Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình HểA HỮU CƠ CHƯƠNG I TIẾT 1: ĐẠI CƯƠNG HÓA HỌC HỮU CƠ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ HÓA HỌC HỮU CƠ I Khái niệm 1/ Hợp chất hữu cơ: Là hợp chất C trừ(CO, CO2, muối cacbonat, xianua, cacbua kim loại amoni)… Số lượng hợp chất hữu nhiều… Được gọi hợp chất hữu chất nghiên cứu ban đầu có thể người, động thực vật 2/ Hóa học hữu cơ: Là ngành hóa học chuyên nghiên cứu hợp chất hữu II Phân loại hợp chất hữu 1/ Dựa vào thành phần nguyên tố → Hidrocacbon: CTTQ CxHy CnH2n+2-2a(a = π + v) độ bất bão hòa phân tử(nêu cách xác định) - Hidrocacbon no - Hidrocacbon không no - Hidrocacbon thơm → Dẫn xuất hidrocacbon: loại dẫn xuất cách phân loại loại dẫn xuất - Dẫn xuất halogen - Dẫn xuất oxi - Dẫn xuất nitơ 2/ Dựa vào mạch C → Hợp chất khơng vịng(mạch hở) → Hợp chất mạch vòng 3/ Một số khái niệm liên quan * Nhóm chức: Là nhóm nguyên tử gây nên phản ứng hóa học đặc trưng cho hợp chất hữu Các loại nhóm chức - Nhóm chức gắn với mạch: C=C; C≡C: VD - Nhóm chức có oxi + -OH; -O-: VD + -CHO; -CO- : VD + -COOH; -COO- : VD - Nhóm chức có nitơ: -NH2; -NH-… chức amin : VD * Hợp chất đơn chức hợp chất hữu chứa nhóm chức VD: * Hợp chất đa chức hợp chất hữu chứa hay nhiều nhóm chức loại (còn gọi chức) VD: * Hợp chất tạp chức hợp chất chứa hay nhiều loại nhóm chức khác VD: → Cách hình thành cơng thức tổng quát * Bậc cacbon - Bậc 0: VD - Bậc 1, 2, 3, 4.: VD III Đặc điểm chung hợp chất hữu 1/ Thành phần cấu tạo - Thành phần nguyên tố: Nhất thiết có C, thường có H hay gặp O, N đến nguyên tố halogen… - Thành phần liên kết: Liên kết hóa học chủ yếu hợp chất hữu liên kết CHT(giải thích) 2/ Tính chất Trêng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình - Tớnh cht vật lí: Phần lớn hợp chất hữu thường khơng tan tan nước, tan dung mơi hữu cơ(giải thích) - Tính chất hóa học + Các hợp chất hữu tương đối dễ bay hơi, bền nhiệt dễ cháy(giải thích) + Các phản ứng hóa học hợp chất hữu thường diễn chậm theo nhiều hướng khác tạo thành hỗn hợp sản phẩm.(do cần định hướng sản phẩm nhiệt độ hay xúc tác) (giải thích) IV Danh pháp hợp chất hữu 1/ Phân loại danh pháp 2/ Danh pháp IUPAC - Danh pháp thay - Danh pháp gốc - chức TIẾT 2: PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ, TÁCH HỢP CHẤT HỮU CƠ I Các phương pháp thông thường 1/ Phương pháp chiết - Nguyên tắc: Tách chất lỏng không tan vào - Cách tiến hành 2/ Phương pháp kết tinh - Nguyên tắc: Dựa vào độ tan chất dung môi nhiệt độ xác định - Cách tiến hành: Hòa tan chất cần tinh chế hay tách vào dung mơi đun nóng để dung dịch bão hịa Sau làm lạnh dung dịch, chất có độ tan nhỏ kết tinh trước… 3/ Phương pháp chưng cất - Chưng cất thường + Nguyên tắc: Tách chất có nhiệt độ sơi khác nhiều khỏi hỗn hợp + Cách tiến hành: - Chưng cất phân đoạn + Nguyên tắc: Tách chất có nhiệt độ sơi khác khơng nhiều khỏi hỗn hợp + Cách tiến hành: - Chưng cất lơi nước + Ngun tắc: Tách chất có nhiệt độ sôi cao khỏi hỗn hợp + Cách tiến hành: Cho nước qua hỗn hợp cần tách, nước làm chất cần tách bay theo II Phương pháp sắc kí TIẾT 3: THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ VÀ CƠNG THỨC PHÂN TỬ I Các loại cơng thức hợp chất hữu - CTTQ: Cho biết thành phần nguyên tố có hợp chất + CTTQ hidrocacbon(điều kiện x, y ) + CTTQ dẫn xuất(điều kiện x, y, z) - CTĐG, CTTG: Cho biết tỉ lệ số nguyên tử nguyên tố có hợp chất hữu VD: - CTTN: Tương tự công thức đơn giản VD: - CTPT: Cho biết số nguyên tử nguyên tố hợp chất VD: - CTCT: Cho biết thứ tự liên kết ngun tố có hợp chất II Phân tích nguyên tố 1/ Phân tích định tính * Mục đích: Xác định thành phần nguyên tố tạo nên hợp chất Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình * Nguyên tắc: Chuyển hợp chất cần xác định thành hợp chất vô đơn giản, dễ nhận biết, sau nhận biết chúng phản ứng hóa học đặc trưng a/ Xác định C, H - Cách tiến hành: Đun nóng hchc với CuO(khơng đốt khơng khí có nhiều tạp chất) Nhận biết nước CuSO4 khan, CO2 nước vôi - Chú ý để nhận biết xác ta nhận biết nước trước, CO2 sau b/ Xác định N - Đốt cháy hợp chất hữu có mùi khét → N - Đun hợp chất hữu với Na → NaCN Fe2+ + 6CN- → [Fe(CN)6]44Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3↓ (màu xanh đậm) - Đun nóng hợp chất hữu với H2SO4 đặc, chuyển N thành (NH4)2SO4, cho kiềm dư vào sản phẩm thu thấy có khí mùi khai bay làm xanh q tím ẩm c/ Xác định halogen Đốt hợp chất hữu ancol etylic thu khí hidro halogenua, dẫn khí vào dung dịch AgNO thấy có kết tủa, kết tủa lại bị hịa tan NH3 → có halogen d/ Định tính oxi - Phương pháp trực tiếp khó thực VD: Phân hủy hợp chất hữu chứa oxi thành CO, sau cho tác dụng với I 2O5→CO2 + I2 nhận biết có mặt iot hồ tinh bột - Phương pháp gián tiếp: từ phân tích định lượng → mO = mh/c - mC – mH… Phân tích định lượng * Mục đích: Xác định hàm lượng % nguyên tố có hợp chất (xác định CTĐG hay CTTN) * Ngun tắc: chuyển hóa hồn tồn nguyên tố hợp chất hữu thành hợp chất vơ đơn giản, sau định lượng hợp chất vơ thơng qua thể tích, khối lượng, từ tính phần trăm ngun tố (theo định luật bảo toàn nguyên tố) Phương pháp xác định * Nguyên tắc: Dựa theo định luật bảo toàn nguyên tố: Lượng nguyên tố chất tham gia phản ứng lượng nguyên tố chất sản phẩm a/ Định lượng C, H Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu CuO hay O nguyên chất nhiệt độ cao (không dùng khơng khí) → sản phẩm cháy có CO2 H2O Để định lượng chúng dùng phương pháp sau: + Định lượng riêng: phải định lượng H2O trước, CO2 sau - Định lượng nước cách cho sản phẩm qua bình đựng chất hút ẩm, hấp thụ H 2O (chú ý chất khơng có tính bazơ) P 2O5, H2SO4, CaCl2, CuSO4 Sự tăng khối lượng bình đựng khối lượng H2O bị hấp thụ - Định lượng CO2, khí khỏi bình hấp thụ H 2O cho vào bình đựng chất có tính bazơ CaO, dung dịch kiềm… Định lượng CO thông qua tăng khối lượng bình đựng hay dựa vào lượng kết tủa + Định lượng CO2 H2O Vì chất hấp thụ CO2 có khả hấp thụ H2O nên ta cho sản phẩm cháy vào bình đựng chất hấp thụ dung dịch Ba(OH) 2, Ca(OH)2 (nước vôi trong) dư, dùng đủ lượng để hấp thụ hết sản phẩm cháy - Nếu dùng dư dung dịch hấp thụ Từ m↓ → xác định CO2 Khối lượng bình đựng tăng ∆m = m CO + m H O Nếu khối lượng dung dịch tăng thì: ∆m = m CO + m H O - m↓ Nếu khối lượng dung dịch giảm thì: ∆m = m↓ - ( m CO + m H O ) - Khi dùng a mol Ca(OH)2 hay Ba(OH)2 mà thu b mol kết tủa (b < a) ta phải xét trường hợp Chỉ có phản ứng tạo kết tủa (tạo muối trung hịa) Có phản ứng tạo muối trung hịa tạo muối axit b/ Định lượng N - Cách 1: dựng phng phỏp Dumass Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình Oxi húa hon ton hp cht hữu CuO, O thu CO2, H2O, N2… Cho tồn sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch kiềm đặc (Hình vẽ) N2, nước h A B PA = PB → Pkq = Pnitơ + Phơi nước bão hòa + Pcột nước → Pkq = Pnitơ + Phơi nước bão hòa + h/13,6 Cách 2: Phương pháp Kiecdan Chuyển hóa N hợp chất hữu thành NH 3, định lượng NH3 axit c Định lượng halogen Chuyển hóa hợp chất hữu chứa halogen thành axit halogen hidric tương tứng, cho sản phẩm tác dụng với dung dịch AgNO3, định lượng kết tủa d Định lượng oxi - Phương pháp trực tiếp - Phương pháp gián tiếp Ví dụ 1: Đốt cháy 11,6 gam chất A thu 5,3 gam Na 2CO3; 4,5 gam H2O 24,2 gam CO2 Hàm lượng C A Ví dụ 2: Đốt chày hoàn toàn 7,4 gam chất hữu A lượng oxi vừa đủ Sản phẩm cháy cho hấp thụ hồn tồn vào bình đựng dung dịch Ca(OH) dư(khơng có khí ra), thu 40 gam kết tủa, lọc bỏ kết tủa thu dung dịch thấy khối lượng dung dịch giảm 13,4 gam so với dung dịch ban đầu Hàm lượng O A Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 0,282 gam hợp chất hữu B cho sản phẩm cháy qua bình đựng CaCl2 khan bình đựng KOH rắn Sau thí nghiệm, khối lượng bình tăng 0,194 gam bình tăng 0,80 gam Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 0,186 gam B thu 22,4 ml khí N (đktc) Phân tử B chứa nguyên tử nitơ Xác định CTPT B Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn lượng hợp chất hữu A (thành phần chứa C, H, Cl) thu 0,44gam CO2 0,18 gam H2O Khi xác định lượng Clo lượng chất A dung dịch AgNO3 dư thu 2,87 gam AgCl Phần trăm khối lượng Cl A III Xác định phân tử khối Dựa vào khối lượng số mol - Khối lượng chất thường đầu cho - Xác định số mol chất dựa vào thể tích thơng qua phương trình trạng thái Hoặc xác định số mol dựa vào số mol chất cho thể tích điều kiện nhiệt độ, áp suất Dựa vào tỉ khối M d A / B = A → MA = MB dA/B MB - Đối với khơng khí chọn M = 29 - Trong trường hợp hỗn hợp khí ta phải tính phân tử khối trung bình VD cho hỗn hợp khí A, B với số mol tương ứng n A, nB, thiết lập cơng thức tính phân tử khối trung bình hỗn hợp khí m m + mB M = hh = A n hh nA + nB Dựa vào định luật Raun ∆ts = Ks Cm (Cm số mol chất tan có 1000 gam dung môi) ∆tđ = Kđ Cm 100m Giả thiết a gam chất tan có m gam dung mơi ta có cơng thức ∆t = K M ct a Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình Phương pháp đo phổ khối lượng Đây phương pháp đại tiến hành nhanh, lượng mẫu nhỏ xác IV Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu Thiết lập công thức đơn giản-công thức thực nghiệm Giả thiết hợp chất hữu có cơng thức tổng quát CxHyOzNt Để tìm tỉ lệ số nguyên tử nguyên tố ta sử cách sau: x : y : z : t = nC : nH : nO : n N mC mH mO m N : : : 12 16 14 % C % H %O % N = : : : 12 16 14 Nguyên hóa số liệu cách chia số lại cho số nhỏ Nếu chưa nhân thêm với 2;5 Ví dụ 1: Trong hợp chất hữu có hàm lượng nguyên tố 51,3%C ; 9,4%H ; 12,0%N ; 27,3%O Công thức đơn giản hợp chất hữu cơ? Hướng dẫn Gọi công thức tổng quát hợp chất hữu C x H y O z N t Có = %C % H %O % N : : : 12 16 14 51,3 9,4 27,3 12 = : : : 12 16 14 = 4,275 : 9,400 : 1,706 : 0,857 x:y:z:t = = : 11 : : Vậy công thức đơn giản hợp chất hữu C5H11O2N Ví dụ 2: Khi phân tích hợp chất hữu thấy: 2,1 phần khối lượng C có 2,8 phần khối lượng oxi 0,35 phần khối lượng hiđro Công thức đơn giản hợp chất hữu Hướng dẫn Gọi công thức tổng quát hợp chất hữu C x H y O z m m m x: y:z = C : H : O 12 16 = 0,175 : 0,35 : 0,175 = 1: :1 Vậy công thức đơn giản CH2O ⇒ đáp án B Ví dụ 3: Đốt cháy hồn tồn 5,2 gam hợp chất hữu A cho sản phẩm cháy qua bình đựng H2SO4 đặc bình đựng dung dịch nước vơi dư Sau thí nghiệm thấy khối lượng bình tăng 1,8 gam bình có 15 gam kết tủa Cơng thức đơn giản A Hướng dẫn Theo đầu có m H O = 1,8g ⇒ n H O = 0,1mol ⇒ n H = 0,2mol ⇒ m H = 0,2g m CaCO = 15g ⇒ n CaCO = 0,15mol ⇒ n CO = 0,15mol ⇒ n C = 0,15mol ⇒ m O = m A − m C − m H = 3,2g ⇒ n O = 0,2mol Gọi công thức tổng quát hợp chất hữu C x H y O z x : y : z : t = nC : nH : nO : n N = 0,15 : 0,2 : 0,2 = 3: : Vậy công thức đơn giản A C3H4O4 ⇒ đáp án D Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn B×nh Xác định cơng thức phân tử từ hàm lượng nguyên tố Với hợp chất hữu A có cơng thức tổng qt C x H y O z N t - Nếu biết hàm lượng ngun tố ta xác định cơng thức phân tử cách sau 12.x y 16.z 14.t 12.x + y + 16.z + 14.t M A = = = = = (IV.1) mC mH mO m N mA mA Hoặc 12.x y 16.z 14.t 12.x + y + 16.z + 14.t M A = = = = = (IV.2) %C % H % O % N 100 100 - Nếu biết công thức đơn giản C x H y O z N t cơng thức phân tử có dạng (C x H y O z N t ) n Khi biết khối lượng phân tử M ta xác định hệ số n M = (12.x + y + 16.z + 14.t).n (IV.3) Ví dụ 1: Cho biết hợp chất hữu X hàm lượng nguyên tố 54,5%C ; 9,1%H 36,4%O Biết 1,76 gam chất hữu chiếm thể tích 448 ml (đktc) Công thức phân tử hợp chất hữu X Hướng dẫn Gọi công thức X C x H y O z 1,76 = 88(đvC) 0,448 Có 22,4 M %C = ; tương tự có y = 8; z = Từ công thức IV.2 ⇒ x = X 12.100 Vậy công thức phân tử X C4H8O2 Ví dụ 2: Khi phân tích hợp chất hữu Y thấy: 2,10 phần khối lượng C có 2,80 phần khối lượng oxi 0,35 phần khối lượng hiđro Ở đktc, g chất Y chiếm thể tích 373,3 cm Cơng thức phân tử Y Hướng dẫn Gọi công thức X C x H y O z Giả thiết có mC = 2,1 gam; mH = 0,35 gam; mO = 2,8 gam ⇒ mY = mC + mH + mO = 5,25 gam MY = = 60(đvC) 0,3733 Theo đầu có 22,4 Áp dụng cơng thức IV.1 ta thu x = 2; y = 4; z = Vậy công thức phân tử Y C2H4O2 ⇒ đáp án D Xác định công thức phân tử từ công thức đơn giản Để làm theo phương pháp ta cần xác định CTĐG biết phân tử khối, giới hạn phân tử khối, điều kiện số nguyên tử ngun tố phân tử Ví dụ 1: Khi phân tích hợp chất hữu A thấy: 2,1 phần khối lượng C có 2,8 phần khối lượng oxi 0,35 phần khối lượng hiđro Xác định công thức phân tử hợp chất hữu trường hợp sau a/ Tỉ khối A so với heli 45 b/ Tỉ khối A so với hidro nhỏ 30 c/ A axit hữu đơn chức Hướng dẫn Gọi công thức tổng quát hợp chất hữu C x H y O z MX = Trêng THPT Chuyên Bắc Ninh x: y:z = Th/sĩ Ngô Văn B×nh mC m H mO : : 12 16 = 0,175 : 0,35 : 0,175 = 1: :1 Vậy công thức đơn giản CH2O → công thức nghiệm A (CH2O)n MA = 30.n a/ Từ tỉ khối → MA = 180 → 30.n = 180 → n = → CTPT A C6H12O6 b/ Từ tỉ khối → MA < 60 → 30.n < 60 → n < → n= → CTPT A CH2O c/ A axit hữu đơn chức nên có chứa nhóm COOH, A có chứa nguyên tử oxi, n =2 → CTPT C2H4O2 Dạng xác định công thức phân tử hợp chất hữu theo phương trình phản ứng cháy Giả thiết hợp chất hữu A có cơng thức tổng qt C x H y O z N t Phương trình phản ứng cháy y z y t − )O → xCO + H O + N 2 Theo phương trình phản ứng ta có tỉ lệ hệ số chất tỉ lệ số mol chúng, điều kiện nhiệt độ áp suất tỉ lệ tỉ lệ thể tích hợp chất n CO VCO x n CO VCO = = ⇒x= = nA VA nA VA nH O VH O y n H O VH O = = ⇒ y = 2 = 2 nA VA nA VA C x H y O z N t + (x + nN VN t n N VN = = ⇒ t = 2 = 2 nA VA nA VA (x + n O VO n CO n H O nO y z − )= = ⇒ z = + − 2 nA VA nA nA nA = VCO VA + VH O VA − VO VA Ta xác định z biết MA MA = 12.x + y + 16.z + 14.t Ví dụ 1: Đốt cháy hồn tồn lít khí A cần lít O 2, thu lít CO2 lít H2O Các thể tích đo điều kiện nhiệt độ áp suất Công thức phân tử A Hướng dẫn Gọi công thức hợp chất hữu A C x H y O z Phương trình phản ứng cháy y z y C x H y O z + ( x + − )O → xCO + H O 2 Áp dụng công thức ta có x = 3; y = 8; z = Vậy cơng thức phân tử A C3H8 Ví dụ 2: Trộn 400 ml hỗn hợp khí (gồm N hiđrocacbon) với 900 ml O 2(dư) đốt Thể tích hỗn hợp khí sau đốt 1400 ml Sau ngưng tụ nước, thể tích hỗn hợp cịn 800 ml, cho hỗn hợp qua dung dịch KOH, thể tích cịn lại 400 ml Các thể tích khí đo điều kiện Xác định CTPT hiđrocacbon Hướng dẫn Gọi công thức hiđrocacbon C x H y Đặt thể tích Hiđrocacbon a, thể tích N2 b Có a + b = 400 Phương trình phản ứng cháy y y C x H y O z + ( x + )O → xCO + H O a →(x + y/4).a → a.x → a.y/2 Trêng THPT Chuyªn Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình Th tớch hn hp giảm ngưng tụ nước thể tích nước(600ml) Tiếp tục cho hỗn hợp qua dung dịch KOH thể tích giảm thể tích CO bị hấp thụ(400ml) Hỗn hợp lại N2 O2 dư Nên ta có hệ a + b = 400 a.x = 400   a.y / = 600 b + 900 − a.( x + y / 4) = 400  Giải hệ ta có a = b = 200; x = 2; y = Vậy công thức phân tử hiđrocacbon C2H6 Ví dụ 4: Đốt cháy hết hiđrocacbon B lượng O2 vừa đủ thể tích khí CO2 thu nửa tổng thể tích B O2 Sô công thức phân tử B thoả mãn điều kiện Hướng dẫn Gọi công thức B C x H y ( y ≤ x + 2) Ptpư: C x H y + ( x + y / 4)O → xCO + y / 2H O (x + y/4) x Theo đầu ⇒ 2.x = + x + y/4 ⇒ 4x = y + Để thoả mãn điều kiện y có cặp nghiệm x = 2; y = x = 3; y =8 Xác định công thức phân tử hợp chất hữu biết khối lượng phân tử Giả thiết hợp chất hữu A có cơng thức tổng quát C x H y O z N t Trong x, y, z, t số nguyên dương y ≤ 2.x + t + M = 12.x + y + 16.z + 14.t Ta lập bảng biện luận biến có hệ số lớn Trong ví vụ ta bắt đầu biện luận theo biến z Ví dụ 1: Một hiđrocacbon có tỉ khối so với hiđro 28 Cơng thức phân tử hiđrocacbon Hướng dẫn Gọi cơng thức hiđrocacbon CxHy (y ≤ 2.x + 2) d = 28 ⇒ M = 28.2 = 56 ⇒ 12.x + y = 56 x y 44 32 20 -4 Vậy công thức phân tử hiđrocacbon C4H8 Ví dụ 2: Số cơng thức phân tử hợp chất hữu (có thành phần nguyên tố gồm C, H O) có khối lượng phân tử 60 Hướng dẫn Giả thiết hợp chất hữu có cơng thức tổng qt C x H y O z Trong x, y, z số nguyên dương y ≤ 2.x + M = 12.x + y + 16.z = 60 z x y 32 20 -4 16 -8 Vậy có cơng thức phân tử thoả mãn C3H8O C2H4O2 Ví dụ 3: Một hidrocacbon A cho tác dụng với Brom thu sản phẩm B, tỉ khối B so với khơng khí 5,207 Cơng thức phân tử B Hướng dẫn Giả thiết hợp chất hữu có công thức tổng quát C x H y Brz Theo đầu ⇒ B có M = 151 < 2*80 ⇒ B có Br, nên cơng thức B C5H11Br Trêng THPT Chuyên Bắc Ninh TIT Th/sĩ Ngô Văn Bình CẤU TẠO HĨA HỌC-CẤU TRÚC KHƠNG GIAN I Thuyết cấu tạo hóa học Nội dung thuyết cấu tạo hóa học Butlerop * Trong phân tử hợp chất hữu cơ, nguyên tố kết hợp với theo thứ tự định theo hóa trị chúng Thứ tự gọi cấu tạo hóa học Sự thay đổi thứ tự kết hợp tạo chất * Trong phân tử hợp chất hữu cơ, C có hóa trị Các nguyên tử cacbon kết hợp với nguyên tử nguyên tố khác mà kết hợp trực tiếp với thành mạch cacbon khác * Tính chất hợp chất hữu phụ thuộc vào thành phần phân tử(bản chất số lượng nguyên tử) cấu tạo hóa học(thứ tự kết hợp nguyên tử) II Công thức cấu tạo 1/ Khái niệm: Là công thức biểu diễn thứ tự liên kết nguyên tử phân tử CTCT cho biết loại liên kết, thứ tự liên kết, thức liên kết nguyên tử phân tử 2/ Cách thức biểu diễn CTCT - CTCT khai triển(chi tiết): biểu diễn tất liên kết phân tử - CTCT thu gọn: viết gộp nguyên tử H với nguyên tử mà chúng liên kết thành nhóm - CTCT thu gọn nhất: dùng đoạn thẳng để biểu diễn liên kết nguyên tử C Đầu mút đoạn thẳng nhóm CHx cho C có đủ hóa trị Các nguyên tử khác nhóm chức đượ giữ nguyên VD 1: viết công thức cấu tạo có ứng với cơng thức phân tử C 4H8 theo cách biểu diễn CTCT VD 1: viết cơng thức cấu tạo có ứng với cơng thức phân tử C 4H8O theo cách biểu diễn CTCT Cách xác định CTCT Để xác định CTCT người ta áp dụng phương pháp thực nghiệm xác định cấu tạo bao gồm: phương pháp hóa học (dựa vào tính chất) phương pháp vật lí (dựa vào nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi ) Ý nghĩa - Thuyết cấu tạo hóa học cho biết mối liên hệ cấu tạo hóa học tính chất hợp chất hữu Khi biết cấu tạo hóa học dự đốn tính chất ngược lại - Là sở khoa học cho nghiên cứu phân tích lí thuyết hóa học hữu ứng dụng hợp chất hữu đời sống III Đồng đẳng, đồng phân A Đồng đẳng Khái niệm: Là tượng chất có cấu tạo tính chất tương tự nhau, thành phần phân tử khác hay nhiều nhóm cấu trúc định, thường nhóm metylen -CH 2, CH(OH) Những chất gọi đồng đẳng với chúng hợp thành dãy đồng đẳng VD: - Dãy đồng đẳng metan - Dãy đồng đẳng etilen - Dãy đồng đẳng ancol - Dãy đồng đẳng ancol no đa chức, tạp chức (cacbohidrat) Nhận xét (trong chương trình phổ thông xét đồng đẳng nhóm CH2) * Các chất dãy đồng đẳng có - Cùng công thức chung (CTTQ) - Cấu tạo tính chất tương tự - Khối lượng phân tử bội số 14 * Các chất đồng đẳng liên tiếp chất nguyên tử C, phân tử khối 14u * Chú ý: Các chất có cơng thức tổng quát chưa đồng đẳng Để xác định đồng đẳng phải dựa vào công thức cấu tạo * Trong tập cho chất dãy đồng đẳng ta sử dụng công thức trung bình (cơng thức tương đương) Trêng THPT Chuyªn Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình VD 1: Cho hn hợp chất C2H6(0,2 mol) C3H8(0,3 mol) Từ công thức chất → công thức tổng quát → cơng thức trung bình có dạng - Cách tính phân tử khối trung bình - Cách tính số ngun tử cacbon trung bình - Cách tính số ngun tử hidro trung bình → Cơng thức đường chéo xác định tỉ lệ mol VD 2: Đốt cháy hoàn toàn ankan đồng đẳng liên tiếp thu CO H2O theo tỉ lệ thể tích 16:21 Xác định cơng thức ankan tính phần trăm khối lượng, số mol, thể tích chất có hỗn hợp B Đồng phân Khái niệm K/n: Là chất khác có cơng thức phân tử Là chất có CTPT có cấu trúc hóa học(CTCT, cấu trúc khơng gian) khác nên có tính chất khác (cấu trúc không gian phân bố không gian nguyên tử phân tử) Do với CTPT, thứ tự liên kết chưa phải chất VD: trường hợp đồng phân hình học Nhận xét - Các chất có khối lượng phân tử, thành phần nguyên tố chưa đồng phân VD: Các chất có khối lượng phân tử 44 gồm CTPT gồm C3H8 C2H4O CH2-CH2 O Với C2H4O có đồng phân CH3-CH=O CH2=CH-OH Phân loại * Đồng phân cấu tạo: Có thứ tự liên kết khác Gồm + Đồng phân nhóm chức + Đồng phân mạch C + Đồng phân vị trí nhóm chức * Đồng phân lập thể: Có thứ tự liên kết giống nhau, khác phân bố nguyên tử hay nhóm nguyên tử khơng gian Gồm loại + Đồng phân hình học + Đồng phân quang học a Đồng phân cấu tạo * Đồng phân mạch C - Đồng phân mạch khơng nhánh (mạch thẳng) - Đồng phân mạch có nhánh VD: * Đồng phân nhóm chức, loại liên kết - Đồng phân loại liên kết như: anken=xicloankan, ankin=ankadien VD: - Đồng phân loại nhóm chức: ancol-ete; andehit-xeton VD: * Đồng phân vị trí nhóm chức, vị trí liên kết bội VD: * Đồng phân hỗ biến (đồng phân tautome): Đây loại đồng phân đặc biệt, đồng phân tồn cân bằng, đồng phân chuyển hóa thành đồng phân qua thay đổi vị trí nguyên tử H dẫn đến thay đổi liên kết đôi Cân đồng phân gọi cân hỗ biến hay hỗ biến VD: CH3-CH=O (100% dạng xeto) CH2=CH-OH (dạng enol) CH3-C-CH2-COOC2H5 CH3-C=-CH-COOC2H5 OH O Xeto - Chuyển hóa nitro axi Enol 10 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình OH O CH3-CH=N CH3-CH2-N O O → Chú ý: Trong đồng phân hỗ biến, tùy theo độ bền đồng phân mà cân dạng đồng phân chiếm chủ yếu VD O O .H O O Dạng enol bền tạo liên kết H (vòng cạnh) chiếm 100% * Các bước viết đồng phân cấu tạo + Bước 1: xác định độ bất bão hịa(độ khơng no a = liên kết π + vòng) 2x + − y (a ≥ 0) - Với hợp chất CxHyOz(St) a = O, S không ảnh hưởng đến độ bất bão hòa phân tử 2x + − y − z (a ≥ 0) X halogen - Với hợp chất CxHyXz a = 2x + − y + z (a ≥ 0) x, y lẻ chẵn - Với hợp chất CxHyNz a = VD: Xác định độ bất bão hòa chất sau C6H12O6, C6H7N, C5H6Cl2 + Bước 2: Xác định loại nhóm chức, loại liên kết VD: Xác định loại hợp chất ứng với CTPT C5H10O → ancol-ete(mạch hở, mạch vòng), andehit-xeton + Bước 3: Viết kiểu mạch C - Đồng phân mạch hở không nhánh, đồng phân mạch hở có nhánh(1 nhánh, nhánh, nhánh ) - Đồng phân mạch vịng khơng nhánh, mạch vịng có nhánh + Bước 4: Viết đồng phân vị trí theo kiểu mạch C - Đồng phân vị trí liên kết bội, vị trí nhóm chức (chú ý tới tính đối xứng mạch) VD: Viết đồng phân ứng với CTPT C6H14; C4H8O; C3H9N; C5H10; C4H7Cl; C4H8Cl2, C4H8BrCl b Đồng phân lập thể * Các cách biểu diễn cấu trúc phân tử không gian + Công thức phối cảnh: - Liên kết nằm mặt phẳng giấy: nét gạch bình thường – - Liên kết nằm sau mặt phẳng giấy: nét đứt - hay - Liên kết nằm trước mặt phẳng giấy: nét liền đậm hay (gần người quan sát đầu liên kết to hơn) VD H H H H C C H C H H H H Với phân tử lớn, liên kết tạo mạch xét nằm mặt phẳng giấy + Cơng thức Niumen: Nhìn phân tử dọc theo liên kết đó, thường liên kết C-C, ngun tử cacbon hình trịn đồng tâm, nguyên tử đứng trước dấu chấm-các liên kết biểu diễn từ tâm, nguyên tử đứng sau hình trịn-các liên kết biểu diễn từ giới hạn đường trịn VD: H 11 Trêng THPT Chuyªn Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình H H HH H H H H H H H H + Công thức chiếu Fisơ: - Chọn mặt phẳng giấy qua nguyên tử C - Liên kết nằm ngang liên kết nằm trước mặt phẳng giấy - Liên kết nằm dọc liên kết nằm sau mặt phẳng giấy VD F F OH H C H Cl OH C OH H F Cl Cl Quy đổi ngược lại CHO CHO OH H H C H OH C OHC CH2OH CH2OH OH CH2OH → Chú ý: Công thức phối cảnh công thức Niumen biểu diễn phân tử theo chiều khơng gian (trái-phải, trên-dưới, trước-sau) quay phân tử góc khơng làm thay đổi chất (không tạo đồng phân) Công thức Fisơ biểu diễn theo chiều (trái-phải, –dưới) không biểu diễn mối liên hệ trước sau Do khơng tùy tiện xoay phân tử góc đó, xoay 90 hay 2700 thu đồng phân đối quang (có C*) * Đồng phân hình học: Là đồng phân có cơng thức cấu tạo có dạng hình học khác đồng phân có CTCT vị trí khơng gian nhóm nguyên tử phân tử xung quanh phận cứng nhắc khác (liên kết đơi vịng) VD: But-2-en + Nguyên nhân gây đồng phân hình học: mặt phẳng liên kết đơi hay vịng no khơng thể tự quay xung quanh trục liên kết.→ nguyên tử, nhóm nguyên tử liên kết với phân có nhiều cách xếp khơng gian khác tạo thành đồng phân hình học + Điều kiện để có đồng phân hình học - Điều kiện cần: phân tử phải có phận cứng nhắc, có mặt phẳng liên kết đơi, mặt phẳng vịng no - Điều kiện đủ: nguyên tử C phận cứng nhắc so sánh phải liên kết với nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác VD d c d b c a b C=C d c a a b Với a ≠ b; c ≠ d 12 Trêng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình + Vi hợp chất có nhiều liên kết đơi liền nhau, số liên kết đơi chẵn khơng có đồng phân hình học, số liên kết đơi lẻ có đồng phân hình học VD: + Với hợp chất có liên kết đơi cách liên kết đơn C-C → hệ liên hợp, có đồng phân hình học VD: với phân tử CH3CH=CH-CH=CH-CH3 có kiểu đồng phân hình học? + Tên gọi đồng phân hình học: - Đồng phân cis-trans: hợp chất có liên kết đơi, vịng no Mạch C phía với nhau: đồng phân cis Mạch C khác phía với nhau: đồng phân trans VD: CH3CH=C(CH3)-CH2CH3 - Đồng phân syn-anti, áp dụng cho hợp chất có liên kết đơi CH=N N=N Với –CH=N-: H cặp e N khác phía đồng phân syn, phía anti Với N=N cặp e phía syn, khác phía anti VD: C6H5-N=N-C6H5 CH3CH=NH; CH3CH=NCH3 + Danh pháp E-Z - Độ cấp nhóm - Nguyên tố có số thứ tự lớn → nhóm có độ cấp cao -Br > Cl > F > OH > NH2 > CH3 - Với nguyên tố - Đồng vị có số khối lớn có tính cấp cao -C(CH3)3 < -C(CH3)=CH2 < -C≡CH -CH(OH)2 < -CH=O - cặp electron tự cho có tính cấp - Nếu nguyên tố đầu cấp xét nguyên tố - Đồng phân E-Z - Các nhóm cao cấp phía: đồng phân Z - Các nhóm cao cấp khác phía: đồng phân E VD: CHCl=CCl-CH3 + Tính chất đồng phân hình học: Các đồng phân hình học có tính chất hóa học tương tự khác độ bền (∆G), nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi, moomen lưỡng cực, độ tan… VD: cis-but-2-en có nhiệt độ nóng chảy thấp trans-but-2-en phân tử có khả xếp đặc khít hơn, ngược lại có mơmen lưỡng cực, nhiệt độ sơi cao nhóm đối xứng khơng ngược chiều * Đồng phân quang học + Tính chất quang hoạt tính chất khơng trùng ảnh-vật + Tính quang hoạt tính chất làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực góc α Chất có tính quang hoạt gọi chất quang hoạt Để đo độ mạnh yếu sử dụng độ quay cực riêng:  α: góc quay mặt phẳng ánh sáng phân cực  α.V  V: thể tích chứa chất quang hoạt t0 [α ] λ =  l.d  L: độ dày lớp chất ánh sáng qua D: khối lượng riêng chất quang hoạt   + Tính khơng trùng vật-ảnh: phân tử có tính khơng trùng vật-ảnh có tính quang hoạt + Điều kiện để phân tử có tính khơng trùng vật ảnh: phân tử phải khơng có tâm đối xứng, khơng có trục đối xứng - Ngun tử C bất đối C*: nhóm liên kết với nguyên tử C khác C*abcd (a ≠ b ≠ c ≠ d) - Phân tử có 1C*: có tính khơng trùng ảnh vật→ có tính quang hoạt - Phân tử có nhiều C*: Nếu có tâm đối xứng mặt phẳng đối xứng khơng có tính quang hoạt, khơng có tâm đối xứng mặt phẳng đối xứng thỡ cú tớnh quang hot 13 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình + ng phõn quang hc đồng phân có cấu tạo hóa học nhau, dạng hình học phân tử có tính chất vật lí hóa học nhau, khác khả làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực - Nếu phân tử có tác dụng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải góc α kí hiệu [+ α] → chất quay phải - Nếu phân tử có tác dụng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái góc α kí hiệu [- α] → chất quay trái VD: axit lactic CH3-CH(OH)-COOH COOH COOH C C H CH3 H OH OH CH3 Ax (+) lactic Ax (-) lactic Ax L(+ 3,8)-lactic Ax D(- 3,8)-lactic + Các loại đồng phân quang học: - Đồng phân đối quang: ảnh vật qua gương VD: Ax L(+ 3,8)-lactic Ax D(- 3,8)-lactic cặp đối quang - Đồng phân meso: VD 1: COOH COOH H OH HO H H OH HO H COOH COOH Hai công thức 1, chúng có mặt phẳng đối xứng nên khơng có tính quang hoạt đồng phân meso đồng phân đia cặp đối quang (2 đồng phân sau) COOH COOH HO H H H OH HO OH H COOH COOH Hai đồng phân cặp đối quang → Như axit tactric có đồng phân - Số đồng phân quang học: Nếu phân tử có nC*, khơng có tâm đối xứng, mặt phẳng đối xứng, trục đối có 2n đồng phân quang học Nếu phân tử có yếu tố đối xứng số đồng phân quang học < 2n VD: OHC-CH(OH)-CH(OH)-COOH có đồng phân HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH có đồng phân(một đồng phân meso) + Hỗn hợp raxemic - Là tập hợp đẳng phân tử (có số mol nhau) đồng phân đối quang 14 Trêng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình VD: bin thể raxemic ax (±) tactric gồm ax (+) tactric ax (-) tactric - Mặt phẳng phân cực không bị quay đồng phân đối quang có chiều quay ngược làm triệt tiêu quay mặt phẳng phân cực * Cấu hình nguyên tử C* + Cấu hình tương đối (L, D) - Lấy glixerandehit làm chuẩn: CH2(OH)-CH(OH)-CHO CHO CHO OH H HO H CH2OH CH2OH D-glixeradehit L-glixerandehit → Những chất có cấu hình giống L-glixerandehit → L → Những chất có cấu hình giống D-glixerandehit → D VD: CH2OH-CHCl-CHO + Cấu hình tuyệt đối: Phân cấp nhóm C*: C*abcd giả thiết a > b > c > d Nhìn liên kết C*-d từ C* đến d (C* gần người quan sát, d xa người quan sát) - Nếu độ cấp nhóm giảm dần theo chiều ngược chiều kim đồng hồ → cấu hình S - Nếu độ cấp nhóm giảm dần theo chiều chiều kim đồng hồ → cấu hình R OH OH C C Cl H CH3 H CH3 Cl R- S- Xác định cấu hình tuyệt đối từ cấu hình tương đối Fisơ → Nếu nhóm thấp cấp nằm liên kết ngang Khi độ cấp nhóm cịn lại giảm dần theo chiều kim đồng hồ cấu hình S, ngược lại cấu hình R → Nếu nhóm thấp cấp nằm thẳng đứng ngược lại, theo chiều kim đồng hồ cấu hình R, ngược chiều kim đồng hồ cấu hình S VD: Xác định cấu hình tuyệt đối đồng phân sau CHO OH H HO F CH3 (2R, 3S) IV Cấu dạng * K/n: Những cấu dạng cấu trúc không gian khác chất tạo nên quay quanh trục liên kết đơn nhóm VD: cấu dạng etan Cấu dạng bền dạng xen kẽ (các chất khác có xen kẽ kề xen kẽ đối) Cấu dạng bền cấu dạng che khuất (do nhóm gần nhay tương tác đẩy mạnh → bền) 15 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh TIT Th/sĩ Ngô Văn B×nh DANH PHÁP HỢP CHẤT HỮU CƠ I Tên thơng thường - Là tên xuất phát từ nguồn gốc tìm chất, đơi có thêm để loại hợp chất VD: HCOOH (fomica) ax fomic CH3COOH (axtus) ax axetic II Tên quốc tế-IUPAC International Union Pure and Applied of Chemistry Tên gốc chức a Gốc(nhóm) hidrocacbon - Là phần lại hidrocacbon hay nhiều nguyên tử H - Mất nguyên tử H → gốc hóa trị Hidrocacbon Tên hidrocacbon Gốc Tên gốc CH4 Metan CH3Metyl -CH2Metylen C2H6 Etan C2H5Etyl CH3CH2CH3 Propan CH3CH2CH2Propyl CH3-CH(CH3)isopropyl (sec-propyl) gốc bậc CH3CH2CH2CH3 Butan CH3CH2CH2CH2Butyl CH3CH2CH(CH3)Sec-butyl CH3-CH(CH3)2 Isobutan CH3-CH(CH3)-CH2Isobutyl (CH3)3CNeobutyl (Tert-butyl) gốc bậc CnH2n+2 Ankan CnH2n+1Ankyl Ngồi cịn số gốc (nhóm) thông dụng : CH2=CH: Vinyl CH2=CH-CH2 : Anlyl C6H5: phenyl C6H5-CH2: benzyl b Tên nhóm chức - Halogen : halogenua - ancol (OH) : ic - ete (-O-) : ete - xeton (-CO-) : xeton c Danh pháp gốc chức Tên phần gốc (thường gốc hidrocacbon) + tên phần chức VD: CH3CH2OH ancol etylic CH3OCH2CH3 etyl metyl ete CH3Cl metyl clorua CH2=CH-C≡CH vinyl axetilen CH3COCH3 đimetyl xeton Tên thay * Tên mạch C: C1→C10 C11: undeca C12: dodeca C13 : trideca C19: nonadeca C20: icosa * Tên nhóm chức - No: an - Khơng no: C=C: en 2(C=C): đien 3(C=C) : trien… - OH ancol đuôi : ol (nếu đứng trước gọi hidroxyl) - CHO : al - CO- : on 16 C14: tetradeca CC : in Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình - COOH : ic - NH2, -NH-, N: amin (nếu đứng trước NH2 gọi amino) * Tên thay thế: Tên phần thế-mạch nhánh (có thể có khơng) + tên mạch + tên phần chức Chú ý: trước tên phần tên phần chức có số vị trí C mà chúng liên kết, số chữ cách gạch ngang (-) VD: CH2=CH-CH3 CH3CH(OH)CH3 … * Quy tắc chọn mạch đánh số thứ tự - Chọn mạch dài có chứa nhóm chức, chứa liên kết bội, chứa nhiều nhánh - Đánh số thứ tự C mạch theo chiều từ đầu mạch cho tổng số vị trí nhóm chức, liên kết bội, mạch nhánh nhỏ VD: CH3-CH=C(Cl)-CH3 CH3-C(CH3)2-CH(OH)-CH2-CH3 17 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh TIT Th/sĩ Ngô Văn Bình HIU NG CU TRC A LIấN KT CỘNG HÒA TRỊ I Các cách biểu diễn CTCT chất Công thức Lewis: biểu diễn cặp electron dấu chấm liên kết nét gạch VD: CH3-NO2 C6H6 O CH -N O → Một chất biểu diễn nhiều CTCT, cơng thức cấu tạo chuyển hóa lẫn Công thức cộng hưởng - Theo thuyết cộng hưởng chất có nhiều cơng thức khơng cơng thức đúng, phù hợp hồn tồn với tính chất vật lí, hóa học chất Chất biểu diễn tốt cơng thức lai hóa công thức O CH -N O II Liên kết cộng hóa trị Sự xen phủ AO, liên kết σ, liên kết π Liên kết đơn, liên kết bội * Phân loại liên kết CHT - Theo hình thức góp electron: CHT thơng thường, CHT cho-nhận - Theo phân cực liên kết: CHT không cực, CHT có cực - Theo số lượng cặp electron dùng chung: Liên kết đơn, liên kết bội * Sự xen phủ AO Khi góp chung electron AO chứa electron góp chung xen phủ với - Xen phủ trục: s-s, s-p, p-p - Xen phủ bên: p-p * Liên kết σ, π - Xen phủ trục tạo vùng xen phủ lớn nên liên kết tạo thành bền vững kí hiệu σ Các nguyên tử quay quanh trục liên kết - Xen phủ bên tạo vùng xen phủ nhỏ lại nằm hai bên đường nối tâm nguyên tử liên kết, nên phận cứng nhắc, bền * Liên kết đơn, liên kết bội - Số cặp electron dùng chung tạo liên kết đơn … Sự lai hóa * K/n: Là tổ hợp trộn lẫn số AO nguyên tử đẻ tạo trừng AO lai hóa giống (có hình dạng lượng nhau) định hướng khác không gian * Điều kiện: Các AO phải gần có lượng tương đương (thường nằm lớp electron) Các nguyên tố thuộc chu kì lai hóa hiệu kích thước AO bé * Đặc điểm AO lai hóa: - Số AO lai hóa số AO tham gia lai hóa - Các AO lai hóa có hình dạng, lượng khác định hướng khơng gian Vì chúng tạo liên kết giống - Các AO lai hóa có phần mở (tham gia xen phủ tạo thành liên kết), phần thu hẹp 18 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình - Các AO lai hóa tham gia xen phủ trục * Một số kiểu lai hóa thường gặp + Lai hóa sp3: - Chỉ tạo liên kết đơn - Phân tử dạng, tứ diện đều(4 nguyên tử), tứ diện lệch(4 nguyên tử), chóp tam giác(4 nguyên tử), góc(3 nguyên tử) + Lai hóa sp2: - Có thể tạo liên kết đơn liên kết đôi - Phân tử dạng tam giác (4 nguyên tử), góc (3 nguyên tử) + Lai hóa sp: - Có thể tạo liên kết đơn liên kết đơi, liên kết ba - Phân tử có dạng đường thẳng Đặc điểm liên kết CHT a Năng lượng liên kết CHT Năng lượng phân li liên kết: lượng cần thiết để phá vỡ liên kết thành nguyên tử tự b Độ dài liên kết CHT - Là khoảng cách hạt nhân nguyên tử tham gia liên kết - Độ dài liên kết phụ thuộc vào chất nguyên tử, trạng thái lai hóa, độ bội liên kết - Độ dài ngắn liên kết bền c Góc liên kết - Là góc liên kết nguyên tử - Góc liên kết phụ thuộc vào trạng thái ngun tử (lai hóa kiểu hay khơng lai hóa) d Mơmen lưỡng cực - Liên kết CHT phân cực nguyên từ có độ âm điện khác liên kết với Khi cặp electron dùng chung bị lệch phía ngun tử có độ âm điện lớn hơn,nguyên tử mang phần điện tích âm (δ-), ngun tử cịn lại bị phần electron nên mang phần điện tích dương (δ+) Giữa nguyên tử xuất lưỡng cực có đọ lớn q(điện tích lưỡng cực) Khoảng cách hạt nhân nguyên tử khoảng cách lưỡng cực: l(A0) Moomen lưỡng cực đặc trưng cho độ lớn lưỡng cực: µ µ =l.q - Theo thang Paolinh µA−B = χA − χB Từ xác định % độ ion liên kết A-B theo biểu thức = 3,5µ + 1,6µ e Độ phân cực hóa - Khi µ lớn liên kết phân cực - Khả bị phân cực hóa (làm biến dạng đám mây electron) tác động điện trường bên ngồi - Khả bị phân cực hóa tăng theo chiều tăng bán kính nguyên tử (trong nhóm A) - Khả bị phân cực hóa giảm dần từ trái sang phải chu kì (do bán kính giảm) - Khả bị phân cực hóa liên kết π > σ (do liên kết π nằm hai bên hạt nhân) - Khả bị phân cực hóa ngun tử trung hịa lớn ion dương (+), nhở ion âm tương ứng (do ảnh hưởng bán kính số electron lớp cùng) VD: Xét HX Từ F→I, bán kính ngun tử tăng khả bị phân cực hóa tăng độ bền liên kết giảm→khả phân li tăng→tính axit tăng (ngược chiều so với độ phân cực liên kết) B MỘT SỐ LOẠI LIÊN KẾT YẾU I Liên kết hidro Khái niệm - Là liên kết hình thành lực hút tĩnh điện H mang phần điện tích dương với nguyên tử mang phần điện tích âm có độ âm điện lớn cặp electron chưa tham gia liên kết (thực chất dạng xen phủ AO trông H với AO có cặp electron chưa tham gia liên kết) - Kí hiệu: Liên kết H biểu diễn du chm 19 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình X-HY (X, Y l nguyờn t cú độ âm điện lớn) VD: H O O H H H O H H Điều kiện hình thành liên kết hidro * Liên kết H liên phân tử Hai phân tử có đủ yếu tố - Có nguyên tử H linh động: H liên kết với O, N, F - Có nguyên tử độ âm điện lớn cặp electron chưa tham gia liên kết: O, F, N, * Liên kết H nội phân tử Trong phân tử có đồng thời - Có nguyên tử H linh động: H liên kết với O, N, F - Có nguyên tử độ âm điện lớn cặp electron chưa tham gia liên kết: O, F, N, - Liên kết H tạo thành vòng 5, cạnh bền VD: C2H4(OH)2 Độ bền liên kết H R-X-H Y-R’ - H linh động liên kết H bền, muốn X phải có độ âm điện lớn, mật độ electron nhỏ (R hút electron làm giảm mật độ electron X, ngược lại làm tăng mật độ electron) - Y có độ âm điện lớn, mật độ electron lớn liên kết bền (R’ nhóm thể đẩy electron làm tăng mật độ electron R’, ngược lại làm giảm mật độ electron R’) VD: Biểu diễn kiển liên kết H liên phân tử có rượu uống (dung dịch etanol với nước) Loại liên kết H bền nhất? Ảnh hưởng liên kết H đến tính chất vật lí chất a Ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi - Chất có liên kết H liên phân tử có nhiệt độ sơi cao chất có khối lượng phân tử tương đương lớn khơng có liên kết H liên phân tử - Liên kết H nội phân tử làm cho phân tử có dạng cầu nên làm giảm nhiệt độ sôi phân tử - Liên kết H bền nhiều liên kết H nhiệt độ sôi tăng VD: C2H4(OH)2 > C2H5OH > C2H5NH2 b Ảnh hưởng đến độ tan vào nước Chất có khả tạo liên kết H với nước tan nhiều nước II Liên kết Vandervan - Có chất tĩnh điện liên kết yếu Liên kết Vandervan hình thành lực hút lưỡng cực (phân tử phân cực) hay lưỡng cực tạm thời (phân tử không phân cực) - Lực Vandervan giảm nhanh theo khoảng cách lưỡng cực q q F = (n > 2) rn - Lực Vandervan bao gồm + Tương tác lưỡng cực-lưỡng cực (tương tác định hướng) + Tương tác lưỡng cực-lưỡng cực cảm ứng (tương tác cảm ứng) + Tương tác lưỡng cực cảm ứng-lưỡng cực cảm ứng (tương tác khuếch tán) Tương tác định hướng - Phân tử chứa liên kết CHT phân cực khơng bị triệt tiêu hình thành lưỡng cực Các lưỡng cực xếp cho đầu trái dấu hút với lực hút F VD: So sánh nhiệt độ sôi đồng phân 1,2-đicloeten(dạng cis có µ = 1,89, dạng trans có µ = 0) Tương tác cảm ứng - Dưới tác dụng điện trường (được tạo nên phân tử phân cực hay ion), phân tử không phân cực bị phân cực tạm thời tạo thành lưỡng cực cảm ứng Lực hút lưỡng cực cảm ứng với lưỡng cực cố định gọi tương tác cảm ứng (cách tính lực tương tự tương tác định hướng) Tương tác khuếch tán - Các phân tử không phân cực thời điểm trọng tâm điện tích âm khác điện tích dương làm cho phân tử có lưỡng cực cảm ứng tạm thời, lưỡng cực tác động đến electron ca 20 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn B×nh nguyên tử khác làm cho thời điểm định tất phân tử không phân cực trở thành lưỡng cực cảm ứng Tương tác lưỡng cực cảm ứng gọi tương tác khuếch tán - Độ lớn tương tác khuếch tán phụ thuộc vào khối lượng phân tử, khả phân cực hóa + Khối lượng phân tử tăng → tương tác khuếch tán tăng + Khả phân cực hóa tăng → tương tác khuếch tán tăng - Mọi chất có tương tác khuếch tán, chất phân cực ion tương tác bé nên bỏ qua III Ảnh hưởng hình dạng phân tử đến nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi * Ở dạng tinh thể, phân tử có khả xếp đặc khít (dạng cầu) phân tử có nhiệt độ nóng chảy cao * Ở trạng thái lỏng, phân tử chuyển động hỗn loạn, phân tử có tương tác liên phân tử lớn (bề mặt tiếp xúc lớn) nhiệt độ sơi cao C HIỆU ỨNG CẤU TRÚC I Hiệu ứng cảm ứng I Sự phân cực liên kết σ Trong liên kết σ electron dùng chung bị lệch phía nguyên tử có độ âm điện cao Hiệu ứng cảm ứng I CH3 > CH2 >> CH2 >>> Cl + K/n: Hiệu ứng cảm ứng chuyển dịch mật độ electron dọc theo mạch liên kết σ phân tử gây chênh lệch độ âm điện + Hiệu ứng cảm ứng âm (- I) gây nguyên tử, nhóm nguyên tử hút electron phía - Ion dương hút electron mạnh nhóm khơng mang điện tích - Hiệu ứng –I tăng theo độ âm điện: -I -COR * Hiệu ứng liên hợp dương (+C) gây nhóm đẩy electron phía liên kết đơi, nguyên tử có hay nhiều cặp electron chưa tham gia liên kết, electron linh động dễ bị hút phía liên kết đơi -NH2 > -OH > F 21 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình - F > -Cl > -Br > -I * Đặc điểm: Hiệu ứng cảm ứng thay đổi theo chiều dài mạch C Chú ý: + Đối với nhóm có hiệu ứng liên hợp ln có hiệu ứng I kèm (thường hiệu ứng –I) - Nếu có + C > -I nhóm có tính chất đẩy electron(-OH, -OR, -NH2, -NHR ) VD: (-)CH2=CH-OR - Nếu có + C < -I nhóm có tính chất hút electron(các helogen) VD: (+)CH2=CH(++)-Cl - Nếu có –C, -I nhóm có tính chất hút electron mạnh + Đối với vòng benzen hiệu ứng liên hợp tác dụng hệ liên hợp phẳng, nhóm ngun tử gây cản trở tính đồng phẳng hệ làm giảm hiệu ứng liên hợp VD: Ảnh hưởng hiệu ứng ortho III Hiệu ứng siêu liên hợp H - Các liên kết C-H vị trí liên hợp với liên kết π H-C-C=C Các liên kết C-H đẩy electron σ phía liên kết đơi → liên kết C-H có hiệu ứng siêu liên hợp dương (+H) - Các liên kết C-F vị trí liên hợp với liên kết π F-C-C=C Các liên kết C-F hút electron phía nên có hiệu ứng siêu liên hợp âm (-H) VD: So sánh độ bền gốc CH3 ; CH3-CH2 ; (CH3)2CH ; CH3CH2CH2 IV Hiệu ứng không gian Hiệu ứng không gian loại -K/n: hiệu ứng nhóm có kích thước tương đối lớn, chiếm khoảng khơng gian đáng kể, cản trở hay hạn chế khơng cho nhóm chức phân tử tương tác với phân tử hay ion khác VD: o,o-ddiissopropylstiren tác dụng với Br2 Hiệu ứng không gian loại - K/n: Là hiệu ứng nhóm có kích thước lớn vi phạm tính song song trục đám mây electron π n hệ liên hợp VD: So sánh tính axit p-nitrophenol o,o-imetyl-p-nitrophenol 22 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình 23 Trờng THPT Chuyên Bắc Ninh TIT Th/sĩ Ngô Văn Bình PHN NG HU C I Phõn loi phản ứng hữu Phản ứng S: Subsitution Phân loại theo tác nhân gồm: SR; SE; SN(SN, SN2) VD: CH3-H + Cl-Cl → CH3-Cl + HCl :SR C6H5-H + Br-Br → C6H5-Br + HBr : SE C2H5-Cl + NaOH → C2H5OH + NaCl : SN * K/n: Phản ứng phản ứng nguyên tử (nhóm nguyên tử) thay cho nguyên tử (nhóm nguyên tử) khác Phản ứng cộng A: Addition VD: CH2 =CH2 + H-H → CH3-CH3 * K/n: phản ứng hay nghiều phân tử hợp chất hữu kết hợp với mà không tách phân tử Phản ứng tách E : Elimination VD: CH3-CH2OH → CH2=CH2 + H2O CH3-CH2Cl → CH2=CH2 + HCl * K/n: Phản ứng tách phản ứng nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị tách khỏi phân tử mà khơng có ngun tử hay nhóm nguyên tử thay II Các loại phân cắt liên kết CHT Nx: Phân cắt đồng li → gốc tự VD: Cl2 → 2Cl Cl + CH3-H → CH3Cl + HCl * K/n: Phân cắt đồng li phân cắt liên kết CHT cho cặp electron chung chia cho nguyên tử tham gia liên kết * K/n gốc tự do: tiểu phân chứa electron độc thân Đặc điểm gốc tự do: không bền, thời gian tồn ngắn, có khả phản ứng cao Gốc tự bền electron độc thân giải tỏa nhờ hiệu ứng liên hợp, siêu liên hợp hiệu ứng cảm ứng VD: So sánh độ bền gốc tự sau a/ CH3 ; CH3CH2 ; (CH3)3C ; (CH3)2CH b/ CH2=CH-CH2 ; C6H5CH2 ; CH3-CH2-CH2 * Chú ý: gốc tự bền khả tạo sản phẩm tương ứng gốc tự dễ dàng → sản phẩm chiếm ưu VD: CH3CH2CH3 + Br2 → sản phẩm chính(> 90%), phụ (< 10%) Phân cắt di li→ cacbocation, cacboanion (CH3)3CBr 2-brom-2-metylpropan H+  →  → (CH3)3C+ + HBr cacbocation + (C6H5)3CCacboanion * K/n: Phân cắt di li phân cắt liên kết CHT phân cực nguyên tử có độ âm điện cao chiếm hẳn cặp electron chung trở thành tiểu phân mang điện tích âm, nguyên tử cịn lại điện tích dương - Điện tích dương nằm nguyên tử C → cacbocation - Điện tích âm nằm nguyên tử C → cacboanion * Đặc điểm cacbocation cacboanion: Đều không bền, thời gian tồn ngắn tiểu phân trung gian phản ứng hóa học hữu Độ bền chúng phụ thuộc vào cấu trúc: yếu tố hiệu ứng làm giải tỏa điện tích nguyên tử C làm tăng độ bền chúng VD: CH3CH2+ < (CH3)2CH+ < (CH3)3C+ < CH2=CH-CH2+ < C6H5CH2+ CH3CH2CH2- < CH2=CH-CH2- < C6H5-CH2(C6H5)3C-H + Na H2 + Na+ 24 Trêng THPT Chuyên Bắc Ninh Th/sĩ Ngô Văn Bình Tng t gốc tự do, gốc cacbocation cacboanion bền xác suất chuyển hóa thành sản phẩm lớn III Tác nhân electrophin nucleophin Nx: Tác nhân phản hợp chất hữu đơn giản hay hợp chất vô Tác nhân electrophin (E+) - Là tác nhân có lực với electron - Tác nhân electron bao gồm: + ion dương: cacbocation; Br+; NO2+; H3O+ Những tiểu phân có hiệu ứng làm tăng mật độ điện tích dương làm tăng độ mạnh tác nhân electron + phân tử chứa nguyên tử thiếu hụt electron phân cực mạnh liên kết SO 3, AlCl3, FeCl3 Tác nhân nucleophin (N:Nu) - Là tiểu phân (có nhiều electron ) có lực với hạt nhân nguyên tử - Tác nhân nucleophin bao gồm: + Các ion âm: cacboanion, OH-, Br- + Các phân tử chứa nguyên tử cặp electron chưa tham gia liên kết: H2O; NH3; ROH; RNH2 (các tiểu phân nucleophin có nhóm làm tăng mật độ electron làm tăng độ mạnh tác nhân nucleophin đó) IV Tốc độ phản ứng lượng hoạt hóa Tốc độ phản ứng Năng lượng hoạt hóa * K/n: Là lượng cần cung cấp để phân tử chuyển lên trạng thái chuyển tiếp có lượng cao Ttct ttct Ea Hệ chất đầu Ea ∆H >0 ∆H