cấutạo và liên hóa 2. hóa học - tramctump.weebly.com · năng lượng ion hóa e i...

1

Ts. Nguyễn Thị Thu Trâm

Bộ môn Hóa học - Khoa KHCB

Email: [email protected]

Cần Thơ, 2018

1. Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học

2. Nhiệt động hóa học

3. Dung dịch

4. Điện hóa học

5. Kim loại

6. Phi kim

7. Hydrocarbon

8. Dẫn xuất hydrocarbon

2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. John E. McMurry and Robert C.Fay (2014) - General chemistry atoms first 2nd. Pearson

2. Ebbing Gammon (2007) – General chemistry 9th. Houghton Mifflin Company New York

3. Nancy Faulk (2004) – Test bank General chemistry 7th. Thomson

4. Nguyễn Đình Chi (2011) – Hóa học đại cương. NXB Giáo dục Việt Nam

5. Trần Mạnh Bình, Nguyễn Quang Đạt (2007) - Hóa học hữu cơ, tập 1. NXB Y Học

6. Trương Thế Kỷ (2006) - Hóa hữu cơ, Hợp chất hữu cơ đơn chức và đa chức, tập 1.

NXB Y Học

7. Herbert M., Howard N., Jacob S., Geogre J.H., (1999) - Theory and problems of organic

chemistry, 3rd edition. McGraw-Hill

8. John Mc Murry (2008) - Organic chemistry. Thomson

3

Na

Cl2

NaCl

HOÁ HỌC QUANH TA

O

OC

O

H

H

CH3

H

O

OCH3

Artemisinin – chữa sốt rét

Artemisia annua (L).

Cây Thanh hao hoa vàng

N

HO

O

HO

CH3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

N

HO

O

HO

CH3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

N

O

O

O

CH3

C

O

CH3

C

O

CH3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15 16

CH3COOH

Morphine Heroin

Papaver somniferum (L.)

Cây Anh túc

4

1. Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học

John Dalton

1766-1844

JJ Thomson

1856-1940

Ernest Rutherford

1837-1937

James Chadwick

1891-1974

Neils Bohr

1885-1962

Edwin Schrӧdinger

1887-1961

Werner Heisenberg

1901-1976

Lịch sử nghiên cứu cấu tạo nguyên tử

1.1. Cấu tạo nguyên tử

1.1.1. Hạt nhân

ZAX

X: ký hiệu nguyên tử

A: số khối (A=P+N)

Z: điện tích hạt nhân (=P) 612C

612C 6

13C

Đồng vị

614C

98.9% 1.1% <0.0001%

𝑀C= (1298.9 + 131.1)/100 = 12.011

6

Hiện tượng phóng xạ

• Tia

92238U 90

234Th + α (24He)

β

• Tia β-

90234Th 91

234Pa + −10β

• Tia β+ (positron)

815O 7

15N + +10β

• Tia

197 0 197

80 1 79Hg e Au

7

Phóng xạ Ký hiệu Thay đổi số proton Thay đổi số khối Thay đổi số nơtron

Tia alpha hay 24𝐻𝑒 -2 -4 -2

Tia beta β- hay −10𝛽 +1 0 -1

Tia positron β+ hay +10𝛽 -1 0 +1

Tia gamma hay 00 γ 0 0 0

Electron capture E.C. -1 0 +1

3600 đồng vị

Chỉ có 264

đồng vị bền

không phóng

xạ!

8

Trong hai đồng vị 173Au và 199Au, đồng vị nào phân hủy cho ra tia β, đồng vị nào cho tia ?

Trong hai đồng vị 196Pb và 206Pb, đồng vị nào không phóng xạ, đồng vị nào phóng xạ cho dòng

positron?

92235U + 0

1n 56142Ba + 36

91Kr + 301n

E = 1.68 1010 kJ/mol

tương đương đốt cháy 2.6 105 tấn than đá

9

714N + 0

1n 614C + 1

1H

14

614C 7

14N + −10e

t1/2 = 5715 năm

Tính tuổi bằng 14C

C-14: giới hạn tính tuổi 60.000 năm

U-238 t1/2= 4.47109 năm

K-40 t1/2= 1.25109 năm

- 2760Co là nguồn tạo bức xạ

điều trị các khối u

- Cr-51 dùng trong kỹ thuật xác

định thể tích máu của cơ thể

- Tc-99m được dùng

trong chuẩn đoán

hình ảnh

- Theo dõi cơ chế phản ứng, quá

trình biến đổi các chất trong cơ thể

sinh vật

6CO2 + 6H2O18 C6H12O6 + 6O2

18

2H2O + h O2 + 4H+ + 4e

Nguyễn Thị Thu Trâm

1.1.2. Lớp vỏ

s

p

d

f

-1 0 +1

0

-2 -1 0 +1 +2

-3 -2 -1 0 +1 +2 +3

l = 0, m = 0

l = 1, m = -1, 0, +1

l = 2, m = -2, -1, 0, +1, +2

l = 3, m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

s = + ½, s = - ½

11

- Số e tối đa trong một orbital là 2

- Trong nguyên tử không thể có hai e có cả

bốn số lượng tử n, l, m, s như nhau

- Ở trạng thái cơ bản, các e sắp xếp vào các

phân lớp có năng lượng từ thấp lên cao

- Các e sắp xếp vào các orbital sao cho tổng

số spin là cực đại (tức là số e độc thân là

lớn nhất)

1.1.2. Lớp vỏ

Cấu hình e của nguyên tử

VD: Viết cấu hình e của các nguyên tử ở trạng thái cơ bản và ion sau: C, Cl, Ca, Fe,

Cu, Cl-, Br-, Ca2+, Fe2+, Fe3+, Cu+, Cu2+

12

1.1.3. Định luật tuần hoàn và Bảng hệ thống tuần hoàn

Kim loại(metals)

Phi kim(nonmetals)

Á kim(semimetals)

1

2

3

4

5

6

7

«Tính chất của các đơn chất cũng như

dạng và tính chất của các hợp chất tạo

thành từ các nguyên tố hóa học phụ

thuộc tuần hoàn vào điện tích hạt nhân

của nguyên tố đó »

13

Ái lực với electron Ae (electron affinity)

Ae có giá trị càng âm thì nguyên tử

có khuynh hướng kết hợp e càng

mạnh

Năng lượng ion hóa Ei (ionization energy)

Năng lượng ion hóa

Increases

14

Tính kim loại (metallic character)

Metallic character

Decreases

Incr

ease

s

Increases

Decre

ases

Độ âm điện (electronegativity)

Giả sử B>A A B

15

Electron affinity

Ion

izat

ion

ener

gy

Elec

tro

n a

ffin

ity

Atomic radius

Ato

mic

rad

ius

Ionization energy

Tóm tắt sự biến thiên tuần hoàn một số tính chất của nguyên tố

16

1.2. Liên kết hóa học

1.2.1. Một số khái niệm đặc trưng của liên kết

Năng lượng liên kết (E)

Năng lượng của một liên

kết là năng lượng cần

thiết để phá vỡ mối liên

kết đó và tạo ra các

nguyên tử ở thể khí.

E càng lớn liên kết

càng bền

NI3 + NH3 I2 N2

Độ dài liên kết

r càng ngắn liên kết càng bền

17

Bậc liên kết là số liên kết tạo thành giữa 2 nguyên tử

Bậc liên kết (độ bội liên kết)

VD: Bậc liên kết giữa hai nguyên tử C trong các hợp chất CH3-CH3,CH2=CH2,

và CHCH lần lượt là 1, 2 và 3

Bậc liên kết càng lớn liên kết càng bền

Góc liên kết (góc hóa trị)

Moment lưỡng cực

(1D= 3.3310-30C.m)

Nonpolar moleculePolar molecule

Liên kết ion

Liên kết ion được hình thành giữa những nguyên tử của hai nguyên tố có

sự chênh lệch độ âm điện (thường ≥ 2)

19

1.2.2. Thuyết cổ điển về liên kết

Tính chất của liên kết ion: là loại liên kết mạnh, không có tính định hướng,

không có tính bão hòa. Hợp chất ion ở dạng rắn, có nhiệt độ nóng chảy cao.

Liên kết cộng hóa trị

Liên kết cộng hóa trị được hình thành giữa các nguyên tử của cùng một

nguyên tố ( =0) hoặc giữa các nguyên tử của các nguyên tố có sự

chênh lệch nhỏ về độ âm điện (thường < 2)

20

Liên kết cho nhận

NH

H

H

+ H+ NH

H

H

+

H N

H

H

H

Hhay

Liên kết hydro

21

22

Quy tắc bát tử

“Nguyên tử của các nguyên tố có khuynh hướng liên kết với các nguyên tử khác để đạt

được cấu hình electron vững bền của các khí hiếm với 8 electron (hoặc 2 đối với He) ở

lớp ngoài cùng”

VD1: Viết công thức Lewis cho các phân tử và ion sau SCl2, H2O, COCl2, BF4-,

H3O+, ClO2

-, O3, CO32-

VD2: Viết công thức Lewis cho các phân tử sau PF5, H2SO4, XeF4

Công thức cộng hưởng

23

Tính điện tích hình thức trên mỗi nguyên tử trong các cấu trúc Lewis sau?

Điện tích hình thức

24

Gốc tự do (free radical) và sức khỏe UV IR

200 nm 400 nm 800 nm 1.106 nm

UVB (280-315 nm)

UVA (315-400 nm)

OH•

O2•-

Liên kết cộng hóa trị hình thành do sự xen phủ của hai orbital,

trong đó có 2 electron có spin trái dấu

Liên kết cộng hóa trị càng bền khi độ che phủ của các orbital

nguyên tử càng lớn

Tùy theo cách thức xen phủ của các orbital, có 02 loại liên kết

Liên kết

Liên kết

25

1.2.3. Thuyết liên kết hóa trị (Valence bond theory VB)

Liên kết Liên kết

26

27

C

Số orbital lai hóa = liên kết + đôi điện tử tự do

VD: CH4 C có lai hóa sp3 (4 + 0)

C2H2 C có lai hóa sp (2 + 0)

NH3 N có lai hóa sp3 (3 + 1)

H2O O có lai hóa sp3 (2 + 2)

Sự lai hóa

28

Be

Be*

2s 2p

B

B*

180°

120°

BeH2

BF3

C

C*

2s 2p

109°28’

Ethylen CH2=CH2

C

C*

2s 2p

Ethan CH3CH3

C

C*

2s 2p

Acetylen H-CC-H

C

C*

2s 2p

N

Amoniac NH3 Aldehyd formicC O

H

H

30

31

2. Nhiệt động hóa học

NH4NO3 (rắn) + 26 KJ NH4NO3 (lỏng)H2O

CaCl2 (rắn) CaCl2 (lỏng) + 82 KJH2O

E = Esp-Etc

H = Hsp-Htc

E<0

Enthalpy H<0 E>0

Enthalpy H>0

Enthalpy là sự biến thiên nhiệt của hệ phản ứng trong điều kiện đẳng áp. Hầu hết sự

thay đổi vật lý hay hóa học của hệ đều liên quan đến sự tăng hoặc giảm enthalpy

2.1. Nhiệt động học

(Phản ứng tỏa nhiệt) (Phản ứng thu nhiệt)

32

Ba(OH)2.8H2O (s) + 2NH4Cl (s) BaCl2 (aq) + 2NH3 (aq)+ 10H2O (l) H° = +80.3 KJ

Ba(OH)2.8H2O (s) + 2NH4Cl (s)

33

Định luật Hess

34

Biết

H° = ? KJ VD1

H° = ? KJ VD3

Biết

H° = ? KJ VD2

Biết

35

H° = H°fsp - H°

ftc = (2 H°f C2H5OH + 2 H°

f CO2) - H°f C6H12O6

= [2(-277.7) + 2 (-393.5)] – (-1273)

= -69.4 KJVD2

VD1

H° =?

Tính H° dựa vào H°f (standard heats of formation)

36

Tính H° dựa vào năng lượng phân ly liên kết(bond dissociation energy)

67 triệu hợpchất hóa học

Vài ngàn H°f

được xác định

H° = Dtc - Dsp

VD

H° = Dtc – Dsp = (DH-H + DCl-Cl) - 2DH-Cl

= (436 + 243) - 2432

a : exact value

= -185 KJ

37

Nhiên liệu và nhiệt đốt cháy (heats of combusion)

Nhiệt đốt cháy là tổng năng lượng giải phóng ra khi đốt cháy một hợp chất.

Enthalpy đốt cháy H°C là enthalpy thay đổi trong phản ứng đốt cháy 1 mol

chất đó bằng oxi

Nhiênliệu

Than đá

Khí thiênnhiên

Dầumỏ

38

C1-C4

C5-C11

C14-C25

? Khí hóa lỏng butane C4H10 được dùng làm

nhiên liệu rộng rãi. Cho H°f C4H10 = -147.5

kJ/mol và dC4H10 = 0.579 g/mL. Viết phương trình

phản ứng đốt cháy butane. Tính H°c C4H10 theo

kJ/mol, kJ/g, kJ/mL.

Khai thác than đá

39

Giới thiệu về Entropy

Marcellin Berthelot

(1827-1907)

3Fe + 2O2 Fe3O4 H° = -1118 kJ

C + O2 CO2 H° = -393.5 kJ

S = Ssp-Stc

Qúa trình tự diễn biến khi : H<0 và S >0

Qúa trình không tự diễn biến khi : H>0 và S <0

40

Ba(OH)2.8H2O (s) +2NH4Cl (s)

Ba(OH)2.8H2O (s) + 2NH4Cl (s)

BaCl2 (aq) + 2NH3 (aq)+ 10H2O (l)

H° = +80.3 kJ

S° = +423 J/K thuận lợi

không thuận lợi

H2O (l) H2O (s) ở t > 0°C

H° = -6.01 kJ

S° = -22.0 J/K không thuận lợi

thuận lợi

Đối với chất khí, khi T constant : S P và ngược lại.

S T và ngược lại

41

S° : entropy mol chuẩn là entropy của một mol chất tinh khiết ở 1 atm và nhiệt độ xác

định (thường là 25°C)

S° = 2 192.3 – (191.5 + 3 130.6)

= -198.7 J/K

42

Giới thiệu về năng lượng tự do Gibbs G

Cho phản ứng sau

Phản ứng trên có tự xảy ra ở 25°C? Tính nhiệt độ mà tại đó phản ứng tự xảy ra ?

G < 0 : phản ứng tự diễn ra

G = 0 : phản ứng cân bằng

G > 0 : phản ứng không tự diễn ra

ΔH ΔS ΔG= ΔH- TΔS Xu hướng của quá trình Ví dụ

- + - Tự diễn ra ở mọi nhiệt độ 2NO2 (k) → N2 (k) + 2O2 (k)

+ - + Không tự diễn ra 3O2 (k) → 2O3 (k)

- - - hoặc + Tự diễn ra ở nhiệt độ thấp

Không tự diễn ra ở nhiệt độ

cao

N2(k) + H2 (k) → 2NH3 (k)

+ + - hoặc + Tự diễn ra ở nhiệt độ cao

Không tự diễn ra ở nhiệt độ

thấp

2HgO (r) → 2Hg (l) + O2 (k)

43

Năng lượng tự do tiêu chuẩn tạo thành G°f

(standard free energies of formation)

G°f NH3= -33.0/2 = -16.5 kJ/mol

G° = G°f sp - G°f tc

G° = 2G°f NH3 - (G°f N2 + 3 G°f H2)

44

Năng lượng tự do của phản ứng trong TH không tiêu chuẩn

R: hằng số khí (= 8.314 J/K.mol)

T: °K

Đối với phản ứng của chất khí Q= QP = Psp/Ptc

Đối với phản ứng của chất lỏng Q= QC = Csp/Ctc

Tính G của phản ứng ở 25°C, khi áp suất của

từng cấu tử như sau 1.0 atm N2, 3.0 atm H2,

0.02 atm NH3

Tính G của phản ứng ở 25°C, khi áp suất của

từng cấu tử như sau 0.01 atm N2, 0.03 atm H2,

2.0 atm NH3

G = -33.0 103 + (8.314 298 ln1.5107)

G = 7.9 kJ/mol

G = G° + R T lnQp

= -33.0 103 + (8.314 298 ln1.510-5)

G = -60.5 kJ/mol

45

Năng lượng tự do và cân bằng hóa học

ΔG° lnK K Kết luận

ΔG°<0 lnK>0 K>1 Hỗn hợp phản ứng chủ yếu là sản phẩm

ΔG°>0 lnK<0 K<1 Hỗn hợp phản ứng chủ yếu là tác chất

ΔG°=0 lnK=0 K=1 Hỗn hợp phản ứng cân bằng giữa sản phẩm và tác chất

K = 2 × 104

Xét phản ứng

46

2.2. Tốc độ phản ứng - Cân bằng hóa học

Tốc độ phản ứng H2 + O2 H2OQúa trình gỉ sét

trong tự nhiên

a A + b B c C + d D

v = − A

t= −

B

t= C

t= D

t= k[A]m[B]n

k: hằng số tốc độ phản ứng

m,n: được đo bằng thực nghiệm và thường không trùng

với hệ số a, b, c và d trong phương trình hóa học;

m, n giúp xác định bậc phản ứng

Ví dụ một phản ứng có v = k[A]2[B]

m = 2, n = 1, m + n = 3

Vậy phản ứng bậc 2 đối với A,

bậc 1 đối với B

bậc ba cho toàn phản ứng

Xác định tốc độ phản ứng bằng phương pháp xác định tốc độ đầu

a. Viết công thức tính tốc độ phản ứng

b. Xác định k?

c. Nếu nồng độ đầu của [NH4+]= 0.39 M, [NO2

-]= 0.052M, tính v?

48

Tốc độ phản ứng và nhiệt độ

Mg trong nước lạnh Mg trong nước nóng

Dựa vào phương trình Arrhenius có thể tính được Ea khi biết các giá trị k ở các nhiệt độ khác nhau

Ea = -R hệ số góc

k: hằng số tốc độ phản ứng

A: hằng số Arrhenius

Ea: năng lượng hoạt hóa

R: hằng số khí (= 8.314 J/K.mol)

T: °K

a. Tính Ea (kJ/mol) bằng cách sử dụng

các giá trị từ thực nghiệm trên

b. Tính Ea từ hai giá trị k ở 283°C và

508°C

c. Từ giá trị k tại 283°C và giá trị Ea

tính được từ câu b, tính k tại 293°C

49

Tốc độ phản ứng và xúc tác

Chất xúc tác làm tăng tốc độ của

phản ứng, các chất này sau khi

tham gia vào phản ứng được

hoàn trở lại về lượng và chất.

Không có xúc tác,

lượng oxi sinh ra rất ít

Thêm xúc tác KI,

lượng oxi sinh ra nhiều

v

Ea = 76 kJ/mol

Không có xúc tác Có xúc tác

Xác định chất xúc tác và chất trung

gian trong dãy phản ứng sau

50

Xúc tác đồng thể

Các chất phản ứng và chất xúc tác tạo thành một pha đồng nhất

VD: xúc tác NaI (lỏng) trong phản ứng phân hủy H2O2 (lỏng)

Xúc tác NO (khí) trong phản ứng tạo O3 (khí) từ O2 (khí)

Xúc tác dị thể

Các chất phản ứng và chất xúc tác tạo thành một hệ dị thể (không đồng nhất)

51

Cân bằng hóa học

Tại thời điểm cân bằng

Hằng số cân bằng

Kc =

Ở 250C

Ghi chú: Hằng số cân bằng phụ thuộc vào nhiệt

độ, ví dụ kc của phản ứng chuyển hóa N2O5 tăng

từ 4.64 10-3 ở 250C lên 1.53 ở 1270C

52

Mối quan hệ giữa KC và KP

Tương tự

R = 0,082 (L.atm)/ (K.mol)

T0K

53

Quy ước chung: bỏ qua nồng độ của chất rắn hoặc

chất lỏng nguyên chất khi viết hằng số căn bằng

54

Tại 7000K

Để dự đoán phản ứng tại một thời điểm nào đó có đạt cân bằng hay chưa, ta tính QC

Giả sử tại thời điểm t và

QC< KC

Nên phản ứng sẽ chuyển dời sang phải

? Nếu lấy 1 mol H2 cho phản ứng với 1 mol I2 trong bình 10 lít ở 700 K. Tính nồng

độ và số mol của H2, I2 và HI lúc cân bằng.

56

Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier

"Khi một trong những điều kiện tồn tại của cân bằng như: nồng độ, nhiệt độ,

áp suất bị thay đổi thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại tác

dụng thay đổi đó".

Ở ví dụ trên, nếu ta tăng áp suất của hệ (hay giảm thể tích) ví dụ bằng cách

nén thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận.

• Đối với phản ứng tỏa nhiệt (H<0), KC giảm khi nhiệt độ tăng

• Đối với phản ứng thu nhiệt (H>0), KC tăng khi nhiệt độ tăng

Ở ví dụ trên, cân bằng sẽ chuyển dịch sang chiều trái khi tăng nhiệt độ

57

7. Hydrocacbon

7.1 Alkan

Alkan: hydrocacbon no mạch hở, nguyên tử cacbon lai hóa sp3

CTTQ CnH2n+2 (n ≥ 1)

Góc hóa trị 109°5’, liên kết C-H: 1.09Å, C-C: 1.53Å

Danh pháp Số cacbon Tên Cấu trúc

1 Methan CH4

2 Ethan CH3CH3

3 Propan CH3CH2CH3

4 Butan CH3(CH2)2CH3

5 Pentan CH3(CH2)3CH3

6 Hexan CH3(CH2)4CH3

7 Heptan CH3(CH2)5CH3

8 Octan CH3(CH2)6CH3

9 Nonan CH3(CH2)7CH3

10 Decan CH3(CH2)8CH3

58

HydrocacbonAlkan mạch phân nhánh

• Chọn mạch dài nhất làm mạch chính

• Đánh số sao cho mạch nhánh có chỉ số nhỏ nhất

• Dùng chữ số & gạch (-) để chỉ vị trí nhánh, nhóm

cuối cùng phải viết liền với tên mạch chính

• Nếu có nhiều nhánh tương đương: dùng tiếp đầu

ngữ di-, tri-, tetra- để chỉ số lượng nhóm tương đương

C C C

C

C

C C

C

C

C

C C

C C C

C C

C

C

C

VD (H viết tắt):

Tên gốc hydrocacbon

CH3- : methyl

CH3CH2- : ethyl

CH3CH2CH2- : n-propyl

C6H5- : phenyl

C6H5CH2- : benzyl

CH3 CH

CH3

isopropyl

CH3 CH CH2

CH3

isobutyl

CH3 CH2 CH

CH3

sec-butyl

CH3 C

CH3

CH3

tert-butyl

59

HydrocacbonKhai thác alkan từ dầu mỏ

2,2,4-Trimethylpentane

(isooctan, chỉ số octane =100)

60

Hydrocacbon

Ni

to

Hidrogen hoaù Alken, Alkin

CnH2n + H2

CnH

2n+2

CnH

2n-2

Tổng hợp trong PTN

- Thuûy giaûi taùc nhaân Grignard RMgX

RX + Mg

Hoaøn nguyeân RX

Ether khanRMgX

H2ORH

- Hoaøn nguyeân baèng kim loaïi/ acid (H ñang sinh)

RX + Zn + H+ RH + Zn

2++ X

-

HCl / Zn-Hg

H2N-NH 2/ OH-

R CH2 R'

R'CH2R

R C R'

O

Hoaøn nguyeân nhoùm C = O

61

Hydrocacbon

Phaûn öùng Wurtz (duøng ñeå ñieàu cheá alkan ñoái xöùng)

RX + Na R-R + NaX

Phaûn öùng keát ñoâi giöõa RX vaø hôïp chaát cô kim loaïi

RXLi

R LiCuX

R Cu

R

R' X

R R'Li

Khöû CO2

cuûa muoái cacboxylat

CH3COONa + NaOH / CaO CH

4+ Na

2CO

3

Tính chất vật lý (tự đọc)

62

Hydrocacbon

2

1n3

askt

cracking

Halogen hoaù

CH4

+ Cl2

CH3Cl + HCl

Ñoä phaûn öùng F2

> Cl2

> Br2

> I2

Phaûn öùng chaùy

CnH

2n+2+ O

2nCO

2+ (n+1)H

2O

Phaûn öùng Cracking

Alkan maïch ngaén hôn + Alken + H2

Alkan trơ không có phản ứng cộng, đặc trưng là phản ứng thế H

Tính chất hóa học

t°

Alkan

63

Hydrocacbon

7.2 Alken

Alken: hydrocacbon mạch hở, chứa 1 liên kết đôi C=C

CTTQ : CnH2n, n≥2

Trong C=C: 1 & 1, hình thành do liên kết của orbital sp2

HydrocacbonDanh pháp

Tên thông thường

Tên alkan tương ứng, đổi an ylen

Ít dùng, trừ 3 alken thông dụng:

CH2=CH2 ethylen

CH2=CH-CH2 propylen

(CH3)2C=CH2 isobutylen

Danh pháp IUPAC

Tên alkan tương ứng, đổi an en

Chọn mạch cacbon dài nhất & chứa C=C

làm mạch chính

Đánh số sao cho C=C có chỉ số nhỏ nhất

C C

C

C C

VD (H viết tắt):

C

C

C

C

C C C C

C6H5 C C

C

C

Tên gốc của alken : alkenyl

CH2=CH-

1-ethenyl (vinyl)

CH2=CH-CH2-

2-propenyl (allyl)

CH3-CH=CH-

1-propenyl

65

HydrocacbonTổng hợp

KOH/alcolC CC C

X

H

Khöû HX

HX+

H2SO4

t 0C C + H2OC C

OHH

Khöû H2O töø röôïu

C C

XX

CC+ Zn

Dehalogen hoaù baèng Zn

+ ZnBr2

R – C C – R’

R– CH = CH – R’

H2/Pd

Hoaøn nguyeân Alkyn


66

HydrocacbonTính chất hóa học

Phản ứng cộng

C C

C C

X X

HXC C

H X

HOXC C

OH X

X2

H2O

H+

H2SO4

C C

OH H

C C

OSO3H H

(theo Markonikov)

R CH=CH2HBr

peroxid

R CH

Br

CH3

R CH

H

CH2Br

(phản Markonikov)

R CH CH2

H2O

H+R CH CH3

OH

(BH3)2 H2O2

OH-R CH2 CH2 OH

CH3CH

2CH=CH

2CH

3CH

2COOH + CO

2

(CH3)

2C=CH

2CH

3(CH

3)

2C=O + CH

3COOH

67

Hydrocacbon Phản ứng thế Hα

+

NBS

Br

CH3CH=CH

2+ Cl

2 ClCH

2CH=CH

2

(NBS: N-bromosuccinimid)

O3

H2O,ZnO

3

H2O,Zn

KMnO4ññ

KMnO4ññ

Phản ứng bẻ gãy mạch

- Ozon giaûi: saûn phaåm laø aldehyd, ceton

CH3CH

2CH=CH

2 CH

3CH

2CHO + HCHO

(CH3)

2C=CH

2(CH

3)

2C=O + HCHO

- Oxi hoùa: saûn phaåm laø acid, ceton, CO2

68

Hydrocacbon7.3 Alkyn

Hợp chất hydrocacbon không no, mạch hở,

chứa liên kết ba C≡C

CTTQ: CnH2n-2 n≥2

H C C H1.20 A°

1.06 A°

Alkyn đơn giản nhất là HC≡CH acetylen

Các alkyn đơn giản khác được xem là dẫn xuất của acetylen

HC≡C-CH2-CH3 ethylacetylen

CH3-C≡C-CH(CH3)2 isopropylmethylacetylen

Danh pháp


69

Hydrocacbon Danh pháp IUPAC

Cách gọi tên giống như alken, chỉ đổi en thành yn

Mạch chính phải chứa C≡C

Những hợp chất chứa nhiều hơn 1 nối ba diyn, triyn

Tổng hợp

C C

HH

CC

X X2

XC C

HH

NaNH 2

Khử HX

C C CCC C HNaNH 2

R:NaRX

1O

R :( )

Phản ứng thế


70

HydrocacbonTính chất hóa học

Phản ứng cộng

CH3-CCH + H2

H2, NiCH3-CH2-CH3

H2, PdCH3-CH=CH2

CH C CH3C CH3

BrBr

CH+ Br2 C CH3

Br

Br

Br

HC

BrBr

2

- Cộng phân tử đối xứng

C C

XH

CCHX HX

H

C

X

X

C

- Cộng phân tử bất đối xứng

71

Hydrocacbon

H2SO4 HgSO 4/

Hg2+

H2SO4 HgSO 4/

CH3 C CH3

O

HC CH + HCl

CH CH + H2O

CH3– C CH + H

2O

CH2

= CH – Cl

CH3CHO

0

Ct

xt

3C2H2 C6H6

CH2=CH-CCH

Sự đa phân hóa

2C2H2

-C C – H + Na -C C- Na + ½ H2

-C C – H + NaNH2 -C C- Na + NH

3

Tính acid của ankyn có nối ba CC đầu mạch

8.1.1 Alcol

Phân loại

- Dựa vào gốc hydrocarbon: alcol béo

(no, không no, vòng) và alcol thơm

C2H5OH CH2=CHCH2OH C6H5CH2OH

- Dựa vào số nhóm OH: monoalcol, polyalcol

C2H5OH

- Dựa vào bậc C gắn nhóm OH

CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CHCH3

OH

CH3CCH3

CH3

OH72

8. Dẫn xuất hydrocarbon

8.1 Alcol-Phenol-Ether

Danh pháp

IUPAC

CH3OH

CH3CH2OH

CH3CH2CH2OH

Thông thường

Methanol

Ethanol

1-Propanol

2-Methylpropanol

2-Butanol

Acol Methylic

Alcol ethylic

Alcol n-propylic

Alcol iso-butylic

Alcol sec-butylic

Alcol-Phenol-Ether

73

Tính chất vật lý

Ở nhiệt độ thường, hầu hết các alcol mạch ngắn (từ 1C đến 11C),

là những chất lỏng, các alcol mạch dài hơn là những chất rắn.

Các polyalcol như etilenglycol, glycerin: những chất lỏng không

màu, sánh, có vị ngọt, dễ tan trong nước.

Liên kết hydrogen

Khả năng hòa tan trong nước giảm khi khối lượng phân tử tăng.

Nhiệt độ sôi của alcol không phân nhánh cao hơn alcol phân

nhánh có cùng số carbon.

Alcol-Phenol-Ether

74

Tính chất hóa học và

điều chế

R O H

75

76

Phenol – một trong những nguyên nhân gây

cá chết trong sự kiện Formosa

8.1.2 Phenol

Resveratrol

“-OH liên kết trực tiếp với nhân thơm”

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

NO2

NO2

O2N

OH

OH

phenol o-cresol m-cresol p-cresol

catechol resorcinol hydroquinone picric acid

α-naphthol β-naphthol


Danh pháp

Alcol-Phenol-EtherTên IUPAC

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OCH3

1,2-benzenediol 1,3-benzenediol 1,4-benzenediol 4-methoxyphenol

Điều chế

- Chưng cất nhựa than đá

- Thủy phân chlorobenzene

Cl

+ KOH300°C

280 atm

OH

+ KOH

77

Alcol-Phenol-Ether- PP kiềm chảy

SO3H

+300°C

ONa

NaOH r

OH

H+

- Oxy hóa cumene (dùng trong công nghiệp)

+

CH(CH3)2

O2

C

O

OH

CH3H3C

H2O

H+

OH

CH3COCH3

- Thủy phân muối diazonium (dùng trong ptn)

+ H2ON2Cl40 50°C-

OH + +N2 HCl

+ H2ON2Cl+ +NH2 NaNO2 HCl NaCl +

Điều chế muối diazonium

78

79

+C của –OH với nhân thơm O-H phân cực mạnh

khả năng tạo liên kết H của phenol > alcol

t° sôi , t° nóng chảy, độ hòa tan trong nước > alcol

tương ứng


O H

Phenol Cyclohexanol

t° sôi 180 161

t° nóng chảy 41 25.5

Độ hòa tan (g/100g H2O) 9.3 3.6

Alcol-Phenol-Ether

80


Tính acid

Phenol > H2O > Alcol

C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O

C6H5OH + Na → C6H5ONa + ½ H2

Tính acid của phenol yếu hơn acid carbonic

C6H5ONa + CO2 + H2O → C6H5OH + NaHCO3

OH

NO2

OH

NO2

OH

NO2

>>

So sánh tính acid của 1 số phenol:

pKa 7.15 7.23 8.4

OH

CH3

OH

CH3

OH

CH3

> >

10.08 10.14 10.28

OH

Cl

OH

Cl

OH

Cl

> >

8.48 9.02 9.38

Alcol-Phenol-Ether

81

Phản ứng tạo etherOH

+ C2H5OH H+

Điều chế ether của phenol bằng pp Williamson

ONa

+ C2H5Br

OC2H5

+ NaBr

Br

+

OC2H5

+ NaBrC2H5ONa

ONa

+

O CH2 CH CH2

+ NaBrCH2 CH CH2 I

Alcol-Phenol-Ether

NaI

82

Phản ứng ester hóaOH

+ CH3COOHH+

Phải dùng dẫn xuất chloride hay anhydride của carboxylic acid

C6H5-OH + (CH3CO)2O → CH3COOC6H5 + CH3COOH

C6H5-OH + CH3COCl → CH3COOC6H5 + HCl

Phản ứng thế thân điện tử

OH

+CS2

- HBrBr2

OH

Br

OH

Br

+

Halogen hóa

Alcol-Phenol-Ether

83

Nitro hóa

OH

+

OH

NO2

OH

NO2

+HNO3

35% 65%

Sulfo hóa

OH

+

OH

SO3H

OH

SO3H

H2SO4

100°C H2SO4

100°C

15-20°C

8.1.3 Ether (tự đọc)

Alcol-Phenol-Ether

8.2 Aldehyd và Ceton

84

𝛽-Damascenone

1

2

3

4

5

6

78

CHO

1

2

3

4

5

6

78

CHO

Citral a Citral b Citronellal

1

2

3

4

5

6

78

CHO

HCHO Metanal Aldehyd formic (formaldehyd)

CH3CHO Etanal Aldehyd acetic (acetaldehyd)

CH3CH2CHO Propanal

CH3CH2CH2CHO n-Butanal

C6H5CHO Aldehyd benzoic (benzaldehyd)

Danh pháp

- Aldehyd RCHO

- Ceton RCOR’

Butanon Ethyl methyl ceton

1-Phenylpropan-1-on Ethyl phenyl ceton

1-Phenylpropan-2-on Benzyl methyl ceton

2-Methylpentan-3-on Ethyl isopropyl cetonCH3 CH

CH3

C

O

CH2 CH3

Aldehyd và CetonĐiều chế

85

- Aldehyd

- Ceton

- Aldehyd và ceton

Tính chất vật lýAldehyd và Ceton

- Aldehyd, ceton là những chất lỏng hoặc rắn, trừ aldehyd formic là chất khí.

- Aldehyd formic, aldehyd acetic, aceton tan vô hạn trong nước.

- Aldehyd, ceton có nhiệt độ sôi thấp hơn alcol và acid tương ứng (do không có

khả năng tạo liên kết hidro).

- Các aldehyd thấp có mùi khó chịu. Các ceton đầu dãy có mùi đặc trưng.

86

H2O

Tính chất hóa học Aldehyd và Ceton

Phản ứng cộng thân hạch

CR'

OR Z H2O

CRR'

Z

OH

Z: RMgX (Cộng Grignard)

2C O + R-MgX C OMgX

H OC

RR

OH

Đây là một trong các phương pháp điều chế alcol, tùy vào cơ cấu của

alcol mà chọn hợp chất carbonyl và Grignard thích hợp

CH CH

OMgBr3

C6H5

H2O

C6H53CH

OH

CH

HCHO + CH3CH

2MgBr CH

3CH

2CH

2OMgBr CH

3CH

2CH

2OH

VD:

CH3CHO + C

6H

5MgBr

3 2C

OMgBr

CH3

CH3 CHCHO

2H

HC HC CH3 C

OH

CH3

233 2C

O

CH3 CHCH + CH3MgBr

87

Z: CN-Aldehyd và Ceton

C

O

+ CN-C

O

CNH+

C

OH

CNHCl

t°C

OH

COOH

CN-, H+

CH3CH2 C

CH3

OH

CNHCl

t o COOHCH3CH2 C

CH3

OH

CH3CH2 C

O

CH3

VD:

Z: H2N-G (dẫn xuất amoniac)

Tác chất Sản phẩm

H2N-OH (hydroxylamin)

H2N-NH2 (hydrazin)

H2N-NH-C6H5 (phenylhydrazin)

C N OH oxim

C N NH2 hydrazon

C N NHC6H5 phenilhyrazonphenylhydrazon

Z: ROH (sự thành lập acetal)

R C O

H

+ ROH

H+

R C

OH

H

ORROH H

+

CR

OR

H

OR

hemi acetal acetal

/

88

Phản ứng của Hα Aldehyd và Ceton

C

H

C

O

+ X2 C

X

C

O

+ HXH

+ hay OH

-

Halogen hóa

O

+ Br2H

+O

Br

+ HBr

VD:

CCH3

CH3

CH3

C

O

CH3I2/OH

-H

+

CCH3

CH3

CH3

COOH + CHI3 (phaûn öùng haloform)

CH3CHO Br2/NaOH H+

HCOOH + CHBr3

X2/OH-

R C

O

CH3

H+

RCOOH + CHX3

Chỉ xảy ra với acetaldehyd

và các methyl ceton

89

Aldehyd và Ceton Súc hợp aldol

2CH3CHO CH3CHOHCH2CHO CH3CH=CHCHOHO- -H2O

CHO + CH3CHO HO- -H2O

CHO + CH3COCH3 HO- -H2O

Phản ứng oxi hóa

CuSO4

(tt Fehling)

Ag(NH3)2+

(tt Tollens)

KMnO4

K2Cr2O7

RCOOH hay ArCOOHRCHO hay ArCHO

Ceton khó bị oxy hóa

Aldehyd

90

CHO(CH3)2CO

H2O

C

CH3

O C

CH3

OH

H+C

CH3

OH

H

C

CH3

OH

C

CH3

O

β-Ionon

Vitamin A

α -Ionon

Citral a

Phản ứng hoàn nguyên

C O C

H

OH

LiA lH41 .

H3O+

H3O+

2.

1. NaBH4

2.

H2/Ni

C O

Zn(Hg)/HCl

NH2 NH2/OH-

C H

H

Aldehyd và Ceton

91

92

Acid acetic CH3COOH

(S)-IbuprofenAcid butanoic CH3(CH2)2COOH nguyên nhân

gây mùi ôi của bơ khi không bảo quản tốt

Acid hexanoic CH3(CH2)4COOH tạo nên mùi đặc trưng của sữa dê

hay mùi hôi của vớ thể thao không được vệ sinhAcid cholic có nhiều trong mật người

8.3 Acid carboxylic và dẫn xuất

Danh pháp

HCOOH Acid formic

CH3COOH Acid acetic

CH3CH2COOH Acid propionic

CH3(CH2)2COOH Acid butiric

CH3(CH2)3COOH Acid valeric

CH3(CH2)4COOH Acid caproic

….. ……


HCOOH Acid metanoic

CH3COOH Acid etanoic

CH3CH2COOH Acid propanoic

CH3(CH2)2COOH Acid butanoic

CH3(CH2)3COOH Acid pentanoic

CH3(CH2)4COOH Acid hexanoic

…. ….

IUPAC

8.3.1 Acid carboxylic RCOOHAcid carboxylic và dẫn xuất

93

Điều chếAcid carboxylic và dẫn xuất

Oxi hóa rượu bậc 1

RCH2OH RCOOH [O]

Tác nhân oxy hóa [O]: K2Cr2O7/H2SO4, KMnO4/H2SO4, HNO3 …

KMnO 4

VD:

CH3CH2OH CH3COOH

C6H5CH2OH C6H5COOHKMnO 4

RMgX + CO2 R-COO-MgX

+

H+

RCOOH

Từ hợp chất Grignard

CH3CH2 C

CH3

CH3

ClMg

CH3CH2 C

CH3

CH3

MgClCO2 H

+

CH3CH2 C

CH3

CH3

COOH

Mg CO2

Br

H+

COOH

VD:

94

Acid carboxylic và dẫn xuất Thủy giải nitril

R-X + CN- R-CN R-COOH H2O/H+

(Bậc 1)

CH2Cl

NaCN

CH2CN+

H

CH2COOH

3O

VD:

CH2(COOC2H5)2

1.

2.

C2H5ONaR CH(COOC2H5)2

H2O, HO-, t°R CH(COO-)2

H+

R CH(COOH)2t°

R CH2COOHR X

R' X

1.

2.

C2H5ONa

R C(COOC2H5)2

R'

H2O, HO-, t° H+t°

R CH

R'

COOH

Từ ester malonat

CH3CH2CH2Br + CN- CH3CH2CH2CN CH3CH2CH2COOH

H2O/H+

95


- Acid monocarboxylic:

1C-4C: chất lỏng linh động, hòa tan vô hạn trong nước

5C – 9C: chất lỏng sánh như dầu, hòa tan kém trong nước

10C trở lên: chất rắn, không tan trong nước, dễ tan trong alcol etylic và ether

Khi chiều dài mạch C tăng và mức độ phân nhánh của gốc R tăng lên thì độ tan

giảm nhiều

- Acid dicarboxylic:

Dạng tinh thể, dễ tan trong nước

- Acid monocarboxylic thơm:

Là những chất rắn kết tinh, dễ thăng hoa, chỉ tan trong nước nóng, dễ tan trong

alcol etylic và ether

Acid carboxylic và dẫn xuất

R CO

O H

H O

CO

R

96


Tính acid

RCOO-H + H2O → RCOO + H3O

K a =[RCOO ] [H 3O ]

[RCOOH]

Hằng số acid:

R-COOH + Na → RCOONa + 1/2H2

2R-COOH + CaO → (RCOO)2Ca + H2O

R-COOH + NaOH → RCOONa + H2O

2R-COOH + Na2CO3 → 2RCOONa + H2O + CO2

Giá trị Ka càng lớn thì tính acid càng mạnh


Phản ứng thế nhóm OH

- Tạo ester

- Tạo halogenid acid

RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O

CH3CO-OH + PCl5 → CH3CO-Cl + HCl + OPCl3 97

- Tạo thành anhydric acid

2CH3COOH (CH3CO)2O + H2O P2O5, t°

Một số phản ứng khác

- Phản ứng thế nguyên tử Hα

CH3CH2COOH + Cl2 CH3CHClCOOH P

- Phản ứng khử nhóm COOH

CH3CH2COOH CH3CH2CH2OHLiAlH4

H3O+


Tính chất của acid chưa no và dicarboxylic : tự đọc

98

8.3.2 Dẫn xuất của acid carboxylic Acid carboxylic và dẫn xuất

R C

OH

O

Y

R C

OH

OR C

Y

O

+ H2O HY+

R C

X

O

R C

O

CR

O

O

R C

OR'

O

R C

NH2

O

(X = F, Cl, Br, I)

Halogenid acid

Anhydrid acid

Ester

Amid99

Ester RCOOR’

Phân loại

- Ester hoa quả

HCOOC2H5 etil formiat mùi rượu rum

HCOOC5H11 amyl formiat mùi mận

CH3COOC5H11 isoamyl acetat mùi chuối

C3H7COOC2H5 etil butyrat mùi dứa

- Glycerid (chất béo): là ester của acid béo cao, không nhánh với glycerin

C17H35COOH acid stearic

C15H31COOH acid palmitic + glycerin

C17H33COOH acid oleic

CH2

CH

CH2

O

O

O

C R1

O

C

C

R2

R3

O

O


- Serid (sáp): là ester của acid và alcol béo cao

C15H31COOH + C30H61OH C15H31COOC30H61 + H2O

Sáp ongAcid palmitic Alcol miricylic 100

- Sterid: là ester của acid béo cao với alcol vòng như sterol

Cholesterol Sterid


- Phản ứng xà phòng hóa:

thủy phân trong môi trường base

RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH


CH2

CH

CH2

O

O

O

C C17H35

O

C

C

C17H35

C17H35

O

O

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH

3NaOH 3C17H35COONa

Đây là phương pháp điều chế xà phòng101

- Thủy phân trong môi trường acid

CH2 O C

O

R

CH O C R'

CH2

O

O C

O

R''

CH2 OH

CH OH

CH2 Cl

RCOOH R'COOH R''COOHHCl

3-Monocloropropan-1,2-diol (3-MCPD)

RCOOR’ + HCl → RCOOH + R’Cl

xà phòng

- Phản ứng với NH3: tạo amid

C6H5COOCH3 + NH3 → C6H5CONH2 + CH3OHMethylbenzoat Benzylamid

- Phản ứng với hợp chất cơ magnesi

- Phản ứng khử ester

RCOOR’ RCH2OH + R’OHLiAlH4

CH3CH=CHCOOCH2CH3 + LiAlH4 → CH3CH=CHCH2OH + CH3CH2OH


102

Amid RCONH2


Chỉ có formamid (HCONH2) là chất lỏng ở nhiệt

độ thường. Các amid khác đều là chất rắn kết

tinh. Các amid thấp có thể hòa tan được trong

nước, các amid tinh khiết đều không có mùi.

R C

O

N H

H

R C N H

O H


Amid có tính lưỡng tính. Tính acid, base đều rất yếu

Amid chỉ phản ứng với acid mạnh, tạo các muối không bền dễ bị

thủy phân

CH3-CO-NH2 + HCl → [CH3-CO-NH3]+Cl-

Muối kim loại của các amid không bền (trừ thủy ngân)

CH3-CO-NH2 + HgO → (CH3-CO-NH)2Hg + H2O


103

Capsaicin

- Alkylamin

CH3NH2 Methylamin

CH3CH2NHCH3 Ethylmethylamin

C6H5NHC6H5 Diphenylamin

(CH3)3N Trimethylamin

Cyclohexylamin

Danh pháp

8.4 Amin

NH2

NH2

NH2H3C

Anilin

p-toludin

CH3CH2CH(NH2)CH2CH2COOH Acid 4-aminohexanoic

H2NCH2CH2COCH3 4-Amino-2-butanon

- Gọi theo nhóm thế amino

Điều chế

2H

2RCH OH

KMnO4

PBr3

Cu

to

RCOOH

RCH 2Br

RCHO

SOCl2RCOCl

NH3RCONH 2

OBr-

(Br2/NaOH)

NaCNRCH 2CN

NiRCH 2CH2NH2

NH3RCH 2NH2

NH3, H2,NiRCH 2NH2

RNH2

104


- Amin có thể tạo liên kết hydrogen

- Amin hòa tan trong dung môi ít phân cực như ether, alcol, benzen...

- Methylamin và ethylamin là chất khí có mùi giống amoniac, các alkil

amin trung bình ở thể lỏng; alkil amin cao hơn có mùi cá

Amin


NH2 + HCl NH3Cl

-+

Tính bazơ

CH 323( )2NH+

NO-

(CH3)2NH + HNO3

Phản ứng alkil hóa

Tạo amid

R NH H HO C

O

R' R NH C

O

R' H2O 105

106

Amin Phản ứng thế thân điện tử trên amin thơm

Sự halogen hóa

Sự nitro hóa

107

Amin

Nguyễn Thị Thu Trâm

Sự sulfon hóa - ứng dụng tổng hợp kháng sinh sulfamid

SulfamethoxazoleSulfaguanidin Sulfasalazine

Sulfamid

Thuốc sulfa

Amin Phản ứng với acid nitro

ArNH2 + NaNO2 + HCl Ar-N+NCl- + NaCl + H2O

ArN2+Cl-

(Hợp chất diazonium)

CuBr

CuCN

H2O, H+, t°

H3PO2

Ar-Cl

Ar-Br

CuCl

Ar-CN

Ar-OH

Ar-H

H2O, H+Ar-COOH

108

cấutạo và liên hóa 2. hóa học - tramctump.weebly.com · năng lượng ion hóa e i...

Documents