Chuyên đề Hóa 12 CTST Bài 2: Một số cơ chế phản ứng trong hóa học hữu cơ có đáp án
15 câu hỏi
Hiểu rõ cơ chế phản ứng hoá học hữu cơ rất quan trọng cho việc nghiên cứu hoá học hữu cơ. Điều này dựa trên sự hiểu biết về chất phản ứng, tác nhân và điều kiện phản ứng. Làm sao để viết được cơ chế phản ứng của một số phản ứng hoá học hữu cơ phổ biến?
Để viết được cơ chế phản ứng của một số phản ứng hoá học hữu cơ phổ biến phải:
- Nắm vững được các khái niệm: tác nhân electrophile, tác nhân nucleophile …
- Trình bày được một số cơ chế phản ứng trong hoá học hữu cơ như: cơ chế thế gốc SR (vào carbon no của alkane), cơ chế cộng electrophile AE (vào liên kết đôi C=C của alkene), cơ chế thế electrophile SEAr (vào nhân thơm), cơ chế thế nucleophile SN1, SN2 (phản ứng thuỷ phân dẫn xuất halogen), cơ chế cộng nucleophile AN (vào hợp chất carbonyl)…
- Hiểu được sự tạo thành sản phẩm và hướng của một số phản ứng (cơ chế thế gốc SR vào carbon no của alkane và cơ chế cộng electrophile AE vào liên kết đôi C = C của alkene theo quy tắc cộng Markovnikov).
Xác định tác nhân nucleophile hoặc electrophile trong các phản ứng sau:
\(\begin{array}{l}(1)\,{(C{H_3})_2}C = C{H_2} + {H^ + } \to {(C{H_3})_3}{C^ + }\\(2)\,{(C{H_3})_3}{C^ + } + {}^ - OH \to {(C{H_3})_3}C - OH\end{array}\)
- Tác nhân electrophile là tác nhân có ái lực với electron, chúng thường là các tiểu phân mang điện tích dương (như \({H^ + },B{r^ + },{}^ + N{O_2},...\)) hoặc có trung tâm mang một phần điện tích dương (như \(\mathop C\limits^{\delta + } {H_3} - \mathop {Br}\limits^{\delta - } ,...\))
- Tác nhân nucleophile là tác nhân có ái lực với hạt nhân, chúng thường là các tiểu phân mang điện tích âm (như \(C{l^ - },H{O^ - },C{N^ - },...\)) hoặc có cặp electron hoá trị tự do (như H2O, CH3OH, …)
Như vậy:
- Trong phản ứng (1) H+ là tác nhân electrophile;
- Trong phản ứng (2) −OH là tác nhân nucleophile.
Phân biệt chất phản ứng và tác nhân phản ứng.
Xét phản ứng hữu cơ tổng quát:
Chất phản ứng + Tác nhân phản ứng → Sản phẩm
Trong phản ứng hoá học hữu cơ, chất phức tạp hơn thường được gọi là chất phản ứng; chất hữu cơ đơn giản hơn hoặc chất vô cơ thường được gọi là tác nhân phản ứng.
Xác định các gốc tự do tạo thành trong phản ứng của methane với chlorine.
Xét phản ứng của methane với chlorine:
CH4+Cl2→asmtCH3Cl+HCl
Phản ứng trên xảy ra theo cơ chế thế gốc tự do (SR) gồm 3 giai đoạn: Cl2→asmt2Cl•
Giai đoạn khơi mào:
Giai đoạn phát triển mạch:
\(C{l^ \bullet } + C{H_4} \to \mathop C\limits^ \bullet {H_3} + HCl\)
\(\mathop C\limits^ \bullet {H_3} + C{l_2} \to C{H_3}Cl + C{l^ \bullet }\)
…
Giai đoạn tắt mạch:
C•H3+Cl•→CH3Cl
\[\mathop C\limits^ \bullet {H_3} + \mathop C\limits^ \bullet {H_3} \to C{H_3} - C{H_3}\]
\(C{l^ \bullet } + C{l^ \bullet } \to C{l_2}\)
Vậy các gốc tự do tạo thành trong phản ứng của methane với chlorine là: \(C{l^ \bullet };\,\mathop C\limits^ \bullet {H_3}.\)
Dự đoán các gốc tự do tạo thành khi cho propane tác dụng với bromine tạo thành dẫn xuất monobromo. So sánh độ bền của các gốc tự do này.
* Cơ chế phản ứng: Phản ứng trên xảy ra theo cơ chế thế gốc (SR), gồm ba giai đoạn chính như sau:
- Giai đoạn khơi mào phản ứng:
Br−Br→to2Br•
- Giai đoạn phát triển mạch phản ứng:
\(C{H_3} - C{H_2} - C{H_2} - H + B{r^ \bullet } \to C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet {H_2} + HBr\)
\(C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet {H_2} + Br - Br \to C{H_3} - C{H_2} - C{H_2} - Br + B{r^ \bullet }\)
\[\begin{array}{l}C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - C{H_3} + B{r^ \bullet } \to C{H_3} - \mathop C\limits^ \bullet H - C{H_3} + HBr\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,H\end{array}\]
\(\begin{array}{l}C{H_3} - \mathop C\limits^ \bullet H - C{H_3} + Br - Br \to C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - C{H_3} + B{r^ \bullet }\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,Br\end{array}\)
…..
- Giai đoạn tắt mạch phản ứng:
\(B{r^ \bullet } + {}^ \bullet Br \to Br - Br\)
\(C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet {H_2} + B{r^ \bullet } \to C{H_3} - C{H_2} - C{H_2} - Br\)
\(\begin{array}{l}C{H_3} - \mathop C\limits^ \bullet H - C{H_3} + B{r^ \bullet } \to C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - C{H_3}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,Br\end{array}\)
\(C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet {H_2} + \mathop C\limits^ \bullet {H_2} - C{H_2} - C{H_3} \to C{H_3} - C{H_2} - C{H_2} - C{H_2} - C{H_2} - C{H_3}\)
\[\begin{array}{l}C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet {H_2} + C{H_3} - \mathop C\limits^ \bullet H - C{H_3} \to C{H_3} - C{H_2} - C{H_2} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - C{H_3}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array}\]
\(\begin{array}{l}C{H_3} - \mathop C\limits^ \bullet H - C{H_3} + C{H_3} - \mathop C\limits^ \bullet H - C{H_3} \to C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - C{H_3}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array}\)
* Như vậy, các gốc tự do được tạo thành: \[C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet {H_2};\,C{H_3} - \mathop C\limits^ \bullet H - C{H_3}\]
Độ bền của gốc tự do phụ thuộc vào bậc của nguyên tử carbon chứa electron độc thân.
Ta có độ bền của các gốc tự do này như sau:
\[C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet {H_2} < C{H_3} - \mathop C\limits^ \bullet H - C{H_3}\]
Trình bày cơ chế phản ứng khi cho ethylene tác dụng với HBr, với H2O (xúc tác H+).
* Phản ứng khi cho ethylene tác dụng với HBr:
CH2 = CH2 + HBr → CH3 – CH2Br
Cơ chế phản ứng:
* Phản ứng khi cho ethylene tác dụng với H2O (xúc tác H+):
Cơ chế phản ứng:
- Quá trình proton hoá liên kết đôi C = C của ethylene tạo thành carbocation:
- Quá trình nước cộng hợp vào carbocation:
- Quá trình tách proton để tạo alcohol:
Cho biết hướng tạo ra sản phẩm chính và hướng tạo ra sản phẩm phụ trong Ví dụ 6.
Ví dụ 6: Cơ chế phản ứng cộng HCl vào 2 – methylpropene như sau:
Hướng tạo ra sản phẩm chính là hướng (1):
Do 2 – methylpropene là alkene bất đối xứng nên phản ứng cộng HCl vào alkene này sẽ ưu tiên theo hướng tạo thành carbocation bền hơn, ta lại có độ bền:
Xác định tác nhân electrophile trong phản ứng của benzene và dung dịch HNO3 đặc và H2SO4 đặc.
Cơ chế phản ứng khi cho benzene tác dụng với HNO3 đặc và H2SO4 đặc xảy ra như sau:
Tác nhân electrophile của phản ứng là: +NO2.
Trình bày cơ chế phản ứng khi cho benzene tác dụng với Br2, xúc tác FeBr3 tạo thành monobromobenzene. Tác nhân electrophile tạo thành từ sự kết hợp giữa Br2 và FeBr3 được biểu diễn như sau:
Br2 + FeBr3 → Br+ + [FeBr4]−
Cơ chế phản ứng xảy ra như sau:
- Quá trình hoạt hoá tác nhân Br2 bằng FeBr3:
![Trình bày cơ chế phản ứng khi cho benzene tác dụng với Br2, xúc tác FeBr3 tạo thành monobromobenzene. Tác nhân electrophile tạo thành từ sự kết hợp giữa Br2 và FeBr3 được biểu diễn như sau: Br2 + FeBr3 → Br+ + [FeBr4]− (ảnh 1)](https://video.vietjack.com/upload2/quiz_source1/2024/07/blobid9-1721483476.png)
- Quá trình tương tác giữa benzene và tác nhân electrophile:
![Trình bày cơ chế phản ứng khi cho benzene tác dụng với Br2, xúc tác FeBr3 tạo thành monobromobenzene. Tác nhân electrophile tạo thành từ sự kết hợp giữa Br2 và FeBr3 được biểu diễn như sau: Br2 + FeBr3 → Br+ + [FeBr4]− (ảnh 2)](https://video.vietjack.com/upload2/quiz_source1/2024/07/blobid10-1721483481.png)
- Quá trình tách proton để tạo thành sản phẩm:![Trình bày cơ chế phản ứng khi cho benzene tác dụng với Br2, xúc tác FeBr3 tạo thành monobromobenzene. Tác nhân electrophile tạo thành từ sự kết hợp giữa Br2 và FeBr3 được biểu diễn như sau: Br2 + FeBr3 → Br+ + [FeBr4]− (ảnh 3)](https://video.vietjack.com/upload2/quiz_source1/2024/07/blobid11-1721483486.png)
Trình bày cơ chế của phản ứng thuỷ phân 1 – bromobutane bằng dung dịch NaOH.
1 – bromobutane là dẫn xuất halogen bậc một, phản ứng chủ yếu xảy ra theo cơ chế SN2.
NaOH → Na+ + OH−
Xác định tác nhân nucleophile trong phản ứng iodomethane tác dụng với dung dịch sodium hydroxide.
Cho iodomethane tác dụng với sodium hydroxide phản ứng xảy ra theo cơ chế như sau:
Tác nhân nucleophile trong phản ứng là: HO−.
Xác định tác nhân nucleophile trong phản ứng khi cho acetone tác dụng với hydrogen cyanide.
Tác nhân nucleophile trong phản ứng khi cho acetone tác dụng với hydrogen cyanide là: C−N
Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra khi cho 2 – methylpropane tác dụng với bromine trong điều kiện chiếu sáng tạo thành sản phẩm 2 – bromo – 2 – methylpropane. Giải thích bằng cơ chế phản ứng.
Phương trình phản ứng:
Cơ chế phản ứng:
- Giai đoạn khơi mào:
- Giai đoạn phát triển mạch:
- Giai đoạn tắt mạch:
Trình bày cơ chế phản ứng cộng nước (xúc tác H+) vào 2 – methylpropene và xác định sản phẩm chính theo quy tắc Markovnikov.
Phương trình hoá học:
\(\begin{array}{l}\,C{H_2} = \mathop C\limits_{\left| {} \right.} - C{H_3} + \,{H_2}O \to \\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array}\)\(\left\langle \begin{array}{l}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,OH\\C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.}^{\left| {} \right.} - C{H_3}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(spc)\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\\C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.}^{} H - C{H_2} - OH\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array} \right.\)
Cơ chế phản ứng:
Benzaldehyde cyanohydrin có thể được tạo thành từ phản ứng hoá học giữa benzaldehyde và HCN. Viết phương trình hoá học và giải thích bằng cơ chế phản ứng.
Phương trình hoá học:
Cơ chế phản ứng:
