Đại cương về hợp chất hữu cơ

ĐẠI CƯƠNG VỀ HỢP CHẤT HỮU
CƠ

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ C
ĐỒNG PHÂN
1 TIẾT

Mục tiêu
• Trình bày và chỉ rỏ được các trạng thái lai hóa của
carbon.
• Chỉ ra được liên kết σ, π và xác định được góc liên
kết.
• Phân biệt được khái niệm: Cấu tạo, cấu dạng, cấu
hình.
• Viết được công thức đồng phân cis – trans.
• Xác định được C* và viết được công thức hình chiếu
Fisher các đồng phân D, L, Meso.

1. CẤU TRÚC ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ C VÀ
SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT TRONG HỢP CHẤT
HỮU CƠ

1.1 Cấu trúc e của nguyên tử C
Cấu hình electron của nguyên tử carbon
Trạng thái bình thường 6C : 1s2 2s2 2p2
Phân bố e trên obitan:
Trạng thái kích thích: C*:

1.2 Các trạng thái lai hóa của C
Để tạo liên kết hóa học với các nguyên tử nguyên tố
khác, các orbital của nguyên tử carbon phải lai hóa.
Số orbital lai hóa bằng tổng số liên kết  xung quanh
nguyên tử C
• Lai hóa sp3: s + 3 p(px,py,pz) → 4 obitan lai hóa,
hướng về bốn đỉnh tứ diện đều.
• Lai hóa sp2: s + 2 p(px,py) → 3 obitan lai hóa, hướng
về ba đỉnh tam giác đều.
• Lai hóa sp: s + p(px) → 2 obitan lai hóa, cấu trúc
thẳng hàng

1.3 Liên kết  và liên kết 
-Liên kết : do sự xen phủ trục của các orbital s,p.
-Liên kết : do sự xen phủ bên của các obitan p.
Độ bền liên kết:  > π

2. CẤU TRÚC KHÔNG GIAN
CỦA KHUNG CARBON – CẤU DẠNG

2.1 Công thức vạch
Công thức nguyên - Công thức phân tử:
Vd: (C2H6O) n n=1 C2H6O
Công thức cấu tạo: Trong mặt phẳng
- Cấu tạo đầy đủ (công thức khai triển)
- Cấu tạo thu gọn (công thức bán khai triển)
CH3–CH3 hay CH3CH3
- Công thức vạch: thường dùng biểu diễn các
phân tử lớn.
CH3CH2CH=CH(CH2)4C≡C(CH2) 5C6H5

2.2 Công thức phối cảnh
Biểu diễn phân tử trong không gian ba chiều.
Nét liền: liên kết nằm trong mặt phẳng
Nét đứt: liên kết hướng ra sau mp
Nét đậm: liên kết hướng ra trước mp
C
CH3
H C
C
HO COOH
CH3
H
HOOC OH

2.3 Công thức chiếu Fisher
COOH
COOH
. Trục C thẳng, nhóm có số oxi hóa cao ở trên
. Nối thẳng đứng: liên kết nằm trong mặt phẳng hoặc hướng ra
sau mặt phẳng.
. Nối nằm ngang: liên kết hướng ra trước mặt phẳng
CH3 CH COOH
OH
COOH
HO H
CH3
COOH
H OH
CH3
C CH3
HOOC
H
OH
C OH
CH3
H OH
CH3
H

2.4 Công thức newman
Phân tử được biểu diễn theo hướng nhìn dọc trục
nối C–C
CH3
H
H
H
H
CH3
CH3
H
CH3
H
H
H

Đồng phân cấu trạng
(Cấu dạng)
Sự quay tự do của các nhóm nguyên tử quanh nối σC-C trong
không gian tạo nên vô số cấu dạng.
Các cấu dạng của n–Butan: CH3CH2CH2CH3
CH3
H
H
H
H
CH3
CH3
CH H 3
H
H
H
CH3
H
H
H
H
CH3
CH3
CH3
H
Đối lệch Bán lệch Che khuất 1 phần Che khuất toàn phần
(Bền) (Khá bền) (Kém bền) (Không bền)
H
H
H

Phân tử thường phân bố không
đồng phẳng
Cấu trạng của ciclohexan
2 dạng: Ghế và thuyền
Dạng ghế bền hơn dạng thuyền

3. ĐỒNG PHÂN
ĐỒNG PHÂN CẤU TẠO
ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ

3.1 Đồng phân cấu tạo
• Đp mạch C
n-butan iso- butan Ciclobutan
CH3CHCH3
CH3
CH3CH2CH2CH3
CH2 CH2
CH2 CH2
• Đp vị trí α -Alanin β- alanin
• Đp nhóm chức
CH3CHCOOH
NH2
H2NCH2CH2COOH
aldehid propionic aceton
CH3CH2CH=O CH3CCH3
O

3.2 Đồng phân lập thể
Định nghĩa:
Những chất có cùng công thức cấu tạo
nhưng có các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử
phân bố trong không gian ở vị trí khác nhau.
Phân loại:
Đp hình học và Đp quang học

Đồng phân hình học
Do sự phân bố khác nhau đối với bộ khung cứng (Nối
đôi, vòng no)
C C
Br
CH3
Br
H
C C
Br
CH3
H
Br
CH3 CH3
H H
CH3 H
H CH3
Br
CH3
Br
H

Đồng phân hình học của hợp chất có nhiều nối
đôi.
Hợp chất có n nối đôi liên hợp và chứa nhóm thế bất
đối xứng thì có 2n đồng phân hình học
Cis- cis trans-cis
C C
H
a
H
C C
b
H H
a H
C C
C C
H
b
H
H
Trans- trans Cis - trans
C C
a
H
H
C C
b
H H
C C
H
a
H
C C
H
H
b

Tính chất của đồng phân hình học
+ Các đồng phân trans thường bền hơn các đồng phân Cis
+ Nhiệt độ sôi (bp) của đồng phân cis thường cao hơn đồng
phân trans.
+ Nhiệt độ nóng chảy (mp) của đồng phân cis thường thấp
hơn đồng phân trans.
Vd: Acid cyclopropadicarboxylic
COOH
H
H
COOH
H
COOH
H
H
H
COOH
dạng cis tnc=139oc dạng trans tnc=175oc

Vài tính chất của
đồng phân hình học
+ Tỷ trọng và chiết suất của đồng phân cis thường lớn hơn các
đồng phân trans.
+ Hoạt tính của đồng phân hình học có thể khác nhau:
Acid Maleic dễ bị mất nước để cho anhydric hơn acid fumaric
H C
C
C
H C
OH
OH
O
O
O
H C
0
c C
140
C
H C
O
O H2O
H C
0
c C
300
C
C H
OH
O
HO
O

Đồng phân quang học
Các chất có cùng công thức cấo tạo nhưng có khả năng làm
quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng phân cực những
góc khác nhau.
>< Mắt
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
(1) nguồn sáng 4) ánh sáng phân cực
(2) ánh sáng thường (5) Ống chứa mẫu
(3) Kính phân cực (6) Kính phân giải
Mẫu chất có khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của ánh
sáng phân cực gọi là chất có tính triền quang

Tính bất đối xứng
Các chất làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng
phân cực thì có tính bất đối xứng phân tử
Cấu trúc bất đối xứng là ảnh cho bỡi gương phẳng
không trùng khích với vật
HOOC
C CH3 H
HO
CH3 C
COOH
H
OH
COOH
HOOC
Cl
Cl
HOOC
COOH
Cl
Cl

Đồng phân của HC có 1 C*
Carbon bất đối xứng(C*) mang bốn nhóm thế khác nhau
VD: Acid lactic:
CH3 CH COOH
OH
COOH
HO H
CH3
COOH
H OH
CH3
HOOC
C CH3 H
HO
CH3 C
COOH
H
OH
50%(+) 50%(-)
Hỗn hợp tiêu triền

HC có 2 C*không tương đương
CH3 CH CH Acid 2,3-dihidroxy butanoic
OH
COOH
OH
COOH
HO H
CH3
HO
H
COOH
H OH
H OH
CH3
COOH
H OH
HO H
CH3
COOH
HO H
H
OH
CH3
A B C D
AB,CD là cặp đối hình
Các cặp khác là bán đối hình

Hợp chất có 2 C* tương đương
Vd: Acid tartric: Hợp
chất Meso
COOH
H OH
H OH
COOH
HOOC CH CH
OH
COOH
OH
COOH
HO H
H
OH
COOH
COOH
H OH
HO H
COOH

Đồng phân loại Ciclan
(Cicloankan)
1,2–dimethylcyclopropan có 3 đồng phân lập thể
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
Trans Trans Cis: MESO

Danh pháp D-L
Cấu hình chuẩn của aldehid glyceric(glyceraldehid)
CHO
H OH
CH2OH
CHO
HO H
CH2OH
D (+) Glyceraldehid L (-) glyceraldehid
COOH
H C
OH C
CH3
COOH
HO H
CH3
Acid D_Lactic Acid L_Lactic

Danh pháp D-L
CHO
(CHOH)n
CHO
(CHOH)n
C HO H
C
CH2OH
H OH
CH2OH
Đường dãy D đường dãy L
COOH
H C
NH2 C
R
COOH
H2N H
R
Acid amin dãy D Acid amin dãy L

Tác dụng sinh học
của đp quang học
Đp quang học có vai trò quan trọng trong đời sống tự
nhiên
Các chất chuyển hóa, các chất men là các hệ thống hợp
chất quang hoạt
+ D-(+)-Glucose là đường có tác dụng sinh học làm chất
tiêm truyền, ngược lại L-(+)-Glucose không có tác
dụng sinh học.
+ Asparagin dạng hữu truyền có vị ngọt, tả triền có vị
đắng, racemix không vị.
+ Adrenalin dạng tả triền tác dụng lên thành mạch máu
gấp 15 lần dạng hữu truyền.

HIỆU ỨNG ĐIỆN TỬ
(HIỆU ỨNG CẤU TRÚC)

Mục tiêu
• Nêu được các ví dụ về sự phân cực của các
liên kết trong phân tử
• Trình bày được đặc điểm của hiệu ứng cảm
ứng, hiệu ứng liên hợp.
• So sánh và giải thích được tính chất của một
số hợp chất hữu cơ bằng các hiệu ứng cấu
trúc.

Sự phân cực của liên kết
H H
C C
C < H
 
C > Cl
 
C O

Công thức giới hạn
Sự phân cực của nối  được biểu diễn bỡi các công
thức giới hạn
H C
O
H H C
O
H H C
hay H
O


Hay
Công thức thật sự của phân tử là tổ hợp tuyến tính
của các công thức giới hạn

Định nghĩa - Tính chất
 
C > C >> C >>> X
Là hiệu ứng của nối , do sự chênh lệch độ âm điện
C –>- X C –– H C -<– Y
–I: Cảm âm I=0: chuẩn +I: Cảm dương
Tính chất
-Có tính thường trực.
-Truyền dài theo trục C và tắt dần (giảm dần tác
dụng khi càng xa tâm gây hiệu ứng).

Nhóm nguyên tử hút e, đẩy e
+ Nhóm nguyên tử hút e gây hiệu ứng cảm âm(-I)
-F > -Cl > -Br > -I
–>-C≡CH > –>-CH=CH2
Độ âm điện Csp > Csp2 > Csp3
+ Nhóm nguyên tử đẩy e gây hiệu ứng cảm dương(+I)
-C(CH3)3 > -CH(CH3)2 > -CH2CH3 > -CH3
-O2- < -S2-

Ảnh huởng tính chất acid/base
R–CO–O-<-H RCOO- + H+
R N H R N
R hút e: Làm tăng sự phân cực của liên kết O-H về
phía O, H+ dê đứt tính acid tăng.
Làm giảm mật độ e trên nguyên tử N, giảm khả
năng nhận H+  tính base giảm
R đẩy e: Làm giảm sự phân cực của liên kết O-H về
phía O, H+ khó đứt tính acid giảm.
Làm tăng mật độ e trên nguyên tử N, tăng khả
năng nhận H+  tính base tăng.
H

Ví dụ
Acid Ka
CH3-COOH 1,76.10-5
C6H5-CH2-COOH 5,03.10-5
Br-CH2-COOH 138.10-5
Cl-CH2-COOH 155.10-5
F-CH2-COOH 217.10-5
H-COOH 21,4.10-5
(CH3)3C-COOH 0,94.10-5
Giải thích độ mạnh các acid
Acid Ka
CH3-CH2-CH-COOH
Cl
139.10-5
CH3-CH-CH2-COOH
Cl
8,9.10-5
CH2-CH2-CH2-COOH
Cl
3,0.10-5
Giải thích độ mạnh các base
Tính base: CH3-NH2 > H-NH2 > HO-NH2

Acid - Base
Acid Base
Bronsted - Lowry Cho H+ Nhận H+
Lewis Nhận đôi e Cho đôi e
Hằng số acid Ka càng lớn: Tính acid, càng mạnh và ngược lại
H
R–CO–O-<-H R-COO- + H+
Ka = [RCOO-][H+]/[RCOOH]
R N H R N
+]/[RNH2][H+]
Kb = [RNH3
Hằng số base(Kb) càng lớn: Tính base càng mạnh và ngược
lại

HỆ LIÊN HỢP
HIỆU ỨNG LIÊN HỢP

Sự liên hợp
Sự xen phủ của các orbital p cách nhau 1 nối  để tạo thành
orbital chung cho cả phân tử.
Sự liên hợp cũng được biểu diễn bỡi các công thức giới hạn.
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2
Hay
C
C
C C
H
C
C
H
H H
H H
C C
C C
H
H
H
H
H H

Năng lượng liên hợp(cộng hưởng)
của benzen
Năng lượng cộng hưởng
-30Kcal/mol H0 = -24,5 Kcal/mol
H0 = -26,5 Kcal/mol

Hiệu ứng liên hợp
Là hiện tượng phân bố lại (lan truyền) e trong
phân tử, xảy ra khi hệ liên hợp có chứa nguyên tử hoặc
nhóm nguyên tử đẩy hoặc hút e.
Kí hiệu là C(conjugate effect).
CH2 CH CH CH CH3 CH2 CH CH CH CH3
Hiệu ứng liên hợp không giảm khi mạch C kéo
dài, nó truyền đi trong toàn hệ liên hợp
 
CH2 CH CH CH CH O

Các hệ thống liên hợp điển hình
- Liên kết  với orbital p trống:
CH2 CH CH2 CH2 CH CH2
- Liên kết  với đôi e p cô lập
CH2 CH Cl CH2 CH Cl
- Liên kết  tiếp cách:
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2
- Điện tử p cô lập và obital p trống
CH3 C
O H CH3 C
CH3
- Liên kết  với điện tử độc thân
O H
CH3
CH CH3 CH CH3

Nhóm nguyên tử gây hiệu ứng liên hợp
+ Các ntử, nhóm ntử (–C), có thể nhận một đôi điện tử.
–NO2 > –SO3H > –C≡N > –C≡C–R > –HC=CH2
+ Các ntử, nhóm ntử (+C), những nhóm chức có mang
một hay nhiều đôi điện tử:
–NH2 –O–R –OH –X –O2- –C:-
+ Có một số nhóm, hiệu ứng liên hợp thay đổi tùy theo
bản chất của nhóm thế liên kết với chúng
N
O
O
C _
+ C
N
H
H
C C

Sự liên hợp trong acetic acid
CH3 C
O
O
H
CH3 C O
O H
CH3 C O
O H
CH3 C O
O H


CH3 C
O
O
H

ỨNG DỤNG
VD1: so sánh tính acid của etanol và phenol.
Giải thích:
CH3-CH2-O-H H-O-H
O H
CH3–CH2–>– (C6H5-<-)
(+I) (-C)
Tính acid: C2H5OH < H2O < C6H5OH
KaEtanol =10-17 KaH2O =10-14 Kaphenol = 10-10
O H O H O H
O H O H

ỨNG DỤNG
Vd2: Giải thích độ mạnh của bazơ hữu cơ
CH3-NH2 > HO-NH2 >
CH3->- HO-<- CH3-CO-<-
(+I) (-I) (-C)
Vd3: CH3-CH2-NH2 >
CH3 C
O
NH2
NH2

3. Hiệu ứng siêu liên hợp
(siêu tiếp cách)

Định nghĩa
Là khuynh hướng liên hợp của nối tiếp cách với liên
kết  hoặc obitan p trống
Ví dụ:
H
H C
H
C C
H H
H H C
H
C C
H
H
H
H
H
H C
H
H
C
H
H C
H
C
H
H
H

Ứng dụng hiệu ứng siêu liên hợp
1. Phản ứng thế H:
Do hiệu ứng siêu tiếp cách, Các nối C–H trở nên
kém bền
CH3–CH=CH2 + Cl2 500–6000c ClCH2–CH=CH2+HCl
2. Tiểu phân càng có nhiều hiệu ứng siêu liên hợp thì
càng bền.
Cacbocation
Carbanion
Gốc tự do

2.Tiểu phân càng có nhiều hiệu ứng siêu liên hợp thì
càng bền.
a/. Cacbocation và gốc tự do:
Bậc 1 < Bậc 2 < Bậc 3
H
H
b/. Độ bền các carbanion:
CH3
CH3
H
H
CH3
CH3
c/. Độ bền các alcen: alcen mang càng nhiều nhóm thế
càng bền
C C
R
H
H
H
C C
R
R
H
H
C C
R
H
H
R
C C
R
R
R
H
C C
R
R
R
R
H C
H
CH3 C
H
CH3 C
H
CH3 C
CH3
H C
H
CH3 C
H
CH3 C
H
CH3 C
CH3

SƠ LƯỢC CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

1. ĐỊNH NGHĨA
Cơ chế phản ứng là xem xét các phản ứng dưới ba góc
độ:
• Các giai đoạn của phản ứng
• Bản chất của sự đứt và thành lập các nối đặc trưng
của phản ứng
• Trạng thái chuyển tiếp của phản ứng
Giải thích sản phẩm sinh ra phù hợp với quá trình thực
nghiệm.

ĐẶC ĐIỂM PHẢN ỨNG HỮU CƠ
- Diễn ra với tốc độ chậm
- Các phản ứng thường thuận nghịch, hiệu suất phản
ứng không cao.
- Các phản ứng thường xảy ra theo nhiều hướng khác
nhau tạo thành hỗn hợp sản phẩm.
 dùng nhiệt, xúc tác và kĩ thuật thực hiện phản ứng

2. PHÂN LOẠI
1. Phản ứng thế (Substituation)
CH3-H + Cl2 → CH3-Cl + HCl
2. Phản ứng cộng
CH2=CH2 + Cl-Cl → Cl-CH2CH2-Cl
3. Phản ứng tách loại
H-CH2-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O
4. Phản ứng oxi hóa khử
CH3-CH=O + H2 → CH3-CH2-OH
CH2=CH2 + [O] + H2O → HO-CH2-CH2-OH
5. Phản ứng chuyển vị.

Phản ứng chuyển vị
Có thể làm thay đổi khung Carbon.
C6H5 CH CH CH2
OH
H
C6H5 CH CH CH2
OH
C N OH
R'
R
H
R C
O
N R'
H

3. Sự phân cắt liên kết
+ Phân cắt đồng ly: tạo các gốc tự do
hv
Cl Cl Cl Cl
CH3 H CH3 H
+ Phân cắt dị li: Tạo các ion, carbocation, carbanion
CH3
C
CH3
Br C
CH3
CH3
CH3
CH3
Br
C6H4NO2p
C
pO2NC6H4
H
C6H4NO2p
OH
C6H4NO2p
C
pO2NC6H4
C6H4NO2p
H

4.Các kiểu cơ chế phản ứng
+ Cơ chế Nucleophil(thân hạch-hạt nhân)
 
Cl < CH3 OC2H5 CH3 O C2H5 Cl
+ Cơ chế Electrophil(thân electron-điện tử)
NO2 NO2 H
+ Cơ chế gốc tự do
CH4 Cl CH3 HCl
CH3 Cl2 CH3Cl Cl

Đại cương về hợp chất hữu cơ

More Related Content

What's hot

Similar to Đại cương về hợp chất hữu cơ

More from Trần Đương

Recently uploaded

Đại cương về hợp chất hữu cơ