Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 22 - TS. Trần Hoàng Phương

Bài giảng Hoá học hữu cơ 2 - Chương 22: Phản ứng thế trên carbon a của nhóm carbonyl, cung cấp cho người học những kiến thức như: Đồng phân hóa keto–enol; độ phản ứng của enol: cơ chế phản ứng thế; tính acid của nguyên tử hydrogen alpha: quá trình tạo thành ion enolate; độ phản ứng của ion enolate;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 22 - TS. Trần Hoàng Phương 5/14/2021 Trường Đại Học Khoa học Tự nhiênKhoa Hóa Học – Bộ môn Hóa Học Hữu cơ HÓA HỌC HỮU CƠ 2 1 2 1 5/14/2021PHẢN ỨNG THẾ TRÊN CARBON a CỦA NHÓM CARBONYL 3Chương 22 - PHẢN ỨNG THẾ TRÊNCARBON a CỦA NHÓM CARBONYL Hầu hết hóa học của hợp chất carbonyl có thể được giải thích bằng 4 loại phản ứng cơ bản: Phản ứng cộng thân hạch Phản ứng thế thân hạch acyl Phản ứng ngưng tụ carbonyl Phản ứng thế trên carbon a Phản ứng thế a xảy ra tại vị trí kế nhóm carbonyl bao gồm quá trình thế nguyên tử hydrogen a bằng một tác nhân thân điện tử (E–electrophile) qua trung gian enol hoặc enolate 4 2 5/14/2021 5 Phản ứng này là một trong những phương pháp tổng quát để tạo thành liên kết carbon – carbon giúp gắn các phân tử nhỏ với nhau để hình thành phân tử lớn.22.1 ĐỒNG PHÂN HÓA KETO–ENOL 6 3 5/14/2021 Cần lưu ý sự khác nhau giữa đồng phân hỗ biến và dạng cộng hưởng. Đồng phân hỗ biến là đồng phân cấu tạo, hai loại hợp chất khác nhau với cấu trúc khác nhau. Dạng cộng hưởng là các đại diện cho một cấu trúc. 7 Hầu hết các hợp chất carbonyl tồn tại chủ yếu ở dạng keto tại cân bằng và khó có thể cô lập enol tinh khiết. Mặc dù enol khó cô lập và chỉ có một lượng rất nhỏ tại cân bằng, nhưng chúng là nguyên nhân của nhiều đặc tính hóa học của hợp chất carbonyl do khả năng hoạt động mạnh. 4 5/14/2021 Hiện tượng hỗ biến keto – enol của hợp chất carbonyl được xúc tác bởi cả acid và base. Xúc tác acid diễn ra bằng phản ứng proton hóa nguyên tử oxygen của nhóm carbonyl để hình thành trung gian cation, trung gian này sau đó mất H+ từ carbon α hình thành enol trung hòa. Quá trình tạo thành enol xúc tác base xảy ra do nhóm carbonyl làm hydrogen gắng tại carbon a có tính acid yếu. Do đó hợp chất carbonyl có thể cho một base nào đó hydrogen a để hình thành ion enolate, sau đó ion này bị proton hóa. 9 Cơ chế tạo thành enol bởi xúc tác acid 10 5 5/14/2021 Cơ chế tạo thành enol bởi xúc tác base 11 Cần chú ý rằng hydrogen ở vị trí a của hợp chất carbonyl có tính acid. Hydrogen tại b, g, d và sau đó nữa không có tính acid và không thể bị loại bởi base. Sự khác biệt của hydrogen a này là do ion enolate bền bởi cộng hưởng làm thay đổi vị trí điện tích âm từ carbon sang oxygen âm điện. 12 6 5/14/202122.2 ĐỘ PHẢN ỨNG CỦA ENOL: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG THẾ a Do có liên kết đôi giàu điện tử nên enol đóng vai trò nhưtác nhân thân hạch và phản ứng với tâm thân điện tử theocùng cách thức như alkene. Tuy nhiên do việc hình thành cộng hưởng bởi sự chođôi điện tử tự do của nguyên tử oxygen kế cận nên enolgiàu điện tử hơn và hoạt động hơn alkene tương ứng. 13Cơ chế tổng quát của phản ứng thếtại carbon a của nhóm carbonyl 14Pro. 22.1-22.3 7 5/14/202122.3 a HALOGEN HÓA ALDEHYDE VÀ KETONE Phản ứng thế a là phản ứng halogen hóaaldehyde và ketone tại vị trí a bằng cách cho phảnứng với Cl2, Br2 hoặc I2 trong dung dịch acid. Bromine trong dung môi acid acetic thườngđược sử dụng. 15Cơ chế phản ứng brom hóa acetone bởi xúc tác acid 16 8 5/14/2021 17 Bằng chứng cho cơ chế trên đi từ nghiên cứuđộng học, phản ứng có động học bậc 2 và tuântheo quy luật tốc độ như sau: Tốc độ phản ứng = k [ketone] [H+] a-Bromo ketone rất có ích trong phòng thí nghiệm dochúng có thể lần lượt loại hydrogen và brom tại carbon abằng cách xử lí với base tạo thành ketone α,β bất bão hòa. 18 Pro. 22.4-22.5 9 5/14/202122.4 a BROM HÓA ACID CARBOXYLIC: PHẢN ỨNG HELL-VOLHARD-ZELINSKII Quá trình a brom hóa bởi Br2 trong môi trường acid aceticcủa hợp chất carbonyl chỉ giới hạn xảy ra với aldehyde vàketone bởi vì acid, ester và amide không thể enol hóa đủkhả năng để phản ứng. Tuy nhi ...