Giáo án điện tử chuyên đề Hoá học 12 cánh diều Bài 2: Một số cơ chế phản ứng trong hoá học hữu cơ

CHÀO MỪNG CÁC EM

ĐẾN VỚI LỚP HỌC MÔN HÓA!

KHỞI ĐỘNG

Viết phương trình hóa học của phản ứng monochlorine hóa methane, cho biết loại phản ứng.

PTHH:

CH4 + Cl2

CH3Cl + HCl

as/ to

Phản ứng thế

BÀI 2:

MỘT SỐ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TRONG HÓA HỌC HỮU CƠ

Phản ứng thế electrophile vào nhân thơm (SEAr)

04

Phản ứng thế nucleophile (SN1 và SN2)

05

Phản ứng cộng nucleophile vào C=O (AN)

06

NỘI DUNG BÀI HỌC

Tác nhân electrophile và tác nhân nucleophile

01

Phản ứng thế gốc của alkane (SR)

02

Phản ứng cộng electrophile vào alkene (AE)

03

I.

TÁC NHÂN ELECTROPHILE VÀ TÁC NHÂN NUCLEOPHILE

Trong phản ứng hóa học hữu cơ:

Các chất hữu cơ phức tạp hơn thường được gọi là chất phản ứng.

Các chất hữu cơ đơn giản hơn hoặc các chất vô cơ thường được gọi là tác nhân phản ứng.

Xét ví dụ:

CH2=CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl

chất phản ứng

tác nhân phản ứng

(tác nhân electrophile)

*Cơ chế phản ứng:

Dựa vào kiến thức vừa được cung cấp, hãy cho biết đặc điểm, vai trò của tác nhân electrophile và tác nhân nucleophile. Nêu ví dụ minh họa.

Tác nhân electrophile

Tác nhân nucleophile

Là các tiểu phân thiếu electron, có khả năng nhận electron, có ái lực với electron.

Là các tiểu phân giàu electron, có khả năng nhường electron, có ái lực với hạt nhân.

Ví dụ:

H+, R+, Br+, +NO2,…

Ví dụ:

NH3, CH3NH2, C2H5OH, R-, -OH,…

Thường tham gia các phản ứng cộng electrophile, thế electrophile.

Thường tham gia phản ứng cộng nucleophile, thế nucleophile.

Câu hỏi 1 (SGK - tr.11)

Cho các tiểu phân sau: -OH, H2O, H+, NH3, C2H5O-, C2H5OH, Br+, Br-. Trong các tiểu phân trên, tiểu phân nào là tác nhân electrophile, tiểu phân nào là tác nhân nucleophile?

H2O, H+, NH3, C2H5OH, Br+

-OH, H2O, NH3, C2H5O-, C2H5OH, Br-.

Giải thích

H2O (nguyên tử H tích một phần điện tích dương), H+, NH3 (nguyên tử H trong N-H tích một phần điện tích dương), C2H5OH (nguyên tử H trong OH tích một phần điện tích dương), Br+.

Tác nhân electrophile:

Giải thích

-OH, H2O (nguyên tử O chứa cặp electron tự do), NH3 (nguyên tử N chứa cặp electron tự do), C2H5O-, C2H5OH (nguyên tử O chứa cặp electron tự do), Br-.

Tác nhân nucleophile:

II.

PHẢN ỨNG THẾ GỐC CỦA ALKANE (SR)

Các phản ứng của halogen và alkane xảy ra theo cơ chế thế gốc SR.

Gồm 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn khơi mào

Giai đoạn

phát triển mạch

Giai đoạn

cắt mạch

Phản ứng xảy ra ưu tiên theo hướng tạo gốc tự do trung gian bền hơn.

Chia lớp thành 4 nhóm, lần lượt thực hiện các nhiệm vụ sau:

Câu 1: Xét phản ứng thế của chlorine vào methane khi có ánh sáng hoặc nhiệt độ, tạo thành methyl chloride:

a) Viết phương trình hóa học ở mỗi giai đoạn vào sơ đồ sau:

b) Từ sơ đồ phản ứng:

• Theo em, yếu tố ánh sáng hoặc nhiệt độ tác động đến giai đoạn nào?
• Nêu mục đích của giai đoạn khơi mào.
• Ở giai đoạn khơi mào và phát triển mạch, sự phân cắt liên kết Cl-Cl và C-H là đồng li hay dị li?
• Liệt kê các gốc tự do xuất hiện ở giai đoạn phát triển mạch.

c) Phản ứng thế của chlorine vào methane xảy ra theo cơ chế nào? Viết kí hiệu của cơ chế đó.

GỢI Ý

a) Viết PTHH ở mỗi giai đoạn vào sơ đồ:

Cl-Cl 2Cl•

as/to

CH3-H + Cl• → •CH3 + HCl

•CH3 + Cl-Cl → CH3-Cl + Cl•

…

Cl• + Cl• → Cl-Cl

•CH3 + Cl• → CH3-Cl

•CH3 + •CH3 → CH3-CH3

b)

Yếu tố ánh sáng hoặc nhiệt độ nhằm tác động đến giai đoạn khơi mào phản ứng.

Mục đích của giai đoạn khơi mào: Tạo ra các gốc Cl• tự do.

Ở giai đoạn khơi mào và phát triển mạch, các liên kết Cl-Cl và C-H bị phân cắt đồng li.

Các gốc tự do xuất hiện ở giai đoạn phát triển mạch: Cl• và •CH3.

c)

Phản ứng thế của chlorine vào methane xảy ra theo cơ chế

phản ứng thế gốc SR.

Câu 2: Xét phản ứng thế của chlorine vào propane khi có ánh sáng hoặc nhiệt độ:

CH3 - CH2 - CH3 + Cl - Cl

as

to

…

…

a) Viết công thức hai sản phẩm thế vào sơ đồ phản ứng trên.

b) Theo em, mỗi sản phẩm trên được tạo thành từ gốc carbo tự do nào? Gốc carbo tự do nào bền hơn?

CH3 - CH2 - CH2Cl

C2H5 - CH2

•

(CH3)2 - CH

•

và

bền hơn

CH3- CH - CH3

Cl

c) Giải thích vì sao khi cho propane phản ứng với chlorine khi có ánh sáng thì thu được sản phẩm chính là 2-chloropropane.

Vì chlorine gắn vào gốc carbo bền hơn.

d) Viết các phương trình hóa học ở giai đoạn phát triển mạch để tạo thành hai sản phẩm thế vào mỗi ô tương ứng sau:

CH3-CH2-CH3 + Cl• → CH3-CH2-H2 + HCl

CH3-CH2-H2 + Cl-Cl → CH3-CH2-CH2Cl + Cl•

…

CH3-CH2-CH3 + Cl• → (CH3)2- + HCl

(CH3)2-+ Cl-Cl → CH3-CHCl-CH3 + Cl•

…

III.

PHẢN ỨNG CỘNG ELECTROPHILE VÀO ALKENE (AE)

Cơ chế chung:

Giai đoạn 1:

Giai đoạn 2:

1. Phản ứng cộng halogen

• Phản ứng của alkene với bromine và chlorine diễn ra theo cơ chế cộng electrophile AE.
• Ví dụ: CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br

Cơ chế phản ứng giữa C2H4 và Br2:

Viết cơ chế để giải thích quá trình tạo thành các sản phẩm của phản ứng giữa propene với bromine.

Luyện tập 2 (SGK - tr.12)

GỢI Ý

CH2=CH-CH3

BrCH2-CH-CH3

BrCH2-CHBr-CH3

Br - Br

- Br-

Br-

+

2. Phản ứng với HX

Gồm 2 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1:

Phản ứng của H+ với C=C, tạo carbocation trung gian.

Giai đoạn 2:

Carbocation kết hợp với X-.

Hướng phản ứng: Ưu tiên theo hướng tạo carbocation bền hơn.

Giữ nguyên 4 nhóm, lần lượt thực hiện các nhiệm vụ sau:

Câu 1: Xét phản ứng cộng H-Br vào nối đôi C=C của ethylene:

Viết phương trình hóa học ở mỗi giai đoạn vào sơ đồ sau:

GỢI Ý

• Giai đoạn 2:
• Giai đoạn 1:

Giải thích vì sao propene cộng hợp với HBr lại sinh ra sản phẩm chính là 2-bromopropane (theo quy tắc Markovnikov).

Luyện tập 3 (SGK - tr.12)

Cơ chế:

CH3-CH=CH2 + H-Br

CH3-CH-CH3

+

CH3-CH2-CH2

+

CH3-CH-CH3

+

(bền hơn)

CH3-CH2-CH2

+

+ Br-

CH3-CH2-CH2Br

CH3-CH-CH3

Br

-

(sản phẩm chính)

3. Phản ứng của alkene với nước

Trải qua 3 bước chính:

Bước 1:

Proton hóa liên kết đôi C=C tạo carbocation.

Bước 2:

Cộng hợp nước vào carbocation.

Bước 3:

Tách proton để tạo alcohol.

Thực hiện yêu cầu sau:

Xét phản ứng cộng H-OH vào nối đôi C=C của ethylene (xúc tác acid):

Viết phương trình hóa học ở mỗi giai đoạn vào sơ đồ sau:

H+, to

Bước 1:

Bước 2:

Bước 3:

GỢI Ý

Viết phương trình hóa học của phản ứng cộng nước của propene (xúc tác H+). Giải thích quá trình tạo ra sản phẩm bằng cơ chế phản ứng. Chỉ ra sản phẩm chính của phản ứng. Giải thích.

Câu hỏi 2 (SGK - tr.13)

Phương trình hóa học:

CH2=CHCH3 + H2O

H+

CH3-CH-CH3

OH

-

+ CH3CH2CH2OH

(sản phẩm chính)

(sản phẩm phụ)

Bước 1:

Quá trình proton hóa liên kết đôi C=C của propene tạo thành carbocation.

CH3-CH=CH2 + H+

CH3-CH-CH3

+

CH3-CH2-CH2

+

Bước 2:

--------------- Còn tiếp ---------------