Hóa học hữu cơ A1 - Chương IV: Hiđrocacbon thơm - Võ Thị Bích Lâm

Trường cao đẳng sư phạm ĐaLatTổ HóaChương IVHIĐROCACBON THƠMGVC Th.s Võ Thị Bích Lâm9 tiết (5,4)Thế nào là hiđrocacbon thơm?Phân loại hiđrocacbon thơm. Cho ví dụ.Ví dụ:Định nghĩa:Hiđrocacbon thơm là những hiđrocacbon loại vòng có một đặc tính gọi là tính thơm.Phân loạiA- BENZEN VÀ ĐỒNG ĐẲNGTrình bày cấu trúc của phân tử benzenI. Cấu trúc phân tử benzenBenzeneNhận xét về đặc điểm của cấu trúc phân tử benzen theo quan điểm hiện đại.- Phân tử benzen là hệ vòng liên hợp kín có 6 cạnh đều nhau . Trong phân tử benzen có 6 nguyên tử C ở trạng thái lai tạo sp2,.Sáu nguyên tử C này chúng liên kết với nhau và mỗi nguyên tử C này lk với một nguyên tử H nhờ xen phủ trục với obitan 1s của H tạo các lk  .Các nguyên tử hiđro và các nguyên tử C của phân tử benzen đều nằm trên một mạêt phẳng.- Mỗi nguyên tử C của benzen sẽ còn một 1 obitan p thuần khiết chưa tham gia lai tạo có hình quả tạ đôi cân xứng, có trục thẳng góc với mặt phẳng phân tử. Sáu obitan p này xen phủ bên với nhau tạo đám mây electron  nằm bao trùm phía trên và phía dưới mặt phẳng phân tử chứa các lk . - Cấu trúc của benzen có tính chất bất thường: các liên kết C – C có độ dài 1,4A0; lk C- H có độ dài 1,09A0; góc lkCCC và CCH bằng 1200. Chính vì những lý do nói trên mà benzen là hệ vòng có năng lượng thấp, bền nhất , do vậy nó có tính chất đặc biệt , gọi là tính thơm.Cách biểu diễn cấu tạo của phân tử benzenII. Đồng phân và danh pháp các đồng đẳng của benzen,Viết các đồng phân có thể có của hợp chất propylbenzen và gọi tên chúng theo danh pháp IUPAC.II.1. Đồng phân1/ Đồng phân về mạch cacbon.2/ Đồng phân về cách chia cắt nhánh và số lượng nhánh.3/ Đồng phân về vị trí tương đối của các nhóm ankyl. Công thức tổng quátII.2. Danh phápLocant + Tên các gốc ankyl + benzenII. Tính chất vật lý.Sinh viên tự nghiên cứu giáo trình và tóm tắt nội dung ghi vào vở.III. Tính chất hóa họcDựa vào cấu tạo của benzen và đồng đẳng của benzen hãy dự đoán tính chất có thể có của chúng. III.1. Phản ứng thế electrophin(SE)1) Các phản ứng thế electrophin.Hãy cho biết các phản ứng thế electrophin quan trọng2)Cơ chế tổng quát phản ứng thế electrophin (SE )Phức 3) Viết cơ chế của các phản ứng thế đại diện trênPhản ứng halogen hóa.Cơ chế ( giáo trình)Bài tập Thực hiện phản ứng dưới đây và rút ra kết luận:Chú ý:- Chỉ sử dụng với Cl2; Br2 có mặt xúc tác bột sắt hoặc FeX3, hoặc AlX3. nếu dư Clo, brom sẽ cho thế tiếp vào vị trí o, p.- Phản ứng halogen hóa đồng đẳng của benzen tạo hỗn hợp sản phẩm thế halogen ở vị trí o,p.- Phản ứng halogen hóa đồng đẳng của benzen nếu không có xt bột sắt hay FeX3 , nhưng có chiếu sáng thì phản ứng xảy ra theo cơ chế SR ở nhánh.Phản ứng nitro hóa.Cơ chế ( giáo trình)Bài tậpThực hiện phản ứng dưới đây:Chú ý:-Đưa nhóm NO2(+) thứ hai vào nhân thực hiện ở điều kiện nhiệt độ cao hơn và NO2(+) sẽ ở vị trí m. Đưa nhóm NO2(+) thứ ba vào nhân thực hiện ở điều kiện mãnh liệt hơn và NO2(+) sẽ ở vị trí m. Đưa nhóm NO2(+) thứ tư vào nhân không thực hiện trực tiếp được.- Phản ứng nitro hóa akylbenzen cho sản phẩm thế ở vị trí o hay p.- Phản ứng nitro hóa nhân thơm sẽ xảy ra theo cơ chế khác nếu sử dụng HNO3 (loãng)Phản ứng sunfo hóa.Cơ chế ( giáo trình)Bài tập Thực hiện phản ứng dưới đây:Chú ý:-Phản ứng sunfo hóa là phản ứng thuận nghịch. Đun sôi C6H5-SO3H với nước cho sản phẩm C6H5-H-Phải dùng H2SO4 bốc khói.-Phản ứng đưa tiếp nhóm thế thứ hai và ba vào nhân thơm tiến hành trong điều kiện mãnh liệt và cho thế vào vị trí m. - Phản ứng sunfo hóa akylbenzen cho sản phẩm thế ở vị trí o hay p.Phản ứng Friđen – Crap Phản ứng axyl hóa.Cơ chế phản ứng Chú ý:- Tác nhân là clorua axit hoặc anhiđrit axit.- Phản ứng axyl hóa chỉ dừng ở bước thế một lần.- Phản ứng này không cho hiện tượng đồng phân hóa vì vậy được dùng trong điều chế n- ankylbenzen.VD:Phản ứng ankyl hóa.Cơ chế phản ứngBài tậpThực hiện phản ứng dưới đây:Chú ý:-Nếu tác nhân là dẫn xuất halogen có C3 trở lên trong đó halogen đính ở CI thì khi tham gia phản ứng sẽ xảy ra hiện tượng đồng phân hóa .-Phản ứng ankyl hóa có thể sử dụng tác nhân anken hoặc ancol.VD: 4) Ảnh hường của nhóm thế đến phản ứng ở vòng benzen – Quy tắc thế vào vòng benzen.Hãy nhận xét về khả năng thế electrophin của các chất sau so với benzen không có nhóm thế. a/ Nhóm hoạt động hóa nhân thơm – Định hướng tác nhân E(+) vào vị trí o, p. Gọi là nhóm định hướng o, p Các nhóm hoạt động hóa nhân thơm là các nhóm gây hiệu ứng +C , + H và + I :–CH3, -OH,- NH2 , -OCH3...Xét khả năng phản ứng với tác nhân E(+) của các chất dưới đây:b/ Nhóm phản hoạt hóa nhân thơm – Định hướng tác nhân E(+) vào vị trí m.Gọi là nhóm định hướng m. Các nhóm phản hoạt hóa nhân thơm là những nhóm gây hiệu ứng–Cvà–I: -NO2, -CHO, -COOH, -CN...Xét khả năng phản ứng với tác nhân E(+) của các chất dưới đây:c) Các nguyên tố halogen định hướng vào vị trí o,p nhưng lại phản họat hóa nhân benzend) Trường hợp trong nhân bezen có sẵn hai nhóm thế thì việc đưa nhóm thế thứ ba sẽ chịu ảnh hưởng bởi các nhóm thế này như thế nào? ( SV nghiên cứu giáo trình tr.217)Nếu hai nhóm thế đều là những nhóm hoạt hóa, thì nhóm thứ ba chịu sự định hướng của nhóm thế nào có lực định hướng mạnh hơn.Nếu hai nhóm thế trong đó một nhóm là nhóm hoạt hóa còn nhóm thứ hai là nhóm phản hoạt hóa thì nhóm thứ ba chịu sự định hướng của nhóm thế hoạt hóa. Nếu hai nhóm thế ở vị trí m. đối với nhau , khả năng phản ứng ở giữa hai nhóm thế rất thấp ( do hiệu ứng không gian).III.2. Phản ứng cộng1/ Phản ứng cọâng hiđro2) Phản ứng cọâng cloSản phẩm tạo thành là hỗn hợp phức tạp của nhiểu đồng phân lập thể.III.3. Phản ứng oxi hóa1. Oxi hóa hòan tòan2. Oxi hóa không hòan tòanChú ý:- Ở điều kiện thường benzen rất bền với chất oxi hóa.- Ở điều kiện mãnh liệt nhân bezen mới bị oxi hóa cho nhiều sản phẩm khác nhau.3. Ozon hóaIII.4. Phản ứng ở mạch nhánh của ankylbenzen.a) Halogen hóa mạch nhánhChú ý:Nếu thực hiện halogen hóa ankylbenzen phản ứng sẽ cho thế H theo cơ chế SR ở nguyên tử Cα.b) Oxi hóa mạch hiđrocacbon đính với nhân thơm . Oxi hóa tạo axitChú ý:- Khi oxi hóa đồng đẳng của benzen, sự oxi hóa sẽ xảy ra cắt nhánh của gốc ankyl chỉ để lại nguyên tử Cα (liền kề nhân thơm) và oxi hóa cacbon này thành nhóm – COOH.-Phản ứng này dùng để nhận biết số mạch nhánh và vị trí của nhánh trong nhân benzen. Oxi hóa Hα bậc ba bởi oxiChú ý:Phản ứng này dùng để điều chế phenol và axeton. Nếu ở vị trí Cα không còn H phản ứng oxi hóa rất khó xảy ra.IV. Điều chế benzen và đồng đẳng của benzenSinh viên tự nghiên cứu giáo trình( Chú ý phản ứng Vuyêc – Fitic)V. Ứng dụngSinh viên tự nghiên cứu giáo trìnhVII. Giới thiệu riêng về benzenSinh viên tự nghiên cứuB- CÁC AREN KHÁCI. Hiđrocacbon thơm có mạch nhánh không no( Ankenyl benzen và ankinyl benzen)Hiđrocacbon thơm có mạch nhánh không no loại nêu trên có tính chất đặc trưng của anken và ankinII. Hiđrocacbon thơm chứa nhiều vòng benzen riêng rẽBiphenylBiphenyl có tính chất hóa học tương tự benzen. Các phản ứng ưu tiên ở vị trí 4, 4/ sau đó đến 2, 2/ .III. Hiđrocacbon thơm chứa nhiều vòng benzen giáp nhau. NaphtalenαβDo phân tử naphtalen nằm trên một mặt phẳng, độ dài cácliên kết C- C không bằng nhau nên mật độ electron của chúng cũng khác nhau, Do vậy naphtalen tham gia phản ứng giống benzen và khả năng phản ứng cao hơn benzen . Tham gia phản ứng SE ưu tiên ở vị trí 1 (α )Phản ứng thế electronphinPhản ứng cộng hiđroPhản ứng oxi hóaC. HỢP CHẤT THƠM KHÔNG CHỨA VÒNG BENZEN.I- Tính thơm và đặc điểm cấu trúc của vòng thơm.Hãy tóm tắt đặc điểm cấu tạo và tính chất của hợp chất thơm có vòng benzen.Đặc điểm cấu trúc của hệ thơm:Vòng polien liên hợp khép kín và có cấu trúc phẳng.Hệ liên hợp khép kín đó có những electron p cặp đôi đều thỏa mãn qui tắc Húcken k=4n+2 , trong đó n=0,1,2,3....II. Hợp chất thơm không có vòng benzen, chứa các hệ vòng 5 cạnh,7 cạnh .II- Hợp chất thơm không có vòng benzen, chứa các hệ 6 cạnh và các vòng lớn.Chúc các bạn thành công trong cuộc sống