Bài giảng Hóa hữu cơ: Hydrocacbon thơm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa hữu cơ: Hydrocacbon thơm" được biên soạn với các nội dung chính sau: Khái niệm và phân loại Hợp chất thơm; Danh pháp của benzen và đồng đẳng; Cấu trúc và tinh thơm của benzen; Điều chế benzen và đồng đẳng. Mời thầy cô và các em cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa hữu cơ: Hydrocacbon thơm

HYDROCACBON THƠM (1) (AROMATIC HYDROCARBONES) 1. Khái niệm 2. Danh pháp 2. Cấu trúc 2. Điều chế
1. KHÁI NIỆM ❖ Khái niệm Hợp chất thơm Hợp chất được gọi là “thơm” là do các chất đầu tiên người ta biết về dãy này thực sự có mùi thơm. CH2-OH Ancol benzylic có trong tinh dầu hoa hồng CH2COOCH3 Este benzylaxetat có trong tinh dầu hoa nhài CH=CH-CH2-OH Ancol cinnamic có trong tinh dầu hoa dạ hương
Có trong tinh dầu: đinh hương quế vanilla Hợp chất thơm là các hợp chất mạch vòng, có cấu trúc electron đặc biệt và là những hợp chất hữu cơ có tính thơm. Hợp chất có tính thơm là hợp chất có những đặc điểm sau đây: - Tính bền vững của vòng về mặt nhiệt động, đặc trưng bởi năng lượng thơm hóa Ep. - Dễ tham gia phản ứng thế ở nhân thơm, Khó tham gia phản ứng cộng và phản ứng oxy hóa; - Phản ứng thế xảy ra có quy luật; các nhóm thế ở vòng có ảnh hưởng rất đặc trưng đến tính chất hóa học của hợp chất.
Hợp chất thơm là các hợp chất mạch vòng, có cấu trúc electron đặc biệt và là những hợp chất hữu cơ có tính thơm. Về mặt cấu trúc, hợp chất phải có những điều kiện sau để có tính thơm : - Là hệ vòng liên hợp kín giải toả electron p trên toàn hệ thống; - Vòng thơm phải có cấu trúc phẳng, không nhất thiết giống benzen (có thể là đa vòng thơm hoặc dị vòng thơm); - Các electron p phải cặp đôi và số electron p phải thoả mãn quy tắc của Hückel là quy tắc được thiết lập dựa trên phương pháp hóa lượng tử).
❖ Phân loại + Hydrocacbon thơm có chứa vòng benzen; - Hydrocacbon dãy benzen CH3 CH = CH2 Benzen Benzene Toluen Toluene Stiren Styrene - Hydrocacbon đa nhân thơm CH2 Naphtalen Anthraxen Diphenylmetan + Hydrocacbon thơm không chứa vòng benzene: là các hợp chất đơn vòng nhưng số electron p thoả mãn công thức Hückel, do có (4n+2) electron p giải toả trên một vòng phẳng nên các hợp chất này đều có tính thơm.
2. Danh pháp của benzen và đồng đẳng Benzen (C6H6) là tên riêng IUPAC lưu dùng Các hydrocacbon đơn vòng khác được gọi tên như dẫn xuất của benzen: tên nhóm thế + benzen Trong trường hợp vòng benzen có từ hai nhóm thế X X X trở lên sẽ xuất hiện đồng 1 Y 1 1 phân vị trí nhóm thế 2 3 Dẫn xuất thế hai lần của Y 4 benzen có 3 đồng phân vị trí Y thế 1,2 là ortho-, vị trí thế 1,3 ortho meta para là meta- và vị trí thế 1,4 là ortho- meta- para- (1,2) (o-) (1,3) (m-) (1,4) (p-) para- (viết tắt là o-, m-, p-)
2. Danh pháp của benzen và đồng đẳng - Tên gọi chung của các hydrocacbon thơm có vòng benzen là aren. - Nếu tách một nguyên tử hydro (H) ra khỏi các hydrocacbon thơm tạo thành gốc hydrocacbon thơm gọi là các nhóm aryl (KH là Ar-). Tên thông thường Tên thay thế CH3 Toluen(e) Metylbenzen(e) CH2-CH3 Etylbenzen(e) CH3-CH- CH3 Cumen(e) Isopropylbenzen(e)
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 o-Xylen CH3 m-Xylen (1,2-Dimetylbenzen) p-Xylen (1,3-Dimetylbenzen) (1,4-Dimetylbenzen) Một số gốc aryl: CH2 CH C H C Phenyl Benzyl Benzal Benzo Benzhydrin CH3 CH3 CH3 o-Tolyl m-Tolyl p-Tolyl
3. CẤU TRÚC VÀ TINH THƠM CỦA BENZEN Benzen có công thức là C6H6, được tìm ra năm 1825. Dựa trên công thức phân tử và tính chất hóa học của benzen (dễ thế, khó cộng và khó bị oxy hóa) cần phải đưa ra một cấu tạo để phù hợp với các đặc tính trên
3. CẤU TRÚC VÀ TINH THƠM CỦA BENZEN Benzen có công thức là C6H6, được tìm ra năm 1825. Dựa trên công thức phân tử và tính chất hóa học của benzen (dễ thế, khó cộng và khó bị oxy hóa) cần phải đưa ra một cấu tạo để phù hợp với các đặc tính trên ❖ Cấu trúc của benzene theo giả thuyết cổ điển Công thức đường kính Công thức đối góc, (Dewar, 1867) (Claus, 1867) Công thức hóa trị phần, Công thức hướng tâm 6 hóa trị phần bão hoà (Amstrong-Baeyer, từng đôi một (Thiele, 1867) 1899)
3. CẤU TRÚC VÀ TINH THƠM CỦA BENZEN ❖ Cấu trúc của benzene theo giả thuyết cổ điển Công thức Kekulé Theo Kekulé thì C6H6 có cấu tạo vòng gồm liên kết đơn và đôi xen kẽ nhau. +) Trong hệ mạch vòng, tính chất của liên kết đôi bị giảm đi => khó tham gia phản ứng cộng hơn so Công thức của Kekulé cũng có một số với hợp chất chưa no mạch hở. nhược điểm: - Do chiều dài các liên kết C-C là +) Có liên kết đơn C - H=> có 1,54Å, C=C là 1,34Å nên benzen sẽ phản ứng thế không phải là lục giác đều. - Công thức này chưa giải thích được Công thức vòng benzen của Kekulé được tính chất hóa học của benzen là dễ chấp nhận nhiều nhất, gần với quan điểm tham gia phản ứng thế, khó tham gia hiện đại phản ứng cộng.
❖ Cấu trúc của benzene theo quan điểm hiện đại (dựa trên cơ sở hóa học lượng tử và các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại) Tính đối xứng: Phân tử benzen rất đối xứng. -Benzen có một trục đối xứng bậc sáu (khảo sát phổ Raman). -Benzen có cấu tạo đồng phẳng (6 nguyên tử C và 6 nguyên tử H cùng nằm trên một mặt phẳng) và vòng 6 cacbon là lục giác đều. -Khoảng cách giữa các nguyên tử C bằng nhau (1,39Å, nằm giữa trị số của lC-C = 1,54Å, lC=C =1,34Å). -Khoảng cách giữa các nguyên tử C và nguyên tử H bằng nhau (lC-H = 1,083Å). Góc hóa trị CCC = HCC = 120o.
❖ Cấu trúc của benzene theo quan điểm hiện đại (dựa trên cơ sở hóa học lượng tử và các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại) Về trạng thái lai hóa: Cả 6 nguyên tử C trong vòng benzen đều ở trạng thái lai hóa sp2. Mỗi nguyên tử có 3 liên kết s (2 liên kết sC-C và 1 liên kết sC-H) và còn một obitan p chưa tham gia lai hóa. Các obitan p chưa lai hóa của 6 nguyên tử C xen phủ p ở cả hai phía với mức độ như nhau tạo thành một hệ liên hợp kín. Các electron p của benzen tạo thành hệ thống lục tử p (6ep) giải toả trên toàn bộ vòng benzen. Độ bền vững: Vòng benzen là một hệ liên hợp bền vững về mặt nhiệt động, thể hiện ở năng lượng thơm hóa (năng lượng cộng hưởng) cao Ep = 36 kcal/mol.
❖ Cấu trúc của benzene theo quan điểm hiện đại (dựa trên cơ sở hóa học lượng tử và các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại) + + + − − §¸m m©y + electron − + + − − − Sù xen phñ s Sù xen phñ p MO−p Để đơn giản (nhất là khi viết cơ chế phản H 120o ứng hoặc chuyển dịch 39 0,139 nm H 0,1 m C n H e do các hiệu ứng) có C 120o C thể sử dụng công thức Trôc liªn kÕt C C Kekule nhưng cần bËc s¸u H C H hiểu theo quan điểm hiện đại H §é dµi liªn kÕt vµ gãc liªn kÕt BiÓu diÔn ph©n tö
❖ Cấu trúc của benzene theo quan điểm hiện đại (dựa trên cơ sở hóa học lượng tử và các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại) Sự hình thành hệ thống liên hợp p là nguyên nhân làm cho benzen có tính thơm: - Tính tương đối bền vững về mặt nhiệt động học; - Thỏa mãn quy tắc Hückel có 4n+2 = 1.4+2 = 6 ep; - Về hình thức rất không no (CnH2n-6) nhưng thực chất lại no và trơ tương đối; - Khuynh hướng tham gia phản ứng thế chiếm ưu thế (do ở phản ứng thế hệ thống liên hợp được bảo toàn) và phản ứng thế xảy ra có quy luật; -Khuynh hướng tham gia phản ứng cộng hợp giảm (do ở phản ứng cộng phá vỡ hệ thống liên hợp trong vòng); -Khó bị oxy hóa và không có phản ứng trùng hợp
4. ĐIỀU CHẾ BENZEN VÀ ĐỒNG ĐẲNG +) Điều chế benzen trong công nghiệp: chủ yếu bằng phương pháp chưng cất phân đoạn nhựa than đá (trong thành phần có benzen, toluen, các xylen…). +) Trong phòng thí nghiệm : - Trime hóa axetilen và đồng đẳng 3C2H2 C C 6H 6 6000C R - Ankyl hóa theo Friedel-Craft + R−X AlX3 + H−X (áp dụng trong công nghiệp hóa dầu Benzen Ankylbenzen
4. DIỀU CHẾ BENZEN VÀ ĐỒNG ĐẲNG +) Trong phòng thí nghiệm : - Dehydro hóa đóng vòng n –ankan Pt n-C6H14 + 4H2 300oC n-Hexan Benzen CH3 Pt/Al2O3 n-CH3(CH2)5CH3 + 4H2 300oC n-Heptan Toluen
4. ĐIỀU CHẾ BENZEN VÀ ĐỒNG ĐẲNG +) Trong phòng thí nghiệm : - Phản ứng Würt-Fittig: X R AlX3 + 2Na + X−R + 2NaX Halogenbenzen Ankylbenzen - Phản ứng khử hoá: C− R Zn/HCl CH2 − R to O Ankyl phenyl xeton Ankylbenzen CH CH − R + H2 CH2 − CH2− R Ni, to Ankenyl benzen Ankylbenzen
Nội dung cần nhớ HYDROCACBON THƠM (1) (AROMATIC HYDROCARBONES) 1. Khái niệm 2. Danh pháp 3. Cấu trúc và tính thơm: - Theo quan điểm cổ điển - Theo quan điểm hiện đại 4. Điều chế benzene và đồng đẳng - Trong Công nghiệp - Trong PTN