zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 22 - TS. Trần Hoàng Phương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hoá học hữu cơ 2 - Chương 22: Phản ứng thế trên carbon a của nhóm carbonyl, cung cấp cho người học những kiến thức như: Đồng phân hóa keto–enol; độ phản ứng của enol: cơ chế phản ứng thế; tính acid của nguyên tử hydrogen alpha: quá trình tạo thành ion enolate; độ phản ứng của ion enolate;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 22 - TS. Trần Hoàng Phương

5/14/2021 Trường Đại Học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa Học – Bộ môn Hóa Học Hữu cơ HÓA HỌC HỮU CƠ 2 1 2 1
5/14/2021 PHẢN ỨNG THẾ TRÊN CARBON a CỦA NHÓM CARBONYL 3 Chương 22 - PHẢN ỨNG THẾ TRÊN CARBON a CỦA NHÓM CARBONYL  Hầu hết hóa học của hợp chất carbonyl có thể được giải thích bằng 4 loại phản ứng cơ bản: Phản ứng cộng thân hạch Phản ứng thế thân hạch acyl Phản ứng ngưng tụ carbonyl Phản ứng thế trên carbon a  Phản ứng thế a xảy ra tại vị trí kế nhóm carbonyl bao gồm quá trình thế nguyên tử hydrogen a bằng một tác nhân thân điện tử (E–electrophile) qua trung gian enol hoặc enolate 4 2
5/14/2021 5  Phản ứng này là một trong những phương pháp tổng quát để tạo thành liên kết carbon – carbon giúp gắn các phân tử nhỏ với nhau để hình thành phân tử lớn. 22.1 ĐỒNG PHÂN HÓA KETO–ENOL 6 3
5/14/2021  Cần lưu ý sự khác nhau giữa đồng phân hỗ biến và dạng cộng hưởng.  Đồng phân hỗ biến là đồng phân cấu tạo, hai loại hợp chất khác nhau với cấu trúc khác nhau.  Dạng cộng hưởng là các đại diện cho một cấu trúc. 7  Hầu hết các hợp chất carbonyl tồn tại chủ yếu ở dạng keto tại cân bằng và khó có thể cô lập enol tinh khiết.  Mặc dù enol khó cô lập và chỉ có một lượng rất nhỏ tại cân bằng, nhưng chúng là nguyên nhân của nhiều đặc tính hóa học của hợp chất carbonyl do khả năng hoạt động mạnh. 4
5/14/2021  Hiện tượng hỗ biến keto – enol của hợp chất carbonyl được xúc tác bởi cả acid và base.  Xúc tác acid diễn ra bằng phản ứng proton hóa nguyên tử oxygen của nhóm carbonyl để hình thành trung gian cation, trung gian này sau đó mất H+ từ carbon α hình thành enol trung hòa.  Quá trình tạo thành enol xúc tác base xảy ra do nhóm carbonyl làm hydrogen gắng tại carbon a có tính acid yếu. Do đó hợp chất carbonyl có thể cho một base nào đó hydrogen a để hình thành ion enolate, sau đó ion này bị proton hóa. 9 Cơ chế tạo thành enol bởi xúc tác acid 10 5
5/14/2021 Cơ chế tạo thành enol bởi xúc tác base 11  Cần chú ý rằng hydrogen ở vị trí a của hợp chất carbonyl có tính acid. Hydrogen tại b, g, d và sau đó nữa không có tính acid và không thể bị loại bởi base.  Sự khác biệt của hydrogen a này là do ion enolate bền bởi cộng hưởng làm thay đổi vị trí điện tích âm từ carbon sang oxygen âm điện. 12 6
5/14/2021 22.2 ĐỘ PHẢN ỨNG CỦA ENOL: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG THẾ a  Do có liên kết đôi giàu điện tử nên enol đóng vai trò như tác nhân thân hạch và phản ứng với tâm thân điện tử theo cùng cách thức như alkene.  Tuy nhiên do việc hình thành cộng hưởng bởi sự cho đôi điện tử tự do của nguyên tử oxygen kế cận nên enol giàu điện tử hơn và hoạt động hơn alkene tương ứng. 13 Cơ chế tổng quát của phản ứng thế tại carbon a của nhóm carbonyl 14 Pro. 22.1-22.3 7
5/14/2021 22.3 a HALOGEN HÓA ALDEHYDE VÀ KETONE  Phản ứng thế a là phản ứng halogen hóa aldehyde và ketone tại vị trí a bằng cách cho phản ứng với Cl2, Br2 hoặc I2 trong dung dịch acid.  Bromine trong dung môi acid acetic thường được sử dụng. 15 Cơ chế phản ứng brom hóa acetone bởi xúc tác acid 16 8
5/14/2021 17  Bằng chứng cho cơ chế trên đi từ nghiên cứu động học, phản ứng có động học bậc 2 và tuân theo quy luật tốc độ như sau: Tốc độ phản ứng = k [ketone] [H+]  a-Bromo ketone rất có ích trong phòng thí nghiệm do chúng có thể lần lượt loại hydrogen và brom tại carbon a bằng cách xử lí với base tạo thành ketone α,β bất bão hòa. 18 Pro. 22.4-22.5 9
5/14/2021 22.4 a BROM HÓA ACID CARBOXYLIC: PHẢN ỨNG HELL-VOLHARD-ZELINSKII  Quá trình a brom hóa bởi Br2 trong môi trường acid acetic của hợp chất carbonyl chỉ giới hạn xảy ra với aldehyde và ketone bởi vì acid, ester và amide không thể enol hóa đủ khả năng để phản ứng.  Tuy nhiên, acid carboxylic có thể bị brom hóa tại carbon a bằng hỗn hợp giữa Br2 và PBr3 bởi phản ứng Hell-Volhard- Zelinskii (HVZ). 19  Phản ứng Hell-Volhard-Zelinskii bắt đầu bằng phản ứng giữa acid carboxylic với PBr3 để tạo thành bromide acid và HBr. Pro. 22.6 20 10
5/14/2021 22.5 TÍNH ACID CỦA NGUYÊN TỬ HYDROGEN ALPHA: QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH ION ENOLATE  Hydrogen ở vị trí carbon a của hợp chất carbonyl có tính acid yếu và có thể được tách ra bởi base mạnh để hình thành ion enolate.  So sánh acetone (pKa=19,3) với ethane (pKa ≈ 60), sự hiện diện của nhóm carbonyl kế cận làm tăng tính acid của ketone hơn alkane 1040 lần. 21  Sự bứt proton từ hợp chất carbonyl xảy ra khi liên kết C–H a định hướng song song với vân đạo p của hợp chất carbonyl. Do đó, điện tích âm được chia sẻ bởi nguyên tử oxygen âm điện, và ion enolate được bền vững hóa (an định) nhờ cộng hưởng. 22 11
5/14/2021  Ion enolate khác với ion carboxylate ở chỗ hai dạng cộng hưởng của nó không tương đương nhau – dạng cộng hưởng với điện tích âm trên oxygen có năng lượng thấp hơn dạng với điện tích âm trên carbon. 23  Lithium diisopropylamide (LDA) (hợp chất này dễ dàng được điều chế bằng phản ứng của base mạnh butyllithium với diisopropylamine) được sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm như một base để hình thành ion enolate từ hợp chất carbonyl. 24 12
5/14/2021  Nhiều loại hợp chất carbonyl, bao gồm aldehyde, ketone, ester, thioester, acid, và amide, có thể được biến đổi thành ion enolate bằng phản ứng với LDA.  Trong trường hợp nguyên tử hydrogen ở giữa hai nhóm carbonyl, tính acid của nó sẽ tăng lên đáng kể.  Một vài hợp chất có tính acid mạnh hơn nước như 1,3- diketone (β-diketone), 3-oxo ester (β-keto ester) và 1,3- diester.  Sự tăng tính acid của hợp chất β-dicarbonyl là do sự an định của ion enolate bởi sự bất định sứ (delocalization) của điện tích âm trên cả hai nhóm carbonyl 25  Ví dụ như, ion enolate của pentane-2,4-dione có ba dạng cộng hưởng. Do có hai dạng cộng hưởng tương tự nhau nên ion enolate được an định gấp hai lần so với các dạng khác. 26 13
5/14/2021 27 28 Worked Exam. 22.1 Pro. 22.7-22.8 14
5/14/2021 22.6 ĐỘ PHẢN ỨNG CỦA ION ENOLATE  Ion enolate có ích hơn enol.  Enol tinh khiết không thể cô lập được, mà chỉ được hình thành ở dạng trung gian tồn tại rất ngắn ở nồng độ thấp.  Ion enolate tinh khiết có thể được hình thành từ các hợp chất carbonyl bằng phản ứng với base mạnh.  Ion enolate hoạt động hơn enol và tham gia nhiều phản ứng mà enol không có.  Trong khi enol trung hòa thì ion enolate mang điện tích âm, nên ion enolate là tác nhân thân hạch tốt hơn nhiều.  Do đó, ion enolate phổ biến hơn enol trong phòng thí nghiệm và trong hóa sinh. 29  Ion enolate có hai dạng cộng hưởng không tương đương nhau nên có thể được xem như vinyl alkoxide (C=C–O–) hoặc như carbanion a-keto (–C–C=O).  Ion enolate có thể phản ứng với chất thân điện tử hoặc trên oxygen hoặc trên carbon.  Phản ứng trên oxygen hình thành dẫn xuất enol  Phản ứng trên carbon hình thành carbonyl thế a  Cả hai phản ứng này đều đã được biết đến, tuy nhiên phản ứng trên carbon phổ biến hơn. 30 15
5/14/2021 31  Sau khi một lượng nhỏ enolate được sinh ra, ngay lập tức sẽ phản ứng với halogen, lấy nó ra khỏi phản ứng và lái phản ứng theo chiều hình thành thêm ion enolate.  Quá trình halogen hóa aldehyde và ketone được thúc đẩy bởi base thường ít được sử dụng trong phòng thí nghiệm do khó có thể dừng phản ứng ở sản phẩm một lần thế.  Ketone được a halogen hóa có tính acid cao hơn hợp chất ban đầu, sản phẩm halogen hóa một lần thế nhanh chóng chuyển thành ion enolate và tiếp tục bị halogen hóa. 32 16
5/14/2021  Sử dụng một lượng dư base và halogen, methyl ketone được halogen hóa ba lần và sau đó bị cắt bởi base trong phản ứng haloform. Sản phẩm là acid carboxylic và haloform (chloroform, CHCl3; bromoform CHBr3 hoặc iodoform, CHI3). 33 Pro. 22.9 22.7 QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA ION ENOLATE  Phản ứng quan trọng nhất của ion enolate là phản ứng alkyl hóa với halide alkyl hoặc tosylate, tạo liên kết C–C mới và liên kết hai mảnh nhỏ thành một phân tử lớn hơn.  Quá trình alkyl hóa xảy ra khi ion enolate thân hạch phản ứng với halide alkyl thân điện tử trong phản ứng SN2. 34 17
5/14/2021  Phản ứng alkyl hóa cũng bị ảnh hưởng bởi những yếu tố giống như phản ứng SN2  Nhóm xuất X trong R–X có thể là chloride, bromide, iodide hoặc tosylate.  Nhóm alkyl R nên là bậc nhất hoặc methyl, và tốt nhất nên là allyl hoặc benzyl.  Halide bậc hai phản ứng yếu hơn, còn halide bậc ba không phản ứng do xảy ra sự cạnh tranh của phản ứng khử E2 của HX.  Halide vinyl và aryl cũng không phản ứng do hướng tấn công từ phía sau bị chướng ngại lập thể. 35 22.7.1 TỔNG HỢP ESTER MALONIC  Phương pháp này để điều chế acid carboxylic từ halide alkyl và kéo dài mạch carbon thêm hai nguyên tử.  Diethyl propanedioate, thường được gọi là diethyl malonate hoặc ester malonic có tính acid mạnh hơn hợp chất monocarbonyl (pKa=13) do hydrogen a nằm giữa hai nhóm carbonyl.  Ester malonic dễ dàng được biến đổi thành ion enolate bằng phản ứng với sodium ethoxide trong ethanol. 36 18
5/14/2021 37  Bằng cách đun nóng với dung dịch acid hydrochloric, alkyl (hoặc dialkyl) ester malonic tham gia quá trình thủy phân hai nhóm ester, theo sau là quá trình decarboxyl hóa (mất CO2) hình thành monoacid mang nhóm thế. 38 19
5/14/2021  Quá trình decarboxyl hóa không phải là phản ứng chung của acid carboxylic.  Chỉ xảy ra ở hợp chất có nhóm carbonyl thứ hai cách nhóm –CO2H hai nguyên tử carbon. Chỉ có acid malonic mang nhóm thế và β-keto acid tham gia quá trình loại CO2 bằng cách đun nóng. 39  Phản ứng tổng hợp ester malonic biến đổi halide alkyl thành acid carboxylic và làm tăng mạch carbon của alkyl thêm hai nguyên tử. 40 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.