Bài giảng Hóa hữu cơ 1 - Hệ Dược

Bài giảng Hóa hữu cơ 1 - Hệ Dược được biên soạn nhằm cung cấp cho các bạn những kiến thức về cấu trúc điện tử của nguyên tử cacbon và sự hình thành liên kết trong hoá hữu cơ; hiệu ứng điện tử trong hoá hữu cơ. Mời các bạn tham khảo bài giảng để bổ sung kiến thức về lĩnh vực này.

Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hóa hữu cơ 1 - Hệ Dược HOÁ HỮU CƠ 1 HỆ DƯỢC Chương 1: Cấu trúc điện tử của nguyên tử cacbon và sự  hình thành liên kết trong hoá hữu cơ 1. Cấu trúc điện tử của cacbon • Thuyết cacbon tứ diện (Vant Hoff – Le Bel 1874) Nguyên  tử  cacbon  có  hoá  trị  4.  Bốn  hoá  trị  của  cacbon  hướng ra bốn đỉnh của tứ diện, tâm tứ diện là nguyên tử  cacbon • Cấu trúc điện tử của cacbon Trạng thái cơ bản:  C (Z=6): 1s22s22p2.   Trạng thái kích thích:  Trạng thái kích thích, cacbon có 4e độc thân  t ạ o 4 li ên  kết đơn, cacbon luôn có hoá trị 4.  • Trạng thái lai hoá K/n: tổ hợp các orbital có năng lượng gần bằng nhau để  tạo  các  orbital  có  cùng  năng  lượng,  hình  dạng,  kích  thước nhưng có định hướng khác nhau trong không gian  gọi là sự lai hoá Lai hoá sp3  (lai hoá tứ diện): 1AOs và 3AOp lai hoá với  nhau tạo thành 4AO lai hoá sp3 Lai hoá sp2 (lai hoá tam giác):  1AOs + 2AOp (2px và 2py)  3AO lai ho á sp2.  Trục đối xứng của 3AO lai hoá sp2  nằm trên cùng mặt  phẳng và tạo với nhau góc 120 Lai hoá sp (lai hoá thẳng):  1AOs + 1AOp (2px) 2AO lai ho á sp.  Góc tạo bởi trục của 2AO lai hoá sp là 180 2. Sự tạo thành liên kết s , p  * Xen phủ trục – tạo liên kết s s­s s­p p­p Trong hợp chất hữu cơ, liên kết s  được hình thành do sự  xen phủ: AOs (H) với các AO lai hoá (C): sp, sp2, sp3. AO lai hoá (C) xen phủ với nhau AO lai hoá s và p của (O, N) với AOs (H) hoặc với các  AO lai hoá (C) trong các hợp chất có liên kết O­H hoặc C­ O, liên kết N­H hoặc C­N. Ví dụ: sự hình thành liên kết s  trong phân tử etan * Xen phủ bên – tạo liên kết p Trong hợp chất hữu cơ, liên kết p được hình thành do sự  xen phủ: Orbital Px hoặc Py của cacbon xen phủ với nhau từng đôi  một để tạo thành liên kết p trong C=C hoặc trong C” C. Orbital P của oxy, nitơ xen phủ với orbital P của cacbon  tạo thành liên kết p trong C=O hoặc trong C=N, C” N. Ví dụ: sự hình thành liên kết p trong phân tử etylen 3. Sự tạo thành liên kết yếu – liên kết hydro  Điều kiện hình thành liên kết hidro Liên  kết  hidro  có  bản  chất  tĩnh  điện,  năng  lượng  liên  kết nhỏ (5kcal/mol). Điều kiện hình thành liên kết hidro: + Độ âm điện: X > H + Y có cặp điện tử tự do (chưa liên kết)  + Kích thước của X và Y đều không lớn   Liên kết hydro liên phân tử Tạo thành giữa các phân tử với nhau Khi pha loãng các hợp chất có liên kết hidro liên phân tử  trong dung môi trơ (dung môi không phân cực)  li ên kết  hidro bị cắt đứt dần Liên kết hydro nội phân tử Tạo thành trong cùng một phân tử Liên kết không bị ảnh hưởng khi pha loãng dung dịch Nhóm X­H và Y phải  ở gần nhau để đảm bảo khi hình  thành liên kết thì sẽ hình thành vòng 5 hoặc 6 cạnh bền.  Các hợp chất vòng có nhóm chức ở vị trí 1, 2 thường dễ  tạo thành liên kết hidro nội phân tử.   Ảnh hưởng của liên kết hydro Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi Liên  kết  H  liên  phân  tử  làm  tăng  toC  và  tos,  nhưng  liên  kết hidro nội phân tử không có ảnh hưởng này. Ví dụ:  +  p­nitrophenol:  nhiệt  độ  nóng  chảy  144 C  v à  sôi  241 C + o­nitrophenol: nhiệt độ nóng chảy 44 C v à sôi 114 C Ảnh hưởng của liên kết hydro Độ tan Các chất có khả năng tạo thành liên kết hidro với nước  thì dễ tan trong nước. Liên  kết  hidro  liên  phân  tử  giữa  chất  tan  và  dung  môi  làm tăng độ tan trong dung môi phân cực.  Liên  kết  hidro  nội  phân  tử  làm  tăng  độ  tan  trong  dung  môi không phân cực. Ví dụ: Metanol và etanol dễ tan trong nước do có liên kết hidro  với nước p­nitrophenol  có  khả  năng  tan  được  trong  nước,  trong  khi đó o­nitrophenol không tan trong nước. Ảnh hưởng của liên kết hydro Độ bền phân tử Liên  kết  hidro  nội  phân  tử  làm  cho  phân  tử  đó  trở  nên  bền vững hơn. Ví dụ:  1,2­dicloetan: đồng phân anti bền hơn đồng phân syn Etilenglycol: đồng phân syn lại bền hơn đồng phân anti  vì syn­etilenglycol có sự tạo thành liên kết hidro nội phân  tử   Ảnh hưởng của liên kết hydro Ảnh hưởng khác Liên kết hidro làm thay đổi các vạch hấp thụ đặc trưng  trong  quang  phổ  hồng  ngoại  (IR),  tử  ngoại  (UV),  phổ  cộng  hưởng  từ  hạt  nhân  (NMR),  momen  lưỡng  cực,  độ  dài liên kết. Liên kết hidro cũng có tác dụng làm thay đổi tương tác  trong các quá trình chuyển hoá sinh học trong cơ thể động  vật và thực vật   Chương 2: Hiệu ứng điện tử trong hoá hữu cơ Mật  độ  điện  tử  trong  liên  kết  cộng  hoá  trị  thường  được  phân  bố  không  đồng  đều  giữa  2  nguyên  tử  của  liên  kết,  khi đó phân tử chất hữu cơ bị phân cực. Bản chất của sự  phân cực khác nhau còn tuỳ thuộc vào cấu tạo phân tử.  Như vậy, cấu tạo phân tử có  ảnh hưởng đến sự phân bố  mật  độ  điện  tử,  ảnh  hưởng  đó  gọi  là  hiệu  ứng  điện  tử  trong phân tử. Các loại hiệu ứng: + Hiệu ứng cảm ứng I (Inductive effect) + Hiệu ứng liên hợp C, M (Conjugate eff ...