Bài giảng Các loại phản ứng trong hóa hữu cơ

www.themegallery.comCác loại phản ứng trong hóa hữu cơ www.themegallery.comI. PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG HỮU CƠCó nhiều phương pháp phân loại phản ứng như:	- Theo sự phân cắt liên kết	- Theo hướng phản ứng	- Theo giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng	- Theo bản chất tác nhân phản ứngwww.themegallery.comPhản ứng thế: (Substitution)	Là phản ứng trong đó một nguyên tử hay một nhóm nguyên tử trong phân tử được thay thế bằng nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác.	Tổng quát: R-X + Y → R-Y + A	X: nhóm bị thế	Y: nhóm thế Một số phản ứng thế thông dụng: halogen hóa, nitro hóa, sulfonic hóa, alkyl hóa, aryl hóa, acyl hóa.Vd: CH3–H + Cl–Cl  CH3–Cl + HCl I. PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG HỮU CƠwww.themegallery.com2. Phản ứng cộng hợp: (Addition) 	Là phản ứng trong đó hai phân tử (hoặc ion) kết hợp với nhau thành một phân tử (ion) mới.Thường xảy ra các hợp chất có nối đôi, nối ba. Phản ứng xảy ra có sự thay đổi trạng thái lai hóa của nguyên tử C.Vd:	CH3-C≡CH + H2O → CH3-CO-CH3	CH2=CH2 + HBr → CH3-CH2Br	 	CH3-CH2-CH=CH2 + H2O → CH3-CH2-CHOH-CH3	CH3-CH=O + HCN → CH3-CH(CN)-OH	I. PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG HỮU CƠwww.themegallery.com3. Phản ứng tách loại (Elimination)	Phản ứng làm 2 nguyên tử hay nhóm nguyên tử tách ra khỏi một phân tử.	- Phản ứng làm thay đổi trạng thái lai hóa của nguyên tử .CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O	Br-CH2-CH2-Br + Zn → CH2=CH2 + ZnBr2.4. Phản ứng chuyển vị:	Trong phản ứng có sự chuyển chổ một hay nhóm nguyên tử gọi là sự chuyển vị.	Phản ứng có sự chuyển vị trong phân tử gọi là phản ứng chuyển vị.I. PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG HỮU CƠwww.themegallery.com	Tùy theo bản chất liên kết có thể bị cắt đứt theo kiểu dị ly hoặc đồng ly.	1. Sự cắt đứt dị ly:	A|÷B → A+ + B- hoặc A÷|B → A- + B+	A+, B+: carbocation, A-, B-: carbanion	Carbocation và carbanion tham gia các phản ứng thế, tách loại và cộng hợp: cơ chế điện tử	2. Sự cắt đứt đồng ly:	A÷B → A. + B.	A., B. các gốc tự do, tham gia phản ứng theo cơ chế gốc.II. CÁC KIỂU PHÂN CẮT LIÊN KẾT CHT. CÁC TIỂU PHÂN TRUNG GIAN KÉM BỀN CỦA PHẢN ỨNGwww.themegallery.comTác nhân ái điện tử (tác nhân electrophin): mang điện tích + H+ Cl+ NO2+ R+ acid LewisTác nhân ái nhân (tác nhân nucleophin): mang điện tích – hay có cặp e tự do OH- Cl- -NH2 R-OH base LewisTác nhân gốc tự do : chứa điện tử độc thân Br. R. III. CHẤT ELECTROPHIN VÀ CHẤT NUCLEOPHINwww.themegallery.comIII. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓAVận tốc phản ứng : sự biến thiên chất phản ứng theo thời gian v= - d [A] / dt = k[A]m[B]n k= hằng sốBậc của phản ứng: v= k [A] phản ứng bậc 1 v= k[A] [B] phản ứng bậc 2Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, nồng độ, chất xúc tác, năng lượng hoạt hóa.mA + nB +  n’A + m’B + www.themegallery.comIII. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓAPhản ứng tỏa nhiệtwww.themegallery.com1. Phản ứng thế: (Substitution)a. Phản ứng thế ái nhân SN: Theo 2 cơ chế:Lưỡng phân tử SN2Đơn phân tử SN1Cơ chế SN2:	Tốc độ phản ứng phụ thuộc nồng độ của 2 chất phản ứng.	Phản ứng xảy ra một giai đoạn.	Trạng thái chuyển tiếp giữa chất phản ứng và tác nhân ái nhân Y--đây là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng.	Ví dụ: CH3Cl + HO- → CH3OH + Cl-	Phương trình tốc độ phản ứng:  = k [CH3OH][HO-]	Sản phẩm có sự nghịch đảo cấu hình.IV. CƠ CHẾ PHẢN ỨNGwww.themegallery.comCơ chế SN2www.themegallery.com	Cơ chế SN1:	Phương trình tốc độ phản ứng phụ thuộc nồng độ của chất phản ứng.	Phản ứng xảy ra 2 giai đoạn	Giai đoạn tạo carbocation R+ là giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng.	Ví dụ: HO- + (CH3)3C-Br → (CH3)3C-OH + Br-	Phương trình tốc độ phản ứng  = k [(CH3)3-Br]	Giai đoạn chậm: (CH3)3C-Br → (CH3)3C+ + Br-	Giai đoạn nhanh: (CH3)3C+ + HO- → (CH3)3-OH	Phản ứng theo cơ chế SN1 có sự racemic hóa.www.themegallery.comCơ chế SN1:www.themegallery.com	* Trong R-X, nếu X gắn trực tiếp vào C bậc nhất RCH2-X thì phản ứng xảy ra chủ yếu theo SN2.	* Trong R-X, nếu X gắn trực tiếp vào C bậc ba R3C-X thì phản ứng xảy ra chủ yếu theo SN1.	* Trong R-X, nếu X gắn trực tiếp vào C bậc hai R2CH-X thì phản ứng xảy ra theo SN1 hay SN2 tùy thuộc vào cấu trúc hoặc dung môi.	* Dung môi ảnh hưởng đến cơ chế phản ứng.	- DM phân cực → ưu tiên theo SN1.	- DM không/ít phân cực → ưu tiên theo SN2.Yếu tố ảnh hưởng : www.themegallery.comPhản ứng ester hóawww.themegallery.comPhản ứng thế ái nhân trên nhân thơmNếu trên nhân thơm có mang nhóm thế rút điện tử như –NO2 ở vị trí ortohay para thì phản ứng xảy ra dễ dàngwww.themegallery.comb. Phản ứng thế ái điện tử SE:- Chủ yếu xảy ra ở các hydrocarbon thơm và dị vòng thơm.- Tác nhân ái điện tử Y+ là những tác nhân có orbital trống như các ion dương (+NO2, Br+) hoặc những hợp chất có orbital chưa chất đầy (SO3, CO2).Phản ứng thế ái điện tử xảy ra nhiều giai đoạn:- Giai đoạn tương tác giữa E+ và Ar-H để tạo phức .- Giai đoạn chuyển từ phức  sang phức .- Giai đoạn tạo sản phẩm cuối cùng.www.themegallery.comPhản ứng Brom hóawww.themegallery.comQuy tắc Hollemann:Nhân thơm mang nhóm thế lọai Iwww.themegallery.comNhân thơm mang nhóm thế lọai IIwww.themegallery.com	c. Phản ứng thế gốc tự do SR:	Phản ứng thế theo gốc tự do là phản ứng dây chuyền có 3 giai đoạn.	- Giai đoạn khơi mào.	- Giai đoạn phát triển mạch và tạo sản phẩm.	- Giai đoạn tắt mạch và kết thúc phản ứng.Ví dụ: Phản ứng clo hóa alkan:	- Khơi mào: 	Cl-Cl → Cl. + Cl.	- Phát triển mạch: 	R-H + Cl. → R. + HCl	R. + Cl-Cl → Cl. + R-Cl 		- Tắt mạch và kết thúc phản ứng: 	R. + R. → R-R	Cl.+ Cl. → Cl-Cl	www.themegallery.comPhản ứng clo hóa metan Phản ứng ở thể khí có xúc tác ánh sáng hay peroxydwww.themegallery.com2. Phản ứng cộng hợp: (Addition)	a. Phản ứng cộng hợp ái điện tử AE:	Hợp chất có liên kết đôi, ba 	Qua các giai đoạn:	- Giai đoạn tạo tác nhân ái điện tử E+ (từ E-Y)	- Tương tác của E+ với chất phản ứng tạo carbocation R+	- Tương tác giữa carbocation R+ và Y- tạo sản phẩm.* Giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng là giai đoạn E+ tương tác với chất phản ứng.	Dung môi và cấu tạo phân tử E-Y ảnh hưởng đến quyết định sự hình thành tác nhân ái điện tử E+.	www.themegallery.comCơ chế phản ứng A Ewww.themegallery.comCộng hợp trên nối đôi liên hợpCộng 1;2 Cộng 1;4www.themegallery.comb. Phản ứng cộng hợp ái nhân AN:	- thường xảy ra giữa tác nhân ái nhân Y- với các hợp chất có nối đôi C=O, C=N 	Các giai đoạn của phản ứng:	- Tác nhân Y- tấn công vào trung tâm mang điện tích dương trên C của nhóm carbonyl (C=O ↔ +C-O-) tạo thành ion mang điện tích âm trên O.	R-CH=O + Y- → R-CHY-O-	- Ion âm sẽ kết hợp với ion dương (H+) tạo sản phẩm cuối cùng.	R-CHY-O- + H+ → R-CHY-OH	www.themegallery.com	Ví dụ: Phản ứng cộng HBr vào propylen:	CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CHBr-CH3	 	H-Br → H+ + Br-	Quy tắc Markonikofwww.themegallery.comCơ chế cộng hợp ái nhân AN:www.themegallery.comĐiện tích dương trên nguyên tử C càng lớn thì khả năng phản ứng càng cao.Xúc tác H+ làm tăng sự phân cực nhóm C=Owww.themegallery.comc. Phản ứng cộng gốc tự do A R:Cơ chế phản ứng (Qui tắc Kharasch)www.themegallery.com. Phản ứng tách loại:Theo 2 cơ chế:	- Lưỡng phân tử E2	- Đơn phân tử E1	a. Tách loại E2:	Các giai đoạn:	- Tương tác của một base mạnh với chất phản ứng tạo trạng thái chuyển tiếp	- Sự tách loại xảy ra và tạo sản phẩm có liên kết đôi.	Ví dụ: Phản ứng tách loại HBr từ etylbromid.www.themegallery.comCơ chế E 2www.themegallery.com	b. Tách loại E1:	Các giai đoạn:	- Chất phản ứng tạo carbocation R+ là giai đoạn chậm	- Tách H+ và tạo nối đôi là giai đoạn nhanh.	Ví dụ: Tách HBr của 2-bromo-2,3-dimetylbutan.www.themegallery.comCơ chế E 1www.themegallery.comYếu tố ảnh hưởngChất phản ứng bậc càng cao dễ cho E 1Dung môi càng phân cực thì ưu tiên cho E 1Sự cạnh tranh giữa SN 1 và E 1 điều kiện khó khăn( như to cao ) dễ cho phản ứng tách lọaiwww.themegallery.comQuy tắc ZaisevAlken có nhiều nhóm thếwww.themegallery.comQuy tắc IngoldE 2 xảy ra khi 2 nhóm tách lọai ở vị trí transwww.themegallery.comQuy tắc Barton2 nhóm tách lọai ở cấu dạng trans