Bài giảng Phản ứng giữa hidro và oxi

Thí nghiệm 3Phản ứng giữa hidro và oxiH2O2++H2O2H2H2OH2OSO2Phân tử khí sunfurơ++HClZnHClZnCl2H2HCl+Zn=ZnCl2+H2OZn	cấu dạng của xiclohexandạng nghếdạng thuyềnCấu trúc electron liên kết cộng hoá trị và các liên kết yếu1.Liên kết cộng hoá trị :1.1 Sự xem phủ các Obital .Liên kết xicma và liên kết pi-Liên kết cộng hoá trị được hình thành bằng sư xem phủ của các obital nguyên tử (AO) tạo nên các obital phân tử (MO). Có hai kiểu xem phủ chính:a) Xem phủ trục : S-SSPPPsự xem phủ bênPPdpdd-Vùng xem phủ chủ yếu ở hai bên trục lk nên MO sinh ra tương đốikém bền -MO pi, lk hình thành là lk piSự lai hoá .Các liên kết đơn, đôi,baa) Lai hoá sp3b) Lai hoá sp2: Khi 1AOs tổ hợp với 2AO p tạo thành 2 AOsp2 đồng nhất nằm trên cùng một mặt phẳng,tạovới nhau những góc 120oHHHHLiên kết pic) sự lai hoá sp: Khi 1AOs tổ hợp với 1AOp tạo thành 2AO lai hoá spđông nhất có trục đối xúng nằm trên một đường thẳngH-CC-HMột số đặc điểm của liên kết công hoá trị Năng lượng liên kết : + Khi hình thành nên pht (tạo lk) từ các ngtnăng lượng được toả ra (∆H0, thu nhiệt) + Cần phân biệt khái niệm : 	năng lượng lk và năng lượng phân li liên kếtVD: CH4 : Năng lượng lkCH44H.+.C...∆H=+1659kj/mol Năng lượng phân li lkCH3 – H .CH3.+H ∆H=+435 kj/mol+CH2-H.CH2..H ∆H=+443 kj/molCH-H.CH...+.H∆H=+443 kj/molCH.......C+.H∆H=+338 kj/molLiên kết hidro1. Khái niệm : lk hidro được hình thành giữa một nhóm X p.cực và một ngt (hay nhóm ngt) Y mang cặp electron tự do nhờ tương tác tĩnh điện yếu khoảng 20-25 kj/mol2. Phân loại : CH3OHCH3OHCH3OH..........a) Liên kết hidro liên phân tử:(CH3)3N --- H-OHCH3 -CO-HOO-HOC-CH3..........b) Liên kết hidro nội phân tử III. Lực hút Van đe vanHiệu ứng cấu trúc trong phân tử hữu cơI . Hiệu ứng cảm ứng (Inductive Effect):I.1 Sự phân cực của liên kết xicmaH-H ; Cl-ClHClH3CCl;I.2 Hiệu ứng cảm ứng:HCCCClHHHHHHHiệu ứng cảm ứng âm:	 -I -OH >-F; (độ âm điện tăng) -F>-Cl >-Br > -I (kích thước ngt tăng)b-Hiệu ứng liên hợp âm: (-C): C=OC=NHC=NH2III. Hiêu ứng siêu liên hợpPhản ứng hữu cơI Phân loại phản ứng hữu cơ :I.1.Phản ứng thế S (Substitution): là p. ư trong đó một ngt hay nhómngt trong pht được thay thế bằng ngt hay nhóm ngt khác.	VD : 	CH3-H + Cl-Cl CH3Cl + HClI.2 Phản ứng cộng A (addition): Là p. ư trong đó hai pht kết hợp với nhau tạo thành một pht mớiVD : CH2= CH2 + Br – Br Br – CH2 – CH2- BrCH2 = O + H - HCH3 - OHI.3 Phản ứng tách E :Elimination: Là p. ư làm cho 2 ngt hay nhóm ngt tách ra khỏi pht mà không có ngt hay nhóm ngt thay thếVD : H-CH2- CH2 - HCH2 = CH2H – CH2 – CH2 -OHCH2 = CH2 + HOHII.Các kiểu phân cut liên kết cộng hoá trị và các tiểu phân trung gianII.1 Sự phân cut đồng li . Gốc tự docác gốc tự do thường không bền . Những nhóm có hiệu ứng liên hợp hoặc siêu liên hợp làm tăng độ bền vì chúng giải toả mật độ e tự doC.C.C.C.H3<H2CH3<H(CH3)2<(CH3)3C.C.C.H2CH3<H2C=CH2 <H2C6H5 2. Sự phân cut dị li .Cacbocation và Cacbanionsự phân cắt dị li ở phía ngt cacbon:sẽ tạo ra một cation mà điện tích chủ yếu ở ngt C . Gọi là cabocation . Kí hiệu là : R+Đặc điểm : cacbocation không bền. độ bền tăng lên khi có nhóm thế đẩy e là giải toả bớt điện tích dương b) Sự phân cắt dị li ở phía ngt X : Sẽ tạo ra một anion mang điện tích âm gọi là cacbanion KÍ hiệu là : R –Đặc điểm : không bền .độ bền tăng lên khi có nhóm thế hut e làm phân cực điện tích âm Khác với gốc tự do và cacbocation ,cacbanion có cấu trúc hình tháp như amin bậc ba III.Trạng thái chuyển tiếp Năng lượng hoạt hoá : là năng lượng cần thiết đẻ dưa hệ ph.ư lên trạng thái “kích thích ” ở đó có lien kết đang được hình thành và có liên kết bị đứt ra - trạng thái kích thích đó là trạng thái chuyển tiếp hay cong gọi là phức chất hoạt động Năng lượng hoạt hoá không phải là năng lượng phân li liên kết thành các ngt hay gốc tự do cũng không phải là năng lượng ion hoá phân tử thành cation và anionTTĐTTCTTTCTTĐTTCTTTCEETiến trình phản ứng phát nhiệt Tiến trình phản ứng thu nhiệtIV.Tác nhân electronphin và tác nhân nucleophinV. Khái niệm về cơ chế phản ứng Cơ chế của ph. ư hoá học là con đường chi tiết mà hệ các chất phải đi qua để tạo ra sản phẩm . Có ba loại cơ chếphản ứng chínhCơ chế gôc tự do R : Radical = gốc	a- SR phản ứng thế theo cơ chế gốc : clo hoá CH4 xt as 	b- AR Phản ứng cộng theo cơ chế gốc : 	cộng HBr vào CH2=CH22. Cơ chế electronphin : E : eclectrophilic= electronphin	a – SE phản ứng thế theo cơ chế gốc : nitro hoá Benzen bằng hh HNO3+ H2SO43. Cơ chế nucleophin N : nucleophilic = nucleophin	a- AN phản ứng cộng theo cơ chế nucleophin:Cộng HCN vào CH3CH=O (sp trung gian là một anion)	b-SN phản ứng thế theo cơ chế nucleophinSN 1 : cơ chế hai giai đoạn đơn phân tử : tert-C4H9Br Tác dụng với dd NaOH loãngSN2 : cơ chế một giai đoạn lưỡng phân tử :CH3- I tác dụng Dd NaOH đ đ SN2(CO) thế kiểu công rồi tách như ở các axit cacboxylicC-E1 và E2: phản ứng tách nuceophin đơn và lưỡng Pht b-AE phản ứng cộng theo cơ chế electrophin : cộng HBr vào CH2=CH2 khi không có mặt oxi và H2O2CHƯƠNG III : HIĐROCACBON NOHidrocacbon no là loại hidro trong phân tử chỉ có liên kết xicma,ngt C ở trạng thái laihoá sp3Ankan : hiđrocacbon no mạch hở ctpht tổng quát là CnH2n+2(n≥ 1) đơn giản nhất là CH4 các hợp chất trong dãy đồng đẳng chỉ hơn kém nhau một vài nhóm metylenXycloankan : là những hiđrocacbon no mạch vòng .nếu chỉ có một vòng ctpht CnH2n (n≥3)Gốc hiđrocacbon hay nhóm hiđrocacbon là phần còn lại của pht hiđrocacbon sau khi bớt đi một số ngt H ,nhưng vẫn đang tồn tại trong phân tử ở trạng thái liên kết và không mạng e tự do như gốc tự do . Các gốc hoá trị một tương ứng là ankyl và xycloankylCH3 –CH2-CH3IIIICH3-CH-CH3CH3IIICH3- C – CH3CH3CH3IVBậc của ngt C :ANKANI - đồng phân ,danh pháp và cấu trúc	I.1 Đồng phân cấu tạo : 	từ C1 đến C3 không có đồng phân, từ C4 trở đi có đồng phân mạch C,từ C7 nếu xuất hiện C* thì có hiện tượng đp quang học I.2 danh pháp :	- danh pháp thường 	- danh pháp hệ thống (IUPAC)	- danh pháp nửa hệ thốnga) ChiralityRotate the molecule onthe right 180°.Iodine doesnot align.ChiralityRotate the molecule onthe right 180°.Iodine doesnot align.ChiralityIf a substance rotates the light clockwise (as you look at the source) it is called Dextrorotatory and the symbol (+) is placed in front of its name.Enantiomers that rotate the light in the opposite direction are called Levorotatory and have the symbol (-).ChiralityImportance of Chirality.The body (and indeed Nature) is filled with chiral molecules, especially enzymes, which will only react with molecules of the same chirality.Think of shaking hands.It must be done left to right or it won’t work.Chirality - ExamplesChirality - ExamplesMinus sugar: The enantiomer of sucrose tastes just as sweet, but it cannot be broken down by the body!Unfortunately it must be made by chemists and not plants so it is expensive!Chirality - ExamplesSucrose and its mirror image. OOOOHCH2OHHOHOHOCH2OHCH2OHHOOOOCH2OHOHOHOHCH2OHOHHOHOCH2Chirality - ExamplesLindane - a common insecticide.Chirality - ExamplesIbuprofen: Sold as a mixture of the two enantiomers.Only one is biologically active!Chirality - ExamplesLook at this compound. Can it be chiral?Chirality - ExamplesRemember the rule for chirality is that a carbon must be bound to four different groups.Chirality - ExamplesRemember the rule for chirality is that a carbon must be bound to four different groups.Chirality - ExamplesRemember the rule for chirality is that a carbon must be bound to four different groups.Four!Chirality - ExamplesWhat would these isomers look like?Chirality - ExamplesWhat would these isomers look like?Chirality - ExamplesWhat would these isomers look like?ChiralityThere is no real need to draw the reflection to ascertain the structure of the two enantiomers.Chiral compounds exist because of the differing positions of the four groups in space.Switching two of the groups will produce the enantiomer for simple systems.ChiralityDraw one enantiomer.ChiralityThen change the orientation of the groups.ChiralityThese two molecules are now non-superimposable.ChiralityThis only makes enantiomers for compounds containing one chiral carbon.Remember enantiomers are non-superimposable mirror images.Let us look at an example that demonstrates this.ChiralityLet’s look at Peppermint:This molecule can be chiral as there is a carbon which has four different groups attached.ChiralityLet’s look at Peppermint:This molecule can be chiral as there is a carbon which has four different groups attached.This is indicated by the presence of a star (Asterisk).ChiralityHere the four groups are in differing positions in space.The molecules are not super imposable.And they would bend polarised light.But they are NOT enantiomers!ChiralityEnantiomers are mirror images.These two molecules are not mirror images!ChiralityDraw the mirror image of the molecule on the left and compare it.ChiralityIf you flip the reflected molecule you can attempt to superimpose the two.ChiralityIt appears that the two molecules on the right of this slide are the same .ChiralityThey are not the same because there is another chiral carbon in the molecule.ChiralityThe top methyl group is bound to a carbon that has four different groups.Scrambling of the bonds to one of the chiral carbons does not produce a mirror image (ie an enantiomer).ChiralityTake the molecule on the left and make its mirror image. OHHCH3H**ChiralityTake the molecule on the left and make its mirror image. OHHCH3H** HHOCH3H**ChiralityFlipping the reflection does not give a super-imposable compound! OHHCH3H** CH3HHOH**ChiralityFlipping the reflection does not give a super-imposable compound!The methyl groupsdo not line up. CH3HHOH**ChiralityThese are examples of yet another type of isomer!They are optically active (ie chiral).But they are not mirror images.They are called diasteriomers.ChiralityThe situation is actually a little more complex as there is another chiral carbon in the molecule.Can you find it?For ‘n’ chiral carbons in a molecule there are up to ‘2n’ optical isomers.Chirality CH3HHOH** CH3HHOH**Chirality - RacematesWhat happens when HBr is added to the alkene 1-butene?An addition reaction occurs.The product is 2-bromobutane.(The Markovnikov product)Is the product optically active?Chirality - RacematesThe result is an addition which gives a chiral carbon.Chirality - RacematesThe result is an addition which gives a chiral carbon.Chirality - RacematesBut in fact the addition can occur from either side!Both compoundsare optically active,but the mixture is not.Chirality - RacematesA mixture that contains both enantiomers is called racemic.Most chemical reactions produce racemic mixtures.Most biochemical reactions produce only one optical isomer and are not racemic.Chirality - ReviewCompounds can be chiral if there is a carbon which has four different groups.Chiral compounds are said to be optically active as they can rotate the plane of polarised light.Enantiomers are non super-imposable mirror images.Chirality - ReviewDiasteriomers are optically active compounds which are not mirror images of each other.Diasteriomers must have at least two chiral carbons.