Ch−¬ng 5

C¸C LO¹I PH¶N øNG TRONG HãA H÷U C¬ vµ
KH¸I NIƯM VỊ C¬ CHÕ PH¶N øNG
Mơc tiªu häc tËp
1. Tr×nh bµy ®−ỵc c¸c c¬ chÕ ph¶n øng th−êng gỈp trong hãa h÷u c¬.
2. ViÕt vµ gi¶i thÝch ®−ỵc c¸c c¬ chÕ ph¶n øng: thÕ (S), céng hỵp (A), t¸ch lo¹i (E)
Néi dung
Cã nhiỊu ph−¬ng ph¸p ph©n lo¹i ph¶n øng trong hãa h÷u c¬. Trong gi¸o
tr×nh nµy c¸c ph¶n øng ®−ỵc ph©n lo¹i theo h−íng ph¶n øng. Cã c¸c lo¹i ph¶n
øng nh− sau:
1. C¸c lo¹i ph¶n øng trong hãa h÷u c¬
1.1. Ph¶n øng thÕ (Substitution)
Ph¶n øng thÕ (ký hiƯu S) lµ ph¶n øng trong ®ã mét nguyªn tư hay nhãm nguyªn
tư trong ph©n tư ®−ỵc thay thÕ b»ng mét nguyªn tư hay nhãm nguyªn tư kh¸c.
R
_
I + CN
-
→ R
_
CN + I
-

R
_
Li + H
2
O → R
_
H + LiOH

Phản ứng halogen hóa
Tên phản ứng Sản phẩm thế R
_
Y
Nhóm thế Y
N=N
_
Ar
CHO
R'COO
R'CO
Ar
R'
SO
3
H
NO
2
Halogen X
R
_
N=N
_
Ar
R
_
CHO
R'COO
_
R

3
COC
6
H
5


R
_
CH=NR' + H
2
O
RCOOC
2
H
5

+ CH
3
COC
6
H
5


RCOCH
2
CO C
6
H

CH
3
OH + Cl
-

1.1.2. Phản ứng thế gốc tự do S
R

R-A +
R
.
R-
R
+

A
.

R

là gốc tự do (những gốc có một điện tử)
Ví dụ: SO
2
Cl
2

+

+
E
+
là tác nhân ái điện tử
Ví dụ: Ar
_
H +
+
NO
2


Ar
_
NO
2

+ H
+
Trong phần cơ chế phản ứng sẽ đề cập về các quá trình xảy ra phản ứng thế.

1.2. Phản ứng cộng hợp (Addition)
Phản ứng cộng hợp (ký hiệu Ad) là phản ứng trong đó hai phân tử (hoặc ion)
kết hợp với nhau thành một phân tử (hoặc ion) chất mới.
Phản ứng thờng xảy ra trong các hợp chất có nối đôi, nối ba:
C=C, C

C, C=O, C=NH, C

N.


Phản ứng cộng hợp ái điện tử P (Ad
E
, A
E
)

Phản ứng cộng hợp ái nhân P (Ad
N
, A
N
)

Phản ứng cộng hợp gốc P (Ad
R
, A
R
)
1.2.1. Phản ứng cộng hợp ái điện tử (Ad
E
, A
E
)
R
_
CH=CH
2

+ H
2

Cl
.
Cl
+ Cl
.
+ Cl
2

Phản ứng cộng gốc có ánh sáng làm xúc tác là phản ứng dây chuyền.
Phản ứng cộng hợp hydro vào liên kết đôi, ta còn có thể gọi là phản ứng
hydro hóa hay phản ứng khử.
1.3. Phản ứng tách loại (Elimination)
Phản ứng tách loại (ký hiệu E) là phản ứng mà 2 nguyên tử hay nhóm
nguyên tử tách ra khỏi phân tử và không có nguyên tử hay nhóm nguyên tử nào
thay thế.
Phản ứng xảy ra có sự thay đổi trạng thái lai hóa của nguyên tử carbon.
H
_
CH
2
_
CH
2
_
OH

CH
2
=CH
2

R
R
CH
2
X
RC
R
R
CH
2
RC
R
CH
2
R
- X
-
+
Chuyeồn vũ trớ
+
. .

Một số phản ứng thế, tách loại, cộng hợp có thể xem là phản ứng oxy hóa -
khử. Vì trong quá trình phản ứng có sự thay đổi số oxy hóa của một hay nhiều
nguyên tử trong phân tử. Các phản ứng có sự tăng và giảm số oxy hóa (hay sự
nhờng và thu điện tử) gọi là phản ứng oxy -hóa khử.

56
2. Khái niệm về cơ chế phản ứng
Phơng trình hóa học thông thờng chỉ trình bày các chất đầu và cuối của


A
+
và B
-
là các ion.

Nếu tiểu phân tạo thành A
+
hoặc B
+
là R
+
thì tiểu phân đó gọi là
carbocation.

Nếu tiểu phân B
-
hoặc A
-
là R
-
thì tiểu phân đó gọi là carbanion.
Carbocation và carbanion là những tiểu phân đóng vai trò quan trọng trong
các phản ứng thế, cộng hợp và tách loại.
2.1.2. Sự cắt đứt đồng ly
Khi liên kết bị cắt đứt, cặp điện tử đợc phân đôi. Trên mỗi tiểu phân mang
một điện tử tự do. Các tiểu phân đó gọi là gốc tự do.
A
__

vào nối đôi, nối ba.

57
CH
3
CH=CH
2
+ H

CH
3
CH
_
CH
+
+

Carbocation cã cÊu tróc ph¼ng. Ba liªn kÕt cđa carbon C
+
n»m trong mét
mỈt ph¼ng. Orbital trèng (kh«ng cã ®iƯn tư) cã trơc ®èi xøng th¼ng gãc víi mỈt
ph¼ng ®ã.
•
Carbanion
Carbanion (ký hiƯu R
•
) lµ nh÷ng anion mµ ®iƯn tÝch ©m (2 ®iƯn tư) tËp trung
chđ u ë nguyªn tư carbon (trªn orbital p cã 2 ®iƯn tư). Carbanion ®−ỵc t¹o
thµnh khi c¾t ®øt dÞ ly liªn kÕt céng hãa trÞ .
H

CH
3
H
C
+
CH
3
CHCH
3
C
ấu trúc phẳng của carbocation
H
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
H
CH
3
CH
3
H
orbital p kh
ông có eletron
C
ấu trúc hình tháp của carbanion

lµ tiĨu ph©n cã 2 ®iƯn tư kh«ng liªn kÕt ë líp ngoµi
cïng cđa nguyªn tư carbon .
VÝ dơ:
H
2
C: , Cl
2
C: , CH
2
=CHCH:
NÕu 2 ®iƯn tư ph©n phèi trªn 2 orbital p, carben ë d¹ng l−ìng gèc. NÕu 2 ®iƯn
tư cïng ph©n phèi trªn mét orbital p, trªn carbon cã mét orbital p trèng kh«ng cã
®iƯn tư. Carben cã d¹ng mét ion d−¬ng ®ãng vai trß mét t¸c nh©n ¸i ®iƯn tư .58