zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Tài Liệu Phổ Thông

» Sáng kiến kinh nghiệm

Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Hợp chất dị vòng

Chia sẻ: Caphesua | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Báo xấu

15
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chuyên đề này gồm những kiến thức thật căn bản cùng với những bài tập áp dụng đơn giản để học sinh làm quen khi mới bắt đầu tiếp cận với chuyên đề hợp chất dị vòng. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết dưới đây để nắm nội dung của sáng kiến kinh nghiệm!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Hợp chất dị vòng

Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc An Giang, ngày 14 tháng 09 năm 2018 BÁO CÁO Kết quả thực hiện sáng kiến, cải tiến, giải pháp kỹ thuật, quản lý, tác nghiệp, ứng dụng tiến bộ kỹ thuật hoặc nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng I- Sơ lược lý lịch tác giả: - Họ và tên: NGUYỄN THỊ THẠCH THẢO. Nam, nữ: Nữ. - Ngày tháng năm sinh: 12/11/1983. - Nơi thường trú: Bình Đức, Long xuyên, An giang. - Đơn vị công tác: THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu. - Chức vụ hiện nay: Giáo viên. - Trình độ chuyên môn: Thạc sĩ – Chuyên ngành Hóa hữu cơ. - Lĩnh vực công tác: Giảng dạy bộ môn Hóa. II- Sơ lược đặc điểm tình hình đơn vị - Thuận lợi: + Ban giám hiệu nhà trường đặc biệt quan tâm đến công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho việc dạy và học bồi dưỡng cả về vật chất lẫn tinh thần. + Trang thiết bị khá đầy đủ phục vụ cho việc giảng dạy. + Học sinh có khả năng tư duy sáng tạo, khả năng tự tìm tòi, nghiên cứu tốt. - Khó khăn: + Các em chưa biết cách trang bị đầy đủ các kiến thức chuyên sâu, gây khó khăn cho việc tìm hiểu, giải quyết các vấn đề liên quan. + Chuyên đề hợp chất dị vòng trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia, Olympic tương đối đa dạng. + Các tài liệu rất phong phú nhưng chưa có sự chọn lọc, không đáp ứng nhu cầu tìm hiểu, nghiên cứu của học sinh. - Tến sang kiến: Hợp chất dị vòng. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 1
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến - Lĩnh vực: Hóa Hữu cơ III- Mục đích yêu cầu của sáng kiến 1. Thực trạng ban đầu trước khi áp dụng sáng kiến Trong sự nghiệp đổi mới toàn diện của đất nước, bồi dưỡng học sinh giỏi là một trong các mục tiêu chiến lược của nền giáo dục nước nhà, giúp học sinh hoàn thiện tri thức, phát huy năng lực, năng khiếu của bản thân. Chính vì vậy, bồi dưỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ hàng đầu ở các trường THPT, đặc biệt là THPT Chuyên. Chuyên đề về hợp chất dị vòng trong bồi dưỡng HSG là một chuyên tương đối khó, khối lượng kiến thức lớn, tài liệu tham khảo dàn trãi quá nhiều, gây hoang mang cho học sinh. 2. Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến Sách giáo khoa chuyên viết nội dung về hợp chất di vòng còn mang tính chất sơ lược, chưa đủ kiến thức để các em hoàn thành tốt các đề thi HSG, còn các sách tham khảo lại tương đối rộng và không được biên soạn theo cấp độ từ cơ bản đến nâng cao. Có những tài liệu viết quá sâu, với kiến thức phổ thông học sinh rất khó tiếp cận, bài tập nghiêng về chuyên về hợp chất dị vòng lại không có nhiều. Do đó, giáo viên dạy bồi dưỡng phải tự chọn lọc, tập hợp kiến thức từ các sách tham khảo, sau đó biên soạn lại để làm tư liệu giảng dạy. Từ thực tế đó, tôi biên soạn chuyên đề“Hợp chất dị vòng” với mong muốn được chia sẻ tư liệu với đồng nghiệp. Nội dung chuyên đề này gồm những kiến thức thật căn bản cùng với những bài tập áp dụng đơn giản để học sinh làm quen khi mới bắt đầu tiếp cận với chuyên đề hợp chất dị vòng. 3. Nội dung sáng kiến 3.1. Tiến trình thực hiện: - Nghiên cứu các tài liệu chuyên sâu về hóa hữu cơ, tập hợp và chọn lọc ra các tài liệu có liên quan đến các loại hợp chất dị vòng. - Cô đọng lại các kiến thức trọng tâm theo từng chuyên đề nhỏ. - Tham khảo và tập hợp các bài tập trong các sách tham khảo, đề thi HSG, HSGQG, các luận văn, luận án, các bài báo khoa học … - Học hỏi kinh nghiệm của các đồng nghiệp, qua các chuyên đề báo cáo trong tổ chuyên môn. - Tự trau dồi, bồi dưỡng thường xuyên và rút ra những bài học kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy. 3.2. Thời gian thực hiện: công tác bồi dưỡng HSG được thực hiện từ thời gian nghỉ hè của học sinh, liên tục đến khi tổ chức kỳ thi. 3.3. Biện pháp thực hiện: - Giáo viên phát tài liệu cho học sinh tham khảo trước. - Giáo viên giải đáp những thắc mắc của học sinh sau khi nghiên cứu lý thuyết. - Giáo viên cho học sinh giải bài tập. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 2
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến 3.4. Cơ sở lý thuyết 3.4.1. GIỚI THIỆU Hợp chất dị vòng là một trong những nhóm hợp chất được phân lập sớm nhất. Mặc dù lĩnh vực hóa học bắt đầu phát triển mạnh trong nửa đầu thế kỉ 19 tuy nhiên cấu trúc của chúng là một điều bí ẩn đối với các nhà hóa học. Mãi đến những năm 1860, khi cấu trúc của cacbon tứ diện được khám phá, cấu trúc của các hợp chất dần được làm rõ. Các hợp chất dị vòng được khám phá ra trong thời kì này hầu hết được phân lập từ tự nhiên. Nhiều năm sau đó, các phương pháp tổng hợp hữu cơ dần phát triển cho phép tổng hợp chúng trong phòng thí nghiệm. Một vài hợp chất dị vòng được phát hiện lần đầu được liệt kê bên dưới, tuy nhiên cấu trúc của chúng đa phần được xác định nhiều năm sau đó: - Uric acid (1776, bởi Scheele từ sỏi thận) - Alloxan (1818, bởi Brunatelli bằng cách oxi hóa uric acid) - Quinoline (1834, bởi Runge từ chưng cất nhựa than đá) - Melamine (1834, bởi Liebig bằng còn đường tổng hợp) - Pyridine (1849, bởi Anderson bằng cách nhiệt phân xương) - Indole (1866, bởi Bayer bằng cách phân hủy indigo) - Furan (1870, bằng con đường nhiệt phân rồi chưng cất gỗ và cellulose). Bảng 1. Các hợp chất dị vòng có nguồn gốc từ tự nhiên Vậy hợp chất dị vòng là gì? Theo IUPAC, hợp chất dị vòng là hợp chất vòng có chứa từ hai nguyên tử trở lên tham gia cấu tạo nên vòng. Nếu xét theo thuật ngữ này thì hợp chất dị vòng bao gồm hai loại là: hợp chất dị vòng vô cơ và hợp chất dị vòng hữu cơ. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 3
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến Trong thực tế, một số nhóm hợp chất tuy đáp ứng được định nghĩa trên nhưng không được xếp vào hợp chất dị vòng . Chẳng hạn như các anhydride nội phân tử, các lactone, lactam được xếp vào dẫn xuất của cacboxylic acid. Hợp chất dị vòng vô cơ được biết đến nhiều nhất là borazin. Hầu hết khi nhắc đến hợp chất dị vòng là nói đến hợp chất dị vòng hữu cơ. Hợp chất dị vòng hữu cơ được định nghĩa là hợp chất mạch vòng, ngoài nguyên tử carbon còn có một hay nhiều nguyên tử phi cacbon khác cấu tạo nên vòng. Những nguyên tử phi cacbon đó được gọi là dị nguyên tử hay dị tử. Các dị nguyên tử phổ biến nhất thường gặp là nitơ, kế đến là oxi và lưu huỳnh. Nhiều nguyên tố khác có thể tạo thành liên kết cộng hóa trị bền cũng được xem là dị nguyên tử như là: P, As, Sb (Antimon), Si, Se, Te, B, Ge. Trong một số ít trường hợp, thậm chí các nguyên tố kim loại như chì, thiếc cũng có khả năng hình thành dị vòng. Vào năm 1983, IUPAC ghi nhận 15 nguyên tố từ nhóm II đến nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn có khả năng tạo vòng với cacbon. 3.4.2. PHÂN LOẠI HỢP CHẤT DỊ VÒNG Có nhiều cách khác nhau để phân loại hợp chất dị vòng: - Theo kích thước của vòng ta có phổ biến nhất là: vòng ba, bốn, năm, sáu, bảy cạnh (phổ biến nhất là vòng 5, 6 cạnh). - Theo kiểu dị nguyên tố: phổ biến nhất là dị vòng chứa O, N, S. - Theo số dị tử: ta có vòng một, hai, ba, bốn dị tử. - Theo số vòng có hợp chất: đơn vòng, đa vòng (chủ yếu là các vòng ngưng tụ) Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 4
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến - Theo mức độ bão hòa: dị vòng no, không no, thơm. Nhìn chung, khi nhắc đến hóa học của dị vòng, người ta thường đề cập đến các hợp chất dị vòng thơm. 3.4.3. DANH PHÁP VÀ CÁCH ĐÁNH SỐ 3.4.3.1. Danh pháp hệ đơn vòng chứa một dị tử a. Tên thông thường Tên của các hợp chất dị vòng rất phức tạp do tính da dạng của các dị vòng. Mặc dù đã xây dụng được tên chính thống cho các hợp chất đơn vòng nhưng tên thông thường và tên nửa hệ thống của các dị vòng đơn vẫn được IUPAC chấp nhận dùng rộng rãi [Bảng 4]. Tên thông thường của hầu hết các dị vòng thơm năm cạnh tận cùng bằng –ole, vòng thơm sáu cạnh tận cùng bằng –ine. Các dị vòng không thơm năm hay sáu cạnh đều thường tận cùng bằng –ine. Một số tên thông thường của các hợp chất đơn vòng phổ biến được trình bày bên dưới. b. Danh pháp theo hệ thống Hantzsch – Widman Ngoài tên thông thường được sử dụng phổ biến, một cách hệ thống hơn, tên các dị vòng đơn còn được gọi theo danh pháp Hantzsch-Widman với những qui tắc sau: Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 5
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến [1] Tên = Tiền tố + phần cơ sở + hậu tố. Trong đó tiền tố cho biết tên của dị nguyên tử. Phần cơ sở nói lên kích thước của vòng còn hậu tố được tổ hợp với phần cơ sở phản ánh mức độ no không no của vòng. [2] Dị nguyên tử được gọi theo tiền tố (prefix) [Bảng 2]. Kí tự “a” kết thúc được bỏ đi nếu âm đi sau đó bắt đầu bằng một nguyên âm 1. Ví dụ: “aza-irine” được viết là “azirine”. Bảng 2. Một số tiền tố phổ biến của hợp chất dị vòng Dị nguyên tố* Hóa trị Tiền tố (Prefix) Oxygen II Oxa- Lưu huỳnh II Thia- Nitrogen IV Aza- Phospho III Phospha- Arsen III Arsa- Silic IV Sila- Bor III Bora- Sắp xếp theo trình tự giảm dần mức độ ưu tiên [2] Kích cỡ vòng được gọi bằng phần cơ sở theo sau tiền tố: -ir- (vòng 3 cạnh), -et- (vòng 4 cạnh), -ol- (vòng 5 cạnh), -in- (vòng 6 cạnh), -ep- (vòng 7 cạnh), -oc-(vòng 8 cạnh), -on- (vòng 9 cạnh), -ec- (vòng 10 cạnh). [3] Nếu hợp chất không no hay hợp chất thơm, thêm hậu tố tương ứng với kích cỡ vòng: -ene (vòng 3 cạnh không chứa N), -ine (vòng 3 cạnh chứa N), -e (vòng 4, 5, 6 cạnh), -ine (vòng 7, 8, 9 cạnh). [4] Nếu hợp chất no, thêm hậu tố -ane cho tất cả các kích cỡ vòng, ngoại trừ N sử dụng tiền tố -idine (vòng 3, 4, 5, cạnh) và nếu là vòng 6 cạnh, tiền tố hexahydro-được dùng. Ngoài ra, đối với vòng 6 cạnh chứa O được gọi là oxane thay vì oxinane. Một vài ngoại lệ khác trong trường hợp dị vòng chứa P, As, B không được trình bày ở đây. Bảng 3. Phần cơ sở của hậu tố dị vòng Số cạnh Phần cơ sở Phần cơ sở + Hậu tố Vòng không no, vòng thơm Vòng no Chứa N Không chứa N Chứa N Không chứa N 3 -ir- -irine -irene -idine -irane 4 -et- -ete -idine -etane 5 -ol- -ole -idine -olane Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 6
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến 6 -in- -ine * -inane 7 -ep- -epine * -epane 8 -oc- -ocine * -ocane 9 -on- -onine * -onane 10 -ec- -ecine * -ecane *Không có hậu tố mà phải thêm tiền tố pehydro vào tên dị vòng không no hoặc thơm tương ứng. Một số ví dụ sử dụng các quy tắc nên trên để gọi tên một số dị vòng thông dụng chứa N, O, S [Bảng 4]. Một số tên thông thường được ưu tiên sử dụng hơn tên hệ thống được trình bày trong dấu ngoặc. Quy tắc IUPAC không quy định vị trí của dị tử khi viết công thức của dị vòng nhưng thường dị tử được đặt phía dưới của vòng. Bảng 4. Danh pháp IUPAC và tên thông thường của một số dị vòng đơn Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 7
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến c. Dẫn xuất của dị vòng thơm - Quy tắc cách đánh số: Các hợp chất đơn vòng chứa một dị tử được đánh số bắt đầu bằng từ dị tử. - Quy tắc gọi tên: Tên = Số chỉ vị trí nhóm thế + Tên nhóm thế + Tên dị vòng một dị tử - Cách đánh số: dị tử đánh số 1, các nhóm thế còn lại đánh số sao cho tổng số chỉ vị trí nhỏ nhất. Sắp xếp các nhóm thế theo thứ tự a, b, c… Tên gọi gốc hóa trị của hợp chất dị vòng thường được hình thành bằng cách thêm hậu tố -yl vào tên thông thường hoặc tên của hợp chất ban đầu. Tuy nhiêu tồn tại một số ngoại lệ: furyl (đối với furan), thienyl (thiophene), pyridyl (pyridine), quinolyl (quiniline), isoquinolyl (isoquinoline). d. Đồng phân vị trí H Khi có nhiều dị vòng đồng phân của nhau khác nhau về vị trí của một nguyên tử hydrogen “thừa” trong vòng (nguyên tử extra-hydrogen), nguyên tử H này được chỉ bằng một chữ H (in nghiêng) kèm theo số chỉ vị trí 1H, 2H, 3H,… Ví dụ trường hợp của pyrrole có 3 đồng phân vị trí H tồn tại song song trong đó đồng phân 1H là bền nhất tương ứng với H nằm trên nguyên tử N của dị vòng. Trong một số trường hợp, có thể dùng chữ cái Hy Lạp để chỉ vị trí của nguyên tử H với quy ước nguyên tử carbon kế cạnh dị nguyên tố được gọi là “alpha”. Ví dụ trường hợp của pyran: Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 8
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến e. Danh pháp dị vòng không no Đối với một số dị vòng không no mà mức độ chưa bão hòa còn kém hệ có các liên kết đôi liên hợp thì ta dùng các tiền tố cộng hydrogen như: dihydro, tetrahydro,… Ngoài ra, trong một số ít trường hợp của các hệ vòng phức tạp, có thể gọi theo vị trí của liên kết đôi theo kiểu x, x+1 (trong đó x là số chỉ vị trí của liên kết đôi). Lấy ví dụ của dihydrofuran: 3.4.3.2. Danh pháp hệ đơn vòng nhiều dị tử Danh pháp của các dị vòng chứa nhiều hơn một dị tử vẫn tuân theo các quy tắc về gọi tên của dị vòng chứa một dị tử với một số khác nhau cơ bản như sau: [1] Nếu có nhiều dị tử giống nhau thì dùng thêm tiền tố di-, tri-, tetra-,… để chỉ 2, 3, 4,… dị tử. Đánh số theo quy tắc tổng số chỉ vị trí các dị tử là nhỏ nhất. [2] Thứ tự ưu tiên của các dị tử: Nhóm VI (O > S > Se > Te) > Nhóm V (N > P > As) > Nhóm IV (Si > Ge) > Nhóm III (B). Đơn giản hơn, xét một số dị tử phổ biến thì ta có: O > S > N. Dị tử ưu tiên nhất đánh số 1, các dị tử còn lại được đánh số theo chiều sao cho tổng các chỉ số của các dị tử là nhỏ nhất. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 9
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến [3] Dị nguyên tử bão hòa (dị nguyên tử chứa nhiều H hơn, extra-hydrogen) ưu tiên đánh số hơn dị nguyên tử không bão hòa (chứa ít H hơn). [4] Số chỉ vị trí được gộp thành một nhóm đứng trước tên gọi các dị tử. Ví dụ: gọi là “1,3-oxazole” chứ không gọi là “1-oxa-3-azole”. [5] Quy tắc kết hợp nguyên âm - nguyên âm: Khi hai nguyên âm kết hợp với nhau, một trong hai nguyên âm sẽ được loại bỏ. Ví dụ: “oxa-aza”  “oxaza” 3.4.3.3. Danh pháp hệ hai vòng Hệ chứa hai vòng có 3 loại cơ bản là: ngưng tụ (fused), vòng cầu (bridged) và vòng spiro. Trong phần này chỉ xem xét đến hệ vòng ngưng tụ với hai vòng (hay nhiều vòng) có cùng một (hay nhiều) cạnh chung. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 10
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến a. Tên thông thường Tương tự hệ dị vòng đơn, tên thông thường của các hệ dị vòng đôi cũng được IUPAC sử dụng. Tên thông thường của một số dị vòng đôi phổ biến được trình bày bên dưới: b. Tên hệ thống Chọn vòng cơ sở (phần cơ sở) - Nếu vòng cùng số C thì ưu tiên vòng nào chứa N là vòng cơ sở và tên của nó được đặt cuối cùng trong tên gọi. - Nếu không chứa N, vòng chứa dị tố ưu tiên hơn được chọn làm vòng cơ sở (O>S>P). - Cùng chứa một loại dị tử, vòng nào lớn hơn thì được chọn làm vòng cơ sở. - Cùng kích thước vòng, vòng nhiều dị tố hơn được chọn làm vòng cơ sở. Gọi tên vòng ghép (phần dung hợp) Trong tên gọi hệ hai vòng thì tên của vòng cơ sở được giữ nguyên còn tên vòng ghép vào được đổi thành đuôi “o”. benzene  benzo imidazole  imidazo pyridine pyrido pyrimidine  pyrimido pyrrole  pyrrolo pyrazine  pyrazino thiophene  thieno quinolin  quino Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 11
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến Vị trí cạnh chung - Vị trí cạnh chung = [vị trí vòng ghép-vị trí vòng cơ sở] - Đối với vòng cơ sở, vị trí của cạnh chung được kí hiệu bằng chữ cái: a, b, c, d,…(in nghiêng) trong đó vị trí 1,2- kí hiệu bằng chữ a; vị trí 2,3- kí hiệu bằng chữ b, vị trí 3,4- bằng chữ c. - Đối với vòng ghép, vị trí cạnh chung được gọi bằng số chỉ vị trí liên kết. Trong trường hợp vòng ghép là benzene thì không cần gọi vị trí cạnh chung. Cần lưu ý rằng chiều đánh số cạnh chung của vòng ghép phải cùng chiều với vòng cơ sở. Điều này làm xảy ra trường hợp số chỉ vị trí cạnh chung của vòng ghép có thể đảo ngược trong trường hợp của 1H,4H-pyrrolo[3,2-b]-pyrrole. Hai cách đánh số khác nhau giúp phân biệt hai đồng phân của pyrrolopyrrole. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 12
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến Đánh số theo quy tắc - Dị nguyên tố ưu tiên hơn có số nhỏ hơn (O > S > N) - Vị trí của H- (extra-hydrogen) có số nhỏ nhất. - Vị trí của liên kết chung không đánh số, thay vào đó số chỉ vị trí bằng chính số của nguyên tử liền kề trước đó kèm với các chữ cái a,b,… 3.4.3.4. Danh pháp hệ nhiều vòng Danh pháp hệ nhiều vòng tương tự như danh pháp hệ hai vòng với một số quy tắc gọi tên như sau: - Dãy nằm ngang có nhiều vòng nhất - Các vòng còn lại nằm trên trục ngang hoặc ở bên phải so với trục đối xứng - Đối với hệ ba vòng, đánh số bắt đầu từ vòng ngoài cùng theo chiều sao cho dị nguyên tử mang số chỉ vị trí nhỏ nhất. Lấy ví dụ trường hợp của benzo[c]quinoline, nếu bắt đầu đánh số ở vị trí 10 thì nguyên tử N sẽ ở vị trí 6 thay vì 5. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 13
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến - Phần cơ sở được gọi bằng tên thông thường của hệ mang nhiều vòng nhất. Các phần còn lại xem như vòng ghép và gọi tương tự như hệ hai vòng. Trong ví dụ sau, phần ghép là benzene nên gọi là 1H- benzo[e]indole tương ứng với phần cơ sở được gọi theo tên thông thường là indole. Tương tự cho các dẫn xuất benzoquinoline. 3.4.3.5. Danh pháp trao đổi Danh pháp trao đổi (tên thay thế) của dị vòng xuất phát từ một số tên gọi đơn giản của các hydrocarbon, được hình thành bằng cách tổ hợp tiền tố “a” với tên của hydrocarbon đa vòng tương ứng mà vẫn giữ nguyên cách đánh số của hydrocarbon đó. Tên trao đổi = Số chỉ vị trí + Tiền tố “a” + Tên của hydrocarbon Có thể thấy hợp chất dị vòng rất đa dạng và phong phú, trong phạm vi của sáng kiến chỉ đề cập một số hợp chất dị vòng tiêu biểu mà các em thường gặp trong chương trình THPT Chuyên, trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia. Dưới đây là tính là cấu tạo, tính chất hóa học, phương pháp điều chế một số loại hợp chất dị vòng tiêu biểu: 3.4.4. DỊ VÒNG THƠM 5 CẠNH MỘT DỊ TỬ Tiêu biểu của nhóm dị vòng này là Pirol, Furan và Thiophen Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 14
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến 3.4.4.1. Cấu tạo và đặc tính thơm Các dị vòng 5 cạnh chứa một dị tố oxi (Furan), nitơ (Pirol) và lưu huỳnh (Thiophen) mặc dù về mặt hình thức cũng chứa phần cis-đien như phân tử xiclopentađien, nhưng về bản chất và đặc tính hóa học lại khác hẳn nhau. Xiclopentađien có hệ đien liên hợp nhưng không có cấu tạo thơm, trong khi đó các dị vòng furan, pirol và thiophen ở mức độ đáng kể đều thể hiện tính thơm. 3.4.4.2. Các phương pháp tổng hợp a. Tổng hợp Paal - Knorr Một trong những phương pháp chung nhất để tổng hợp vòng furan, pirol, thiophen là tổng hợp Paal – Knorr. Bản chất của phương pháp này là tác dụng của hợp chất 1,4 – đicacbonyl có khả năng enol hóa với các tác nhân đehiđrat hóa có tính axit (H2SO4, P2O5, P.P.A, ZnO…) hoặc với NH3 hay amin bậc một. Ví dụ: b. Tổng hợp furan theo Feist – Benari tổng hợp pirol theo Hantzch Phản ứng của α-halogen xeton hay α-halogen anđehit với β-xeto este hay β-đixeton rong sự có mặt của bazơ như natri hiđroxit hay piriđin dẫn tới sự tạo thành vòng furan. Phản ứng này mang tên Feist- Benari: Nếu đưa vào phản ứng loại này các bazơ nitơ như ammoniac hay amin bậc một chẳng hạn thì lúc đó sẽ nhận được các pirol tương ứng mang tên Hantzch. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 15
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến c. Tổng hợp vòng pirol theo Knorr Phản ứng bao gồm sự ngưng tụ của các α-aminoxeton (hay α-amino-β-xetoeste) với các xeton (hay xeto este) trong sự có mặt của axit axetic (thông thường hơn) hay kiềm (thường ít hơn). Kết quả các pirol được tạo thành với hiệu suất cao. Cơ chế tổng hợp Knorr chưa được nghiên cứu chi tiết, nhưng có thể giới thiệu bằng sơ đồ sau: d. Tổng hợp thiophen theo Hinsberg Tổng hợp thiophen theo Hinsberg dựa trên phản ứng của α-đixeton, α-halogen este hoặc este của axit oxalic hay đietyleste của axit thiođiaxetic trong điều kiện của ngưng tụ Claisen (thông thường trong sự có mặt của ancolat natri trong ancol). Đây là phương pháp chung tổng hợp các dẫn xuất thiophen với hiệu suất cao: Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 16
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến e. Tổng hợp từ este của axetilen đicacboxylic Các este của axit axetilenđicacboxylic khi phản ứng với tác nhân có thể tạo thành các dẫn xuất của furan, pirol và thiophen. Giai đoạn đầu tiên của phản ứng là sự cộng hợp theo kiểu Michael và tiếp theo là sự đóng vòng sản phẩm trung gian thành sản phẩm cuối cùng như sơ đồ dưới đây: 3.4.4.3. Tính chất a. Đặc tính chung của dị vòng - Dị vòng bền với các tác nhân oxi hóa. - Dị tố cũng tham gia vào hệ liên hợp bằng cách góp cặp electron tự do vào hệ, nên tính chất của dị tố cũng giảm đi hoặc mất hẳn. b. Tính chất của dị tố - Trường hợp pirol có cặp electron tham gia vào hệ thống thơm nên tính bazơ của N giảm hẳn và không còn rõ rệt, pirol có tính axit yếu. c. Tính chất của nhân thơm  Phản ứng thế electrophin (SE) Furan, pirol và thiophen có khả năng phản ứng khá cao đối với các tác nhân electrophin. Các tác nhân electrophin chủ yếu tấn công vào vị trí 2 của vòng bởi trạng thái chuyển tiếp xuất hiện trong trường hợp này có năng lượng thấp hơn (nhờ sự ổn định hóa do cộng hưởng lớn hơn) so với trạng thái chuyển tiếp dẫn tới sự thế ở vị trí 3: Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 17
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến Một số loại phản ứng thế đặc trưng: - Phản ứng sunfonic hóa : thiophen dễ dàng được sunfonic hóa bằng H2SO4 đặc 95% ở nhiệt độ phòng. Còn đối với furan và pirol không thể sunfonic hóa trực tiếp bằng axit sunfuric, trường hợp này ta dùng SO3/piridin/1000C. - Halogen hóa: để thu được sản phẩm halogen hóa rất khó, thông thường để tạo ra 2-bromfuran ta dùng đioxanđibromua. - Nitro hóa: không thể nitro hóa furan, pirol hay thiophen bằng tác nhân thông thường như benzene, bởi vì độ axit cao của môi trường sẽ gây ra sự phá vỡ phân tử và tạo thành nhựa. Do đó tác nhân thích hợp là axetylnitrat. - Phản ứng Friedel – Crafts: furan và thiophen không thể thực hiện được phản ứng ankyl hóa, thiophen do bền vững hơn có thể ankyl hóa được. Đối với phản ứng axyl hóa, cả ba hợp chất dị vòng này đều phản ứng khá dễ dàng.  Các phản ứng thế electrohin khác: - Phản ứng thủy ngân hóa: Phản ứng cũng xảy ra dễ dàng đối với thiophen. - Phản ứng axly hóa theo Winsmeier: Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 18
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến Furan và thiophen cho phản ứng tương tự. - Phản ứng fomyl hóa theo Gatterman (đối với furan và pirol): - Phản ứng clometyl hóa: - Phản ứng Mannich:  Phản ứng thế nucleophin (SN) và thế gốc (SR) Mặc dù các dẫn xuất halogen của furan và thiophen tương đối trơ đối với sự thế nucleophin nhưng khả năng thế halogen ở chúng vẫn cao hơn các dẫn xuất halogen tương ứng ở benzen. Thường các dẫn xuất của dị vòng 5 cạnh được hoạt hóa bởi nhóm hút electron, chằng hạn nhóm cacboxyl hay nhóm este, sau đó loại hai nhóm này bằng cách thủy phân hoặc đecacboxyl hóa. Phản ứng của thiophen với N-Bromsucxinimit trong điều kiện chiếu sáng hoặc nhiệt độ cao là quá trình thế gốc. Nhưng brom hóa 2-metylthiophen bằng tác nhân này dẫn đến sự thế gốc vào dị vòng.  Phản ứng kim loại hóa Furan và thiophen dễ dàng tác dụng với n-butyllithi để cho dẫn xuất 2-furyllithi và 2-thienyllithi. Vị trí 2 của vòng bị chiếm thì sự kim loại hóa xảy ra ở vị trí 5. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 19
Trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu Báo cáo kết quả thực hiện sáng kiến  Các phản ứng mở vòng và cộng hợp Furan, pirol và thiophen rất khác nhau về khả năng bị mở vòng.  Ngoài ra các vòng tiêu biểu trên, còn có một số dẫn xuất của dị vòng 5 cạnh có nhiều ứng dụng trong thực tế như: Inđol (là dị vòng được hình thành từ sự ngưng tụ của pirol với benzen. Vòng inđol có trong thành phần của tritophan (amino axit), axit inđol – 3- axetic (chất kích thích tăng trưởng thực vật), serotonin (hormone làm tăng huyết áp), inddometaaxxin (thuốc giảm đau, chữa thấp khớp), v.v… 3.4.5. DỊ VÒNG THƠM 5 CẠNH HAI DỊ TỬ Các dị vòng thơm 5 cạnh chứa 2 hay nhiều dị tố, trong đó ít nhất có một dị tố nitơ được gọi chung là azol. Các dị vòng tiêu biểu cho nhóm này là: Theo thuyết obitan phân tử các dị vòng này đều có cấu tạo phẳng và trong vòng có hệ thống 6 electron π do mỗi nguyên tử cacbon và dị tố N thứ hai đóng góp 1 eπ, còn dị tố thứ nhất đóng góp 2 eπ. Tính bền vững của các azol này được quyết định bởi sự có mặt của 6 eπ giải tỏa trong toàn phân tử. Từ sự mô tả trên cho thấy trên nguyên 3.4.5.1. Cấu tạo và đặc tính thơm Nguyên tử N của vòng còn có cặp electron tự do phân bố trên mặt phẳng obitan vuông góc với hệ obitan π của vòng. Nguyeãn Thò Thaïch Thaûo Trang 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.