng rãi ở tất cả các khâu Sở dĩ nh- vậy là vì bài tập hóa học có tác dụng to lớn về nhiều mặt:

- Bài tập hoá học là một trong những ph-ơng tiện hiệu nghiệm, cơ bản nhất

để dạy học sinh vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, sản xuất và

tập nghiên cứu khoa học, biến những kiến thức đã thu đ-ợc qua bài giảng thành kiến thức cða chính mình ‚ Kiến thức sẽ được nắm vững thực sự, nếu học sinh có thể vận dụng thành thạo chúng v¯o việc ho¯n th¯nh những b¯i tập lý thuyết v¯ thực h¯nh‛

- Bài tập hoá học giúp học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú Chỉ có vận dụng kiến thức vào việc giải bài tập, học sinh mới nắm vững kiến thức một cách sâu sắc

- Bài tập hóa học là ph-ơng tiện để ôn tập, hệ thống hóa kiến thức một cách tốt nhất

- Thông qua giải bài tập hoá học, học sinh đ-ợc rèn luyện các kỹ năng nh-:

kỹ năng viết và cân bằng ph-ơng trình phản ứng, kỹ năng tính theo công thức và ph-ơng trình hóa học, kỹ năng thực hành…

- Bài tập hóa học giúp cho học sinh phát triển năng lực nhận thức, rèn trí thông minh

- Bài tập hóa học còn đ-ợc sử dụng nh- là một ph-ơng tiện để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức mới, giúp cho học sinh tích cực, tự lực, chủ động lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và bền vững

- Bài tập hóa học giúp phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh và góp phần hình thành ph-ơng pháp học tập hợp lý

- Bài tập hóa học còn là ph-ơng tiện để kiểm tra kiến thức, kỹ năng của học sinh một cách chính xác

- Bài tập hóa học có tác dụng giáo dục t- t-ởng cho học sinh Thông qua giải bài tập, có thể rèn luyện học sinh tính kiên nhẫn, trung thực, chính xác khoa học, tính sáng tạo khi giải quyết các vấn đề xảy ra và nâng cao hứng thu học tập bộ môn

1.1.4 Quan hệ giữa bài tập hóa học và việc phát triển t- duy cho HS [28], [34] a) T- duy và các thao tác t- duy

T- duy là gì? Đây là một vấn đề thu hút sự quan tâm của nhiều ngành khoa học và nhiều nhà khoa học nghiên cứu Triết học nghiên cứu t- duy d-ới góc độ nhận thức Logic học nghiên cứu t- duy ở các quy tắc t- duy đúng Tâm lý học nghiên cứu diễn biến của quá trình t- duy, mối quan hệ qua lại cụ thể của t- duy với các khía cạnh khác của nhận thức …

Vì vậy, có rất nhiều quan niệm khác nhau về t- duy Theo tâm lý học, t- duy

là một quá trình tâm lý phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ bên trong có tính quy luật của sự vật, hiện t-ợng trong hiện thực khách quan mà tr-ớc

đó ta ch-a biết

Theo lý thuyết thông tin, t- duy là hoạt động trí tuệ nhằm thu thập thông tin

và xử lí thông tin Chúng ta t- duy để hiểu tự nhiên, xã hội và chính mình

Theo triết học duy vật biện chứng, t- duy là một đặc tính của vật chất phát triển

đến trình độ tổ chức cao T- duy xuất hiện trong quá trình sản xuất xã hội của con ng-ời Trong quá trình đó, con ng-ời so sánh các thông tin, dữ liệu thu thập đ-ợc từ nhận thức cảm tính Trải qua các quá trình khái quát hóa và trừu t-ợng hóa, phân tích và tổng hợp để rút ra khái niệm, phán đoán, giả thuyết…Kết quả của quá trình t- duy bao giờ cũng là sự phản ánh khái quát các thuộc tính, các mối liên hệ cơ bản, phổ biến, các quy luật không chỉ sự vật riêng lẻ mà còn ở một nhóm sự vật nhất định Vì vậy, t- duy bao giờ cũng là sự giải quyết vấn đề thông qua những tri thức đã nắm đ-ợc từ tr-ớc

Sự phát triển t- duy nói chung đ-ợc dựa trên sự rèn luyện thành thạo và vững chắc các thao tác t- duy nh- phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu t-ợng hóa… kết hợp với các ph-ơng pháp t- duy nh- quy nạp, suy diễn, loại suy

Phân tích: Là hoạt động t- duy tách các yếu tố bộ phận của sự vật, hiện t-ợng

nhằm mục đích nghiên cứu chúng một cách đầy đủ, trọn vẹn theo h-ớng nhất định

Xuất phát từ góc độ phân tích các hoạt động t- duy đi sâu vào bản chất thuộc tính của bộ phận, từ đó đi tới những giả thuyết và những kết luận khoa học Trong học tập hoạt động này rất phổ biến Ví dụ, muốn giải một bài toán hóa học, học sinh phải phân tích các yếu tố dữ kiện tr-ớc đã

- Tổng hợp: Là hoạt động t- duy kết hợp các bộ phận, yếu tố đã đ-ợc phân

tích để nắm đ-ợc cái toàn bộ của sự vật, hiện t-ợng

Kết quả của quá trình nhận thức là hoạt động cân đối và mật thiết giữa phân tích và tổng hợp Sự phân tích sâu sắc, phong phú là điều kiện quan trọng để tổng

hợp đ-ợc chính xác, trọn vẹn, ng-ợc lại tổng hợp sơ bộ tạo tiền đề quan trọng cho

sự phân tích

- So sánh: Là thiết lập sự giống nhau và khác nhau giữa các sự vật, hiện

t-ợng và giữa những khái niệm phản ánh chúng Muốn thực hiện đ-ợc việc đó thì

so sánh phải kèm theo sự phân tích và tổng hợp Ta phân tích các mặt, những thuộc tính của một hiện t-ợng hay khái niệm, đối chiếu với những điều đã biết về đối t-ợng cùng loại, rồi sau đó tổng hợp tất cả lại xem các đối t-ợng cùng loại đó giống nhau và khác nhau ở chỗ nào Nh- vậy sự so sánh không những phân biệt và chính xác hóa khái niệm mà còn giúp hệ thống hóa chúng

Có hai cách phát triển t- duy so sánh:

+ So sánh liên tiếp (tuần tự): Trong giảng dạy hóa học, th-ờng dùng ph-ơng

pháp này khi học sinh tiếp thu kiến thức mới So sánh kiến thức vừa học với kiến thức đã học tr-ớc đó để học sinh hiểu sâu sắc hơn

+ So sánh đối chiếu: Nghiên cứu hai đối t-ợng (hai chất, hai phản ứng, hai

ph-ơng pháp ….) cùng một lúc trên cơ sở phân tích từng bộ phận để đối chiếu với nhau

- Trừu t-ợng hóa: Là sự phản ánh bản chất cô lập các dấu hiệu, thuộc tính

bản chất Tìm hiểu cấu tạo nguyên tử và sự chuyển động của electron trong nguyên

tử làm tiền đề để thông hiểu sự hình thành các liên kết hóa học, những yếu tố ảnh h-ởng trực tiếp đến tính chất lí hóa của các chất

- Khái quát hóa: Là tìm ra những cái chung và bản chất trong số những dấu hiệu,

tính chất và những mối liên hệ giữa chúng thuộc về một loại vật thể hoặc hiện t-ợng

Có ba trình độ khái quát hóa:

+ Khái quát hóa cảm tính: Diễn ra trong hoàn cảnh trực quan, thể hiện ở trình độ sơ đẳng

+ Khái quát hóa hình t-ợng – khái niệm: Là sự khái quát hóa cả những cái bản chất và chung lẫn cái không bản chất của vật hay hiện t-ợng d-ới dạng những hình t-ợng hay biểu t-ợng trực quan

+ Khái quát hóa khái niệm: Là trình độ cao nhất của sự phát triển t- duy khái quát hóa

b) Quan hệ giữa bài tập hóa học và việc phát triển t- duy cho học sinh

Để giúp học sinh phát triển năng lực t- duy, mà đỉnh cao là t- duy sáng tạo, thì cần phải tập luyện cho học sinh hoạt động t- duy sáng tạo, mà đặc tr-ng cơ bản nhất

là tạo ra những phẩm chất t- duy mang tính mới mẻ Trong học tập hóa học, một trong những hoạt động chủ yếu để phát triển t- duy cho học sinh là hoạt động giải bài tập Vì vậy, giáo viên cần phải tạo điều kiện để thông qua hoạt động này các năng lực trí tuệ đ-ợc phát triển, học sinh sẽ có những sản phẩm t- duy mới, thể hiện ở:

- Năng lực phát hiện vấn đề mới

- Tìm ra h-ớng đi mới

- Tạo ra kết quả mới

Để làm đ-ợc điều đó, tr-ớc hết ng-ời giáo viên cần chú ý hoạt động giải bài tập hóa học, để tìm ra đáp số không phải chỉ là mục đích mà chính là ph-ơng tiện hiệu nghiệm để phát triền t- duy cho học sinh Bài tập hóa học phải đa dạng, phong phú về thể loại và đ-ợc sử dụng trong tất cả các khâu của quá trình dạy học nh- nghiên cứu tài liệu mới, ôn tập, luyện tập, kiểm tra … Thông qua hoạt động giải bài tập hóa học, các thao tác t- duy nh- so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hóa, trừu t-ợng hóa, … th-ờng xuyên đ-ợc rèn luyện và phát triển, các năng lực: quan sát, trí nhớ, óc t-ởng t-ợng, suy nghĩ độc lập, … không ngừng đ-ợc nâng cao, biết phê phán, nhận xét; tạo hứng thú và lòng say mê học tập, … để rồi cuối cùng t- duy của học sinh đ-ợc rèn luyện và phát triển th-ờng xuyên, đúng h-ớng, thấy đ-ợc giá trị lao động, nâng khả năng hiểu biết thế giới của học sinh lên một tầm cao mới, góp phần cho quá trình hình thành nhân cách của học sinh

Quan hệ giữa hoạt động giải bài tập và sự phát triển t- duy của học sinh có thể biểu diễn qua sơ đồ:

Trong sơ đồ trên ng-ời học - chủ thể của hoạt động, còn giáo viên - ng-ời tổ chức - điều khiển làm sao để phát huy tối đa năng lực độc lập suy nghĩ của học sinh, có độc lập mới biết phê phán, có phê phán mới có khả năng nhìn thấy vấn đề

và có khả năng sáng tạo đ-ợc Thông qua hoạt động giải, tùy theo từng loại bài tập, nội dung cụ thể, với đối t-ợng cụ thể mà các năng lực này đ-ợc trau dồi và rèn luyện nhiều hơn các năng lực khác

1.1.5 Xu h-ớng phát triển của bài tập hóa học

Với sự định h-ớng xây dựng ch-ơng trình hóa học trung học phổ thông trong những năm qua của Bộ GD&ĐT là chú trọng đến hình thành kỹ năng hóa học cho

Khái quát hóa

Trừu t-ợng hóa

Quan sát

Trí nhớ

T-ởng t-ợng phán Phê

T- duy phát triển

học sinh và tăng c-ờng nội dung kiến thức hóa học gắn với đời sống thực tiễn thì

xu h-ớng phát triển chung của bài tập hóa học trong giai đoạn hiện nay là:

- Nội dung bài tập ngắn gọn, súc tích, không nặng về tính toán mà chú ý tập trung vào rèn luyện và phát triển các năng lực nhận thức, t- duy hóa học và hành

động cho học sinh

- Khai thác các nội dung về vai trò của hóa học với các vấn đề kinh tế, xã hội, môi tr-ờng để xây dựng các bài tập hóa học, làm bài tập hóa học thêm đa dạng, kích thích đ-ợc sự đam mê, hứng thú học tập của học sinh

- Bài tập hóa học định l-ợng đ-ợc xây dựng trên quan điểm không phức tạp hóa bởi các thuật toán mà chú trọng đến nội dung hóa học và các phép tính đ-ợc sử dụng nhiều trong tính toán hóa học

- Chuyển hóa một số dạng bài tập tự luận sang dạng bài tập trắc nghiệm khách quan

- Đa dạng hóa các loại hình bài tập nh- bài tập bằng hình vẽ, bài tập về đồ thị, sơ đồ, bài tập lắp dụng cụ thí nghiệm…

Nh- vậy, xu h-ớng phát triển của bài tập hóa học hiện nay h-ớng đến rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, phát triển t- duy hóa học cho học sinh Những bài tập có tính chất học thuộc và nghèo nàn về nội dung hóa học sẽ giảm dần và đ-ợc thay bằng các bài tập có nội dung hóa học phong phú, sâu sắc, đòi hỏi sự t- duy, tìm tòi

1.2 Học sinh giỏi và việc bồi d-ỡng học sinh giỏi ở bậc THPT

1.2.1 Quan niệm về bồi d-ỡng HSG ở một số n-ớc phát triển [25]

Trên thế giới, việc phát hiện và bồi d-ỡng HSG đã có rất lâu ở Trung Quốc,

từ đời nhà Đ-ờng những trẻ em có tài đặc biệt đ-ợc mời đến sân Rồng để học tập

và đ-ợc giáo dục bằng những hình thức đặc biệt

Trong tác phẩm ph-ơng Tây, Plato cũng đã nêu lên các hình thức giáo dục đặc biệt cho HSG ở châu Âu, trong suốt thời Phục h-ng, những ng-ời có tài năng về nghệ thuật, kiến trúc, văn học…đều đ-ợc nhà n-ớc và các tổ chức cá nhân bảo trợ, giúp đỡ

N-ớc Mỹ mãi đến thế kỷ 19 mới chú ý tới vấn đề giáo dục học sinh giỏi và tài năng Đầu tiên là hình thức giáo dục linh hoạt tại tr-ờng St.Public Schools Louis

(1868) cho phép những HSG học ch-ơng trình 6 năm trong vòng 4 năm, sau đó lần l-ợt các tr-ờng Woburn, Elizabeth, Cambridge Và trong suốt thể kỉ XX, HSG đã trở thành một vấn đề của n-ớc Mỹ với hàng loạt các tổ chức, trung tâm nghiên cứu, bồi d-ỡng HSG ra đời Nhiều bang của Mỹ có đạo luật về giáo dục HSG Luật bang

Georgia còn đưa ra c° một định nghĩa về HSG: ‚HSG là học sinh chứng minh đ-ợc trí

tuệ ở trình độ cao và có khả năng sáng tạo, thể hiện một động cơ học tập mãnh liệt và

đạt xuất sắc trong lĩnh vực lý thuyết, khoa học; ng-ời cần một sự giáo dục đặc biệt và

sự phục vụ đặc biệt để đạt đ-ợc trình độ t-ơng ứng với năng lực của ng-ời đó‛

N-ớc Anh thành lập cả một hàn lâm quốc gia dành cho HSG và tài năng trẻ, hiệp hội quốc gia dành cho HSG bên cạnh website h-ớng dẫn giáo viên dạy cho học sinh giỏi và học sinh tài năng (http://www.nc.uk.net/gt/)

Giáo dục phổ thông Hàn Quốc có một ch-ơng trình đặc biệt dành cho HSG nhằm giúp chính quyền phát hiện HS tài năng từ rất sớm Năm 1994 có khoảng 57/174 cơ sở giáo dục ở Hàn Quốc tổ chức ch-ơng trình đặc biệt dành cho HSG

Một trong những mục tiêu -u tiên của viện quốc gia nghiên cứu giáo dục và

đào tạo ấn Độ là phát hiện và bồi d-ỡng học sinh tài năng

Nh- vậy, hầu hết các n-ớc trên thế giới đều coi trọng vấn đề bồi d-ỡng HSG

và khẳng định cần có một ch-ơng trình giáo dục đặc biệt để phát triển và đáp ứng

đ-ợc tài năng của HSG Theo từ điển bách khoa Wikipedia thì có một số hình thức giáo dục HSG sau:

- Lớp riêng biệt (Separate dasses): HSG đ-ợc rèn luyện trong một lớp hoặc một tr-ờng học riêng, th-ờng gọi là lớp chuyên, lớp năng khiếu Những lớp hoặc tr-ờng chuyên này có nhiệm vụ hàng đầu là đáp ứng các đòi hỏi cho những HSG về lý thuyết

- Ph-ơng pháp Mong-te-xơ -ri (Montessori method): Trong một lớp, học sinh chia thành ba nhóm tuổi, nhà tr-ờng mang lại cho học sinh những cơ hội v-ợt lên so với các bạn cùng nhóm tuổi Ph-ơng pháp này đòi hỏi phải xây dựng đ-ợc các mức độ khá tự do, nó hết sức có lợi cho những HSG trong hình thức học tập với tốc độ cao

- Tăng gia tốc (Acceleration): Những học sinh xuất sắc xếp vào một lớp có

tr-ờng Đại học, Cao đẳng đề nghị hoàn thành ch-ơng trình nhanh hơn để học sinh

- Tr-ờng mùa hè (summer school) bao gồm nhiều khóa học đ-ợc tổ chức vào mùa hè

- Sở thích riêng (Hobby): Một số môn thể thao nh- cờ vua đ-ợc tổ chức cho học sinh thử trí tuệ sau giờ học ở tr-ờng

Phần lớn các n-ớc đều chú ý bồi d-ỡng HSG từ tiểu học Cách thức tổ chức dạy cũng rất đa dạng: có n-ớc tổ chức thành lớp, tr-ờng riêng… một số n-ớc tổ chức d-ới hình thức tự chọn hoặc khóa học mùa hè, một số n-ớc khác do các trung tâm t- nhân hoặc các tr-ờng đại học đảm nhận…

1.2.2 Tầm quan trọng của việc bồi d-ỡng HSG

Cũng nh- các n-ớc trên thế giới, Việt Nam rất coi trọng vấn đề đào tạo và bồi d-ỡng HSG trong chiến l-ợc giáo dục phổ thông của mình Vào những năm đất n-ớc còn chiến tranh gian khổ, chúng ta đã quan tâm đến vần đề này Năm 1962, kì thi chọn HSG toán và văn lớp 10 toàn miền bắc đã đ-ợc tổ chức (đ-ợc xem là kì thi chọn HSG quốc gia đầu tiên của n-ớc ta) Và đến năm 1966, hệ thống trung học phổ thông chuyên đ-ợc lập ra, bắt đầu với những lớp chuyên toán tại các tr-ờng đại học lớn về khoa học cơ bản Từ đó đến nay, hệ thống tr-ờng chuyên cùng với các tr-ờng trung học phổ thông không chuyên ở tất cả các tỉnh thành đã trở thành cái nôi bồi d-ỡng biết bao thế hệ học sinh giỏi

Vì sao công tác bồi d-ỡng HSG lại đ-ợc n-ớc ta cũng nh- các n-ớc khác trên thế giới quan tâm nhiều đến vậy? Để các em đạt kết quả cao trong các kì thi quốc gia, quốc tế? Theo tôi, đây ch-a phải là lí do để các n-ớc phải coi trọng vấn đề này, lí do chính ở

sản phẩm tự phát mà phải đ-ợc phát hiện và bồi d-ỡng công phu Nhiều tài năng có thể mai một nếu không được ph²t hiện v¯ sử dụng đúng lúc, đúng chỗ ‛ (Báo cáo chính trị của Ban chấp hành TW Đảng tại Đại hội VI năm 1996)

Nh- vậy, việc phát hiện sớm và tổ chức bồi d-ỡng HSG đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự phát triển xã hội t-ơng lai

1.2.3 Một số biện pháp bồi d-ỡng HSG hóa học ở bậc THPT [21], [26], [34] 1.2.3.1 Những phẩm chất và năng lực cần có của một HSG hoá học

a) Một số quan niệm về HSG hóa học

* Theo phó gi²o sư Bùi Long Biên (ĐH B²ch khoa): ‘‘HSG hóa học ph°i là ng-ời nắm vững bản chất hiện t-ợng hóa học, nắm vững các kiến thức cơ bản đã đ-ợc học, vận dụng tối -u các kiến thức cơ bản đã đ-ợc học để giải quyết một hay nhiều vấn đề mới (do chưa được học hoặc chưa thấy bao giờ) trong c²c kì thi đưa ra’’

* Theo phó PGS-TS Trần Thành Huế (ĐHSP Hà Nội): Nếu dựa vào kết quả bài thi để đánh giá thì một học sinh giỏi hoá cần hội đủ các yếu tố sau đây:

- Có kiến thức cơ bản tốt, thể hiện nắm vững các khái niệm, định nghĩa, định luật, quy tắc đã đ-ợc quy định trong ch-ơng trình, không thể hiện thiếu sót về công thức, ph-ơng trình hoá học

- Vận dụng sắc bén, có sáng tạo, đúng các kiến thức cơ bản

- Tiếp thu và dùng đ-ợc ngay một số ít vấn đề mới do đầu bài đ-a ra Những vấn đề mới này là những vấn đề ch-a đ-ợc cập nhật hoặc đã đ-ợc đề cập đến mức

độ nào đó trong ch-ơng trình hoá học phổ thông nh-ng nhất thiết vấn đề đó phải liên hệ mật thiết với các nội dung ch-ơng trình

* Theo tiến sĩ Cao Cự Giác (ĐH Vinh): Một học sinh giỏi hoá học phải là:

- Có kiến thức cơ bản tốt: Thể hiện nắm vững kiến thức cơ bản một cách sâu sắc, có hệ thống

- Có khả năng t- duy tốt và tính sáng tạo cao: Trình bày và giải quyết vấn đề một cách linh hoạt, rõ ràng, khoa học

- Có khả năng thực hành thí nghiệm tốt: Hoá học là khoa học vừa lí thuyết vừa thực nghiệm do đó không thể tách rời lí thuyết với thực nghiệm, phải biết cách vận dụng lí thuyết để điều khiển thực nghiệm và từ thực nghiệm kiểm tra các vấn

đề của lí thuyết, hoàn thiện lí thuyết cao hơn

b) Những phẩm chất và năng lực cần có của một HSG hóa học

- Có kiến thức hoá học cơ bản, vững vàng, sâu sắc, hệ thống Để có đ-ợc phẩm chất này đòi hỏi học sinh phải có năng lực tiếp thu kiến thức, tức là có khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng; có ý thức tự bổ sung, hoàn thiện kiến thức ngay ở dạng sơ khởi

- Có trình độ t- duy hoá học phát triển, có tính sáng tạo cao Để có đ-ợc những phẩm chất này đòi hỏi học sinh phải có năng lực suy luận logic, năng lực kiểm chứng, năng lực diễn đạt

- Có khả năng quan sát, nhận thức các hiện t-ợng hoá học Phẩm chất này

đ-ợc hình thành từ năng lực quan sát sắc sảo, mô tả, giải thích hiện t-ợng các quá trình hoá học, năng lực thực hành của học sinh

- Có khả năng vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo kiến thức, kỹ năng đã

có để giải quyết vấn đề, các tình huống xảy ra Đây là phẩm chất cao nhất cần có ở một học sinh giỏi

1.2.3.2 Một số biện pháp phát hiện HSG hoá học ở bậc THPT

Để xác định đ-ợc những học sinh học giỏi hóa học, giáo viên cần phải làm rõ:

- Mức độ nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo của học sinh theo tiêu chuẩn kiến thức, kỹ năng của ch-ơng trình và sách giáo khoa

- Trình độ nhận thức, mức độ t- duy của từng học sinh và đặc biệt là đánh giá đ-ợc khả năng vận dụng kiến thức linh hoạt, sáng tạo của học sinh

Muốn vậy, giáo viên phải theo dõi quá trình học tập trên lớp của học sinh và tiến hành kiểm tra toàn diện kiến thức của học sinh Thông qua bài kiểm tra, giáo viên có thể phát hiện HSG hoá học theo các tiêu chí:

- Mức độ đầy đủ, rõ ràng về mặt kiến thức

- Tính logic trong bài làm của học sinh đối với từng yêu cầu cụ thể

- Tính mới, tính sáng tạo (những đề xuất mới, những giải pháp có tính mới về mặt bản chất, cách giải bài tập hay, ngắn gọn )

- Mức độ làm rõ nội dung chủ yếu phải đạt đ-ợc của toàn bài kiểm tra

- Thời gian hoàn thành bài kiểm tra

Tuy nhiên, để có thể phát hiện HSG bằng kiểm tra kiến thức một cách có hiệu quả và chính xác, câu hỏi đặt ra phải đòi hỏi ở học sinh khả năng t- duy sáng tạo, khả năng vận dụng linh hoạt các kiến thức, kĩ năng đã học

1.2.3.3 Một số biện pháp bồi d-ỡng HSG hoá học ở bậc THPT

a) Kích thích động cơ học tập của học sinh

Quá trình học tập tại lớp bồi d-ỡng HSG th-ờng rất vất vả và căng thẳng Các giáo viên dạy đội tuyển cần phải biết kích thích động cơ học tập của các em để các em có thể v-ợt qua những khó khăn trong tiến trình học tập này Sau đây là một

số biện pháp, các giáo viên có thể tham khảo:

- Tạo ra và duy trì không khí dạy học trong lớp nhằm tạo môi tr-ờng thuận lợi cho việc học tập và phát triển của học sinh

Trong môi tr-ờng đó, học sinh dễ dàng bộc lộ những hiểu biết của mình và sẵn sàng tham gia tích cực vào quá trình dạy học

- Giao các nhiệm vụ học tập phù hợp với khả năng của học sinh Bởi lẽ nếu nó quá dễ thì sẽ dẫn đến sự nhàm chán, ng-ợc lại nếu quá khó thì học sinh dễ nản lòng

- Xây dựng niềm tin và những kỳ vọng tích cực trong mỗi học sinh:

+ Bắt đầu công việc học tập, công việc nghiên cứu vừa sức đối với học sinh + Làm cho học sinh thấy mục tiêu học tập rõ ràng, cụ thể và có thể đạt tới đ-ợc + Cho học sinh thấy rằng năng lực học tập của các em có thể đ-ợc nâng cao hơn nữa nếu các em cố gắng

- Làm cho học sinh tự nhận thức đ-ợc lợi ích, giá trị của việc đ-ợc chọn vào

đội tuyển học sinh giỏi

+ Việc học trong đội tuyển trở thành niềm vui, niềm vinh dự

+ Ph-ơng pháp học tập, khối l-ợng kiến thức thu đ-ợc khi tham gia đội tuyển sẽ giúp các em học tốt môn hóa cũng nh- các môn học khác trên lớp

Hình thành động cơ học tập đúng đắn cho học sinh là cả một quá trình lâu dài

Nó đ-ợc hình thành dần trong quá trình học sinh ngày càng đi sâu chiếm lĩnh đối t-ợng học tập d-ới sự tổ chức và điều khiển của giáo viên Vì vậy, giáo viên cần phải chú ý hình thành động cơ học tập cho học sinh ngay từ trên lớp Nếu trong dạy học, giáo viên luôn thành công trong việc tổ chức cho học sinh tự phát hiện ra những điều mới lạ, cách giải quyết thông minh các nhiệm vụ học tập, tạo ra đ-ợc những ấn t-ợng tốt đẹp đối với việc học thì dần dần làm nảy sinh nhu cầu của các em đối với tri thức khoa học Học tập sẽ trở thành nhu cầu không thể thiếu đ-ợc của các em

b) Soạn thảo nội dung dạy học và có ph-ơng pháp dạy học hợp lý

Nội dung dạy học gồm hệ thống lý thuyết và hệ thống bài tập t-ơng ứng Trong đó, hệ thống lý thuyết phải đ-ợc biên soạn đầy đủ, ngắn gọn, dễ hiểu, bám sát yêu cầu của ch-ơng trình; soạn thảo, lựa chọn hệ thống bài tập phong phú, đa dạng giúp học sinh nắm vững kiến thức, đào sâu kiến thức, rèn luyện kỹ năng, đồng thời phát triển đ-ợc t- duy cho học sinh

Sử dụng ph-ơng pháp dạy học hợp lý sao cho học sinh không cảm thấy căng thẳng, mệt mỏi và quá tải, đồng thời phát huy đ-ợc tối đa tính tích cực, tính sáng tạo và nội lực tự học tiềm ẩn trong mỗi học sinh

c) Kiểm tra, đánh giá

Trong quá trình dạy đội tuyển, giáo viên có thể đánh giá khả năng, kết quả học tập của học sinh thông qua việc quan sát hành động của từng em trong quá trình dạy học, kiểm tra hoặc phỏng vấn, trao đổi Hiện nay, th-ờng đánh giá kết quả học tập của học sinh trong đội tuyển bằng các bài kiểm tra, bài thi (bài tự luận, trắc nghiệm hoặc bài thi hỗn hợp) Tuy nhiên cần chú ý là các câu hỏi trong bài thi nên đ-ợc biên soạn sao cho có nội dung khuyến khích t- duy độc lập, sáng tạo của học sinh

1.3 Thực trạng việc bồi d-ỡng HSG hoá học ở bậc THPT hiện nay

1.3.1 Thuận lợi

- Đảng và Nhà n-ớc ta rất quan tâm đến công tác bồi d-ỡng và đào tạo nhân t¯i, đ± đề ra c° một ‚chương trình quốc gia bồi dưỡng nhân t¯i‛ giai đo³n 2008-

2020 với những b-ớc đi và mục tiêu cụ thể Đây sẽ là động lực mạnh mẽ thúc đẩy việc bồi d-ỡng, đào tạo nhân tài cho đất n-ớc

- Cơ sở vật chất trong tr-ờng học từng b-ớc đ-ợc nâng lên Các tr-ờng THPT

đều có phòng thí nghiệm với dụng cụ thí nghiệm và hóa chất khá đầy đủ

- Sự đổi mới nội dung SGK đã góp phần tích cực vào việc phát triển t- duy

và kĩ năng hóa học cho học sinh Các kiến thức khoa học đã đ-ợc trình bày ở mức

độ lí thuyết cao hơn, yếu tố định l-ợng nhiều hơn, tăng c-ờng các nguồn thông tin tạo điều kiện học sinh dự đoán, tìm tòi và kiến tạo kiến thức Các khái niệm, định nghĩa, quy tắc đ-ợc chỉnh sửa và trình bày theo quan điểm hiện đại cả về lí thuyết

và ph-ơng diện thực nghiệm công nghệ sản xuất Số l-ợng thí nghiệm và bài thực hành đ-ợc gia tăng trong mỗi bài học, trong mỗi ch-ơng của ch-ơng trình Nội dung kiến thức hóa học gắn với đời sống thực tiễn cũng đ-ợc tăng c-ờng, làm cho việc học hóa học trở nên có ý nghĩa đối với học sinh

- Giáo viên tham gia công tác bồi d-ỡng học sinh giỏi có nhiều kinh nghiệm

và nhiệt tình trong giảng dạy

- Sách tài liệu tham khảo rất phong phú và đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tự học, tự nghiên cứu của học sinh Đặc biệt, với sự phổ biến rông rãi của internet nh- hiện nay, việc tìm kiếm thông tin khoa học của học sinh rất dễ dàng

nào đó trong kì thi HSG Tâm lí của các em HSG là học để thi đậu vào một tr-ờng

Đại học nào đó mà các em và gia đình lựa chọn

- Nội dung, ph-ơng pháp giảng dạy bồi d-ỡng HSG còn dựa vào kinh nghiệm của giáo viên trực tiếp giảng dạy là chính

- Giáo viên bồi d-ỡng HSG vẫn phải hoàn thành tất cả công tác giảng dạy nh- các giáo viên khác, đôi khi còn kiêm nhiệm nhiều công tác khác nh- chủ nhiệm, tổ tr-ởng bộ môn nên việc đầu t- cho công tác bồi d-ỡng cũng có phần hạn chế

- Chế độ chính sách hiện nay cho giáo viên bồi d-ỡng HSG còn thấp, không

đủ sức thu hút giáo viên giỏi đầu t- nghiên cứu để bồi d-ỡng HSG

1.4 Kết quả thi HSG tỉnh môn hóa học lớp 12 năm học 2009–2010 của một số tr-ờng Nghệ An

STT Tr-ờng Số dự thi

Số đạt giải

Tỉ lệ % đạt Nhất Nhì Ba KK

1 THPT Phan Bội Châu 18 5 4 5 2 88,89

16 THPT Hoàng Mai 3 0 0 2 0 66,67

17 THPT Quỳnh L-u 1 3 0 0 1 1 66,67

Tiểu kết ch-ơng 1

Trong ch-ơng 1, chúng tôi đã giải quyết đ-ợc các vấn đề:

- Tầm quan trọng của công tác bồi d-ỡng nhân tài mà b-ớc đầu là việc phát hiện và bồi d-ỡng HSG ở bậc phổ thông

- Bài tập hoá học và tác dụng của bài tập hoá học trong việc phát triển t- duy cho HS

- Thực trạng vấn đề bồi d-ỡng HSG trong giai đoạn hiện nay - những thuận lợi và khó khăn

Mục lục

Mở đầu 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ của đề tài 2

4 Giả thuyết khoa học 2

5 Khách thể và đối t-ợng nghiên cứu 2

6 Ph-ơng pháp nghiên cứu 2

7 Những đóng góp của đề tài 3

Ch-ơng 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn Của Đề Tài 4 1.1 Bài tập hoá học 4 1.1.1 Khái niệm bài tập hóa học 4 1.1.2 Phân loại bài tập hóa học 4 1.1.3 Tác dụng của bài tập hoá học 4 1.1.4 Quan hệ giữa bài tập hóa học và việc phát triển t- duy cho học sinh 5 1.1.5 Xu h-ớng phát triển của bài tập hóa học 9 1.2 Học sinh giỏi và bồi d-ỡng học sinh giỏi ở bậc THPT 10 1.2.1 Quan niệm về bồi d-ỡng HSG ở một số n-ớc phát triển 10

1.2.2 Tầm quan trọng của việc bồi d-ỡng HSG 12 1.2.3 Một số biện pháp bồi d-ỡng HSG hóa học ở bậc THPT 13 1.2.3.1 Những phẩm chất và năng lực cần có của một HSG hóa học 13 1.2.3.2 Một số biện pháp phát hiện HSG hóa học ở bậc THPT 14 1.2.3.3 Một số biện pháp bồi d-ỡng HSG hóa học ở bậc THPT 15 1.3 Thực trạng việc bồi d-ỡng HSG hóa học ở bậc THPT hiện nay 16 1.3.1 Thuận lợi 16 1.3.2 Khó khăn 17 1.4 Kết quả thi học sinh giỏi tỉnh môn hóa học năm học 2009-2010 của

một số tr-ờng Nghệ An 18 Tiểu kết ch-ơng 1 19

Ch-ơng 2 Xây dựng Và sử dụng hệ thống bài tập tổng hợp hữu cơ dùng Bồi d-ỡng Hsg

hóa học ở tr-ờng THPT 20 2.1 Các ph-ơng pháp cơ bản sử dụng trong tổng hợp hữu cơ 20 2.1.1 Ph-ơng pháp đ-a nhóm chức vào phân tử hợp chất hữu cơ và sự chuyển

hóa giữa chúng 20 2.1.1.1 Đ-a nhóm chức vào phân tử hợp chất hữu cơ 20 2.1.1.2 Sự chuyển hóa t-ơng hỗ giữa các nhóm chức 40 2.1.2 Ph-ơng pháp tạo liên kết cacbon – cacbon 51 2.1.2.1 Tạo liên kết cacbon – cacbon qua phản ứng ankyl hóa 51 2.1.2.2 Tạo liên kết cacbon – cacbon qua phản ứng axyl hóa 55 2.1.2.3 Tạo liên kết cacbon – cacbon qua phản ứng ng-ng tụ 58 2.1.3 Ph-ơng pháp tạo liên kết cacbon – dị tố 60 2.1.3.1 Tạo liên kết cacbon – halogen 60 2.1.3.2 Tạo liên kết cacbon – oxi 65 2.1.3.3 Tạo liên kết cacbon – l-u huỳnh 79 2.1.3.4 Tạo liên kết cacbon – nitơ 73 2.1.4 Ph-ơng pháp đóng vòng 78 2.1.4.1 Ph-ơng pháp vòng hóa nội phân tử dựa trên sự t-ơng tác electrophin-nucleophin 78

2.1.4.3 Ph-ơng pháp vòng hóa vòng electron (hay đồng phân hóa liên kết hóa trị) 83 2.1.5 Tổng hợp hữu cơ trên cơ sở phản ứng khử hóa và oxi hóa 84 2.1.5.1 Tổng hợp hữu cơ trên cơ sở phản ứng khử hóa 84 2.1.5.2 Tổng hợp hữu cơ trên cơ sở phản ứng oxi hóa 96 2.1.6 Bảo vệ nhóm chức trong tổng hợp hữu cơ 114 2.1.6.1 Bảo vệ nhóm hiđroxi 114 2.1.6.2 Bảo vệ nhóm chức amino 118 2.1.6.3 Bảo vệ nhóm cacbonyl 120 2.1.6.4 Bảo vệ nhóm axit cacboxylic 122 2.2 Hệ thống bài tập tổng hợp hữu cơ 123 2.2.1 Bài tập về hoàn thành sơ đồ phản ứng 123 2.2.2 Bài tập tổng hợp chất hữu cơ bằng ph-ơng pháp tăng mạch cacbon 130 2.2.3 Bài tập tổng hợp chất hữu cơ bằng ph-ơng pháp giảm mạch cacbon 136 2.2.4 Bài tập tổng hợp chất hữu cơ chứa đồng vị 140 2.2.5 Bài tập tổng hợp chất vòng và dị vòng 146 2.2.6 Bài tập tổng hợp chất từ các nguyên liệu cho sẵn 152 2.2.7 Bài tập phân tích, so sánh các sơ đồ tổng hợp chất hữu cơ 160 2.2.8 Bài tập về hiệu suất tổng hợp chất hữu cơ 165 Tiểu kết ch-ơng 2 172

Ch-ơng 3 Thực nghiệm s- phạm 173 3.1 Mục đích thực nghiệm s- phạm 173 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm s- phạm 173 3.3 Chọn đối t-ợng và địa bàn thực nghiệm s- phạm 173 3.4 Tiến trình thực nghiệm s- phạm 173 3.4.1 Chọn giáo viên thực nghiệm 173 3.4.2 Chọn nhóm thực nghiệm và đối chứng 174 3.4.3 Kiểm tra mẫu tr-ớc thực nghiệm 174 3.4.4 Tiến hành thực nghiệm s- phạm 174 3.4.5 Kiểm tra mẫu sau thực nghiệm s- phạm 175 3.5 Kết quả và xử lí kết quả thực nghiệm 175

3.5.1 KÕt qu¶ kiÓm tra tr-íc thùc nghiÖm 177 3.5.2 KÕt qu¶ kiÓm tra sau thùc nghiÖm 177 3.6 Ph©n tÝch kÕt qu¶ thùc nghiÖm 181 TiÓu kÕt ch-¬ng 3 183

KÕt luËn 184 Tµi liÖu Tham Kh¶o 186 Phô lôc

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP TỔNG HỢP HỮU CƠ

DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Ở TRƯỜNG THPT

2.1 Các phương pháp cơ bản sử dụng trong tổng hợp hữu cơ [8], [20], [22], [27], [30], [31], [32], [33], [35]

2.1.1 Phương pháp đưa nhóm chức vào phân tử hợp chất hữu cơ và sự chuyển hoá giữa chúng

2.1.1.1 Đưa nhóm chức vào phân tử hợp chất hữu cơ

a) Đưa các nhóm chức vào ankan

Phân tử ankan chỉ chứa liên kết σ nên tương đối trơ đối với các tác nhân electrophin cũng như nucleophin Nhưng chúng có thể tham gia tương đối dễ dàng vào các phản ứng thế gốc, nhất là với các halogen

Khi có ánh sáng hay đun nóng ở 200 – 400oC, nguyên tử halogen có thể thế hiđro của ankan theo cơ chế gốc tạo ra nhiều sản phẩm thế mono, đi, tri,… polihalogen và cho hỗn hợp các đồng phân khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc ankan Trong điều kiện đó, phân tử halogen phân li thành nguyên tử làm tác nhân gốc theo cơ chế gốc chuỗi:

2

và brom Còn với flo, phản ứng xảy ra mãnh liệt, tạo ra các sản phẩm phân hủy; với iot, phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại

Phản ứng clo hóa cũng xảy ra mạnh, ít dùng trong phòng thí nghiệm song có

ý nghĩa lớn trong công nghiệp, có thể thực hiện ở thể khí có pha loãng bằng khí trơ hay trong dung dịch khi làm lạnh dung môi, thường dùng quang hóa xúc tác và nhiệt, đồng thời với sản phẩm mono còn có sản phẩm polyclo

Phản ứng brom hóa ankan tuy kém hơn nhưng có tính chọn lọc hơn Thí dụ:

b) Đưa các nhóm chức vào anken

Phân tử anken chứa liên kết đôi có khả năng phản ứng khá cao với tác nhân eletrophin nên có thể dễ dàng đưa các nhóm chức vào đó bằng phản ứng cộng eletrophin với hướng cộng tuân theo quy tắc Maccopnhicop tổng quát

Sau đây là một số phản ứng cộng electrophin quan trọng của anken:

* Cộng halogen

Flo hoạt động mạnh nên phản ứng với anken ngay ở nhiệt độ thấp cũng gây ra phản ứng phân huỷ anken Iot hoạt động yếu nên phản ứng với anken là thuận nghịch, trong đó chiều nghịch thường chiếm ưu thế Còn clo và brom cộng vào anken tạo thành sản phẩm cộng một phân tử halogen vào liên kết đôi với hiệu suất gần như định lượng (gần 100%)

Thí dụ: CH3CH2CH=CH2 + Cl2 o 3

CHCl

0 C

 CH3CH2CHClCH2Cl (97%) (1,2 – điclobutan)

CH3CH=CH2 + Br2 CCl 4

0 C

  CH3CHBrCH2Br (99%) (1,2-đibrompropan)

Về phương diện lập thể, phản ứng cộng brom (hay clo) thường xảy ra theo kiểu anti Thí dụ:

Halogen hoá anken là một phản ứng quan trọng trong phòng thí nghiệm cũng như trong kỹ thuật Trong phòng thí nghiệm, phản ứng cộng hợp brom được dùng để chứng minh sự có mặt của nối đôi C = C Ý nghĩa của quá trình brom hoá này đối với kỹ thuật cũng rất lớn Một lượng lớn brom được dùng vào việc tổng hợp 1,2-đibrometan theo con đường cộng hợp brom vào etilen

Phản ứng cộng clo vào etilen để điều chế 1,2 –đicloetan cũng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp Để tăng tốc độ phản ứng người ta thường dùng thêm các chất xúc tác như FeCl2

Các hiđro halogenua (HX) cộng vào anken tạo thành ankyl halogenua với hiệu suất cao Phản ứng này được sử dụng để tổng hợp dẫn xuất halogen

(CH ) C=CH  HCl  (CH ) CCl (94%)Với cùng một axit, khả năng phản ứng của anken tăng theo mức độ phân nhánh ở liên kết C=C:

CH2=CH2 < R – CH = CH2 ≈ R–CH = CH – R < R2C= CH2 < R2C= CHR Với cùng một anken thì khả năng phản ứng tăng theo lực axit: HF<HCl < HBr<HI

Phản ứng cộng HX vào anken đều tuân theo quy tắc Maccopnhicop trừ phản ứng cộng hợp HBr với sự có mặt peoxit làm xúc tác thì xảy ra theo chiều ngược lại, nghĩa là theo quy tắc Kharat, vì lúc đó phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc Do vậy, phản ứng này được sử dụng để điều chế dẫn xuất brom trái với quy tắc Maccopnhicop Thí dụ:

Benzoylpeoxit

CH (CH ) CH=CH + HBrCH (CH ) CH -CH Br (96%)Ngoài ra, ta có thể đưa nhóm chức vào anken bằng các phản ứng ở cacbon alyl Các hiđro ở C – alyl (tức là C bên cạnh nối đôi), do hiệu ứng siêu liên hợp, cũng dễ dàng được oxi hoá và halogen hoá Thí dụ, dưới tác dụng của nhiệt độ cao, ánh sáng hoặc peoxit thì clo, brom có thể thế nguyên tử H ở vị trí β so với liên kết đôi

Để thực hiện phản ứng thế brom, thuận lợi hơn cả là dùng N – bromsucxinimit (NBS):

NBS

RCH CH=CH RCHBrCH=CH + RCH=CHCH BrPhản ứng xảy ra theo cơ chế gốc và mỗi sản phẩm lại có thể tồn tại ở dạng

hỗn hợp hai đồng phân cis và trans

Sự đưa nhóm chức chứa oxi vào C – alyl thực chất là quá trình oxi hoá, nên được khảo sát ở phần sau

* Cộng nước (phản ứng hiđrat hoá)

Nước chỉ cộng vào anken khi có axit mạnh xúc tác, đôi khi cần nhiệt độ cao

và áp suất cao

400-500oC

20oC, CCl 4 Bóng tối (tướng khí)

CH2=CH-CH3 + Cl2

CH2Cl-CHCl-CH3 (cộng)

CH2=CH-CH2Cl + HCl (thế)

(Br 2 /CCl 4 ) cho từ từ Cấp nhiệt hoặc chiếu sáng

Thí dụ: H SO 65% 2 4

(CH ) C=CH  H O  (CH ) C-OH (45%)Phản ứng hiđrat hoá đƣợc ứng dụng để sản xuất ancol trong công nghiệp Thí dụ, etanol đƣợc sản xuất trong công nghiệp nhƣ sau:

* Cộng axit hipohalogenơ

Axit hipohalogenơ cộng hợp đƣợc vào nối đôi của anken tạo thành halogenhiđrin

HO – C – C – X HOX

C = C

(halogenhiđrin)

Thí dụ: CH =CH + ClOH2 2 CH OH-CH Cl (Etylenclohiñrin)2 2

Nhưng trong công nghiệp, người ta sử dụng phản ứng cộng của anken với clo trong dung dịch nước để điều chế clohiđrin (phản ứng clohiđrin hoá) Phản ứng thường tạo ra cả sản phẩm cộng Cl2:

CH =CH + 2Cl + H O2 2 2 2 CH OH-CH Cl + HCl + CH Cl-CH Cl2 2 2 2

Giai đoạn đầu của phản ứng này là sự tấn công của Clδ+ (của HOCl và cả của

Cl2 ) vào nối đôi Giai đoạn tiếp theo là sự tấn công của HOH hoặc Cl- sinh ra từ HCl có mặt trong hỗn hợp phản ứng Vì thế, để hạn chế việc tạo ra 1,2- đicloetan, người ta tiến hành phản ứng chỉ khi HCl sinh ra còn ở nồng độ thấp

* Tổng hợp oxo (hiđrofomyl hoá anken)

Khi đun anken với hỗn hợp CO và H2 (có mặt xúc tác là các hợp chất coban cacbonyl, thí dụ Co2(CO)8, HCo(CO)3PR3 hoặc của các phức chất rôđi (R3P)3RhCl) ta sẽ thu được anđehit có mạch cacbon tăng lên một:

c) Đưa nhóm chức vào ankin

Trong phân tử ankin cũng chứa liên kết π linh động nên tính chất hoá học của ankin có nhiều điểm giống với anken, chẳng hạn ankin cũng có những phản ứng cộng tương tự anken Ngoài ra, ankin còn có những phản ứng riêng biệt liên quan đên liên kết ba đầu mạch

Sau đây là một số phản ứng thường được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ:

* Cộng halogen và hiđro halogenua

Các halogen như Cl2, Br2 cộng vào ankin cũng theo cơ chế cộng anti và quy tắc Maccopnhicop Phản ứng thoát tiên tạo ra dẫn xuất đihalogen rồi đên dẫn xuất tetrahalogen:

– C ≡ C –  X 2 – CX = CX –  X 2 – CX2 – CX2 –

Phản ứng có thể dừng lại ở giai đoạn tạo dẫn xuất đihalogen nếu tiến hành ở nhiệt độ thấp Thí dụ:

CH3 – C ≡ C – CH3 2 o

4

Br CCl ,-20 C

 CH3 – CBr = CBr – CH3 (66%) (trans- 1,2-đibrombut-2-en)

CH3 – C ≡ C – CH3  2

o 4

Br dö CCl ,-20 C CH3 – CBr2 –CBr2 – CH3 (95%) Tốc độ cộng brom, clo vào anken lớn hơn rất nhiều so với vào ankin nên có thể cộng brom một cách chọn lọc vào liên kết đôi khi có cả liên kết ba:

CH2=CH– (CH2)2 – C≡CH + Br2 CCl 4

-20 C

 CH2Br – CHBr – (CH2)2 – C≡CH (97%) Tốc độ cộng electrophin vào ankin nhỏ hơn anken có thể giải thích là do cation vinyl trung gian sinh ra khi tác nhân electrophin (E+) cộng vào liên kết C≡C kém bền hơn so với cation ankyl sinh ra khi cộng E+

* Phản ứng cộng hợp nước và axit cacboxylic

Phản ứng cộng nước vào ankin được xúc tác bởi axit mạnh và ion Hg2+

đầu tiên tạo ra enol Enol không bền nên bị đồng phân hoá thành anđehit hoặc xeton

Phản ứng cộng axit cacboxylic vào ankin cũng được xúc tác bởi các ion kim loại và cũng tuân theo quy tắc Maccopnhicop Thí dụ:

Ngày nay, phản ứng này vẫn được sử dụng để sản xuất vinyl axetat (một vinyleste quan trọng nhất đối với kỹ thuật) trong công nghiệp, nhưng nó dần được thay thế bởi phương pháp đi từ etilen

* Cộng ancol

Phản ứng vinyl hoá ancol bằng axetilen được thực hiện nhờ các chất xúc tác bazơ và tốt nhất là dưới áp suất nhẹ (8-10 atm) Để phản ứng xảy ra được ta chỉ cần một lượng nhỏ ion ancolat vì nó có thể tái tạo trong phản ứng

CH≡CH RO- CH- = CH –OR ROH CH2 = CH –OR + RO-

Phản ứng này được sử dụng để sản xuất vinylete Các vinylete này có thể trùng hợp thành các polime có nhiều ứng dụng trong thực tiễn dưới tác dụng của các chất xúc tác axit

* Phản ứng tạo muối với các bazơ rất mạnh

Một phản ứng đặc trưng cho axetilen và các ank-1-in có ý nghĩa quan trọng đối với tổng hợp hữu cơ là phản ứng tạo muối với các bazơ mạnh Các muối này được gọi là các axetilua Trong phản ứng này các ankin thể hiện tính axit

d) Đưa các nhóm chức vào hiđrocacbon thơm (aren)

Các nhóm chức có thể được đưa vào hiđrocacbon thơm bằng các phản ứng sau:

Ngoài nhôm clorua ra, chất xúc tác dùng cho phản ứng còn có thể là các axit Liuyt khác như GaBr3, BF3 …Khi thực hiện phản ứng ở tướng khí, ta thường dùng chất xúc tác là axit photphoric trên oxit silic xốp

Phản ứng Friedel – Crafts được dùng trong tổng hợp hữu cơ ở quy mô lớn Nhờ phản ứng này ta có thể gắn các nhóm ankyl hoặc arankyl (là nhóm được hình

+ R-X

R

+ HX

AlCl 3

thành do tách một hiđro ở mạch nhánh của một dẫn xuất akyl của aren) vào các nhân thơm Các sản phẩm này thường có ứng dụng quan trọng

Tuy nhiên phản ứng này cũng có một số hạn chế Trước hết, trong đa số các trường hợp, phản ứng ankyl hoá theo Friedel – Crafts thường dẫn tới sản phẩm poliankyl, bởi vì sản phẩm đầu tiên ở dạng monoankyl – benzen lại có khả năng phản ứng lớn hơn benzen nên dễ dàng được tiếp tục ankyl hoá Do đó để điều chế monoankylbenzen, ta phải dùng lượng dư benzen hoặc thuận tiện nhất là axyl hoá benzen rồi khử hoá tiếp theo Thí dụ:

C6H6 + CH3COCl  AlCl 3 C6H5COCH3 [H] C6H5CH2CH3

Mặt khác, trong điều kiện phản ứng thường có hiện tượng chuyển vị, dẫn tới hình thành hỗn hợp sản phẩm Chẳng hạn, ankyl hoá benzen bằng n-propyl clorua cho một hỗn hợp của n-propylbenzen và isopropylbenzen

Ngoài ra, sản phẩm ankyl hoá cũng thường bị đồng phân hoá hoặc dị hoá, đặc

biệt khi chất xúc tác có mặt với lượng dư lớn Thí dụ o- và p- xilen bị chuyển thành

m-xilen khi có mặt lượng dư chất xúc tác Friedel – Crafts Etylbenzen có thể bị dị hoá

dưới tác dụng của lượng dư HF –BF3 để thành benzen và 1,3-đietylbenzen

- Phản ứng Gattermann – Koch: Khi cho aren tác dụng với CO và HCl có mặt AlCl3 khan, CO sẽ kết hợp với HCl tạo ra fomyl clorua là chất không bền và tấn công ngay nhân thơm, tạo anđehit thơm Thí dụ:

CO + HCl → H–CO–Cl

C6H6 + H–CO–Cl  AlCl 3 C6H5CHO + HCl Một dạng phản ứng Gattermann – Koch dùng để fomyl hoá hiđrocacbon thơm, phenol, dị vòng, phản ứng của ankyl điclometyl ete với hợp chất thơm khi

có SnCl4 hay AlCl3 cho hiệu suất 70-90%

Ar-H + ROCHCl2 3

AlCl

 [Ar-CHCl-OR]  H O 2 Ar-CHO

- Phản ứng Gattermann: Tương tự phản ứng Gattermann – Koch nhưng thay

CO bằng HCN hoặc NaCN và đôi khi thay AlCl3 bằng ZnCl2 Phản ứng này dùng

để fomyl hoá phenol hoặc ete của nó Thí dụ:

+ RCOCl

COR

+ HCl AlCl 3

Muốn đưa nhóm –CHO vào vị trí octo đối với nhóm OH của phenol ta cho dung dịch phenol trong kiềm tác dụng với clorofoc (phản ứng Reimer- Timann) nhưng hiệu suất không cao lắm:

Phương pháp này có thể dùng để fomyl hoá các poliphenol và naphtol

- Phản ứng Vilsmeier: Dùng tác nhân fomyl hoá là (CH3)2N–CHO hoặc

C6H5(CH3)N–CHO có mặt POCl3 tác dụng với các nhân thơm giàu electron như phenol, anizol, N,N – đimetyl anilin, antraxen…

Ar–H + R2N–CHO  POCl 3  Ar–CHO + R2NH Thí dụ: (CH3)2N–C6H5 + (CH3)2N–CHO  POCl 3 (CH3)2NH + (CH3)2NC6H4– CHO (80%)

- Halogen hoá:

Phản ứng thế trực tiếp hiđro của nhân benzen bằng halogen là phản ứng tổng hợp quan trọng Clo và brom có thể thế hiđro của benzen khi có mặt xúc tác axit Liuyt như FeCl3, AlCl3, FeBr3, ZnCl2 …

ra chất xúc tác mạnh là FeCl3 hay FeBr3

Tác dụng của xúc tác là làm cho phân tử halogen phân cực, kết quả là sẽ có một nguyên tử halogen trong phân tử mang điện tích dương và đóng vai trò tác nhân electrophin Thí dụ:

HCCl3NaOH

1.NaOH

2 HCl

Iot hoá trực tiếp các nhân thơm nói chung rất khó khăn, chủ yếu vì HI sinh

ra lại khử dẫn xuất iot, tái tạo hợp chất thơm ban đầu Tuy nhiên, với sự có mặt của các chất oxi hoá như HIO3, HNO3 thì hiệu suất của các phản ứng iot hoá có thể đạt tới 85% vì khi đó HI bị loại khỏi môi trường phản ứng:

5HI + HIO3 → 3I2 + 3H2O

4HI + 2HNO3 → 2I2 + N2O3 + 3H2O

Ngoài dùng các chất oxi hoá để oxi hoá HI sinh ra trong phản ứng như trên,

ta có thể trực tiếp iot hoá benzen (hoặc đồng đẳng của benzen) bằng cách dùng ion

Ag+ để tạo ra cation I+:

I – I + Ag+ → I + + AgI

I+ + C6H6 → C6H5 – I + H+ Nếu ở nhân benzen đã có sẵn một nhóm thế có tác dụng hoạt hoá nhân thơm như nhóm – OH hay nhóm – NH2 thì ta có thể iot hoá trực tiếp bằng iot monoclorua (ICl) hoặc iot mà không cần sự hỗ trợ của một tác nhân oxi hoá nào Phương pháp thuận tiện nhất để tổng hợp các hợp chất iot thơm vẫn là qua con

đường muối điazo (xem 2.1.3.1.b)

Khác với iot, flo tác dụng rất mãnh liệt với hiđrocacbon thơm, thường tạo ra

HF, CF4 và nhiều hợp chất peflo khác Flo hoá benzen bằng CoF3 tạo ra một loạt hợp chất peflo như C6F12, CF4, C2F6, C3F8, C4F10,…Vì vậy, muốn điều chế dẫn

xuất monoflo thơm, người ta cũng thường đi từ hợp chất điazo (xem 2.1.3.1.b), còn

hexaflorobenzen C6F6 được điều chế từ hexaclobenzen C6Cl6 bằng cách đun lâu với KF ở 500oC trong nồi hấp

Như vậy, khi halogen hoá hiđrocacbon thơm nhờ xúc tác halogenua kim loại chỉ nên dùng clo và brom

Đây là phản ứng thế thuận nghịch Điều này có thể cho phép sử dụng nhóm sunfo như nhóm bảo vệ trong tổng hợp hữu cơ

- Nitro hoá: (xem 2.1.3.4.a)

Các dẫn xuất của benzen cũng có thể tham gia vào phản ứng thế electrophin tương tự benzen Nhưng các nhóm thế đã có sẵn trong vòng thơm thường gây ảnh hưởng lớn đến phản ứng thế electrophin về hai mặt:

- Khả năng phản ứng của vòng nói chung:

Bản chất của phản ứng thế electrophin là tương tác giữa hệ electron л với tác nhân mang điện tích dương nên càng giàu mật độ electron, vòng thơm càng dễ phản ứng, trái lại, càng nghèo mật độ electron, vòng càng khó phản ứng Vì thế, các nhóm thế có tính chất đẩy electron sẽ làm cho vòng dễ phản ứng hơn còn các nhóm hút electron làm vòng khó phản ứng hơn, thậm chí có khi phản ứng không xảy ra được (ví dụ như nitrobenzen không tham gia phản ứng Friedel – Crafts)

Nhóm thế hoạt động hoá (nhóm đẩy electron) có thể là nhóm có hiệu ứng +I (như các gốc ankyl), có hiệu ứng + I và + C (như nhóm – O-) hoặc có hiệu ứng +C > – I (như –OH, –OCH3, – NH2, –NHR, –NR2)

Nhóm thế phản hoạt hoá (nhóm hút electron) có thể là nhóm có hiệu ứng –I và – C (như –NO2, –CN, – CHO, – COOH…), có hiệu ứng –I > + C (như – F, –Cl, –Br…) hoặc

có hiệu ứng – I (như nhóm- N (CH )(+) 3 3…)

- Sự định hướng nhóm thế mới:

Tất cả các nhóm thế hoạt động hoá đều định hướng sự tấn công của tác nhân

electrophin vào các vị trí ortho và para Các nhóm thế phản hoạt hoá định hướng tác nhân tấn cộng vào vị trí meta trừ nhóm có hiệu ứng –I > +C lại định hướng tác nhân tấn công vào các vị trí ortho và para

Thí dụ 1: Phenol bị nitro hoá ngay ở lạnh bằng axit nitric loãng tạo thành o

NO 2 o

Trong khi đó muốn nitro hoá nitrobenzen thành m-đinitrobenzen phải dùng

hỗn hợp HNO3 bốc khói với H2SO4 đậm đặc, còn đối với m-đinitrobenzen ngay cả

khi dùng hỗn hợp HNO3 bốc khói với H2SO4 bốc khói phản ứng cũng khó khăn (đun tới 110oC trong 5 ngày mới đạt hiệu suất 45%)

Như vậy, nhóm –OH đã làm tăng khả năng phản ứng của vòng benzen và định hướng

ortho và para còn nhóm – NO2 làm vòng benzen trở nên khó phản ứng và định hướng meta

Thí dụ 2: Phản ứng brom hoá anilin bằng nước brom xảy ra không cần axit Liuyt

làm chất xúc tác và phản ứng cũng không dừng ở giai đoạn mono hay đibrom hoá Ở đây

nhóm amino cũng định hướng ortho và para và mạnh hơn lực định hướng của brom

Muốn có sản phẩm monobrom hoá phải thực hiện qua axetanilit (tức là đã bảo vệ nhóm –NH2)

Khi vòng benzen có hai nhóm thế, sự định hướng của nhóm thế thứ ba phụ thuộc vào cả hai nhóm thế:

- Nếu hai nhóm thế đều hoạt hoá nhân, nhóm thế hoạt hoá mạnh nhất khống chế sự định hướng

H2O

H+ hay OH

-NH 2

Br +