Xây dựng bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học dựa trên cơ sở phản ứng chuyển vị Wagner-Meerwein

Chia sẻ: ViTomato2711 ViTomato2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày các phản ứng chuyển vị Wagner-Meerwein và ứng dụng của chúng trong việc phân tích cơ chế phản ứng khử nước của ancol bởi xúc tát axit.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Xây dựng bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học dựa trên cơ sở phản ứng chuyển vị Wagner-Meerwein

TAÏP CHÍ ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 10 - Thaùng 6/2012 XÂY DỰNG BÀI TẬP BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HOÁ HỌC DỰA TRÊN CƠ SỞ PHẢN ỨNG CHUYỂN VỊ WAGNER-MEERWEIN PHAN HUY BÃO (*) CAO CỰ GIÁC (**) TÓM TẮT Một số phản ứng hoá học hữu cơ mang tên tác giả có nhiều ứng dụng trong việc xây dựng bài tập ở mức độ nâng cao đ ể bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học. Giải thích cơ chế của các phản ứng phức tạp trong hoá học hữu cơ là một trong những nội dung quan trọng để phát triể n năng lực quan sát và phân tích của một học sinh giỏi môn hoá học. Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi trình bày các phản ứng chuyển vị Wagner-Meerwein và ứng dụng của chúng trong việc phân tích cơ chế phản ứng khử nước của ancol bởi xúc tát axit. Từ khoá: Phản ứng chuyển vị Wagner-Meerwein, học sinh giỏi hoá, phản ứng khử nước và chuyển vị. ABSTRACT Some reactions named after the writer of many applications in building advanced exercises to foster students good at chemistry. Explaining the mechanism of complicated reactions in organic chemistry is considered as one of the important contents to develop the observation and analysis ability of a student with skill in chemistry. In this paper, we report Wagner-Meerwein rearrangement reactions and their application in analyzing the mechanism of dehydration reaction of alcohol with acid as a catalyst. Keywords: Wagner - Meerwein rearrangement reactions, the chemistry-gifted student, dehydration reaction and rearrangement. 1. CƠ CHẾ CHUNG (*) (**) cacbocation đó có thể tham gia chuyển vị, Trong quá trình thế và tách nucleophin làm cho một nguyên tử hiđro hoặc nhóm đơn phân tử cũng như trong quá trình cộng ankyl hay aryl ở vị trí α đối với electrophin vào liên kết bội cacbon-cacbon C⊕ chuyển dịch đến C⊕ đó. đều sinh ra cacbocation. Những Y Y(-) R R R C CH R xt chuyÓn vÞ R C CH X R C CH R C CH R R R - X(-) R R R R R R R C=C R - H(+) Sơ đồ: R R (*) CN, Trường Trung học Thực hành Sài Gòn, Trường Đại học Sài Gòn (**) PGS. TS, Trường Đại học Vinh PHAN HUY BÃO – CAO CỰ GIÁC Để tạo ra cacbocation, đối với ancol hơn cacbocation ban đầu (độ bền (X = OH) cần chất xúc tác axit, đối với dẫn cacbocation: bậc III > bậc II > bậc I), đối xuất halogen (X = Hal) có thể dùng Ag +. với sự chuyển vị đóng vòng thì vòng 5 Ngoài ra anken cũng có thể tạo ra hoặc 6 cạnh là bền hơn cả. cacbocation nếu dùng chất xúc tác H +. Ví dụ 1: Trình bày cơ chế phản ứng 2. XÂY DỰNG BÀI TẬP BỒI DƯỠNG OH HỌC SINH GIỎI DỰA TRÊN PHẢN ỨNG CHUYỂN VỊ WAGNER- → MEERWEIN Phân tích: 2.1. Viết cơ chế dựa trên sản phẩm Dưới xúc tác H+, có sự tạo thành cho trước cacbocation. Ion cacbonium chuyển vị Ở dạng bài tập này, học sinh cần chú ý đóng vòng 6 cạnh bền hơn . dạng sườn cacbon của sản phẩm mà dự Cuối cùng là sự tách H ở cacbon bậc đoán cơ chế phản ứng. cao hơn tạo sản phẩm chính và trả lại H + Trong sự chuyển vị Wagner- cho môi trường. Meerwein, cacbocation tạo thành phải bền OH H H + H -HOH H3C CH3 H3C CH3 CH3 CH3 Ví dụ 2: Trình bày cơ chế phản ứng OH → Phân tích: thành có sự chuyển vị nhóm metyl để tạo Ở ví dụ này cần chú ý, ngoài sự đóng thành cabocation bền bậc cao hơn. vòng còn có sự chuyển vị, vì nếu chỉ có sự Cacbocation tạo thành tấn công vào đóng vòng 6 cạnh sẽ không cho được sản liên kết đôi tạo thành vòng sáu cạnh bền. phẩm như yêu cầu. Cuối cùng là sự tách H ở cacbon bậc Dưới xúc tác H+, cacbocation tạo cao hơn tạo sản phẩm chính. H3C CH3 H3C CH3 + H CH3 CH3 OH H3C CH3 H3C CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 PHAN HUY BÃO – CAO CỰ GIÁC Bài tập tương tự: Trình bày cơ chế phản ứng CH2 CH3 a. H3C OH → H3C CH3 Cơ chế của phản ứng: + H CH2 CH2 CH3 CH3 H3C OH H3C H3C CH3 H3C CH3 b. OH → CH3 Cơ chế của phản ứng: + H OH c. OH → Cơ chế của phản ứng: + H OH 2.2. Dự đoán sản phẩm và viết cơ chế dựa trên dữ kiện của đề bài. C ần chú ý các phản ứng trường hợp chuyển vị có thể xảy ra cũng Ở dạng bài tập này tương đối khó với như sự tách H ở giai đoạn cuối cùng tạo học sinh, vì các em phải dự đoán được cơ sản phẩm. chế của phản ứng và sản phẩm tạo thành Ví dụ 1: Trình bày cơ chế của phản ứng XÂY DỰNG BÀI TẬP BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HOÁ HỌC DỰA TRÊN … Tiếp theo là sự tách H tạo các dien X 1, X2, X3, X4, X5 trong đó X1, X2 là đồng HO phân hình học của nhau. + − HH O → 2 ? Phân tích: Dưới xúc tác H+ tách nước tạo thành cacbocation. Cacbocation này có sự chuyển vị liên kết đôi do liên hợp. X1 X2 HO +H X3 X4 X5 Bài tập tương tự: Trình bày cơ chế Phân tích: của phản ứng Dưới xúc tác H+, cacbocation tạo thành có 2 hướng chuyển vị bền H3C CH3 Trường hợp 1: chuyể n vị nhóm metyl, OH sau đó tách H ở cacbon bậc cao hơn tạo sản a. → phẩm chính (A). Trường hợp 2: chuyển vị rút vòng 5 cạnh, sau đó tách H ở cacbon bậc cao hơn tạo sản phẩm chính (B). PHAN HUY BÃO – CAO CỰ GIÁC H3C CH3 H3C CH3 OH CH3 CH3 + + + H (A) CH3 CH3 H3C CH3 + + (B) CH3 OH CH3 C CH3 b. HO → Hỗn hợp xeton Phân tích: CH3 OH CH3 Có 2 nhóm –OH, nên H+ có khả năng C CH3 + H C CH3 tách kích vào một trong 2 nhóm OH này, CH3 CH3 HO HO tạo ra 2 cacbocation khác nhau, từ đó sự chuyển vị tiếp theo cũng khác nhau. CH3 CH3 CH3 Trường hợp 1: H+ tác kích vào nhóm CH3 C CH3 C CH3 OH ngoài vòng, tiếp theo sự tạo thành O O H cacbocation là sự chuyển vị thành vòng 6 cạnh bền. sau cùng là sự tạo thành ceton 3. KẾT LUẬN kèm theo giải phóng H+ cho môi trường. CH3 Phản ứng chuyển vị Wagner- CH3 OH CH 3 OH CH 3 Meerwein rất thường xuyên xuất hiện + H C C trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ, nhất CH3 CH3 HO là trong phản ứng khử nước các ancol hay H cộng H + vào liên kết bội. Trong các kỳ thi O O học sinh giỏi hoá học, bài tập về sự chuyển H3C CH3 CH3 H3C CH3 CH3 vị Wagner-Meerwein cũng được nhấn mạnh rất nhiều. Xây dựng được các bài tập Trường hợp 2: H+ tác kích vào nhóm sử dụng các phản ứng hữu cơ mang tên OH trên vòng, cacbocation tạo thành có sự người để tổng hợp các chất trong bồi chuyển vị nhóm metyl. Cuối cùng là sự dưỡng học sinh giỏi giúp nâng cao hiệu tách nước tạo ceton và phóng thích H + cho quả dạy học, rèn luyện tư duy cho học sinh , môi trường. làm cho học sinh hứng thú, yêu thích bộ môn hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cao Cự Giác (2010), Những viên kim cương trong hoá học , Nxb ĐHQG Hà Nội. 2. Cao Cự Giác (2011), Bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học, Tập 3: Hoá Hữu cơ, Nxb ĐHQG TP. Hồ Chí Minh. 3. Estelle K. Meislich, PhD. Herbert Meislich, Ph.D. Joseph Sharefkin, Ph.D (1994), 3000 Solved problems in Organic chemistry, Volume 2. International Editions. * Nhận bài ngày 9/1/2012. Sữa chữa xong 10/6/2012. Duyệt đăng 14/6/2012.