›
›

Giáo trình Hoá hữu cơ - Trường đại học Kinh tế - Kỹ thuật Bình Dương

pdf 76 trang cucquyet12 9192
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hoá hữu cơ - Trường đại học Kinh tế - Kỹ thuật Bình Dương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_hoa_huu_co_truong_dai_hoc_kinh_te_ky_thuat_binh_d.pdf

Nội dung text: Giáo trình Hoá hữu cơ - Trường đại học Kinh tế - Kỹ thuật Bình Dương

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT BÌNH DƯƠNG KHOA KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ HĨA HỮU CƠ CAO ĐẲNG DƯỢC Bình Dương, tháng 12 năm 2013
  2. MỤC LỤC CHƯƠNG 1. ALCOL, PHENOL 5 1.1.Alcol 5 1.1.1. Một số khái niệm chung 5 1.1.2. Danh pháp 5 1.1.3. Điều chế alcol 7 1.1.4. Tính chất vật lý 10 1.1.5. Tính chất hĩa học 10 1.1.6. Ứng dụng 13 1.2. Phenol 14 1.2.1. Khái niệm 14 1.2.2. Danh pháp 14 1.2.3. Điều chế phenol 14 1.2.3. Tính chất vật lý 15 1.2.4. Tính chất hĩa học 15 1.1.4. Ứng dụng 19 BÀI TẬP CHƯƠNG 1 20 CHƯƠNG 2. ALDEHYD, CETON, QUINON 21 2.1. Giới thiệu chung 21 2.2. Aldehyd và ceton 21 2.2.1. Danh pháp của aldehyd 21 2.2.2. Danh pháp của ceton 22 2.2.3. Điều chế aldehyde và ceton 23 2.2.4. Tính chất vật lý 24 2.2.5. Tính chất hĩa học 24 2.2.6. Một số ứng dụng của aldehyd và ceton 30 2.3. Quinon 30 2.3.1. GỌI TÊN: 30 2.3.2. ĐIỀU CHẾ 31 2.3.3. Ứng dụng 31 2
  3. BÀI TẬP CHƯƠNG 2 32 CHƯƠNG 3. ACID CARBOXYLIC VÀ CÁC DẪN XUẤT 33 3.1. ACID CARBOXYLIC 33 3.1.1. Cấu tạo 33 3.1.2. Danh pháp 33 3.1.3. Phương pháp điều chế 35 3.1.4. Tính chất vật lý 36 3.1.5. Tính chất hĩa học 36 3.2. Các dẫn xuất của acid carboxylic 38 3.2.1. Ester 39 3.2.2. Anhydrid acid 41 3.2.3. Ceten 42 3.2.4. Halogenid acid (acyl halogenid) 42 3.2.5. Amid 43 3.2.6. Nitril (R-C N) 43 BÀI TẬP CHƯƠNG 3 44 CHƯƠNG 4. AMIN, HỢP CHẤT KHÁC CHỨA NITƠ, HỢP CHẤT CĨ LƯU HUỲNH VÀ PHOSPHO 45 4.1. Amin 45 4.1.1. Cấu tạo 45 4.1.2. Danh pháp 45 4.1.3. Điều chế 46 4.1.4. Tính chất vật lý 48 4.1.5. Tính chất hĩa học 48 4.2. HỢP CHẤT KHÁC CHỨA NITƠ 50 4.3. Hợp chất cĩ lưu huỳnh, phosphor 50 4.3.1. Hợp chất hữu cơ cĩ lưu huỳnh 50 4.3.2. Hợp chất hữu cơ chứa phosphor 52 BÀI TẬP CHƯƠNG 4 54 CHƯƠNG 5. HỢP CHẤT DỊ VỊNG 55 5.1. PHÂN LOẠI – DANH PHÁP 55 3
  4. 5.1.1. PHÂN LOẠI 55 5.1.2. DANH PHÁP 56 5.1.3. Tính chất hĩa học của dị vịng cĩ tính thơm 60 5.2. Hợp chất dị vịng 5 cạnh 1 dị tố và nhiều dị tố 62 5.2.1. Hợp chất dị vịng 5 cạnh 1 dị tố 62 5.2.2. Hợp chất dị vịng 5 cạnh nhiều dị tố 65 5.3. Hợp chất dị vịng 6 cạnh một dị tố và hai dị tố 67 5.3.1. Hợp chất dị vịng 6 cạnh một dị tố 67 5.3.2. Hợp chất dị vịng 6 cạnh 2 dị tố 69 5.4. HỢP CHẤT DỊ VỊNG 7 CẠNH VÀ DỊ VỊNG NGƯNG TỤ 74 5.4.1. Dị vịng 1 dị tố 74 5.4.2 Dị vịng 2 dị tố 74 5.4.3. Dị vịng ngưng tụ 75 4
  5. CHƯƠNG 1. ALCOL, PHENOL 1.1.Alcol 1.1.1. Một số khái niệm chung Alcol là những hợp chất hữu cơ cĩ nhĩm hydroxyl (-OH) gắn trực tiếp với C lai hĩa 3 sp của gốc hydrocarbon. Cơng thức tổng quát R-OH Cĩ nhiều cách phân loại alcol khác nhau: - Dựa vào cấu tạo gốc hydrocarbon cĩ các loại: alcol no, alcol chưa no, alcol mạch vịng, alcol thơm - Dựa vào số lượng nhĩm OH trong phân tử cĩ các loại: monoalcol (rượu đơn chức), polyalcol (rượu đa chức). Số lượng nhĩm OH trong phân tử khơng giới hạn, song trong phân tử mỗi nguyên tử C chỉ cĩ khả năng liên kết bền với một nhĩm OH - Dựa vào bậc của nguyên tử C cĩ gắn nhĩm OH, cĩ các loại alcol bậc 1 (ví dụ CH3CH2OH), bậc 2 (ví dụ CH3CH2CH(CH3)OH), bậc 3 (ví dụ (CH3)3C-OH) 1.1.2. Danh pháp a. Danh pháp IUPAC Các alcol cĩ tiếp vị ngữ là ol (Tên hydrocarbon tương ứng + ol). Cách gọi tên được thực hiện lần lượt như sau: - Chọn mạch C dài nhất cĩ nhĩm OH làm mạch chính - Đánh số trên mạch chính sao cho C mang nhĩm OH cĩ số vị trí nhỏ nhất - Các nhĩm thế khác nhau được sắp xếp theo thứ tự của bảng chữ cái. Nếu cĩ nhiều nhĩm thế giống nhau, dùng tiếp đầu ngữ như di (2), tri (3), tetra (4), đặt trước tên các nhĩm thế đĩ - Khi một chất chứa nhiều loại nhĩm chức khác nhau thì mức độ ưu tiên thứ tự các nhĩm thế khác nhau trong hệ danh pháp IUPAC như sau: -COOH > -CHO > C=O > -OH > -NH2 > -Cl, Br - Trường hợp cĩ nhiều nhĩm –OH trong phân tử, cách gọi tên tương tự như trên, thêm các từ di-, tri-, tetra- trước tiếp vị ngữ -ol để chỉ số lượng nhĩm –OH trong phân tử. 5
  6. Ví dụ: 2,3 -dimethyl -2,3-butandiol b. Danh pháp thơng thường Đối với monoalcol, cách gọi tên thơng thường như sau: Alcol (hoặc rượu) + tên gốc hydrocarbon tương ứng + ic Sau đây là tên gọi riêng của một số gốc hydrocarbon - Gốc bậc 1: hay isoamyl hay amyl - Gốc bậc 2: - Gốc bậc 3 - Gốc khơng no: CH2=CH- : vinyl CH2=CH-CH2- : allyl CH≡C-CH2-: propagyl - Các gốc khác benzyl Ví dụ: Tên thơng thường của một số monoalcol như sau: 6
  7. CH2=CH-CH2-OH: Alcol allylic C6H5-CH2-OH: Alcol benzylic (CH3)3C-OH: Alcol tert-butylic CH3OH: Alcol methylic CH C-CH2OH: Alcol propagylic Danh pháp thơng thường của một số polyalcol như sau: c. Danh pháp carbinol Đối với monoalcol, alcol metylic được gọi là carbinol. Các alcol đơn giản khác xem là dẫn xuất thế của carbinol Ví dụ: 1.1.3. Điều chế alcol Cĩ rất nhiều phương pháp điều chế alcol a.Thủy phân dẫn xuất halogen trong mơi trường kiềm RX + NaOH ROH + NaX Ví dụ: C2H5Br + NaOH C2H5OH + NaBr b.Hydrat hĩa alken 7
  8. R-CH2=CH2 + H2O → R-CH2OH-CH3 Qui tắc Markovnikov: trong phản ứng cộng hợp với tác nhân khơng đối xứng HX (H- OH, H-Cl, ), H được cộng vào C nối đơi cĩ chứa nhiều nguyên tử H hơn, X được cộng vào C cịn lại của nối đơi Ví dụ: CH3-CH2=CH2 + H2O → CH3-CH2OH-CH3 (sản phẩm chính) c.Khử hợp chất aldehyde, ceton Khử hĩa hợp chất carbonyl bằng nhiều phương pháp khác nhau: H2/Ni, Na/C2H5OH, LiAlH4, NaBH4, Trường hợp mạch C của gốc R trong hợp chất carbonyl khơng no thì các tác nhân H2/Ni, Na/C2H5OH sẽ khử luơn các liên kết bội trong mạch C đĩ. Khử hĩa bằng LiAlH4 tiến hành trong dung mơi ether. Các aldehyd, ceton, acid, ester và clorid acid đều bị khử hĩa để tạo alcol, trong trường hợp này nếu hợp chất chưa no thì nối đơi C=C khơng bị khử hĩa NaBH4 là tác nhân khử hĩa cĩ tính chọn lọc cao, chỉ khử các aldehyd, ceton, halogenid acid. Khử hĩa ester của acid carboxylic - Chất khử là Na/C2H5OH: 8
  9. - Hydro hĩa ester cĩ xúc tác là hỗn hợp CuO và Cr2O3: d.Từ hợp chất cơ magne RMgX - Với aldehyde, ceton (xem thêm trong phần hĩa tính của aldehyde, ceton) - Với ester - Oxy hĩa hợp chất cơ magne, sau đĩ thủy phân e.Thủy phân ester Ester bị thủy phân trong mơi trường kiềm hoặc acid tạo alcol RCOOR’ + H2O → RCOOH + R’OH Ngồi ra cịn cĩ nhiều phương pháp điều chế alcol khác. 9
  10. 1.1.4. Tính chất vật lý Độ tan của alcol: Phân tử alcol gồm 2 phần: phần R hịa tan trong các dung mơi khơng phân cực, phần –OH hịa tan trong dung mơi phân cực, ví dụ nước. Do đĩ sự hịa tan của alcol phụ thuộc vào kích thước của R so với OH. Những alcol cĩ R càng ngắn thì càng dễ tan trong nước, R càng dài thì độ hịa tan càng kém đi. Alcol hịa tan được trong nước là do tạo liên kết H liên phân tử giữa nhĩm OH với nước Nhiệt độ sơi và nhiệt độ nĩng chảy của alcol: Các alcol cĩ số carbon thấp ở dạng lỏng cĩ mùi và vị đặc trưng. Các alcol cĩ số carbon cao ở dạng rắn, khơng mùi. Các alcol cĩ nhiệt độ sơi cao hơn các hydrocarbon tương ứng vì alcol tạo được liên kết H liên phân tử. Tương tự các hợp chất khác, nhiệt độ sơi của alcol cũng tăng theo phân tử lượng 1.1.5. Tính chất hĩa học Hĩa tính của alcol (R-OH) bao gồm hĩa tính của gốc hydrocarbon R và của nhĩm chức -OH. Ta xét hĩa tính của nhĩm –OH. Cĩ 2 loại phản ứng tùy vào sự cắt nối C-O hoặc O-H 1.1.5.1. Phản ứng do sự đứt nối C-O  Phản ứng tách H2O tạo alken - Đun nĩng alcol với acid vơ cơ H2SO4 hoặc H3PO4 Qui tắc Zaicep: Nhĩm OH bị tách ưu tiên cùng nguyên tử H ở C bậc cao hơn - Cho hơi alcol đi qua nhơm oxit đun nĩng 1.1.5.2. Phản ứng do sự đứt nối O-H a. Tính acid-bazơ 10
  11. Giống như H2O, alcol vừa cĩ tính acid yếu, vừa cĩ tính bazơ yếu. - Tính acid của alcol rất yếu, yếu hơn cả nước: alcol bậc 3 < alcol bậc 2 < alcol bậc 1 < H2O Phản ứng thể hiện tính acid của alcol ROH + Na RONa + ½ H2 ROH + NaNH2 RONa + NH3 ROH + NaH RONa + H2 - Tính bazơ của alcol rất yếu, nhưng mạnh hơn nước. Nĩ cĩ thể bị proton hĩa bởi các acid mạnh b. Phản ứng tạo ether - Hai phân tử alcol - Các alcolat là tác nhân ái nhân mạnh tác dụng với RX tạo ether R-ONa + R’-I R-O-R’ + NaI c. Phản ứng tạo ester  Alcol tác dụng với acid hữu cơ, anhydrid acid, halogenid acid tạo thành ester Phản ứng ester hĩa là phản ứng thuận nghịch, vì vậy để tạo nhiều ester người ta sử dụng các chất làm giảm nồng độ nước, acid tạo thành. Các chất thường sử dụng là acid vơ cơ (H2SO4, H3PO4, ), bazơ (pyridine) 11
  12. Acid sunfuric đậm đặc vừa đĩng vai trị xúc tác (cung cấp proton H+) để phản ứng xảy ra nhanh hơn, vừa cĩ tác dụng hút nước để phản ứng chuyển dịch về phía tạo nhiều ester.  Alcol tác dụng với acid vơ cơ tạo ester vơ cơ: Muối natri alkylsulfat của alcol từ C10-C20 như natri lauryl sulfat C12H25OSO3Na được sử dụng làm chất nhũ hĩa trong dược phẩm, và trong một số chất cĩ tác dụng tẩy rửa. 1.1.5.3.Phản ứng oxi hĩa alcol Alcol bậc 1 bị oxy hĩa thành aldehyde, sau đĩ thành acid Alcol bậc 2 bị oxy hĩa thành ceton Các chất oxy hĩa thường sử dụng là CuO, CrO3, (K2Cr2O7 + H2SO4), KMnO4, Các alcol chưa no bị oxy hĩa bởi K2Cr2O7 + H2SO4 tạo hợp chất carbonyl mà liên kết pi trong mạch Carbon khơng bị oxy hĩa, nhưng khi oxy hĩa bởi KMnO4 thì liên kết pi trong mạch Carbon tạo rượu đa chức Ví dụ: 3CH3CH2OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 3CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O 3CH3CH(OH)-CH3 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 3CH3COCH3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O 1.1.5.4.Một số phản ứng khác 12
  13. Với các Polyalcol cĩ các nhĩm OH xa nhau: tính chất hĩa học tương tự monoalcol Polyalcol cĩ nhĩm OH cạnh nhau: Ảnh hưởng của nhiều nhĩm OH làm polyalcol cĩ tính acid mạnh hơn monoalcol. Vì vậy polyalcol cĩ tính chất riêng là hịa tan được Cu(OH)2 tạo dung dịch màu xanh lam Các alcol vịng cĩ thể bị oxy hĩa thành ceton vịng 1.1.6. Ứng dụng Trong thiên nhiên tồn tại nhiều alcol chưa no, cĩ số C cao như citronellol, geraniol, linalol, pharnezol, phytol cĩ nhiều ứng dụng trong cơng nghiệp hương liệu và dược phẩm. Một số alcol vịng cĩ nhiều ứng dụng. Menthol cĩ trong tinh dầu bạc hà được ứng dụng nhiều trong y dược. Hợp chất 1,2,3,4,5,6-cyclohexahexanol cĩ nhiều đồng phân, trong đĩ chỉ cĩ đồng phân Inositol cĩ đồng phân quang học và cĩ ứng dụng trong dược phẩm 13
  14. 1.2. Phenol 1.2.1. Khái niệm Phenol là hợp chất cĩ nhĩm OH gắn trực tiếp với nhân benzene. Cơng thức tổng quát của phenol thường gặp - Monophenol Ar-OH - Polyphenol Ar’(OH)n 1.2.2. Danh pháp Hầu hết các phenol cĩ trong tự nhiên đều cĩ tên thơng thường Xem C6H5OH là phenol. Gọi tên các phenol khác như là dẫn xuất của phenol 1.2.3. Điều chế phenol a. Thủy phân chlorobenzen 14
  15. b. Phương pháp kiềm chảy Sản xuất phenol từ benzen: C6H6 + H2SO4 C6H5SO3H (acid benzensulfonic) 2C6H5SO3H + 2NaOH → 2C6H5OH + Na2SO3 + H2O c. Oxy hĩa cumen d.Thủy phân muối diazoni e. Oxy hĩa hợp chất aryl magne halogenid 1.2.3. Tính chất vật lý Sự cĩ mặt của nhĩm OH gắn trực tiếp với vịng benzen quyết định tính chất của phenol. Do tương tác với nhân benzene, liên kết O-H bị phân cực mạnh hơn liên kết OH trong alcol. Liên kết hydro trong phenol bền hơn liên kết hydro trong alcol Phần lớn phenol ở dạng rắn, khĩ tan trong nước và ít bay hơi. 1.2.4. Tính chất hĩa học a. Tính acid Phenol cĩ tính acid mạnh hơn alcol, do cặp điện tử trên O của nhĩm OH liên hợp với vịng benzene khiến H của nhĩm OH trở nên linh động hơn 15
  16. Tính acid: H2CO3 > phenol > H2O > alcol Các phản ứng chứng minh tính acid của phenol mạnh hơn alcol và yếu hơn acid cacbonic b. Phản ứng thế nhĩm –OH Nhĩm OH phenol cĩ thể bị thay thế bởi Cl hay NH2 khi tác dụng với PCl5 hoặc NH3 xúc tác AlCl3 c. Phản ứng ester hĩa Phenol tác dụng trực tiếp với acid carboxylic hiệu suất rất thấp. Phản ứng xảy ra khĩ khăn hơn sự ester hĩa của alcol. Phản ứng xảy ra dễ dàng hơn khi dùng clorid acid, anhydride acid cĩ xúc tác bazơ hoặc acid 16
  17. Ester của phenol tham gia phản ứng chuyển vị Fries tạo ceton thơm khi cĩ mặt AlCl3 d.Phản ứng tạo ether của phenol ArONa + RX ArOR + NaX Ví dụ: Dưới tác dụng của nhiệt độ, ether chưa no allylphenylether tham gia chuyển vị Claisen e.Phản ứng tổng hợp Kolbe Acid Salicylic 17
  18. Thường áp dụng phản ứng này sản xuất acid salicylic quy mơ cơng nghiệp Từ acid salicylic cĩ thể tổng hợp nên thuốc Aspirin f. Phản ứng với aldehyde Phenol tác dụng với aldehyde formic trong mơi trường bazơ tạo hỗn hợp đồng phân alcol ở vị trí orthor và para Các alcol tạo thành tương tác với nhau tương tự phản ứng trùng ngưng tạo thành polymer gọi là bakelit Trong mơi trường acid g. Các loại phản ứng thế ái điện tử khác 18
  19. h. Phản ứng tạo màu với FeCl3 Với dung dịch FeCl3 phenol tạo hợp chất C6H5OFeCl2 dung dịch màu tím đỏ, crezol tạo dung dịch màu xanh, phenol khác tạo dung dịch màu vàng Phản ứng này cũng được dùng trong định tính acid salicylic màu đỏ tím 1.1.4. Ứng dụng Phenol cĩ nhiều ứng dụng. Từ phenol cĩ thể tổng hợp được các chất chống oxy hĩa để bảo quản sản phẩm dầu mỡ thực phẩm hay mỹ phẩm như BHT, BHA. Phenol cĩ thể tổng hợp nên acid salicylic ứng dụng trong sản phẩm diệt trùng và diệt nấm, đồng thời nĩ cũng là nguyên liệu để điều chế thuốc aspirin Nhiều dẫn xuất phenol trong tự nhiên như eugenol, thymol, cĩ hoạt tính sinh học, được sử dụng trong sản xuất dược phẩm hoặc trong y học 19
  20. BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Alcol 1. Viết cơng thức cấu tạo của các chất sau: a. Alcol tert- butylic ; b. Alcol isoamylic ; c.sec-Butylethylmethylcarbinol d. 2-Propanol ; e. 2,2-dimethyl-2-pentanol f. Alcol allylic. g.2,3-Dimethyl-2,3-butadiol; h. Alcol propagylic i. phenylacetylcarbinol 2. Những alcol nào được tạo thành khi thủy phân bằng dung dịch kiềm từ các hợp chất halogen sau: a. Isobutylbromid; b. sec-butylbromid; c. 1-Brom-2-buten ; 3. Viết phản ứng xảy ra trong các trường hợp dưới đây a. Hydrat hĩa propylen; trimethylethylen; isobutylen; 2,2-dimethyl-3-hexen. b. Phản ứng tách nước của hợp chất (CH3)2C(OH)CH2CH2CH2OH. c. Oxy hĩa các alcol n-butylic, sec-butylic bằng hỗn hợp K2Cr2O7 và H2SO4. 4. Cho phản ứng chứng minh polyalcol cĩ tính acid mạnh hơn monoalcol 5. Vì sao polyalcol dễ tan trong nước hơn monoalcol Phenol 6. Viết cơng thức cấu tạo các chất sau a. m-Cresol; b. p-Ethylphenol; c. 2,4- Dinitrophenol; d. o-Nitrophenol; e. Acid picric; f. Acid 2,4-Phenoldisulfonic g. Acid salicylic h. Aspirin i. 2-amyl-5-metylphenol 7. Viết sơ đồ phản ứng trong các trường hợp sau: a. Tổng hợp acid salicylic từ phenol b. Tổng hợp aspirin từ phenol c. Thực hiện sự chuyển vị Fries hợp chất p-hydroxyphenolacetat 20
  21. CHƯƠNG 2. ALDEHYD, CETON, QUINON 2.1. Giới thiệu chung Aldehyd, ceton, quinon là những hợp chất cĩ chứa nhĩm carbonyl C=O. Tổng quát O O O O O H C H R C H R1 C R2 aldehyd formic Aldehyd Ceton Quinon Tùy thuộc vào cấu tạo của các gốc R1, R2, R mà aldehyde, ceton cĩ các loại no, chưa no, thơm, hoặc vịng Nhĩm chức CHO gọi là chức aldehyde hay nhĩm formyl Nhĩm carbonyl C=O trong ceton gọi là chức ceton hay nhĩm oxo Quinon là sản phẩm oxy hĩa các diphenol. Quinon phải là một hệ thống liên hợp. Do đĩ tồn tại 1,2-quinon hoặc 1,4-quinon. Khơng cĩ 1,3-quinon O O O O 1,2-hay orto-quinon 1,4- hay para-quinon 2.2. Aldehyd và ceton 2.2.1. Danh pháp của aldehyd a. Danh pháp IUPAC Tên hydrocarbon tương ứng + al Đánh số 1 từ C của nhĩm CHO Ví dụ: b. Tên thơng thường 21
  22. Gọi tên thơng thường theo tên acid tương ứng, thay chữ acid bằng aldehyde Aldehyd + tên acid tương ứng hoặc tên gốc acyl R-CO- + aldehyde Ví dụ Aldehyd cinnamic CH C-CH2-CHO: Aldehyd propagylic 2.2.2. Danh pháp của ceton a. Danh pháp IUPAC Tên hydrocarbon tương ứng + on Chọn mạch chính là mạch C dài nhất cĩ chứa nhĩm C=O. Đánh số từ đầu gần nhĩm C=O nhất Ví dụ b. Tên thơng thường Tên các gốc hydrocarbon + ceton Ví dụ: Methylphenylceton Diphenylceton hay Benzophenon Methylphenylceton hay Acetophenon 22
  23. Methyl,tert-Butylceton hay Pinacolin 2.2.3. Điều chế aldehyde và ceton Aldehyde và ceton đều cĩ nhĩm carbonyl, vì vậy phương pháp điều chế gần giống nhau. a.Ozon hĩa alken b. Hydrat hĩa acetilen và alkyn CH CH + H2O CH3CHO R-C C-R’ + H2O R-CO-CH2-R’ c. Oxi hĩa alcol Oxi hĩa alcol (xem hĩa tính alcol) Alcol bậc 1 → Aldehyd Alcol bậc 2 → Ceton d.Nhiệt phân muối của acid carboxylic Khi nhiệt phân các muối Canxi, Bari, Natri, của acid carboxylic ở nhiệt độ khoảng 300oC sẽ tạo thành ceton (phản ứng Perrier) (RCOO)2Ca →R-CO-R + CaCO3 Nếu sử dụng hỗn hợp 2 muối, trong đĩ cĩ muối của acid formic sẽ thu được aldehyde e.Phản ứng Acyl hĩa vào nhân thơm theo Friedel-Crafts 23
  24. O C R + R C AlCl3 + HCl Cl O Acyl hĩa cĩ thể xảy ra trong nội phân tử tạo ceton vịng C AlCl3 Cl O + HCl O 3-phenylpropanoylclorid Indanon-1 i. Các phản ứng điều chế khác Phản ứng của ester với thuốc thử Grignard: tùy vào cấu tạo ester mà sản phẩm tạo thành cĩ thể là aldehyd hoặc ceton RCOOR’ + R’’MgX R-CO-R’’ + R’O-MgX HCOOR’ + R’’MgX R’’-CHO + R’O-MgX Phản ứng Stephen: khử hĩa hợp chất nitril R-C N bằng thiếc clorid SnCl2 trong mơi trường acid R-C N + SnCl2 + 2HCl R-CH=NH + SnCl4 R-CH=NH + H2O → R-CHO + NH3 Phản ứng Rosenmund: hydro hĩa hợp chất acylclorid với xúc tác Pd/BaSO4 2.2.4. Tính chất vật lý Aldehyde và ceton là những chất lỏng hoặc rắn ở điều kiện thường. Chỉ cĩ aldehyde formic là chất khí. Aldehyd formic, aldehyde acetic, aceton là những chất tan vơ hạn trong nước. Aldehyd và ceton thường cĩ nhiệt độ sơi thấp hơn alcol tương ứng do nhĩm carbonyl khơng cĩ khả năng tạo liên kết H liên phân tử 2.2.5. Tính chất hĩa học 24
  25. Nhĩm carbonyl trong phân tử làm cho các hợp chất aldehyde, ceton cĩ khả năng tham gia phản ứng đặc trưng như: phản ứng cộng hợp ái nhân vào C=O, phản ứng của các nguyên tử H ở C vị trí α, phản ứng oxy hĩa – khử 2.2.5.1. Phản ứng cộng hợp ái nhân (AN)\ Trong đĩ Hợp chất Y-Z cĩ thể là H-OH, H-OR, H-CN, H-SO3Na, Hα của aldehyd - RCH(Hα)CHO hay Hα của ceton RCH(Hα)CO-R’ (trong mơi trường OH ), H-NH-R, XMg-R, - Nguyên tử C trong C=O càng dương, phản ứng càng dễ dàng o Nhĩm đẩy điện tử (+C, +I, +H) giảm khả năng phản ứng o Nhĩm hút điện tử (-C, -I) tăng khả năng phản ứng Sau đây là một vài trường hợp về phản ứng cộng hợp ái nhân của nhĩm carbonyl với hợp chất Y-Z là aldehyd RCH(Hα)CHO hay ceton, R-MgX, dẫn xuất của acid carboxylic a.Cộng với hợp chất cơ kim R-MgX Cộng với hợp chất cơ magie R R OMgX + R OH C O + R"MgX C H3O C R' R' R" R' R" (H) (H) (H) Khi cộng với hợp chất cơ magiê ta được rượu bậc 2 hoặc bậc 3 (tương ứng với aldhehyd hay ceton) b. Cộng với aldehyde hay ceton  Phản ứng ngưng tụ aldol HO 0 2R CH2 CHO R CH2 CH CH CHO t R CH2 CH C CHO H2O OH R R aldehyd aldol Điều kiện phản ứng aldol: - Hợp chất carbonyl cĩ H . 25
  26. - Mơi trường kiềm lỗng Cơ chế: Giai đoạn 1: tạo carboanion (xảy ra chậm) H R CH CHO + OH R CH CHO + H2O Giai đoạn 2: carboanion tấn cơng C+, phản ứng ái nhân (xảy ra nhanh) O R CH2 C + CH CHO R CH2 CH CH CHO H R O R Giai đoạn 3: proton hĩa tái tạo OH- +H2O R CH2 CH CH CHO HO OH R Dưới tác dụng nhiệt độ cao, xảy ra phản ứng tách nước (gọi là phản ứng croton hĩa) t0 R CH2 CH C CHO H2O R Ví dụ: Phản ứng giữa aldehyd và aldehyd HO t0 C6H5CHO + CH3CHO C6H5CHCH2CHO C6H5CH CHCHO H2O OH Aldehyd cinnamic Phản ứng giữa aldehyde với ceton  Trường hợp aldehyde khơng cĩ Hα (Phản ứng Cannizaro) Điều kiện: - Aldehyd khơng cĩ H , đặc biệt là aldehyd thơm. - Mơi trường kiềm đặc. 26
  27. Phản ứng tạo acid và alcol tương ứng O O HO O C + C C + Ar CH OH Ar H Ar H Ar OH 2 Cơ chế: O O Ar C + HO Ar C H H OH O O O O Ar C( H + C Ar Ar C + Ar CH2O Ar C + Ar CH2OH H OH OH O Ví dụ: - 2C6H5CHO → C6H5COO + C6H5CH2OH Phản ứng Cannizaro chéo: (2 aldehyd khác nhau khơng cĩ H ) HO C6H5CHO + HCHO C6H5CH2OH + HCOO c. Phản ứng với các dẫn xuất của acid carboxylic.  Phản ứng Perkin: Phản ứng của aldehyd thơm với (CH3CO)2O CHO CH CH COOH CH3COONa + (CH3CO)2O + CH3COOH acid cinnamic d. Phản ứng ngưng tụ benzoin Khi cĩ mặt KCN làm xúc tác, các aldehyde thơm tham gia phản ứng đặc trưng tạo hợp chất mang chức –CH(OH)-CO- gọi là phản ứng ngưng tụ benzoin e.Phản ứng với Natrihydrosulfit (NaHSO3) 27
  28. Aldehyd và ceton tác dụng với dung dịch natrihydrosulfit tạo thành sản phẩm cộng ở trạng thái tinh thể gọi là hợp chất hydrosulfitic. Hợp chất hydrosulfitic dễ bị thủy phân trong mơi trường acid tạo hợp chất carbonyl ban đầu và SO2. Vì vậy phản ứng này được dùng để tách aldehyd hoặc ceton ra khỏi hỗn hợp. f. Phản ứng cộng hợp với hợp chất cĩ chức amin –NH2 -H O 2 Trong phân tử hydrazon cĩ nhĩm NH2 tự do cĩ thể phản ứng với nhĩm carbonyl tạo hợp chất azin 2.2.5.2. Phản ứng khử R C R' [H] CH R' [H] R RCH O RCH2OH O OH aldehyd alcol bậc 1 ceton alcol bậc 2 * Tác nhân khử: Các hydrid kim loại (LiAlH4, NaBH4), H2/xúc tác, Khi dùng tác nhân khử là H2 cĩ xúc tác kim loại thì tất cả liên kết đơi, ba, và nhĩm carbonyl đều bị khử Ví dụ: 28
  29. Các tác nhân khử là hydrid kim loại cĩ tính chọn lọc cao, chỉ khử hĩa chức carbonyl mà khơng khử hĩa các nối đơi, nối ba khác trong mạch carbon (như C=C, C C) Ví dụ: 2.2.5.3. Phản ứng oxy hĩa Oxy hĩa bằng các tác nhân vơ cơ R CH O [O] R COOH aldehyd acid Các tác nhân [O] là: - AgNO3/NH4OH (Thuốc thử Tollens) - Cu(OH)2 (Thuốc thử Fehling) - H2O2 , KMnO4 , CrO3 Những phản ứng này được dùng để định tính hợp chất cĩ chức aldehyde THF CHO + Ag2O COOH + 2Ag H2O Ceton chỉ bị [O] bằng các chất oxy hĩa mạnh, mạch carbon bị cắt đứt thành các acid. HNO3 O HOOC(CH2)4COOH V2O5 cyclohexanon acid adipic 2.2.5.4. Phản ứng thế. Phản ứng halogen hĩa a. Tác dụng PCl5, PBr3: Tạo gem-dihalogen 29
  30. Cl CH3 CH2 C CH3 + PCl5 CH3 CH2 C CH3 + POCl3 O Cl 2-butanon 2,2-dichloroethan (CH ) CHCH CHO + PCl (CH ) CHCH CHCl + POCl 3 2 2 5 3 2 2 2 3 3-methylbutanal 1,1-dichloro-3-methylbutan b. Tác dụng với halogen h R C CH3 + Br2 R C CH2Br + HBr O O Phản ứng chỉ xảy ra đối với hydro ở vị trí . 2.2.6. Một số ứng dụng của aldehyd và ceton a. Tổng hợp vitamin A từ Citral (3,7-dimethyl-2,6-octadienal) Citral tham gia phản ứng ngưng tụ aldol với aceton tạo sản phẩm β-ionon là sản phẩm trung gian trong cơng nghiệp tổng hợp vitamin A O O CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CHO CH CH + CH3COCH3 3 BF3 3 CH3 HO CH3 CH3 citral  Ionon CH3 CH3 CH3 CH3 CH2OH CH3 Retinon ( vit A ) 1 b. Aldehyd cinnamic: là thành phần chủ yếu của tinh dầu quế CH CH CHO aldehyde cinnamic 2.3. Quinon 2.3.1. GỌI TÊN: 30
  31. Theo dẫn xuất của hệ thơm: benzoquinon từ benzen, toluquinon từ toluen, naphtoquinon từ naphtol. O O O CH3 O O O 1,4-benzoquinon 1,2-benzoquinon Toluquinon p-benzoquinon o-benzoquinon 2-methyl-1,4-benzoquinon O O O O 1,4-naphtoquinon 9,10-anthraquinon 2.3.2. ĐIỀU CHẾ Oxy hĩa các phenol và amin thơm O OH NH2 K2Cr2O7 Na2Cr2O7 0 0 30 C H2SO4, 30 C O OH Anilin p-benzoquinon Hydroquinon 2.3.3. Ứng dụng Quinon là thành phần cấu tạo cơ bản trong các chất màu Vitamin K1 cĩ thành phần quinon O vitamin K1 O 31
  32. BÀI TẬP CHƯƠNG 2 1. Viết cơng thức cấu tạo các hợp chất cĩ tên như sau: a. 5-Methylhexanal; b. Methylethylceton; c. Methylbenzylceton; d. Citral e. Acetophenon; f. Benzophenon. g. Andehit cinnamic 2. Chọn các phương pháp thích hợp điều chế các chất từ các nguyên liệu đã cho a. Điều chế phenylacetaldehyd từ C6H5CH2CH2Cl b. Điều chế aldehyde cinnamic từ acetylene và benzaldehyd c. Điều chế methylethylceton từ sec-butanol 3. Viết phương trình phản ứng của benzaldehyd với các chất sau: a. Aldehyd formic/kiềm đặc b. Aldehyd acetic/kiềm lỗng 4. Viết sản phẩm tạo thành khi cho citral phản ứng với các chất sau: a. H2/Ni b. LiAlH4. 5. Viết cơng thức cấu tạo các chất sau: a. o-Benzoquinon b. p-Benzoquinon c. Naphtoquinon-1,4; d. Antraquinon-9,10 6. Viết sản phẩm tạo thành trong các phản ứng dưới đây a. Benzaldehyd → b/. Acetaldehyd → 7. Viết cơ chế phản ứng ngưng tụ aldol 2 phân tử acetaldehyde 32
  33. CHƯƠNG 3. ACID CARBOXYLIC VÀ CÁC DẪN XUẤT 3.1. ACID CARBOXYLIC 3.1.1. Cấu tạo Acid carboxylic là những hợp chất hữu cơ cĩ nhĩm carboxyl –COOH trong phân tử. Cĩ thể viết cơng thức cấu tạo acid dưới các dạng sau: Cĩ nhiều cách phân loại acid carboxylic. Dựa vào gốc hydrocarbon, cĩ thể phân loại acid carboxylic thành acid no, khơng no, thơm. Dựa vào số nhĩm chức –COOH cĩ acid đơn chức, acid đa chức. 3.1.2. Danh pháp a. Danh pháp IUPAC Phương pháp 1: dùng tiếp vị ngữ oic Tên hydrocarbon tương ứng + oic Chọn mạch dài nhất chứa nhĩm COOH là mạch chính. Đánh số bắt đầu từ C của nhĩm chức acid (C nhĩm COOH mang số 1). Hoặc dùng các chữ cái latinh α, β, γ để chỉ vị trí carbon trong mạch chính (Chữ cái α bắt đầu từ carbon liền kề nhĩm COOH) Ví dụ: Phương pháp 2: dùng tiếp vị ngữ carboxylic Xem acid hữu cơ là dẫn xuất của hydrocarbon. H được thay thế bởi chức acid. Chức acid cĩ tên gọi là carboxylic Tên hydrocarbon tương ứng với gốc R + carboxylic Ví dụ: 33
  34. b. Danh pháp thơng thường - Danh pháp thơng thường phản ánh nguồn gốc acid Tên gọi của một số acid đơn chức Tên gọi của một số acid đa chức 34
  35. 3.1.3. Phương pháp điều chế Một số phương pháp tiêu biểu 3.1.3.1.Dùng tác nhân Grignard R-X → R-MgX → R-COOH Ví dụ: 3.1.3.2. Phản ứng thủy phân - Thủy phân dẫn xuất polyhalogen - Thủy phân hợp chất nitril - Thủy phân các dẫn xuất của acid H-Y 3.1.3.3. Carboxyl hĩa alken 3.1.3.4. Phương pháp oxy hĩa Oxy hĩa rượu bậc 1 tạo aldehyde rồi thành acid (xem bài alcol) 35
  36. Oxy hĩa hydrocarbon thơm 3.1.4. Tính chất vật lý Với cấu tạo của acid carboxylic Liên kết O-H trong acid phân cực mạnh hơn trong alcol, do đĩ liên kết H ở acid bền hơn ở alcol Tất cả acid carboxylic là chất lỏng hoặc chất rắn. Acid thơm là chất rắn. Nhiệt độ sơi tăng dần theo trọng lượng phân tử, cao hơn alcol cĩ khối lượng phân tử tương đương. R là gốc kị nước, -COOH là nhĩm ái nước. Vì vậy, R càng lớn độ tan của acid càng giảm. Các acid cĩ số C 11 hồn tồn khơng tan trong nước 3.1.5. Tính chất hĩa học Nhĩm carboxyl là tổ hợp của 2 nhĩm carbonyl (C=O) và nhĩm hydroxyl (-OH). Hai nhĩm này cĩ ảnh hưởng lẫn nhau, kết quả là C trong nhĩm carboxyl cĩ δ+ nhỏ hơn trong aldehyde, và nhĩm O-H phân cực mạnh hơn trong alcol Acid carboxylic Aldehyd Cĩ 4 loại phản ứng của acid carboxylic như sau: 1.Đứt liên kết O-H 2. Phản ứng ái nhân 3. Tách nhĩm CO2 4. Phản ứng ở gốc R 36
  37. 3.1.5.1. Phản ứng đứt liên kết O-H Tính acid - Phân ly trong nước - Phản ứng với kim loại, oxyd kim loại, bazơ, muối, - Tính acid phụ thuộc vào gốc R, R càng hút điện tử tính acid càng mạnh 3.1.5.2. Phản ứng ái nhân vào nhĩm carboxyl Phản ứng ester hĩa: Cơ chế phản ứng như sau: Phản ứng thế nhĩm –OH bằng các halogen 37
  38. Acid tác dụng với Thionyl clorid SOCl2, Phosphor pentaclorid PCl5, Phospho tribromid PBr3, tạo sản phẩm acylhalogenid RCOX 3.1.5.3. Phản ứng decarboxyl hĩa (tách CO2) Khả năng decarboxyl hĩa phụ thuộc vào cấu tạo acid. Acid cĩ nhĩm hút điện tử dễ bị decarboxyl hĩa hơn Acid acetic rất khĩ bị decarboxyl hĩa. Muối acetat bị decarboxyl hĩa ở nhiệt độ cao Dẫn xuất thế của acid acetic cĩ nhĩm hút điện tử dễ bị decarboxyl hĩa hơn: Cl3CCOOH, O2N-CH2-COOH, N C-CH2-COOH, CH3COCH2COOH, Ví dụ: 3.1.5.4. Phản ứng của gốc hydrocarbon Phản ứng oxy hĩa Phản ứng oxy hĩa nhờ xúc tác men tạo acid β-oxocarboxylic đĩng vai trị quan trọng trong chuyển hĩa chất béo Chất oxy hĩa là SeO2 tạo acid α-oxocarboxylic Các phản ứng khác: Tùy thuộc gốc R là no, khơng no, thơm, mà hợp chất cĩ phản ứng đặc trưng riêng ở gốc hydrocarbon 3.2. Các dẫn xuất của acid carboxylic 38
  39. Khi thay thế nhĩm OH của acid carboxylic bằng các nhĩm thế khác ta được dẫn xuất của acid carboxylic Dưới đây là các loại dẫn xuất chủ yếu của acid carboxylic 3.2.1. Ester Là sản phẩm thế nhĩm OH của acid RCOOH bằng gốc R’O của alcol (hay gốc C6H5O của phenol) RCOOH RCOOR’ 3.2.1.1.Danh pháp Cĩ thể xem ester như muối của acid hữu cơ. Cách gọi tên của ester là đọc tên gốc alkyl của alcol ghép với tên của acid carboxylic tương ứng thay vần “ic” bằng “at”. 39
  40. Ví dụ: Các ester của glycerin với acid béo gọi là chất béo (lipid) Các acid béo thường gặp 3.2.1.2.Điều chế Phương pháp ester hĩa Phản ứng acyl hĩa alcol bằng anhydride acid Phản ứng giữa muối của acid carboxylic với dẫn xuất halogen RCOONa + R’X RCOOR’ + NaX 40
  41. 3.2.1.3. Tính chất vật lý Ester thường cĩ mùi thơm, ít tan trong nước. Ester cĩ trong các loại tinh dầu, chất béo và sáp. 3.2.1.4. Tính chất hĩa học Dựa vào cấu tạo của ester, ta thấy được ester cĩ hĩa tính như sau: phản ứng ái nhân vào C của C=O, phản ứng của Hα và các phản ứng của gốc hydrocarbon tương ứng. Một số phản ứng tiêu biểu a. Phản ứng thủy phân - Trong mơi trường acid: phản ứng thuận nghịch - Trong mơi trường bazơ: cịn gọi là phản ứng xà phịng hĩa Cơ chế phản ứng trong mơi trường bazơ b. Phản ứng chuyển đổi ester Khi đun ester với alcol cĩ xúc tác acid hoặc natri alcolat xảy ra phản ứng trao đổi ester c. Phản ứng của Hα (Phản ứng ngưng tụ Claisen) 3.2.2. Anhydrid acid Hai phân tử acid bị loại nước tạo thành anhydride acid. Cơng thức chung: (RCO)2O 41
  42. Anhydrid acid là tác nhân acyl hĩa 3.2.3. Ceten Cĩ thể xem Ceten là sản phẩm loại 1 phân tử nước của 1 acid (nhĩm OH với Hα) Cách gọi tên: Xem CH2=C=O là ceten, các ceten khác được gọi tên như là dẫn xuất thế H của ceten. Tên gốc hydrocarbon + ceten 3.2.4. Halogenid acid (acyl halogenid) Khi thay thế nhĩm OH trong acid bằng halogen (X) thu được halogenid acid RCOOH RCOX Cách gọi tên: thay tiếp vị ngữ “ic” hoặc “oic” trong acid bằng “yl” hoặc “oyl” + tên halogenid Ví dụ: Halogenid acid là tác nhân acyl hĩa tạo ceton, ester 42
  43. 3.2.5. Amid Thay thế nhĩm OH trong acid bằng nhĩm NH2 thu được amid 3.2.6. Nitril (R-C N) Nitril cĩ cấu trúc R-C và Ar-C Danh pháp nitril - Danh pháp IUPAC: đọc tên hydrocarbon tương ứng + nitril - Danh pháp thơng thường: Gọi tên gốc acyl cĩ số carbon tương ứng + nitril hoặc tên gốc hydrocarbon tương ứng + cyanid Ví dụ: Đa số hợp chất nitril cĩ độ độc cao 43
  44. BÀI TẬP CHƯƠNG 3 1.Gọi tên các chất sau: a- ClCH2CH2CH2CH2COOH c- CH3CH2CH(CH3)CH2CHCOOH b- (CH3)3CCH2CH2CH2COOH d- CH2=CH-CH=CHCOOH 2.Thực hiện các chuyển hĩa sau a- (CH3CH2CH2)3CBr → (CH3CH2CH2)3CCOOH b-HOCH2CH2CH2CH2CH2CH2Br → HOCH2CH2CH2CH2CH2CH2COOH c- CH3CH2CH2CH2CH=CH2 → CH3CH2CH2CH2CH2COOH 3. Viết phương trình phản ứng giữa hexanoic acid với a-Etanol cĩ mặt H2SO4 đậm đặc b-Thioyl clorid 4.Từ các acid sau hãy viết cơng thức anhydride, ceten, acylclorid tương ứng và gọi tên các chất đĩ a- CH3CH2CH2CH2CH2COOH b- (CH3)2CHCH2CH2COOH c- CH2=CHCH2CH2COOH d- BrCH2CH2COOH 5. Hồn thành phương trình phản ứng sau a. Benzen + Acetylclorid → b. Isopropylbenzoat + NaOH 44
  45. CHƯƠNG 4. AMIN, HỢP CHẤT KHÁC CHỨA NITƠ, HỢP CHẤT CĨ LƯU HUỲNH VÀ PHOSPHO 4.1. Amin 4.1.1. Cấu tạo Amin là những hợp chất cĩ gốc alkyl, gốc aryl liên kết trực tiếp với nguyên tử Nitơ. Cĩ thể xem amin là dẫn xuất thế H của amoniac NH3 Dựa vào số nguyên tử H bị thay thế bởi gốc hydrocarbon, amin được chia thành 3 loại: - Amin bậc 1. R-NH2 - Amin bậc 2. R-NH-R’ - Amin bậc 3. RR’R”N + Trường hợp N liên kết 4 gốc R ta cĩ ion amoni R4N Cấu trúc khơng gian của amin 4.1.2. Danh pháp a. Danh pháp gốc-chức Tên gốc hydrocarbon + amin b. Danh pháp IUPAC Tên hydrocarbon tương ứng + amin Hoặc -NH2 được xem như nhĩm thế, cĩ tên gọi là amino 45
  46. amino + tên hydrocarbon tương ứng Ví dụ: Tên của một số amin thơm Nếu hợp chất chứa nhiều nhĩm chức, sẽ cĩ một nhĩm chức chính, các nhĩm cịn lại xem như nhĩm thế. Thứ tự ưu tiên nhĩm chính là –COOH > -CHO > >C=O > -OH > -NH2 4.1.3. Điều chế Một số phương pháp điều chế tiêu biểu a. Alkyl hĩa amoniac và các amin khác - Alkyl hĩa bằng alkyl halogenua 46
  47. Khi alkyl hĩa amoniac và các amin khác bằng alkyl halogenua sẽ thu được hỗn hợp amin các bậc khác nhau Ví dụ: - Muốn thu được amin bậc 1 khơng lẫn amin các bậc khác, dùng phản ứng tổng hợp Gabriel, xuất phát từ phtalimid, alkyl halogenid sẽ thu được alkyl amin bậc một - Alkyl hĩa bằng alcol b. Khử hợp chất chứa nitơ - Khử hĩa hợp chất nitro: đây là phương pháp thường sử dụng để điều chế các amin thơm - Khử hĩa hợp chất nitril (C ) trong mơi trường ete - Khử hĩa hợp chất imin (R-CH=NH): xuất phát từ aldehyd hoặc ceton và amoniac thu được hợp chất imin. Imin tạo thành khơng bền dễ bị khử thành amin RCHO + NH3 RCH=NH + H2O RCH=NH + H2 → RCH2NH2 - Khử hĩa hợp chất amid: RCONH2 RCH2NH2 47
  48. 4.1.4. Tính chất vật lý Các amin là những chất khơng màu, tan trong nước. Các amin từ 3C trở lên ở dạng lỏng. Độ tan trong nước giảm khi phân tử lượng tăng. Các amin thơm là chất lỏng hoặc rắn khơng màu. Bị hĩa đen hoặc nâu khi tiếp xúc khơng khí Giữa các phân tử amin cĩ liên kết H (yếu hơn alcol). Vì vậy nhiệt độ sơi của amin cao hơn hydrocarbon và thấp hơn alcol cĩ khối lượng phân tử tương đương. Giữa các đồng phân amin bậc 1, 2, 3 thì amin bậc 1 cĩ nhiệt độ sơi cao nhất do nĩ dễ tạo liên kết H nhất 4.1.5. Tính chất hĩa học a. Tính bazơ Trên nguyên tử N cịn cặp điện tử tự do, nên amin cĩ tính bazơ (theo Lewis) giống alcol. Vì N cĩ độ âm điện nhỏ hơn O nên amin cĩ tính bazơ lớn hơn alcol Trong dung dịch nước, amin cĩ cân bằng Tính bazơ của amin phụ thuộc các nhĩm thế và hiệu ứng khơng gian. Nhĩm thế càng đẩy điện tử thì tính bazơ càng mạnh b. Phản ứng alkyl hĩa (phần điều chế amin) c. Phản ứng acyl hĩa tạo amid X cĩ thể là HO-, Halogen, R’COO- Ví dụ: d. Phản ứng với arylsulfonylclorid tạo sulfonamid - Với amin bậc 1: tạo sản phẩm tan trong dung dịch kiềm 48
  49. - Với amin bậc 2: tạo sản phẩm khơng tan trong dung dịch kiềm - Amin bậc 3 khơng tham gia phản ứng Sử dụng phản ứng này để phân biệt các amin cĩ bậc khác nhau và tạo các sulfamid cĩ nhiều ứng dụng trong dược phẩm e. Phản ứng cộng hợp với hợp chất cĩ nhĩm carbonyl R-NH2 + O=C< R-N=C< + H2O Ví dụ: C6H5NH2 + CH3CHO C6H5N=CH-CH3 + H2O f. Phản ứng với acid nitrơ HNO2 Acid nitrơ khĩ tồn tại ở điều kiện bình thường. Vì vậy để cĩ acid nitrơ phải sử dụng hỗn hợp muối nitrit và acid (NaNO2 + HCl) - Với amin bậc 1 Amin béo bậc 1 tạo muối diazoni khơng bền, phân hủy thành alcol và N2. + - R-NH2 + NaNO2 + 2HCl → [RN N] Cl → R-OH + N2 + HCl Amin bậc 1 muối diazoni alcol Amin thơm bậc 1 phản ứng với acid nitrơ tạo muối diazoni ở < 5oC - Với amin bậc 2: cả amin béo và amin thơm đều tạo hợp chất N-nitroso amin 49
  50. - Với amin bậc 3: các amin béo khơng tham gia phản ứng, cịn amin thơm tham gia phản ứng thế ái điện tử vào nhân benzene 4.2. HỢP CHẤT KHÁC CHỨA NITƠ Ngồi amin cịn cĩ nhiều hợp chất khác chứa Nitơ 4.3. Hợp chất cĩ lưu huỳnh, phosphor 4.3.1. Hợp chất hữu cơ cĩ lưu huỳnh 50
  51. a.Thiol và sulfid - Thiol cĩ cơng thức chung R-SH Tùy theo R là gốc alkyl ta cĩ Thioalcol hay R là gốc thơm ta cĩ Thiophenol Nhĩm –SH gọi là chức thiol hay mercaptan Danh pháp: gọi tên hydrocarbon tương ứng và thêm thiol hoặc gọi tên gốc hydrocarbon tương ứng và thêm mercaptan Ví dụ: - Sulfid cĩ thể xem như eter, trong đĩ thay thế nguyên tố O bằng S cĩ cơng thức R- S-R’ Danh pháp: gọi tên các gốc hydrocarbon tương ứng và thêm sulfid Ví dụ: 51
  52. Các hợp chất thiol và sulfid cĩ nhiều ứng dụng trong y dược, nơng nghiệp và cơng nghiệp. b. Acid sulfonic Cĩ chứa nhĩm chức –SO3H. Danh pháp: Đọc tên hydrocarbon tương ứng và thêm sulfonic Các phản ứng của hợp chất sulfonic được ứng dụng trong tổng hợp hĩa dược Tổng hợp các loại sulfamid trên cơ sở phản ứng Trong sulfamid, nguyên tử H trong NH hay NH2 cĩ thể thay thế các nguyên tố khác làm tăng khả năng ứng dụng của sulfamid trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Cloramin T và Dicloramin T cĩ tác dụng sát trùng 4.3.2. Hợp chất hữu cơ chứa phosphor Các hợp chất hữu cơ chứa phospho như là dẫn xuất của các hợp chất sau: Phosphin PH3 Phosphoran PH5 Acid phosphinic H3PO2 HOH2P=O Acid phosphonic H3PO3 (HO)2HP=O 52
  53. Acid phosphorơ H3PO3 (HO)3P Acid phosphoric H3PO4 (HO)3P=O Acid pyrophosphoric H4P2O7 (HO)2PO-O-OP(OH)2 Người ta chia hợp chất hữu cơ chứa phospho thành 2 nhĩm: - Hợp chất cĩ nguyên tử P liên kết trực tiếp với C P-C - Hơp chất cĩ nguyên tử P khơng liên kết trực tiếp với C P-O-C a. Phosphin Giống amin, phosphin cĩ 3 loại: Cĩ thể điều chế triphenylphosphin từ hợp chất cơ magiê b. Các alkyl của acid chứa phospho - Acid dialkylphosphinic và acid alkylphosphonic c.Các ester của acid phosphor 53
  54. BÀI TẬP CHƯƠNG 4 1. Viết phương trình phản ứng khi cho Anilin phản ứng lần lượt với các chất a. Acid acetic b. Acetylbromid c. Benzensulfonylclorid 2. Viết phương trình phản ứng khi cho benzaldehyde phản ứng với a. o-toluidin b. tert-butylamin c. Phenylhydrazin 3. Viết sơ đồ điều chế sec-butylamin từ sec-butylclorid bằng phương pháp Gabriel 54
  55. CHƯƠNG 5. HỢP CHẤT DỊ VỊNG Dị vịng là những hợp chất vịng. Trong vịng ngồi chứa nguyên tố carbon cịn cĩ các dị tố khác như oxy, nitơ, lưu huỳnh, Các nguyên tố này gọi là dị tố. 5.1. PHÂN LOẠI – DANH PHÁP 5.1.1. PHÂN LOẠI Dựa vào cấu tạo cĩ thể chia làm 2 loại chính: dị vịng thơm và dị vịng khơng thơm Dị vịng thơm: cĩ cấu trúc điện tử phù hợp cơng thức (4n+2) eπ Ví dụ: pyridin, furan, pyrrol Dị vịng khơng thơm: no hoặc khơng no Trong các hợp chất dị vịng thì dị vịng thơm là quan trọng. Phân loại dị vịng thơm như sau: a. Dị vịng 5,6,7 cạnh 1 dị tố b. Dị vịng 5,6 cạnh nhiều dị tố 55
  56. c. Các dị vịng ngưn tụ với nhau 5.1.2. DANH PHÁP a. Danh pháp thơng thường Xuất phát từ nguồn gốc hoặc tính chất của một hợp chất cĩ trong thiên nhiên Danh pháp thơng thường của hơn 60 hợp chất dị vịng được quy ước như là danh pháp quốc tế 56
  57. Đánh số dị vịng theo quy ước: - Bắt đầu từ dị tố và theo chiều của dị vịng - Đối với hợp chất đa vịng thì đánh số bắt đầu từ nguyên tử cạnh vịng kết hợp b.Danh pháp hệ thống của hợp chất đơn vịng Danh pháp Hantzsh-Widman Tên gọi gồm 2 phần: tiếp đầu ngữ + phần thân - Tiếp đầu ngữ chỉ tên các dị tố: O: oxa S: thia N: aza P:phospha - Phần thân: chỉ khung vịng, độ lớn vịng no hoặc chưa no cĩ số nối đơi lớn nhất - Nguyên tắc đánh số: o Nhiều dị tố khác loại: đánh số theo chiều ưu tiên O>S>N>P 57
  58. o Nhiều dị tố cùng loại: bắt đầu từ dị tố cao nhất, thêm tiếp đầu ngữ di, tri, tetra, chỉ số lượng dị tố o Khi hệ thống vịng cĩ số nối đơi cực đại đã được no hĩa dần: vị trí của nguyên tố bão hịa được đánh số kèm theo tiếp đầu ngữ H và gọi tên của dị vịng chưa no tương ứng Ví dụ: c.Danh pháp hệ thống vịng ngưng tụ: Dùng tên thơng thường của các đơn vịng, nếu khơng cĩ thì dùng danh pháp hệ thống. Vịng lớn cĩ tên gọi thơng thường quy ước sẽ được chọn ưu tiên. Tên gọi của dị vịng ngưng tụ cĩ hai thành phần: Thành phần thứ hai + thành phần cơ sở - Thành phần cơ sở chọn theo nguyên tắc sau o Dị vịng chứa nitơ, nếu dị vịng chỉ cĩ 1 thành phần nitơ N o Nếu khơng cĩ nitơ thì chọn vịng cĩ dị tố được ưu tiên cao hơn o Nếu vịng ngưng tụ cĩ số vịng lớn hơn hai vịng chọn số vịng lớn nhất o Nếu vịng cĩ độ lớn khác nhau chọn vịng lớn o Nếu vịng cĩ số dị tố khác nhau chọn vịng cĩ số dị tố nhiều nhất, hay số thứ tự lớn nhất 58
  59. - Thành phần thứ hai như là tiếp đầu ngữ của thành phần cơ sở, thêm chữ “o” vào sau tên dị vịng thứ hai Một vài ngoại lệ: Kí hiệu và cách gọi tên: Các cạnh của vịng trong thành phần cơ sở được ký hiệu bằng các chữ cái a, b, c, d, e theo chiều đánh số. Các nguyên tử tạo vịng của thành phần thứ hai được đánh số bằng các chữ số 1, 2, 3 Cạnh chung của cả 2 vịng được gọi theo chữ số của thành phần thứ 2 và chữ cái của thành phần cơ sở (tất cả đặt trong dấu mĩc vuơng) Cách đánh số trên dị vịng ngưng tụ Bắt đầu từ nguyên tử cạnh nguyên tử đầu cầu (nguyên tử chung cho cả 2 vịng) đi theo chiều sao cho các dị tố cĩ số nhỏ nhất. Nếu khơng thỏa mãn điều kiện này thì dị tố được ưu tiên đánh số bé nhất 59
  60. d. Danh pháp thế Xem hợp chất dị vịng là hợp chất vịng hydrocarbon mà một hay nhiều nguyên tử carbon được thay thế bởi các dị tố. - Tên dị tố như là tiếp đầu ngữ và tên hydrocarbon vịng tương ứng Danh pháp thế ít thơng dụng với hợp chất dị vịng. 5.1.3. Tính chất hĩa học của dị vịng cĩ tính thơm a. Tính thơm của dị vịng 60
  61. Vịng được tạo thành do sự xen phủ của nguyên tử carbon lai hĩa sp2 và các orbital của các dị tố. Hệ thống điện tử của dị vịng thơm là hệ liên hợp và số điện tử trong vịng phù hợp với cơng thức Huckel (4n+2) điện tử π. Các dị vịng thơm cĩ hệ thống liên hợp cho nên các dị vịng cĩ sự phân bố mật độ điện tử trên các nguyên tử. Cĩ thể minh họa các cơng thức trung gian của một số dị vịng như sau: - Dị vịng thơm 5 cạnh: Nhận xét: tại các vị trí cĩ điện tích (-) dễ xảy ra phản ứng thế ái điện tử ở vị trí 2 và 3. Vịng thơm 5 cạnh cĩ hệ thống dien liên hợp nên thể hiện tính chất của hydrocarbon chưa no. Cĩ các phản ứng cộng hợp, phản ứng cộng Diels-Alder, phản ứng oxy hĩa. - Dị vịng thơm 6 cạnh: Các cơng thức cấu tạo và cơng thức trung gian cĩ thể cĩ của dị vịng pyridin Nhận xét: điện tích âm tập trung trên dị tố. Pyridin cĩ tính base Điện tích dương xuất hiện ở carbon 2, 4, 6. Phản ứng thế ái nhân xảy ra ở các vị trí này. Ở dị vịng thơm 6 cạnh, phản ứng thế ái điện tử xảy ra khĩ khăn tại vị trí 3, 5. Dị vịng thơm 6 cạnh cĩ cấu trúc như benzen nên nhân dị vịng khĩ bị oxy hĩa. Cũng như các đồng đẳng của benzen, dị vịng chỉ bị oxy hĩa ở mạch nhánh. b. Tính chất của dị tố Dị tố cĩ điện tích âm hoặc cĩ cặp điện tử khơng liên kết nên dị vịng cĩ tính base. Cặp điện tử của dị tố trên dị vịng thơm 5 cạnh đã tham gia hệ thống thơm cho nên tính base của dị vịng thơm 5 cạnh yếu hơn tính base của dị vịng thơm 6 cạnh. Tính base của pyridin mạnh hơn pyrrol là do cặp điện tử tự do trên nitơ khơng tham gia hệ thống thơm. Pyridin thể hiện tính base như một amin bậc 3. 61
  62. Tính base của dị vịng khơng phụ thuộc vào số lượng dị tố cĩ trong vịng. Yếu tố phân bố mật độ điện tử và yếu tố lập thể ảnh hưởng mạnh đến tính base 5.2. Hợp chất dị vịng 5 cạnh 1 dị tố và nhiều dị tố 5.2.1. Hợp chất dị vịng 5 cạnh 1 dị tố a. Nhĩm Furan - Tổng hợp nhân furan: o Dehydrat hĩa hợp chất 1,4-dicarbonyl o Ngưng tụ α-halogenoceton với ester của β-ceton acid - Tính chất hĩa học: tính thơm yếu, thể hiện tính chất của dien-1,3, tham gia phản ứng cộng hợp, trong mơi trường acid đặc furan bị polymer hĩa, trong mơi trường acid lỗng phản ứng mở vịng 62
  63. Tính thơm yếu: tham gia phản ứng thế ái điện tử trong điều kiện rất nhẹ nhàng - Dẫn xuất quan trọng của Furan + Furfural: (furan-2-aldehyd) cĩ thể được trích ly từ lõi ngơ hoặc trấu Hợp chất 5-nitrofurfural ngưng tụ với các chất semicarbazid, thiosemicarbazid tạo thành các chất semicarbazon và thiosemicarbazon cĩ tác dụng kháng nấm Furfural cĩ tính chất của aldehyde thơm, tham gia phản ứng Cannizaro tạo acid và rượu tương ứng + Benzofuran (Coumaron) + Một số dược chất cĩ nhân furan 63
  64. b.Nhĩm Pyrrol - Tổng hợp pyrrol - Dẫn xuất của pyrrol + Là thành phần chính tạo thành khung cho clorophyl, pheophorbid + Benzopyrol (Indol) Một số acid amin chứa khung indol c.Nhĩm Thiophen 64
  65. - Tổng hợp - Tính chất hĩa học: tương tự cĩ phản ứng thế ái điện tử, phản ứng cộng hợp, - Dẫn xuất của thiophen o Benzothiophen (Thionaphthen) Thiophen, Furan, Pyrrol cĩ thể chuyển hĩa lẫn nhau: 5.2.2. Hợp chất dị vịng 5 cạnh nhiều dị tố a.Nhĩm oxazol (O, N) - Tổng hợp: cĩ nhiều cách - Tính chất: oxazol thể hiện tính thơm yếu, thể hiện tính chất dien tham gia phản ứng cộng hợp - Ứng dụng tổng hợp dẫn xuất của pyridine như vitamin B6 65
  66. b.Nhĩm thiazol (S, N) - Tổng hợp - Ứng dụng Nhân thiazol cĩ trong hợp chất tự nhiên như penicillin, vitamin B, beta-lactam c.Nhĩm imidazole (1,3) - Tổng hợp - Một số dược phẩm cĩ vịng imidazole như 2-nitroimidazol, metronitrazol, bifonazol, clotrimazol - 66
  67. d.Nhĩm pyrazol (1,2) - Tổng hợp 5.3. Hợp chất dị vịng 6 cạnh một dị tố và hai dị tố 5.3.1. Hợp chất dị vịng 6 cạnh một dị tố a.Pyridin - Tổng hợp: Pyridin cĩ trong nhựa than đá. Khi chưng cất than đá thu được hỗn hợp pyridine, metylpyridin (picolin), dimetylpyridin (lutidin), trimetylpyridin (colidin). - Tính chất Chất lỏng khơng màu, mùi hơi đặc trưng Tính chất hĩa học tương tự nitrobenzen + Phản ứng thế ái điện tử: kém hơn benzene, ưu tiên thế vào vị trí 3,5 + Phản ứng thế ái nhân: ưu tiên vào các vị trí 2,4,6 + Phản ứng oxy hĩa + Phản ứng khử + Tính bazơ 67
  68. - Một số hợp chất chứa dị vịng pyridine o Picolin: metylpyridin Dễ bị oxy hĩa thành acid pyridine carboxylic Các amid, hay hydrazid của acid này được ứng dụng nhiều trong dược phẩm như: o Quinolin: benzopyridin o Isoquinolin o Acridin: dibenzopyridin Các hợp chất 3,6-nitroacridin hay 9-nitroacridin cĩ tác dụng kháng khuẩn b. Pyran Pyran khơng tồn tại dạng tự do. Khung pyran chỉ tồn tại trong hợp chất, thường gặp như pyron hay cromon 68
  69. Muối pyrilium thường gặp dạng benzopyrilium cĩ trong cấu tạo của chất màu thực vật cyanin Khung coumarin cĩ trong cấu tạo của hợp chất varfarin cĩ tác dụng chống đơng máu Trong các hợp chất flavonoid cĩ chứa vịng γ-cromon 5.3.2. Hợp chất dị vịng 6 cạnh 2 dị tố 5.3.2.1. Hai dị tố là N a. Pyridazin - Tổng hợp: 69
  70. Ngưng tụ hydrazine với hợp chất 1,4-dicarbonyl - Tính chất: Pyridazin là chất lỏng. Cĩ tính bazo yếu. Phản ứng thế ái điện tử và phản ứng thế ái nhân xảy ra yếu. Vịng bị phá vỡ khi tác dụng với chất oxy hĩa mạnh - Hợp chất chứa vịng pyridazin o Phtalazin: benzo[d]pyridazin b. Pyrimidin - Tổng hợp: Ngưng tụ urê hoặc thiourê với hợp chất 1,3-dicarbonyl Từ acid barbituric - Tính chất: Pyrimidin nĩng chảy ở 22,5oC, sơi ở 124oC. Tính bazơ yếu hơn pyridazin và pyridine. Phản ứng thế ái điện tử xảy ra khĩ khăn, ưu tiên ở vị trí 5 70
  71. Phản ứng thế ái nhân xảy ra dễ hơn ở vị trí 2,4 (chủ yếu là 4) - Các dẫn xuất của pyrimidin Nhiều dạng thuốc cĩ chứa vịng pyrimidin Vitamin B1 (thiamin) Acid barbituric Khung acid barbituric là dẫn xuất của một số dược phẩm như: Veronal và Luminal là các thuốc gây ngủ Quinazolin, quinazolon: Một số chất hữu cơ thuộc dãy quinazolon-4 cĩ tác dụng gây ngủ như metaqualon 71
  72. c.Pyrazin - Tổng hợp Tự ngưng tụ α-aminoceton Ngưng tụ giữa hợp chất 1,2-diamino với 1,2-dicarbonyl - Tính chất Tính bazơ yếu hơn pyrimidin và pyridine Phản ứng thế ái điện tử xảy ra rất chậm. Phản ứng thế ái nhân xảy ra nhanh hơn Phản ứng cộng hợp với hydro tạo piperazin (là thuốc trị giun) 5.3.2.2. Hai dị tố là N và S Dẫn chất quan trọng là phenothiazine hay dibenzo-p-thiazin 72
  73. Phenothiazin là khung của một loạt phẩm nhuơm, trong đĩ cĩ xanh metylen Dãy hợp chất phenothiazine cĩ nhân amino alkyl hĩa ở vị trí 10 và nhĩm thế ở vị trí 2 thường cĩ tác dụng giảm áp trên hệ thần kinh trung ương, dùng làm thuốc an thần, kháng histamine, chống nơn 5.3.2.3. Hai dị tố là N và O Dẫn chất quan trọng là phenoxazin 73
  74. Ứng dụng: Xanthommatin (chất màu trong nấm, địa y, bươm bướm), actinomycin cĩ nhiều trong chủng Streptomyces: tác nhân ngưng bào trong trị liệu ung thư 5.2.3.4. Hai dị tố là O 5.4. HỢP CHẤT DỊ VỊNG 7 CẠNH VÀ DỊ VỊNG NGƯNG TỤ 5.4.1. Dị vịng 1 dị tố 5.4.2 Dị vịng 2 dị tố Dẫn xuất của hệ thống 1,4-diazepin là quan trọng vì cĩ nhiều chất thuộc loại này là thuốc chữa bệnh. Nhĩm benzodiazepine là thành phần trong các loại thuốc ngủ Tổng hợp: 74
  75. 5.4.3. Dị vịng ngưng tụ Purin: Imidazo[4,5-d]pyrimidin Purin là khung cơ bản trong nhiều hợp chất thiên nhiên cĩ trong động vật và thực vật như acid uric, xanthin, hypoxanthin và adenine 75
  76. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Ngọc Thạch, Hĩa hữu cơ, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM, 2001 Nguyễn Ngọc Sương, Cơ sở lý thuyết Hĩa hữu cơ, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM, 1997 Trương Thế Kỷ (chủ biên), Hĩa hữu cơ (Hợp chất hữu cơ đơn chức và đa chức) tập 1 và tập 2, (Sách dùng đào tạo dược sĩ Đại học), NXB Y học – HN, 2006 Nguyễn Minh Thảo, Hĩa học các hợp chất dị vịng, NXB Giáo dục – HN, 2004 76