Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Hóa học Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học thpt chuyên đề hiệu ứng cấu trúc...

Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học thpt chuyên đề hiệu ứng cấu trúc

.DOC
18
2456
137

Mô tả:

HIỆU ỨNG CẤU TRÚC MỞ ĐẦU Hiểu biết về các loại hiệu ứng cấu trúc sẽ giúp ta giải quyết được nhiều bài tập có liên quan đến cấu trúc, tính chất và khả năng phản ứng của hợp chất hữu cơ như: So sánh tính axit bazơ, so sánh khả năng phản ứng, xác định được các sản phẩm tạo thành … NỘI DUNG I. HIỆU ỨNG ELECTRON 1.1 Bản chất Hiệu ứng electron là phương pháp truyền ảnh hưởng của electron hay sự phân bố lại electron trong phân tử do ảnh hưởng về độ âm điện khác nhau của các nguyên tố hay nhóm nguyên tố. Hiệu ứng electron bao gồm các hiệu ứng cảm ứng, liên hợp, siêu liên hợp … 1.2 Hiệu ứng cảm ứng 1.2.1 Khái niệm Sự dịch chuyển mật độ electron dọc theo mạch liên kết  trong phân tử gây ra bởi sự chênh lệch về độ âm điện được gọi là hiệu ứng cảm ứng, được kí hiệu bằng chữ I và được chỉ bằng mũi tên thẳng hướng về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn: Ví dụ ảnh hưởng của hiệu ứng cảm ứng của nguyên tử clo đến tính axit của nhóm COOH: axit CH3-CH2-CH2-COOH Ka = 1,54.10-5 axit CH3-CH2-CHCl-COOH Ka=1,39.10-3 ở 250C Ví dụ về ảnh hưởng của các nhóm thế khác nhau: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 : n – butan HCOOH có pKa = 3,7 ; CH3 – COOH có pKa = 4,7; HO – CH2 – COOH có pKa = 3,0; C2H5COOH có pKa = 4,9 Cl – CH2 – COOH có pKa = 2,9. Trong phân tử butan chỉ có hai nguyên tử C và H. Hai nguyên tố này có độ âm điện gần bằng nhau. Cho nên các liên kết xíchma trong phân tử hầu như không phân cực. Nguyên tử H không gây ra hiệu ứng. Người ta lấy hiệu ứng của H bằng không để so sánh với các trường hợp. Các thí dụ trên khi thay thế nguyên tử H ở axit fomic bằng nhóm nguyên tử khác sẽ nhận các axit có độ axit khác nhau. Thay H bằng nhóm -CH3 và –C2H5. Tính axit giảm so với axit fomic. Theo lý thuyết điện tử nhóm –CH3 và –C2H5 không phải là nhóm đẩy điện tử hoá trị ra khỏi mình về phía nhóm –COOH, làm cho liên kết O – H giảm sự phân cực so với nhóm O – H trong HCOOH. H khó phân ly ra nên tính axit giảm. H H C H C O H H O H H C C C H H O O H pKa của axit propionic lớn hơn pKa của axit axetic. Điều này chứng tỏ nhóm etyl đẩy mạnh hơn nhóm metyl. Hai axit cuối cùng trong phân tử có nguyên tố Oxy và Clo là hai nguyên tố có độ âm điện lớn. Chúng có khả năng hút các điện tử liên kết khác về mình. Do đó cặp điện tử liên kết O – H bị lệch về phía Oxy nhiều hơn, liên kết O – H trở nên phân cực mạnh hơn so với axit fomic, … Sự phân ly H mạnh hơn nên độ axit tăng lên. 1.2.2 Phân loại Khi phân loại hiệu ứng cảm ứng dựa vào độ âm điện người ta phân loại như sau:liên kết C—H không khác nhau nhiều nên liên kết C-H được quy ước có I =0. Từ đó người ta có thể chia hiệu ứng cảm ứng thành 2 loại: - Hiệu ứng cảm ứng dương: Nguyên tử khuynh hướng nhường điện tử mạnh hơn hydrogen (độ âm điện nhỏ) cho hiệu ứng cảm ứng dương +I - Hiệu ứng cảm ứng âm: Nguyên tử hút điện tử mạnh hơn hydrogen (độ âm điện lớn) mang hiệu ứng cảm ứng âm -I Các nhóm mang điện tích dương có hiệu ứng –I. Các nhóm mang điện tích âm có hiệu ứng +I. Điện tích càng lớn thì hiệu ứng cảm ứng càng mạnh.Các nhóm nguyên tử mang điện tích có hiệu ứng I mạnh hơn các nhóm trung hòa. Trong phân nhóm chính của bảng tuần hoàn thì –I giảm từ trên xuống dưới. -F > -Cl > -Br >-I. -OR > -SR >- SeR Trong một chu kì của bảng tuần hoàn thì –I tăng từ trái qua phải : -N(R)2 < -OR < -F  Quy lực trên cho thấy độ âm điện càng lớn thì hiệu ứng –I càng mạnh. Các nhóm ankyl có hiệu ứng +I và tăng dần: - CH3 < -CH2CH3 < -CH(CH3)2 < C(CH3) Các nhóm không no mang hiệu ứng –I và tăng theo độ không no R-CC- > - C6H5 > (R)2C=CHiệu ứng cảm ứng giảm theo chiều dài mạch cacbon. Điều này chứnh minh qua hằng số phân ly Ka của các axit chứa nhóm thế ở vị trí khác nhau. Chúng ta có thể thấy ảnh hưởng của số lượng nhóm CH3 đến tính axit của 4 axit: Ka HCOOH CH3COOH CH3CH2COOH 1,72.10-4 1,76.10-5 1,34.10-5 (CH3)3COOH 9,4.10-6 1.2.3 Đặc điểm: Hiệu ứng cảm ứng giảm nhanh khi tăng chiều dài của mạch truyền (mạch nhiều liên kết  ). Hiệu ứng cảm ứng không phụ thuộc và sự án ngữ không gian Ví dụ 1:Sắp xếp các nhóm nguyên tử sau theo chiều tăng dần hiệu ứng –I (R liên kết trực tiếp với S trong các nhóm) -SH (1) -SO2R (2) -SOR (3) Thảo luận (1)<(3)<(2) Ví dụ 2: 1. Sắp xếp (có giải thích) theo trình tự tăng dần tính axit của các chất trong từng dãy sau: a) Axit: benzoic, phenyletanoic, 3-phenylpropanoic, xiclohexyletanoic, 1-metylxiclohexan-cacboxylic. b, COOH N (A) COOH ; N (B) CH2COOH COOH ; ; (C) (D) 2. Sắp xếp (có giải thích) theo trình tự tăng dần nhiệt độ nóng chảy của các chất sau: COOH ; S COOH COOH ; N (A) (C) (B) 3. Có 5 lọ đựng riêng biệt các chất: cumen hay là isopropylbenzen (A), ancol benzylic (B), anisol hay là metyl phenyl ete (C), benzanđehit (D) và axit benzoic (E). Hãy sắp xếp thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi, giải thích. Thảo luận: 1. a) +I2 H3C COOH CH2COOH +I1 < < +I1 -I1CH2CH2COOH < CH2COOH -I2 < < -I1 +I2 COOH -I3 < -I2 < -I3 Các gốc hiđrocacbon có hiệu ứng +I lớn thì Ka giảm và -I lớn thì Ka tăng b) -I1 CH2COOH < COOH -I2 (D) Vì: < (C) C O H O (A) -C3 N -I3 COOH -I4 < N -C4 (B) - I1 < - I2 nên (C) có tính axit lớn hơn (D). (A) và (B) có N nên tính axit lớn hơn (D) và (C) (A) có liên kết hiđro nội phân tử làm giảm tính axit so với (B). 2. Tăng dần nhiệt độ nóng chảy của các chất: COOH COOH COOH Vì: M C < MA. < (C) S (A) < 3. Thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi : N (B) (B) có thêm liên kết hiđro liên phân tử với N của phân tử khác. (CH3)2CHC6H5 < C6H5OCH3 < C6H5CH=O < C6H5CH2OH < ( A)  (C)  -Phân cực -Phân cực (yếu hơn C) (yếu hơn D) (D)  (B)  C6H5COOH (E)  -Phân cực -Phân cực -Phân cực -Không có -Có liên kết -Có liên kết -Không có liên kết hiđro liên hiđro liên liên kết liên kết hiđro . phân tử (yếu phân tử mạnh hiđro . hiđro . -Không có hơn của E ) .  A , B , C , D , E có khối lượng phân tử xấp xỉ nhau . 1.3 Hiệu ứng liên hợp 1.3.1 Bản chất: Hiệu ứng liên hợp: là sự phân cực các liên kết pi lan truyền trong hệ liên hợp (biểu thị bằng mũi tên cong), kí hiệu là C Các loại hệ liên hợp thường gặp: Hệ liên hợp -, Khi các liên kết bội ở cách nhau đúng 1 liên kết đơn thì tạo thành 1 hệ liên hợp gọi là hệ liên hợp -, ví dụ: Hệ liên hợp -p, Khi 1 liên kết bội ở cách 1 obitan p có cặp electron một liên kết đơn thì tạo thành 1 hệ liên hợp gọi là hệ liên hợp -p, ví dụ: 1.3.2 Phân loại - Hiệu ứng liên hợp dương (+C): Hầu hết có nguyên tử có cặp electron p tự do, hoặc nối đôi liên kết với hệ nối đôi khác âm điện hơn. Ví dụ: Các nguyên tử hay nhóm nguyên tử có cặp điện tử chưa sử dụng ion mang điện tích âm đều mang hiệu ứng +C . - O, -S, -N(R)2, -OR, -SH, -SR,-SeR,-NH2, -NH-CO-R,-F,-Cl,-Br,-I. Các ion mang diện tích âm co +C mạnh hơn các nguyên tử trung hòa: - O->OR, -S- >-SR. Trong một chu kì của bản tuần hoàn, +C giảm từ trái sang phải (hiệu ứng +C giảm khi độ âm điện càng lớn). -N(R)2 > -OR > - F Trong cùng một phân nhóm chính,+C giảm từ trên xuống dưới (khả năng xen phủ opitan p của halogen với opitan  của cacbon trong hệ liên hợp càng giảm khi kích thước của halogen càng lớn). -F > -Cl > -Br > -I , -OR > -SR > SeR. - Hiệu ứng liên hợp âm (-C): Là các nhóm không no hút electron: -NO2,-C=O, -C≡ N, … Hiệu ứng liên hợp âm (-C): gồm các nguyên tử, nhóm nguyên tử cho –C thường là những nhóm có liên kết pi. .. HO O C .O. H NO2, COOH, CHO, CONH, C  N, COR, -SO3H. Trong đó: C = O > C = NR > C = CR2 NO2 > CN > CHO > COOH Các nhóm này có hiệu ứng –C và hiệu ứng –I cùng chiều nhau, trường hợp này hiệu ứng được tăng cường. Cũng như hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng liên hợp mạnh ở những nguyên tử có độ âm điện lớn, … nhóm nguyên tử có độ âm điện mạnh hơn sẽ chi phối chiều của hiệu ứng. +C -C NH2 NO2 CH3 - O - CH = CH2 +C -C -C +C Đối với nhóm có điện tử càng lớn thì hiệu ứng –C càng mạnh. Chúng thường có cấu tạo dạng C=Z Nếu Z có độ âm điện càng cao thì –C càng lớn Đối với các nhóm tương tự, nhóm nào mang điện tích dương thì có hiệu ứng –C càng lớn Lưu ý: có một số nhóm như vinyl và phenyl dấu của hiệu ứng liên hợp không cố định, tuỳ thuộc vào bản chất nhóm thế mà chúng liên kết - Cách phân loại khác: Hiệu ứng liên hợp tĩnh và hiệu ứng liên hợp động Hiệu ứng liên hợp tĩnh: có sẵn trong phân tử. Hiệu ứng liên hợp động: do tác động bên ngoài hoặc sinh ra trong các tiểu phân trung gian của. 1.3.3 Đặc điểm Hiệu ứng liên hợp ít biến đổi khi tăng chiều dài của mạch liên hợp Hiệu ứng liên hợp chỉ có hiệu lực trên hệ phẳng nghĩa là phụ thuộc vào sự án ngữ không gian Ví dụ 1 Sắp xếp các chất sau theo trình tự tăng dần tính bazơ. Gi¶i thÝch. N N A B N C Thảo luận Thø tù t¨ng dÇn tÝnh baz¬: ANsp3 nªn kh¶ n¨ng nhêng cÆp e sÏ gi¶m. MÆt kh¸c B,D cã 2 nh¸nh hidrocacbon cã +I lµm t¨ng mËt ®é e trªn N. - B CH2=CH-CH2-CH=CH2 pentađien- 1,4 Vì: Pentađien-1,3 có hiệu ứng liên hợp làm tăng độ phân cực, nên lực hút giữa các phân tử tăng. Ví dụ 3 So sánh khả năng tham gia phản ứng thế electrophin trong nhân benzen của các chất sau: Thảo luận Khả năng tham gia phản ứng thế electrophin trong nhân benzen của các chất được xếp như sau: Khả năng tham gia phản ứng thế electrophin trong nhân benzen của các chất phụ thuộc vào mật độ điện tử trong nhân thơm. Các nhóm thế đẩy electron làm tăng mật electron trong nhân thơm, và có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng. Ngược lại những nhóm thế hút electron sẽ làm giảm mật độ electron trong nhân thơm và do đó làm giảm khả năng phản ứng. - Nhóm –NO2 hút điện tử mạnh nhất theo hiệu ứng –C, -I làm giảm mật độ electron trong nhân thơm nhiều nhất làm cho khả năng tham gia phản ứng của chất thếp nhất. Tiếp theo là nhóm –COOCH3, hút điện tử nhân thơm theo hiệu ứng –I, -C cũng làm giảm khả năng phản ứng so với benzen. Nhóm –Cl hút điện tử theo hiệu ứng –I, yếu hơn 2 nhóm trên, nên khả năng tham gia phản ứng của dẫn xuất cao hơn. - Nhóm –CH=CH2 có khả năng ổn định cation trung gian của quá trình phản ứng cũng được xếp vào nhóm làm tăng tốc độ phản ứng so với benzen. Nhóm –CH 3 đẩy điện tử theo hiệu ứng +H và +I làm cho tốc độ phản ứng tăng lên. Nhóm –OCOCH 3 vẫn làm nhóm đẩy điện tử theo hiệu ứng +C do nguyên tử oxi no liên kết trực tiếp với vòng thơm, cũng làm tăng tốc độ phản ứng. Tuy nhiên do có nhóm C=O bên cạnh, làm cho khả năng đưa điện tử vào nhân thơm yếu hơn so với nhóm –OCH 3. Nên chất có chứa nhóm -OCH3 có khả năng tham gia phản ứng mạnh nhất. 1.4 Sự liên hợp  -  1.4.1 Định nghĩa. Hiệu ứng siêu liên hợp là hiệu ứng liên hợp của các liên kết C-H hoặc vòng no nhỏ với các liên kết bội C=C, C≡C cách các liên kết C-H hoặc vòng no nhỏ 1 liên kết đơn. Đây là hiệu ứng đặc biệt, có thể nói là trường hợp riêng, trường hợp mở rộng của hệ liên hợp theo kiểu  - . Hiệu ứng này chỉ cho trường hợp liên kết CH cách liên kết  một liên kết  (hiệu ứng cảm ứng  -  , liên hợp  - , n - , siêu liên hợp  - ). Thí dụ: H H H C CH H CH2 H C C C H H O CH CH2 CH3 C C N H C C H O H H H H H CH3 H H H C H Trường hợp các ion dương cũng cacboni cũng có tác dụng như nối đôi : H H C H C+ CH3 H C C+ H Ở đây chỉ có liên kết C  H được viết tách rời ra như trên mới tham gia tác dụng siêu liên hợp với điện tử pi. Obitan nguyên tử H cùng một lúc xen phủ với obitan của C liên kết và obitan pi. Các điện tử liên kết tương tác với điện tử pi gây ra hiệu ứng siêu liên hợp. Có thể biểu diễn sự tác dụng siêu liên hợp như sau: H H H C CH H CH2 H H H C C H O H H C H C N H C + C H Kết quả tương tác liên hợp này độ dài liên kết CC gần liên kết pi ngắn hơn trường hợp bình thường và đặc biệt là hiđro ở CH trở nên linh động thể hiện trong các phản ứng ancol hoá và các phản ứng khác. Để chứng minh sự có mặt tương tác gây ra hiệu ứng siêu liên hợp chúng ta phân tích một số thí dụ sau: CH3  CH = CH  C2H5 + HCl  Theo hiệu ứng cảm ứng nhóm C 2H5 cho hiệu ứng +I mạnh hơn nhóm CH 3 vì vậy sản phẩm cộng hợp là: CH3  CH = CH  C2H5 + HCl  CH3  CH2  CHCl  C2H5 Nhưng thực nghiệm nhận được nhóm CH3 > C2H5 nên: CH3  CH = CH  C2H5 + HCl  CH3  CHCl  CH2  C2H5 Như vậy, các nhóm ankyl khi gần liên kết pi gây ra hiệu ứng siêu liên hợp ngược lại hiệu ứng cảm ứng. 1.4.2 Hiệu ứng siêu liên hợp dương. Khả năng đẩy của nhóm ankyl giảm theo thứ tự: CH3 - > CH3CH2 - > - CH(CH3)2 > -C(CH3) Thứ tự đẩy điện tử trên ngược với thứ tự đẩy điện tử của hiệu ứng cảm ứng dương (+I), nguyên nhân do sự tương tác giữa các điện tử của liên kết C  - H và điện tử  của liên kết C = C, C≡C và vòng thơm. Hiệu ứng siêu liên hợp tăng theo số lượng liên kết C  - H của nhóm ankyl. H H H H C C CH2 H H C CH3 H H C 1.4.3 Hiệu ứng siêu liên hợp âm –H Còn gọi là sự liên hợp giữa liên kết C-halogen với liên kết  của C = C, C≡C, vòng thơm. F F C C H CH2 F Nhóm CF3 nối với liên kết  gây ra hiệu ứng siêu liên hợp hút điện tử. Ví dụ : F CH3 F F C F Có  =2.32D C F  =2.61D F 1.4.4 Hiệu ứng siêu liên hợp  - của liên kết vòng no và liên kết  Các hợp chất nối đôi ở vị trí  đối với vòng no 3, 4 cạnh xảy ra sự liên hợp giữa điện tử liên kết  của vòng điện tử pi của nối đôi và khi tham gia phản ứng cộng vòng sẽ bị phá vỡ, phân tử X2 cộng hợp vào vị trí 1,4 theo cơ chế cộng ái điện tử. C C C C C C C C H C C C + X2 + X2 Ví dụ 1 Hãy so sánh: Tính axit của các chất: phenol, m- NO2C6H4OH; p-NO2C6H4OH; mClC6H4OH; p-CH3C6H4OH; m-CH3C6H4OH. Thảo luận 1. Tính axit tăng theo thứ tự: OH OH OH < < OH CH3 CH3 +I, +H +I, +H < < .. Cl < NO2 -I, +C yếu (gián tiếp) OH OH -I mạnh yếu (gián tiếp) NO2 -I mạnh -C mạnh Ví dụ 2 So sánh nhiê êt đô ê sôi, nhiê êt đô ê nóng chảy, tính axit, bazơ, nhâ ên biết 1. So sánh tính axit của: a. b. c. Axit bixiclo[1.1.1]pentan-1-cacboxylic (A) và axit 2,2-đimetyl propanoic (B) C6H5CO2H (E), C6H5CO3H (F) và C6H5SO3H (G) COOH M COOH N OH 2. So sánh tính bazơ của: , COOH , HO P HO COOH Q N Pyridin N H N H Pyrol piperidin Thảo luận 1. a. Tính axit: A > B là do: H3C COOH COOH H3C H3C +I +I H3C COO- COO- H3C H3C Bị solvat hóa tốt hơn b. Tính axit: Bị solvat hóa kém do hiệu ứng không gian .. .. O -O-H H3C < C H3C O O -H < C .. H3C O O S OH O c. Tính axit : Q < M < P < N (Q) có tính axit yếu nhất do OH ở vị trí p có hiệu ứng + C mạnh Tính axit của (P) khá lớn do OH ở vị trí m- có hiệu ứng chủ yếu là –I Tính axit của (N) lớn nhất do HO có hiệu ứng ortho (Chủ yếu ở đây là ảnh hưởng của lk hidro nội phân tử làm tăng tính axit ở nấc 1, ở nấc 2 tính axit lại giảm) 2. Tính bazơ: > > .. N H N lai hóa sp3 N N H N lai hóa sp2 Tính bazơ của piperidin là mạnh nhất do N chịu ảnh hưởng đẩy e của 2 gốc hidrocacbon no, do đó làm tăng mật độ e trên nguyên tử N nên làm tăng tính bazơ. Với pyridin, mặc dù N lai hóa sp 2, song đôi e riêng của N có trục song song với mặt phẳng vòng thơm nên cặp e riêng này không liên hợp vào vòng, do đó đôi e riêng của N gần như được bảo toàn, do đó pyridin thể hiện tính chất của một bazơ Với pyrol, cặp e riêng của N liên hợp với 2 liên kết pi trong vòng, sự liên hợp này làm cho mật độ e trên nguyên tử N giảm mạnh, pyrol gần như không thể hiện tính bazơ. II. Hiệu ứng không gian 2.1 Định nghĩa. Là các hiệu ứng do các nhóm thế có kích thước lớn gây ra được gọi là hiệu ứng không gian. Nguyên nhân gây ra hệu ứng không gian là do kích thước các nhóm thế lớn ảnh hưởng nhau. Kích thước các nhóm, các ion lớn cồng kềnh cản trở các tác nhân khó tiếp cận nhau, khó tạo thành trạng thái chuyển tiếp trong phản ứng. Đặc biệt, các phản ứng xảy ra ở vị trí ortho của nhân benzen, ảnh hưởng không gian các nhóm thế chẳng những gây khó khăn vị trí thế vào ortho mà còn làm mất tính cấu tạo phẳng nhóm thế với nhân benzen. Do đó, phản ứng ở nhân benzen thay đổi. CH3 CH3 + N IC2H5 + (1) IC2H5 (2) N Phản ứng (1) thực hiện khó hơn phản ứng (2) do mhóm CH3 án ngữ không gian. 2.2 Hiệu ứng không gian loại I (SI). Hiệu ứng không gian loại 1 là hiệu ứng của các nhóm thế có kích thước lớn gây ra sự che chắn một nhóm chức không no cho phản ứng với phân tử khác. CH3 HO NH2 + O O CH3 CH3 HO N O + H O H CH3 Trong một phản ứng lưỡng phân tử, ví dụ phản ứng SN2 giữa R3C-X và R’3N, hiệu ứng SI có thể gây ra bởi cả R và R’. 2.3 Hiệu ứng không gian loại II (SII). Đó là hiệu ứng của nhóm thế có kích thước lớn đã vi phạm tính đồng phẳng của hệ liên hợp. Thí dụ p-nitrophenol (pKa = 7,16) có lực axit mạnh hơn phenol (pKa = 9,98) vì hiệu ứng –C của nhóm NO2 . Đưa 2 nhóm thế CH3 vào vị trí ortho đối với OH lực axit chỉ giảm ít (pKa = 7,21), nhưng nếu đưa vào vị trí ortho đối với NO 2 thì tính axit sẽ giảm nhiều (pKa=8,24). Hiệu ứng SII có thể ảnh hưởng đến tính chất hóa học cũng như tính chất vật lí 2.4. Hiệu ứng ortho: Hiệu ứng ortho Ot là hiệu ứng hỗn hợp của nhóm thế ở vị trí ortho đối với nhóm chức được khảo sát; nó có thể bao gồm các hiệu ứng: không gian, cảm ứng, liên hợp, liên kết hiđro nội phân tử, tùy theo trường hợp mà một vài yếu tố trong đó sẽ chiếm yêu thế Thí dụ: axit o-CH3C6H4COOH manh hơn axit p-CH3C6H4COOH sấp xỉ 3 lần vì hiệu ứng ortho của nhóm metyl làm giảm hiệu ứng liên hợp +C của gốc thơm, còn axit oHOC6H4COOH mạnh hơn đồng phân para 35 lần vì nó liên kết hiđro nội phân tử giữa OH và COOH Ví dụ 1: a.Cho 5 hợp chất hữu cơ cùng với các giá trị pKa (ghi theo trình tự tăng dần): COOH OH COOH OH COOH OH NO2 O 2N pK1 : 0,3 pK2 : 7 3,0 3,5 8 13 COOH SH 4,2 9,9 Hãy quy kết các giá trị pKa cho từng nhóm chức và giải thích ngắn gọn. b. Sắp xếp (có giải thích) theo trình tự tăng dần nhiệt độ sôi của các chất sau: Se (1) H N H H S (2) (3) O (4) c. Hãy sắp xếp các chất sau theo chiều tăng dần tính bazơ, giải thích ? H2N NH2 O 2N NH2 NH2 NH2 CN NO 2 NO 2 O2N CN I NH2 II III IV V NO 2 NO2 VI Thảo luận a. Quy kết các giá trị pKa : Trong các hợp chất trên pK1 là của nhóm -COOH, pK2 của -OH và -SH pK1: Hiệu ứng Ortho Liên kết H nội phân tử làm Cacbanion sinh ra bền, bền hơn khi có nhóm hút e ở vòng thơm làm giải toả điện tích âm và đồng thời cũng làm lk O-H trong phân cực hơn. vì lk H nội phân tử làm H của phenol không phân li ra được b. lk H với S không bền bằng với O Sắp xếp, giải thích nhiệt độ sôi: Có nhiều nhóm hút e làm lk O-H phenol phân cực mạnh Sắp xếp theo trình tự tăng dần nhiệt độ sôi: (4) < (2) < (1) < (3) Giải thích: Nguyên tử khối của O < S < Se nên ts (4) < (2) < (1) (3) có liên kết hiđro liên phân tử nên có nhiệt độ sôi lớn nhất. c. Sắp xếp: I < VI < V < IV < III < II Giải thích: Tính bazơ của N càng giảm khi có mặt các nhóm có hiệu ứng –C càng mạnh. Hiệu ứng –C của NO2 > CN. - Xiclopentadienyl chỉ có hiệu ứng –I. –I làm giảm tính bazơ kém hơn –C - Các hợp chất I và VI đều có 2 nhóm NO2 ở vị trí meta so với nhóm NH2 gây ra hiệu ứng không gian làm cản trở sự liên hợp–C của nhóm NO 2ở vị trí para nhiều hơn nhóm CN ở vị trí para. Do đó hiệu ứng – C nhóm CN ở vị trí 4 > nhóm NO2 ở vị trí 4 III. Bài tập tham khảo Câu 1: So sánh và giải thích ngắn gọn tính bazơ của N,N-đimetylanilin(1) và 2,4,6trinitro-N,N-đimetylanilin(2) Câu 2 : Sắp xếp theo thứ tự tăng dấn tính axit của : axit axetic(1) ; axit xianaxetic(2) ; axit  -xianpropionic(3) và axit  -xianpropionic(4). Giải thích ngắn gọn kết quả thu được. N Câu 3: Cho 3 dị vòng (hình bên). Hãy sắp xếp các dị vòng theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi; tăng dần tính bazơ của các nhóm –NH. Giải thích. N N N H H H A B C Câu 4: So sánh tính axit của các chất dưới đây và giải thích ngắn gọn. a, Axit bixiclo[1.1.1]pentan-1-cacboxylic (A) và axit 2,2-đimetyl propanoic (B) b, C6H5CO2H (E), C6H5CO3H (F) và C6H5SO3H (G) c, COOH M COOH N OH , COOH , HO P HO COOH Q IV. Kết luận Hợp chất hữu cơ đặc trưng bằng các nhóm chức và phản ứng hóa học là phản ứng của các nhóm chức. Tuy nhiên nhiều hợp chất có cùng nhóm chức nhưng một vài tính chất lại khác nhau, tốc độ phản ứng có khi rất khác nhau, nghĩa là còn phụ thuộc vào phần còn lại của phân tử thường gọi là gốc hữu cơ. Cấu trúc hợp chất hữu cơ có sự ảnh hưởng đến sự phân bố electron trong phân tử và vị trí không gian của trung tâm phản ứng, nghĩa là phụ thuộc vào hiệu ứng electron và hiệu ứng lập thể. Do đó việc hiểu biết đầy đủ về các hiệu ứng cấu trúc có vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu hợp chất hữu cơ
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan