CHƯƠNG 1 CƠ CHE PHAN UNG HỮU CƠ 1. Khái niệm về cơ chế phản ứng (( j Phương trình hóa học thông thường chỉ trình bày các chất đầu và cuối của hệ, mà không biết quá trình hóa học được thực hiện bằng cách nào, tiến trình diễn biến ra sao, tức là không nêu được cơ chế phản ứng. Định nghĩa cơ chế phản ứng: Cơ chế phản ứng hóa học là con đường chỉ tiết mà hệ các chất phản ứng phải đi qua để tạo ra sản phẩm. Con đường đó có thể phản ánh các bước cơ bản, cách phân cắt liên kết cũ và cách hình thành liên kết mới, tiến trình lập thể, sự solvat hóa.
Phân loại cơ chế phan ứng 2. Phân loại theo đặc điểm của sự biến đổi liên kết [2] ,ÍL | 2. Phản ứng dj ly Là phản ứng trong đó liên kết cộng hóa trị bị phân cất không đối xứng, orbital phân tử MO thuộc về một nguyên tử. MO tạo thành do một nguyên tử đưa ra bằng cách phối trí.
Phản ứng hai giai đoạn Á@ .« dị hợp © © A;¡:B + C‡——> A:iC + B: } Phản ứng một giai đoạn 2. Phản ứng đồng ly Là phản ứng trong đó MO liên kết bị phân cất một cách đối xứng. Mỗi nguyên tử liên kết còn một AO. Liên kết mới hình thành ở sản phẩm là do sự xen _ phủ hai AO ở hai nguyên tử liên kết.
:--:-›:<===—T"Ï:-nnnnnnnnnsss==e==mm——————GaFFFFFFEEEEEEC SVTH: Lê Trung Thu Hằng Trang 8 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Thầy Lê Văn Đăng A:B đồng ly kK «8 x + C đồng hợp. ‹ | Phản ứng hai giai đoạn A‡B + C——> A:C + B | Phản ứng một giai đoạn Phản ứng đồng ly thường xảy ra ở tướng khí hoặc dung môi không phân cực. Thường thường đó là các phản ứng dây chuyển cần khơi mào bằng ánh sáng, nhiệt độ hoặc chất khơi mào để tạo ra gốc tự do. Phản ứng đồng ly hay còn gọi là phản ứng gốc.
Phân loại theo hướng biến đổi thành phần chất phản ứng ( Í Ì 2. Phản ứng thế: Là phản ứng trong đó một nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) trong phân tử được thay thế bằng một nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) khác. Ví dụ: R-H + ClI-ClI-> R-ClI +HCl R-Cl + OH — R-OH +CI 2. Phản ứng tách: Là phản ứng làm cho hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị tách ra khỏi một phân tử mà không có nguyên tử hay nhóm nguyên tử nào thay thé, Ví dụ: | | XQ.
H—C—C—OH + HOH [ | 4 N Hi —-Xx=< + HBr 2. Phản ứng cộng: La phan ứng trong đó hai phân tử (hoặc ion) kết hợp với nhau thành một phân tử (hoặc ion) chất mới.C=C,Z HOH ——> H—C—C—OH Z N" Ỉ ` | = + HCN —> —C—OH ⁄ | CN 2. Phân loại phản ứng dj ly ( £ Ì 2. Tác nhân nucleophin và tác nhân electrophin.
Trong phản ứng dị ly, một tiểu phân này tương tác với tiểu phân khác nhờ ái lực của nó đối với hạt nhân nguyên tử hoặc đối với clecưon. SVTH: Lê Trung Thu Hằng Trang 9 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Thầy Lê Văn Đăng - _ Loại có ái lực đối với hạt nhân được gọi là tác nhân nucleophin Vidu; OH,CHỊO", H;O, NH;, CH:OH. Đa số tác nhân nucleophin là bazơ. Để đặc trưng cho tính chất nucleophin của tác nhân, người ta dùng khái niệm tính nucleophin và lực nucleophin.
Tính nucleophin là tính chất của một chất có ái lực đối với hạt nhân. Lực nucleophin nói lên khả năng kết hợp với C ”*” hoặc C * Loại có ái lực đối với elctron được gọi là tác nhân electrophin Ví dụ: 4.1C1, cH, eC I O Để đặc trưng cho tính chất của tác nhân này người ta dùng khái niệm tinh electrophin và lực electrophin. Phản ứng nucleophin và phản ứng electrophin - - Những phản ứng có sự tham gia của tác nhân nucleophin được gọi là phản ứng nucleophin. Trong ký hiệu được bổ sung bằng chữ N.
Vi dự: Sy, Aw. - Những phản ứng có sự tham gia của tác nhân electrophin được gọi là phản ứng electrophin. Trong ký hiệu được bổ sung bằng chữ E. Ví du: Sg, Ag.
SVTH: Lê Trung Thu Hằng Trang 10 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Thây Lê Văn Đăng CHƯƠNG 2 PHAN UNG THE Ở NGUYÊN TỬ CACBON NO[2 6! Trong hợp chất no, phản ứng thế theo cơ chế nucleophin là quan trọng va phổ biến nhất 1. Cơ chế phản ứng thế nucleophin Sơ đồ phản ứng: © Y + Rex —> R—Y + # X: I, Cl, Br, OH, OR, OSO;Ar,. Y :od RO”, RCOO,F, H;O, ROH, NR;. Đặc điểm cơ chế Cơ chế lưỡng phân tử, một giai đoạn, đi qua trạng thái chuyển tiếp.
Ÿ| Xe tÌ—~v-&- -# Ví du: HO? + CH;—Br —> HO—-CHy---Br —œ HO—CH; + Be a Sơ đồ trên áp dụng trực tiếp cho trường hợp X là Halogen. Khi X = OH hoặc OR trước khi thực hiện phản ứng Sx2 cần hoạt hóa nhóm OH hoặc OR. Ví đụ: ® CHOH + HI-"Ê2§? chÓN, + 1° ® 2 CH,OH, + hd — + ¥--CH,---OH, —> I—CH, + HạO ttct Khi tác nhân nucleophin trung hòa điện (R3N, ROH) cặp electron tự do là tác nhân nucleophin.« & H Ttct SVTH: Lê Trung Thu Hằng Trang 11 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Thầy Lê Văn Dan 1. Tiến trình lập thể Xét về ảnh hưởng không gian cũng như độ ổn định của trạng thái chuyển tiếp trong phản ứng Sy2; Y tấn công C* từ '" không có X thuận lợi hơn từ phía có X © D c @ œ :_ C Y C / *= Ad ae tct kém bền giữ cA cau hinh Vậy phản ứng S„2 làm quay cấu hình phân tử.
Dẫn chứng - Phản ứng bậc 2 - Tốc độ v = k[RX][Y']. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ, tính chất của chất phản ứng và tác nhân phản ứng. - Nếu xuất phát từ RX cấu hình (R) sẽ thu được RY có cấu hình (S) và ngược lại. Vi du: (S) - MeCHBrBu và NaOH trong hỗn hợp rượu — nước cho (R) — MeCHOHBu Bu Bu 6 / He"C——Br + Ho —> HO—CimH + Br 4°) () *% Me 1.
Đặc điểm cơ chế Phản ứng đơn phân tử, 2 giai đoạn tạo ra sản phẩm trung gian là cacbocation R* ở giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng. SVTH: Lê Trung Thu Hằng Trang 12 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Thiy Lê Văn Đăng Sơđể: mm. | | ts Y= Cử g Ví dụ: chậm | Me,C—Br === Me, + Be Me, + On? shea Me,C—OH Khi X là OH hay OR cần hoạt hóa bằng H * hoặc ZnCl: + ® MeyC-OH _— Me;C-OH; Mec;C-OH; An Me, + H;O ® chậm Mo + cp ee MụC—C| ZnCl, b+ & chậm & © Me;C-OH ——* Me;Cz=zQ- -ZaCl, === Me3;C + Zn(OH)C|; H Me, + of sean Me,C—Cl 1. Tiến trình lập thể Cacbocation R!*' có cấu hình phẳng hay gần như phẳng cho nên xác suất tấn công của Y“' từ hai phía vào C là tương đương nhau nên nếu xuất phát từ RX quang hoạt (dạng R hoặc S) sau phản ứng phải thu được hỗn hợp raxemic.
SVTH: Lê Trung Thu Hằng Trang 13 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Thay Lê Văn Dan ¿ Y— Citi a ` 511111 Br == la +Y quayNecấu hình | (nặn hợp raxemic) BOs, nhanh giữ nguyên cấu hình 1. Dẫn chứng - Phan ứng bậc 1. Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào tác nhân, phụ thuộc vào bản chất và nồng độ của chất phản ứng. Khi độ bén của cacbocation càng tăng thì tỷ lệ đồng phân giữ nguyên cấu hình tăng.
Sự chuyển vị Vanhe - Mecvai Sự chuyển vị làm thay đổi bộ khung cacbon. Thực chất là quá trình chuyển một R* kém bền thành R* bén hơn. R R | h | ® R—C—cH,X S42 R—C—CH; —> R—C—CH;—R | -x® | | R R R ® Í R~C—CH,—R + yO "han R~C—CH,—R R R 1. Đặc điểm cơ chế Phản ứng xảy ra khi cho alcol tác dụng SOC]; PBr; , PBrs.
Phản ứng có bậc 2, nhiều giai đoạn, có hình thành trạng thái chuyển tiếp vòng. SVTH: Lê Trung Thu Hằng Trang 14 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Thầy Lê Văn Đăng cl O «wMO-OH + > ÔN s‹ X yA Cl “Hi ZZ \ ys | ankyl closunfit 9 «sIII—C] oat + so; ‡ — D2) Ga osS=O ttct vòng Vì tác nhân Y (Cl) và trung tâm phản ứng (C**) cùng thuộc một phân tử alkylclosunfit nên người ta gọi là cơ chế Sai. Tiến trình lập thể Giai đoạn (1) không làm thay đổi cấu hình vì liên kết C - O chưa đứt. Giai đoạn (2) không làm thay đổi cấu hình vì các nguyên tử Cl (Y ˆ) và O (X) ở cùng một phía của alkylclosunfit.
Vậy phản ứng Syi không làm thay đổi cấu hình. Nếu thêm vào hỗn hợp phản ứng một bazơ hữu cơ như: pyridin, trietylamin,. sẽ làm cho phản ứng xảy ra theo cơ chế S„2 bình thường nên làm quay cấu hình sản phẩm. -o-§ ⁄⁄„ - o T ố " Ò Z 2 — o - e CN ' - N e sHN %%, w e — — re) © +C P Cm * S 0 2 ® C s H s N Vai trò của bazơ: chuyển hóa alkylclosunfit về dang muối pyridin, muối này bị Cl~ tấn công theo kiểu S„2.
Dẫn chứng - Phản ứng có bậc hai. - Tốc độ phản ứng v= k[ROH][SOCI;] - Cho (R)-phCHOHMẶc tác dụng SOCI, thu được (R) - phCHCIMe. CI CH, H-sb-oH ‘ Ss=o “he oe 6 Ph cl n f )⁄ cl a CH, \ CH; wey H¬»2È-CI + so;4 — Hees Ss=0 Pri Pf `cí tet vòng SVTH: Lê Trung Thu Hằng Trang 15 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Thây Lê Văn Da - _ Hiện tượng giữ nguyên cấu hình còn gặp trong trường hợp khi có | nhóm khác bên cạnh nhóm đi ra X cùng tham gia phản ứng. Giải thích: là do có phản ứng Sy2 nội phân tử, sau đó là phản ứng Sx2 bình thường.
F4 _ | < — —— ————h— 2, ZA ⁄ | Br Ví dụ: Axít a— brompropionic tác dụng CHONa cho sản phẩm không đổi cấu hình HC Sy2 add phân tử -Q S2 bào, | ee 1Ï HạC-HC^— ————*= So & ) Ug CH; “3 ° 2. Phan ứng thế theo cơ chế gốc tự do (Sz) Sơ đồ phản ứng theo cơ chế gốc tự do: R-H+X-Y-+›RX+HY X~-Y: Hai,,SO,CI,,R,C -O - CI,CCI,Br,CE 1. Phản ứng xảy ra có chiếu sáng hoặc có chất khơi mào. Đặc điểm cơ chế Phản ứng dây chuyển tạo ra sản phẩm trung gian là gốc cacbo tự do R*.