Đang tải... (xem toàn văn)
Thuyết cấu tạo hóa học: Nội dung thuyết cấu tạo hóa học: Luận điểm 2: Trong phân tử hợp chất hữu cơ, cacbon có hóa trị 4, Nguyên tử cacbon không những có thể liên kết với nguyên tử của n[r]
(1)Chuyên đề: ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC HỮU CƠ (2) Mở đầu hóa học hữu cơ: I Hợp chất hữu và hóa học hữu cơ: - Hợp chất hữu là hợp chất cacbon (trừ CO, CO2, muối cacbonat, xianua, cacbua,…) - Hóa học hữu là ngành Hóa học chuyên nghiên cứu các hợp chất hữu Hợp chất cacbon (3) Sơ lược hóa hữu cơ: Sơ lược lịch sử phát triển: * Đến đầu kỉ XIX, thuật ngữ hợp chất hữu dùng để các chất tạo thành từ thể sống * Năm 1828, F Wohler tổng hợp ure * Năm 1845, H Kolbe tổng hợp axit axetic * Năm 1862, Berthelot tổng hợp benzen * Năm 1861, Kekule đưa định nghĩa: Hóa học hữu là nghiên cứu các hợp chất cacbon → Đánh dấu kỉ nguyên phát triển Hóa học hữu Sự đời và phát triển các thuyết, các luận điểm hóa học cùng phát electron và học lượng tử, hóa học hữu đã phát triển trở thành ngành khoa học quan trọng (4) Sơ lược hóa hữu cơ: Phân loại hóa hữu Công thức đơn giản Công thức Công thức phân tử cấu tạo Hóa hữu Thuyết cấu Phân tử tạo hóa học khối Hóa sinh học Tổng Hóa họchợp các và hợptách hCHC chấtbiệt caocác phân tử HóaCấu họctrúc các HCHC hợp chất thiên nhiên Tính chất và chế phảnhọc ứngcác cáchợp HCHC Hóa chất kim Tổng hợp hữu Hóa lí hữu Phân tích hữu (5) Mở đầu hóa học hữu cơ: II Đặc điểm chung hợp chất hữu cơ: Đặc điểm cấu tạo Chủ yếu là liên kết cộng hóa trị Tính chất vật lý - tnc, tsôi thấp nên dễ bay - Phần lớn không tan nước, tan nhiều dung môi hữu Tính chất hóa học - Thường kém bền với nhiệt, dễ cháy - Phản ứng các hợp chất hữu thường xảy chậm, không hoàn toàn, không theo hướng định, tạo hỗn hơp sản phẩm, thường cần đun nóng có xúc tác (6) Mở đầu hóa học hữu cơ: III Phân loại hợp chất hữu cơ: Phân loại: Dựa vào thành phần nguyên tố: Hyđrocacbon (Cấu tạo gồm C&H) Hi®ro Hi®ro Hi®ro DÉn cacbon cacbon cacbon xuÊt kh«ng halo no th¬m no gen Dẫn xuất hyđrocacbon (ngoài C&H còn O, N, S,…) Hîp Ancol, chÊt Axit, An®ehit Amin, phenol, t¹p xeton nitro este ete chøc, (7) Mở đầu hóa học hữu cơ: Nhóm chức: MỘT SỐ NHÓM CHỨC CỦA HIĐROCACBON Dẫn xuất halogen CH3−CH2−Cl CH3CH2−Cl + KOH → CH2=CH2 +KCl +H2O Ancol CH3−CH2−OH t0 CH3−CH2−OH + CuO → CH3CHO + Cu +H2O Axit cacbonxylic Anđehit H2SO4đ, t0 CH3−COOH CH3−COOH + C2H5−OH CH3−CHO CH3−CHO + 2[Ag(NH3)2]OH → CH3COONH4 + 2Ag↓ + 3NH3↑ + H2O CH3COOC2H5 +H2O −Cl −OH −CHO −COOH Nhóm chức là nhóm nguyên tử gây phản ứng đặc trưng phân tử HCHC (8) Mở đầu hóa học hữu cơ: IV Danh pháp hợp chất hữu Tên thông thường: Thường đặt theo nguồn gốc tìm chúng, đôi có thể có phần đuôi để rõ hợp chất thuộc loại nào Ví dụ: HCOOH : acid formic (formica : kiến) CH3COOH: acid acetic (acetum: giấm) C10H12O: Menthol (mentha piperita: bạc hà) (9) Mở đầu hóa học hữu cơ: IV Danh pháp hợp chất hữu Tên hệ thống theo danh pháp IUPAC a Tên gốc-chức: Tên phần gốc Tên phần định chức Ví dụ: CH3CH2–Cl Etyl clorua CH3COO–CH2CH3 Etyl axetat CH3–O–CH2CH3 Etyl metyl ete (10) Mở đầu hóa học hữu cơ: IV Danh pháp hợp chất hữu a Tên gốc-chức: Một số tiếp đầu ngữ quan trọng: iso neo sec CH3−CH2–Cl Iso propyl clorua CH3 CH3 CH3−CH2–Br CH3 CH3−CH2−CH−Br Neo butyl bromua Sec-butyl bromua CH3 CH3 tert CH3−CH2−CH2–Cl Tert-pentyl clorua CH3 Lưu ý: Iso và neo viết liền, sec- và tert- có dấu gạch nối "-" (11) Mở đầu hóa học hữu cơ: IV Danh pháp hợp chất hữu Tên hệ thống theo danh pháp IUPAC b Tên thay thế: Tên phần thay (có thể không có) Ví dụ: H3C–CH3 Etan Tên phần gốc (bắt buộc phải có) CH3–CH=CH–CH3 But-2-en Tên phần định chức (bắt buộc phải có) CH3CH2–Cl Cloetan (12) Mở đầu hóa học hữu cơ: IV Danh pháp hợp chất hữu b Tên thay thế: * Một số lưu ý chọn mạch chính và gọi tên: - Mạch chính là mạch dài và nhiều nhánh nhất, cho tổng số là nhỏ - Gọi tên nhánh (nhóm ankyl) theo thứ tự A→Z, số vị trí đặt trước dấu “-” - Dùng dấu “ - ” để ngăn cách chữ và số -Thứ tự ưu tiên mạch sau: -COOH > -CHO > -OH> -NH2 > -C=C- > -C≡C- > nhóm Ví dụ: CH3 −CH−CH −CH −CH CH 2 CH2=CH−CH−CH2−CH2 C=CH−CHO CH=CH2 → 3-vinyl-3-sec-hextyloct-2,7-đienal (13) Mở đầu hóa học hữu cơ: IV Danh pháp hợp chất hữu (14) Mở đầu hóa học hữu cơ: V Một số phương pháp tinh chế HCHC: Phương pháp chưng cất: Phương pháp chiết: Phương pháp kết tinh: (15) Lập công thức HCHC: Công thức đơn giản Công thức phân tử Công thức cấu tạo Cấu trúc HCHC Trong vô cơ, xét phân tử FexOy Trong hữu cơ, xét phân tử CxHy Chosử biết số = 1:1 Cho biết số nguyên Chosử biết tự liên Cho biết cấu trúc Giả ta trật có x:y = 1:1 Giả ta tỉ cólệx:y nguyên tử các nguyên kếtPhân các nguyên không gian → tử có dạng: (CH) → Phân tử tử có dạng: (FeO) n n phân tử tố phân tử thể phân Tatửkhông kếttửluận đóHCHC là: C2H2 Ta có thể kết luận đó là: FeO Vì đó có thể là: C4H4_Vinylaxetilen C6H6_Benzen C8H8_Styren (16) Lập công thức HCHC: I Sơ lược phân tích nguyên tố: Phân tích định tính a Mục đích: Xác định thành phần nguyên tố HCHC THÍ NGHIỆM Màu trắng chuyển sang màu xanh CuSO4 + 5H2O ( trắng) CO2 + Ca(OH)2 Glucozo + CuO, t0 CuSO4.5H2O ( xanh) CaCO3↓trắng + H2O CO2 + H2O Trong phân tử glucozơ có nguyên tố C và H b Nguyên tắc: - Chuyển các nguyên tố hợp chất hữu thành các chất vô đơn giản bị vẩn đục - Sau đó nhận biết chúng các phản ứng đặc trưng (17) Lập công thức HCHC: I Sơ lược phân tích nguyên tố: Phân tích định lượng: * Phương pháp tiến hành: a (gam) CxHyOzNt CO2+H2O+N2 CO2 + N2 + CuO, t0 N2 xCO2 + H2O + N2 Tìm mN %N dd KOH H2SO4 đặc m bình tăng = mH2O Tìm mH m bình tăng = mCO2 %H Tìm mC %C (18) Lập công thứcHCHC: II Thiết lập công thức đơn giản (CTĐGN): * Gọi CTPT A là CxHyOzNt (x, y, z, t thuộc N*) Ta có tỉ lệ: x:y:z:t = (Với x’, y’, z’, t’ là số nguyên đơn giản nhất) →CTĐGN A: Cx' H y' Oz' N t' (19) Lập công thức HCHC: II Thiết lập công thức phân tử: Xác định thông qua CTĐGN: Ta có mối liên hệ CTPT & CTĐGN: CxHyOzNt = (Cx’Hy’Oz’Nt’)n Với CxHyOzNt = M → (C H O N ) = M x’ y’ z’ t’ n n= x = n.x’; y = n.y’; z = n.z’; t = n.t’ (20) Lập công thức HCHC: II Thiết lập công thức phân tử: Xác định trực tiếp: a Xác định trực tiếp qua % nguyên tố: mC 100% 12 x.100% %C mA MA mH 100% 1y.100% %H mA MA mO 100% 16 z.100% %O mA MA x= y= z= (21) Lập công thức HCHC: II Thiết lập công thức phân tử: Xác định trực tiếp: b Xác định trực tiếp qua số mol các chất: Xét phản ứng: t0 + H2O CxHyOz + O2 → xCO mol A x nCO2 nA mol A Như vậy: x= và y= y/2 nH2O z= (22) Lập công thức HCHC: II Thiết lập công thức phân tử: * Xác định định lượng Oxi: - Định luật bảo toàn khối lượng - Định luật bảo toàn nguyên tố y z y t0 C x H y Oz x O2 xCO2 H 2O 2 m1 g V mg BTKL : m A mO mCO mH O 2 nCO 2nH O 2 Ta coù : soá C ; soá H nA nA BTNT O : n nO CO , H O số nguyên tử oxi O A ,O2 pö 2 (23) Lập công thức HCHC: II Thiết lập công thức phân tử: Ví dụ1: Oxi hóa hoàn toàn 0,1 mol HCHC A cần dùng 4,48 lít khí O2 thu 4,48 lít CO2 và 3,6 gam H2O (biết các thể tích đo đktc) Xác định CTPT A? Giải: t0 Cx H yOz O2 CO2 H 2O 0,1 mol 0,2 mol 0,2 mol 0,2 mol nCO 2nH O 2.0,2 0,2 2; soá H 4 soá C Ta coù : nA 0,1 nA 0,1 BTNT O :0,1.z 0,2.2 0,2.2 0,2.1 z 2 CTPT A: C2H4O2 (24) Lập công thức HCHC: II Thiết lập công thức phân tử: * Xác định cacbon và hydro: Gắn liền với dạng toán CO2 (hỗn hợp khí, hơi) hấp thụ dd kiềm: Phương trình hấp thụ: n↓ CO2 + OH- → CO32- + H2O CO32- + CO2 + H2O → HCO3Một số biểu thức liên quan: n↓max n↓ = 2nOH- mbình tăng = mCO2 + mH2O mdd tăng = mCO2 + mH2O -m↓ mdd giảm = m↓ - mCO2 + mH2O n↓ = nOH- nOH- (25) Lập công thức HCHC: II Thiết lập công thức phân tử: Ví dụ1: Đốt cháy hoàn toàn 4,4g HCHC A cho sản phẩm cháy qua bình đựng dd Ca(OH)2 dư Thấy tạo 20 gam kết tủa và khối lượng dd giảm 7,6 gam Tìm CTPT A biết hóa 4,4g A thu thể tích đúng thể tích 1,4g khí N2 Đáp án: C4H8O2 Ví dụ2: Đốt cháy hoàn toàn 4,3g HCHC A cho sản phẩm cháy gồm CO2 và 2,7g H2O qua bình đựng dd Ca(OH)2 Thấy tạo 10 gam kết tủa và dung dịch Y Đun nóng dd Y lại thu gam kết tủa Tìm CTPT A biết hóa 8,6g A thu thể tích thể tích 2,24 lít khí H2 đktc? Đáp án: C4H6O2 (26) Xác định khối lượng mol phân tử I Đối với chất dễ hóa (xác định thông qua chất khác có thể biết) Xác định thông qua tỉ khối d MA = MB.d MA = 29.dA/kk Xác định thông qua thể tích hóa A: a Dạng m(g) A→V(l) khí A (đktc t0,p xác định): nA = nA = → MA = b Dạng m(g)A, m’(g)B hóa cho cùng thể tích: nA = nB = → MA = (27) Xác định khối lượng mol phân tử II Đối với chất lỏng và chất rắn khó hóa hơi: * Dựa vào độ giảm nhiệt độ đông đặc và độ tăng nhiệt độ sôi Δt = → M= * Dùng phương pháp phổ khối lượng để tính để xá định khối lượng mol phân tử (28) Thuyết cấu tạo hóa học: Nội dung thuyết cấu tạo hóa học: Luận điểm 1: Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với theo đúng hóa trị và theo thứ tự định Thứ tự đó gọi là cấu tạo hóa học Sự thay đổi thứ tự liên kết đó tức là thay đổi cấu tạo hóa học tạo chất khác Ví dụ: Hai hợp chất có cùng CTPT C2H6O sau: CH3CH2OH Etanol, t0s= 78,30C Tan tốt, tác dụng Na tạo H2 CH3OCH3 Dimetylete,t0s=-230C Ít tan, không tác dụng Na (29) Thuyết cấu tạo hóa học: Nội dung thuyết cấu tạo hóa học: Luận điểm 2: Trong phân tử hợp chất hữu cơ, cacbon có hóa trị 4, Nguyên tử cacbon không có thể liên kết với nguyên tử nguyên tố khác mà còn có thể liên kết với tạo thành mạch cacbon (vòng, không vòng, nhánh, không nhánh) Ví dụ: CH3CH2CH2CH3: hở, không nhánh CH3CH(CH3)CH3: hở, có nhánh CH3CH−CHCH3 vòng CH3 (30) Thuyết cấu tạo hóa học: Nội dung thuyết cấu tạo hóa học: Luận điểm 3: Tính chất các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản chất, số lượng các nguyên tử) và cấu tạo hóa học (thứ tự liên kết các nguyên tử) Ví dụ: Khác loại nguyên tử: Ví dụ: Khác CTPT, tương tự CTCT: CH4 CCl4 CH3CH2OH CH3CH2CH2OH 0 t0s = -16200C 0 0t s = 77,5 C t s = 78,3 C t s = 97,2 C Trong nước: Không tan Không tan Tan tốt, tác dụng Na tạo H2 Tan tốt, tác dụng Na tạo H2 Đốt O2: Cháy Không cháy (31) Thuyết cấu tạo hóa học: Đồng đẳng và đồng phân: * Đồng đẳng: Những hợp chất có thành phần phân tử kém hay nhiều nhóm CH2 có tính chất hóa học tương tự là chất đồng đẳng, chúng hợp thành dãy đồng đẳng CH3Những OH, CHhợp CH3nhau CH2CH là dãy đồng đẳng 3CH 2OH, 2OH,… * ĐồngVd: phân: chất khác có cùng công thức phân tử gọi là etanol chất đồng phân HCHO, CH3CHO, CH3CH2CHO,… là dãy đồng đẳng Vd: CH3đồng CH2OH CH3OCH3 Các loại phân: andehitfomic -Đồng phân cấu tạo: 0 0 Etanol, t s= 78,3 C - Đồng phân Dimetylete, t =-23 C s lập thể Lưu Trong dãy đồng chất càng gầndụng nhauNa Taný:tốt, tác dụng Na tạo H2 Ít tan, không tác -đẳng, Đồng phân quang học thì có tính chất càng giống và ngược lại (32) Thuyết cấu tạo hóa học: Liên kết hóa học Liên kết hóa học thường gặp phân tử hợp chất hữu là liên kết cộng hóa trị (liên kết cặp electron) Liên kết CHT gồm loại: Liên kết : Liên kết dựa trên xen phủ trục, bền vững Liên kết : Liên kết dựa trên xen phủ bên, kém bền, dễ bị phá vỡ Các loại liên kết: Liên kết đơn (liên kết ): gồm lk , biểu diễn dấu ‘’’ Liên kết đôi: gồm 1lk + lk , biểu diễn dấu ‘’=’’ Liên kết ba: gồm 1lk + lk , biểu diễn dấu ‘’’’ (33) Thuyết cấu tạo hóa học: Cách biểu diễn cấu trúc không gian phân tử hữu a Công thức phối cảnh: - Đường nét liền biểu diễn liên kết nằm trên mặt giấy - Đường nét đậm biểu diễn liên kết hướng mắt ta ( phía trước trang giấy ) - Đường nét đứt biểu diễn liên kết hướng xa mắt ta ( phía sau trang giấy ) b Mô hình phân tử : * Mô hình rỗng: Quả cầu là nguyên tử, nối là liên kết, góc nối là góc liên kết * Mô hình đặc: Các cầu cắt vát là các nguyên tử, ghép đúng vị trí không gian (34) Thuyết cấu tạo hóa học: Nội dung thuyết cấu tạo hóa học: CTCT Đồng phân cấu tạo (khác CTCT) Đồng phân lập thể (cùng CTCT) Tính chất khác Công thức không gian khác Tính chất khác (35) Đồng phân cấu tạo: + Đồng phân mạch cacbon: + Đồng phân vị trí liên kết bội: CH3CH2CH2CH3: hở, không nhánh CH3CH2CH=CH2: hở, không nhánh CH3−CH−CH3: hở, có nhánh CH3 CH3−CH−CH2: vòng CH3−CH−CH2−CH3: vòng CH3−CH2−CH2−OH: Propanol CH3 + Đồng phân loại nhóm chức: Ví dụ: Khác CTPT, tương tự CTCT: CH3CH2OH + Đồng phân vị trí nhóm chức: CH3−CH−CH3: Propan-2-ol OH CH3CH2CH2OH t0s = 78,30C t0s = 97,20C Tan tốt, tác dụng Na tạo H2 Tan tốt, tác dụng Na tạo H2 (36) Đồng phân cấu tạo: * Tính độ chưa bão hòa (liên kết ∏ + vòng): Xét chất A có công thức tổng quát: CxHyOzNtXv (với X là halogen) Thiết lập công thức: - Số electron hóa trị C: 4x → Số electron hóa trị còn lại C (trừ các electron đã tham gia tạo mạch C): 4x – 2(x-1) = 2x +2 - Số electron hóa trị H, X: y, v - Số electron hóa trị O: 2z - Số electron hóa trị N: 3t → Số electron hóa trị còn lại phân tử (trừ các electron tạo liên kết σ): (2x + 2) + z + 2t – (y + v + z +t) = (2x + 2) + t – (y + v) (37) Đồng phân cấu tạo: * Tính độ chưa bão hòa (liên kết ∏ + vòng): Vì liên kết π vòng sử dụng electron nên: Độ chưa bão hòa k = * Chú ý: - Công thức trên không áp dụng cho hợp chất chứa liên kết ion - Một liên kết Л = vòng no=> k = Σ số lk Л + Σ số vòng no - Hệ quả: y + v ≤ (2x + 2) + t (38) Đồng phân cấu tạo: * Xác định các đồng phân cấu tạo CTPT A: Bước 1: Xác định độ bất bão hòa k phân tử Bước 2: Dựa vào số nguyên tử C, O, N, X,… và trị số k để xác lập giả định các nhóm chức Lưu ý: Nếu bài toán có điều kiện chất thì phải xác định nhóm chức phù hợp với bài toán Bước 3: Viết cấu trúc mạch Cacbon thẳng, vòng với liên kết đôi và nhóm chức (nếu có) đầu mạch, vị trí đơn giản Lưu ý: Phải đảm bảo phù hợp độ bền và tồn nhóm chức Ví dụ: Không tồn chức ancol mà nhóm –OH đính vào cùng nguyên Bước 4: + Thay đổi mạch cacbon (cắt mạch để phân nhánh) tử C, hay nhơm –OH đính vào C có liên kết bội + Thay đổi vị trí nhóm chức, liên kết bội các CTCT thu đc trên Bước 5: Điền H vào để đảm bảo hóa trị; xét đồng phân lập thể, quang học (nếu cần) (39) Đồng phân lập thể: a Ví dụ : Ứng với CTCT CHCl = CHCl và có hai cách xếp không gian khác dẫn tới hai chất đồng phân : + cis-1, 2-đicloeten H H C=C Cl Cl + trans-1, 2-đicloeten H Cl C=C Cl H (40) b) Kết luận: Đồng phân lập thể là đồng phân có cấu tạo hóa học ( cùng công thức cấu tạo) khác phân bố không gian các nguyên tử phân tử (tức khác cấu trúc không gian phân tử) *Điều kiện để chất có đồng phân lập thể: - Có liên kết đôi - Mỗi nguyên tử liên kết đôi phải liên kết với nguyên tử nhóm nguyên tử khác A # C và B # D + Nếu A > C và B > D → đồng phân cis + Nếu A > C và B > D → đồng phân trans A B C=C C D (41) Đồng phân quang học: (42) Phản ứng hóa học: Phân cắt đồng li - Đôi electron dùng chung chia cho hai nguyên tử liên kết tạo các tiểu phân mang electron tự do, gọi là gốc tự - Gốc tự nằm cacbon gọi là gốc cacbon tự - Gốc tự thường tạo nhờ ánh sáng hay nhiệt độ Phân cắt dị li - Trong phân cắt dị li,nguyên tử có độ âm điện lớn chiếm cặp electron dùng chung trở thành anion còn nguyên tử có độ âm điện nhỏ bị electron trở thành cation - Cation mà điện tích dương nguyên tử cacbon gọi là cacbocation - Cacbocation thường hình thành tác dụng dung môi phân cực (43) Phản ứng hóa học: Phản ứng thế: Vd 1: Phản ứng metan với clo: CH4 + Cl2 → as CH3Cl + HCl Vd 2: Thay nhóm OH axit nhóm C2H5O ancol etylic: CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O → Phản ứng là phản ứng đó nguyên tử hay nhóm nguyên tử phân tử hợp chất hữu bị thay nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác (44) Phản ứng hóa học: Phản ứng cộng: Vd 1: Phản ứng axetylen với hydroclorua: C2H2 + HCl → C2H3Cl Vd 2: Phản ứng anđehit axetic với hydro: to CH3CH2OH CH3CHO + H2 → → Phản ứng cộng là phản ứng đó phân tử hợp chất hữu kết hợp với phân tử khác tạo thành phân tử hợp chất Nhận xét: Chất có liên kết bội thì tham gia phản ứng cộng (45) Phản ứng hóa học: Phản ứng tách: Vd 1: Tách nước (đề hidrat hóa) ancol etylic để điều chế etylen phòng thí nghiệm: CH3-CH2-OH + H+ 170oC CH2=CH2 + H2O Vd 2: Tách hidro (đề hidro hóa) ankan để điều chế anken: CH3-CH3 to,xt CH2=CH2 + H2 → Phản ứng tách là phản ứng đó hai hay nhiều nguyên tử bị tách khỏi phân tử hợp chất hữu * Ngoài các loại trên hóa hữu còn có thêm các lọai phản ứng như: phân hủy, đồng phân hóa, oxi hóa (46) Thanks your for attention! (47)