Hc1 (9)

BUỔI 9 (CHƯƠNG 11)

PHẢN ỨNG CỦA ALKYL HALIDE: PHẢN ỨNG THẾ THÂN HẠCH, PHẢN ỨNG KHỬ • Phản ứng SN2. Đặc điểm của phản ứng SN2: Chất nền. Chất thân hạch.

Nhóm xuất. Dung môi.

• Phản ứng SN1. Đặc điểm của phản ứng SN2: Chất nền. Chất thân hạch.

Nhóm xuất. Dung môi.

• Phản ứng khử: Qui tắc Zaitsev. Phản ứng khử E2 và hiệu ứng đồng vị deuterium. Phản ứng khử E2 và cấu trạng cyclohexane.

• Phản ứng khử E1.

• Tóm tắt hoạt tính các phản ứng SN1, SN2, E1, E2.

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Môn học: Hoá hữu cơ 1 GS. TS. Nguyễn Kim Phi Phụng Tháng 4 năm 2017

CH2-CH3

CH2-CH3

Phản ứng thế (Substitution reaction) một nguyên tử hoặc một nhóm nguyên tử của chất nền được thay thế bởi một nhóm nguyên tử khác.

N C H H

C

+

01

C H H

C Br

N



Phản ứng thân hạch nhóm nguyên

O CH3 C +

tử có mang đôi điện tử tự do, luôn tìm kiếm tâm phản ứng đang thiếu điện tử để gắn vào

O

H3C C O O

C CH3

Cl 

H

H

Phản ứng khử (Elimination reaction) Phản

H C

OH

C H

H

H C H

H Br Bromoethane

ứng khử xảy ra khi một chất nền bị mất đi một phần, tạo ra hai sản phẩm. Thường tạo thành một phân tử nhỏ, thí dụ như nước, HBr…

CH3

C

+ HBr

H Ethylene

OH H

+ H2O

H Cyclohexanol

Cyclohexene

Phản ứng chuyển vị với R-X Br H3C CH

CH CH33 CH3-CH2 CH33

O-CH2-CH3 OH

H3C CH

H3C CH C

CH CH33 + H3C CH33

CH3-CH2 OH

H CH3

H3C CH2 C CH3 H+

CH3

CH3

O-CH2-CH3 CH2

CH CH33 CH33

O CH2-CH3 H3C CH2 C CH3 CH3

Hợp chất R-X

có vai trò quan trọng trong tổng hợp hữu cơ, tạo ra nhiều loại hợp chất khác nhau nhờ vào phản ứng thế thân hạch I

+ R 1 H2 C

X

R1 H2C

I

Alkyl halide

H O

+

R1 H2C

OH

Alcohol

R2 O

+

R 1 H2 C

O R2

Ether

H S

+

R1 H2C

S H

Thiol

R2 S

+

R1 H2C

S R2

Sulfur (Thioether)

C

+

R1 H2C C C R2 Alkyne

H3 N

+

R1 H2C NH2

Primary amine

R2 H2N

+

R1 H2C NH R2

Secondary amine

+

R1 H2C N

R2 R3

N C

+

R1 H2C C

N

R2 C O

+

R1 H2C

R2 C

R2 HN R3

O

Tertiary amine Nitril

O C R2 Ester O

H3O

R1 H2C COOH Carboxylic acid

02

03

Phản ứng thế thân hạch luôn có phản ứng đồng hành với nó, đó là phản ứng khử Chất thân hạch tác kích vào carbon để thay thế một X cho phản ứng thế

 Chất thân hạch tác kích vào hydrogen kề bên để khử H-X cho phản ứng khử

Nu

H

+ C

H H

Nu

H C

 X

phản ứng chuyển vị

C

C

H H

+

X

H H H

C

C

C

C

+

X

+ Nu H

X

Br

 Đôi khi xảy ra

Nu

O-CH2-CH3

CH CH CH33 CH3-CH2 OH H3C CH CH CH33 CH

CH CH CH33 H3C CH CH CH33 CH

O-CH2-CH3 C CH CH33 + H3C CH2 C CH33 CH

Chất thân hạch (“nucleus-loving”) là tác chất luôn tìm kiếm để tác kích vào tâm dương điện

04

 Any negative ion or uncharged molecule with an unshared electron pair is a potential nucleophile. It is always a Lewis base  Nucleophile could be: carbanion, heteroatom containing a pair of electrons, the  electrons .…

CH2-CH3

N

C

The nucleophile seeks the positive center

 Chất thân hạch cũng là một base (do có đôi điện tử tự do hoặc diện tử   Chúng khác nhau về vị trí tác kích vào R-X

C B

H H

C

+

Br 

The electronegative halogen polarizes the CX bond

X

Nu

C

Nucleophile attacks other electron-deficient atoms (usually carbons)

H

Base attacks proton

05

TÊN GỌI CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT PHẢN ỨNG 1- BẬC CỦA PHẢN ỨNG (Phản ứng bậc 1 Phản ứng bậc 2)

5- DUNG MÔI (Dung môi proton, Dung môi lưỡng cực không proton)

CH 2-CH 3

N

C H H

2- TÁC CHẤT (Chất thân hạch mạnh Chất thân hạch yếu)

C

CH2-OH HC OH

CH3-OH CH3CH2-OH

CH3

CH3CH2CH2-OH

+

C C

Br 

N

4- NHÓM XUẤT (Nhóm xuất tốt Nhóm xuất tồi)

3- CHẤT NỀN R-X (Chất nền nhất cấp Chất nền nhị cấp Chất nên tam cấp)

CH 2-CH 3

CH2-OH CH2-OH

H H

+

6- SẢN PHẨM (Sản phẩm chính Sản phẩm phụ Cấu trúc hoá lập thể)

Br

06

1- BẬC CỦA PHẢN ỨNG Có phương trình phản ứng như sau

cC + dD

aA + bB

Khảo sát vận tốc phản ứng là phân tích sự biến đổi nồng độ của các tác chất (A, B) và sản phẩm (C, D) trong suốt quá trình xảy ra phản ứng x xxxx xx x xxxx xxxxx x x xx xxxxx xx

A, B C, D

Có thể đo vận tốc biến mất của hợp chất A và B trong quá trình phản ứng va= - dA/dt hoặc vb= - dB/dt

Về mặt thực nghiệm, vận tốc phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ tác chất

m

v = k . [A] . [B] k [A] [B] m n m+n

n

: Hằng số vận tốc : Nồng độ của hợp chất A : Nồng độ của hợp chất B : Bậc riêng của phản ứng tính theo A : Bậc riêng của phản ứng tính theo B : Bậc toàn phần của phản ứng. Là một đại lượng thực

nghiệm

 Bậc riêng có thể là một con số nguyên (0, 1, 2…) hoặc một phân số (1/2 , 2/3…)  Nếu bậc riêng của của hợp chất = 0, nghĩa là nồng độ của hợp chất đó không ảnh hưởng gì đến vận tốc phản ứng.  Bậc riêng không thể tiên đoán mà chỉ biết được nhờ vào thực nghiệm.

07

THÍ DỤ VỀ BẬC CỦA PHẢN ỨNG H 3C H 3 CH 2 C C

H 2O Cl

(H 3 C) 2 HCH 2 CH 2 C- H 2 C (R)-6-Chloro-2,6-dim ethyloctan e

v=

kx

R Cl

C 2 H 5 OH

H 3C H 3 CH 2 C C

OH

(H 3 C) 2 HCH 2 CH 2 C- H 2 C 4 0% (R)

+

HO

CH 3 CH 2 CH 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH( CH 3 ) 2

60% (S )

Kết quả này cho phép nghĩ rằng phản ứng trên đã xảy ra theo nhiều giai đoạn, nhưng giải đoạn xác định vận tốc phản ứng chỉ có sự tham dự của R-Cl.

Đây là phản ứng theo bậc 1.

H3C C CH3 + I2 + Na OH + H2O O

v = k x H3C C CH3 x O

OH

H3C C CH2 I + NaI + H2O O

Kết quả này cho phép nghĩ rằng phản ứng trên đã xảy ra theo nhiều giai đoạn, nhưng giải đoạn xác định vận tốc phản ứng chỉ có sự tham dự của acetone và HO-

Đây là phản ứng theo bậc 2.

2a- Tác chất thân hạch

nucleophile nghĩa là “nucleusloving” là mảnh phân tử (species) có chứa nguyên tử giàu điện tử, mang một phần điện tích âm. Chất thân hạch có thể trung tính hoặc mang điện tích âm.

Chất thân hạch như: carbanion, các dị nguyên tử có mang đôi điện tử tự do, các điện tử .…

CH2-CH3

N C H H

+ C

Br 

Phản ứng thế thân hạch loại SN2 cần chất thân hạch mạnh Chất thân hạch

yếu

Chất thân hạch

mạnh

Chất thân hạch trung bình

I H3C O

N C H3C S

R1 R2

H O

NH

R1 R2

Br

N R3

NH3

Cl

H3C C O O F H O H H3C OH

08

09

2b- So sánh tính thân hạch của các tác chất Trên cùng một hàng của bảng phân hạng tuần hoàn, tính thân hạch tăng dần từ trái qua phải NH3 H O H F H O Trên cùng một cột của bảng phân hạng tuần hoàn, tính thân hạch tăng dần từ trên xuống dưới (đồng thời với sự tăng kích thước và khả năng phân cực) I

Br

Cl

S

F

H

O H

Một mảnh có mang điện tích âm sẽ có tính thân hạch mạnh hơn chất đó khi không có điện tích (trung tính) O H

H O

H

R O

R O

H

Sự cồng kềnh lập thể ảnh hưởng lên tính base CH3 H3C H2C O

H 3C C

O

CH3

NH2

NH3

10

3- Chất nền alkyl halide R-X

Dung môi Chất xúc tác

CH2-CH3

N C H H

+  C

PHÂN LOẠI CHẤT NỀN R-X

C

R2

C

Br

Br 

R3

R-X tam cấp Tertiary alkyl halide

R2 H

H H

C N

R1

R1

CH2-CH3

R1 C

Br

H H

Br

+

H C

Br

H H

C

R-X nhị cấp

R-X nhất cấp

Secondary alkyl halide

Primary alkyl halide

Br

4a- Nhóm xuất X (Phản ứng SN cần nhóm xuất tốt)

Phản ứng thế thân hạch xảy ra khi chất nền RX chứa nhóm xuất tốt (là các base yếu)

11

4b- Nhóm xuất X : Phản ứng thế thân hạch xảy ra khi chất nền RX chứa nhóm xuất tốt (là các base yếu)

Nhóm xuất tốt (base yếu)

Nhóm xuất tồi (Base mạnh)

12

4c- Nhóm xuất X nhóm xuất tốt là các base yếu

13

Nhóm xuất tốt

Nhóm xuất tốt còn do tính khả phân của nối đó Tính khả phân giảm dần của các loại nối hoá trị C

I

C Br

2.5 2.4

2.5 2.8

C Cl 2.5

3.0

S H 2.5 2.5

O H 3.5

2.1

N H 3.0

2.1

C F # C H 2.5

4.0

2.5

2.1

ĐỘ ÂM ĐiỆN

14

4d- Nhóm xuất X (Phản ứng SN cần nhóm xuất tốt) Ion là base yếu sẽ là nhóm xuất tốt HO

O O S O R

O Cl

Br

I

O S R

O

O Ion alkyl sulfonate

Ion alkyl sulfate

O O S CF3 O Ion trifluoro -methylsulfonate (Triflate)

Xuất cực tốt

Phân tử trung hoà cũng là nhóm xuất tốt H O H

R O H

R N R

R P R

Alcohol

R Amine

R Phosphine

Ion là base mạnh sẽ là nhóm xuất tồi H O

R O

H N H

15

4d- Nhóm xuất X (Phản ứng SN cần nhóm xuất tốt) Ion là base yếu sẽ là nhóm xuất tốt HO

O Cl

Br

I

O S R

O O S O R

O O S CF3

O

O Ion alkyl sulfonate

Ion alkyl sulfate

O Ion trifluoro -methylsulfonate (Triflate)

Xuất cực tốt

Thay thế nhóm ALCOHOL bằng SULFONATE ESTER là nhóm xuất tốt

OTs là nhóm xuất tốt

5- DUNG MÔI (sự dung môi giải)

16

Dung môi phân cực–không proton [có hằng số điện ly lớn (  15) và có moment lưỡng cực lớn (  2.5)] có thể cho tương tác lưỡng cực-lưỡng cực. Không cho nối hydrogen

Dimethylsulfoxide (DMSO) o = 48 Dimethylformamide (DMF) 38 Acetonitril (CH3-CN) H3C C N 37.5 Benzonitril (C6H5-CN) 25.2 C N

H3C S CH3 O H3C C N O

CH3 CH3

Dung môi không phân cực [có hằng số điện ly nhỏ (  15) và có moment lưỡng cực nhỏ ( từ 0 đến 2)]

Chloroform Diethyl ether Benzene Hexane

o = 4.8 4.3 2.3 1.9

Dung môi proton do có mang H O

H3C CH2 O CH2 CH3

H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

một proton linh động, tạo nối hydrogen H liên phân tử

H3C CH2 O H

H3C C O H O

Nước o = 80.4 Methanol 33.6 Ethanol 24.3 Acetic acid 6.2

5- DUNG MÔI (sự dung môi giải)

17

Khả năng dung môi giải của một dung môi được đánh giá bằng hằng số điện ly o lớn

Phản ứng SN1 cần dung môi proton hoặc lưỡng cực-không proton R H

H H

R

X

R +

X

O

O H

H O O H H C

O

H2N

O

R

X

H H

O

H

R S H3C

H

R

H

O O

O

H

H

R

H

O

H

CH3

O R

H O R

Sự dung môi giải

H O R

Dung môi phân cực–không proton [có hằng số điện ly lớn (  15) và có moment lưỡng cực lớn (  2.5)].

Dimethylsulfoxide (DMSO) Dimethylformamide (DMF) Acetonitril (CH3-CN) Benzonitril (C6H5-CN)

Dung môi proton do có mang một proton linh động

Nước o = 80.4 Methanol 33.6 Ethanol 24.3 Acetic acid 6.2

Dung môi không phân cực [có hằng số điện ly nhỏ (  15) và có moment lưỡng cực nhỏ ( từ 0 đến 2)]

Chloroform Diethyl ether Benzene Hexane

o = 4.8 4.3 2.3 1.9

o = 48 38 37.5 25.2

Dung môi proton rất tốt cho phản ứng

SN1

18

Phản ứng SN1 được tán trợ bởi loại dung môi proton bởi vì theo Tiên đề Hammond, yếu tố nào làm ổn định carbocation trung gian cũng làm giảm năng lượng trạng thái chuyển tiếp đã tạo ra carbocation đó). Trong phản ứng SN1, dung môi giữ vai trò làm ổn định hoặc làm bất ổn trạng thái chuyển tiếp.

H Dung moâi khoâng phaân cöïc

+ + G

Giai ñoaïn xaùc ñònh vaän toác

H O

H O

R

O

H3C CH3

S

H3C S O

O

O H

H

O H

H H

+

H O H H

C

H O H

+ G

RX + Nu

H

RNu + X

H2O

CH3 O

C H3C

S

O

O O

H3C H3C

Dung moâi phaân cöïc

CH3

S

S CH3

S

CH3

CH3

CH3

Dimethyl sulfoxide

Tieán trình phaûn öùng

Solvent molecules orient around the carbocation so that the electron rich ends of the solvent dipoles face the positive charge thereby lowering the energy of the ion and favoring its formation.

Dung môi proton rất tốt cho phản ứng Polar protic solvents solvate both cations and anions well H

H3C-H2C

CH2-CH3 CH3 C

CH3 C Br

+

step 1 Cation

H

H O

H O H

Br

O H O H

H O

H H H

O

H

O

H H H

O H

H

Anion

SN1

C

O H

19

O H

H H

H

H H

Br

H O

O H H

H O O H

 Cations (carbocation) are solvated by ion–dipole interactions  Anions (leaving group) are solvated by hydrogen bonding Polar protic solvents like H2O and ROH solvate both cations and anions well, and Na this characteristic is important for the SN1 mechanism, in which two ions (a carbocation and a leaving group) are formed by heterolysis of the C–X bond.

These interactions stabilize the reactive intermediate.

In fact, a polar protic solvent is generally needed for an SN1 reaction

• Dung môi lưỡng cực không proton sẽ tốt cho phản ứng SN2 20 • Dung môi proton không tốt cho phản ứng SN2 O

CH3

H H3C O

H

CH3

Nu

H

O

H O

CH3

Phản ứng SN2 không phù hợp với loại dung môi proton bởi vì dung môi proton sẽ dung môi giải chất thân hạch nên năng lượng của trạng thái căn bản của chất thân hạch bị giảm.

Trong phản ứng SN2, dung môi giữ vai trò làm ổn định hoặc làm bất ổn tác chất thân hạch.

Phản ứng thế thân hạch SN1 và SN2

Cả hai đều là phản ứng thế thân hạch nhưng sao sản phẩm có cấu trúc khác nhau….??

21

H33C C H H33C C H

H33C C HC H HC H3C

N C

C

Cl

H33C C HC H HC

CH2-CH3 C

C

CH3

H3C-H2C

[]D=

N

Sản phẩm không quang hoạt

H H33C C H H33C C HC HC

[] D =

CH3 CHCH33

H 3C C C N H3C-H2C

Chất nền quang hoạt

+N C

C

CH3 CH2-CH3

Hỗn hợp 2 sản phẩm: 1 nghịch chuyển cấu hình 1 giữ nguyên cấu hình

H33C C H

CH33 CH CH CH3

H33C C HC H HC

[] D =

C H CH3

Chất nền quang hoạt

Cl

N

C

N

C

[] D = Sản phẩm quang hoạt

C

H CH3

1 Sản phẩm nghịch chuyển cấu hình

Điều kiện nào sẽ cho ra???

ĐẶC ĐIỂM Bậc phản ứng

PHẢN ỨNG SN2 22

PHẢN ỨNG SN1 Bậc một, v= k .[R-X]

Bậc hai, v= k.[R-X]. [Nu]

(Động học)

Sự chuyển vị

Thường xảy ra chuyển vị

Hoá lập thể sản phẩm

Hỗn hợp 2 sản phẩm:

Không chuyển vị 1 Sản phẩm nghịch chuyển cấu hình

1 nghịch chuyển cấu hình 1 giữ nguyên cấu hình

YẾU TỐ TÁN TRỢ Chất nền R-X

RX3

Dung môi proton (nước, alcohol.. để dung môi giải các carbocation trung gian

Nhóm xuất R-X Chất xúc tác

Cần nhóm xuất X tốt

R X Ag

R

+

RX2

Nhiều loại dung môi (dung môi không phân cực càng tốt)

Cần nhóm xuất X tốt

Tốt hơn- khi có muối bạc AgNO3 R X

RX1

Cần chất thân hạch mạnh

Không ảnh hưởng

Chất thân hạch Nu Dung môi

H3C X

RX2

AgX

23

CƠ CHẾ PHẢN ỨNG SN1

+ +

C H H H 2C 2C 3

C3H 7

H 3C

C H 3 (a) H O

N u

N u

C

H H H 3C 2C 2C CH H 2-C 3

C

Phân ly

H 3C

(a)

C

Nghịch chuyển cấu hình

(b)

Br + C 2H 5

H H H 3C 2C 2C

H -H 3C 2C

H 3C

Carbocation trung gian phẳng

C

O H

(b)

H -H 3C 2C

Giữ nguyên cấu hình

Tạo ra hỗn hợp gồm 2 sản phẩm

CƠ CHẾ PHẢN ỨNG SN2 HO

H3C H

C

Br

1

H3C-H2C (S)-2-Bromobutane

 HO

H CH3 C

H3C-H2C

 Br

+ + 2

HO C

CH3 H

+ Br

CH2-CH3 (R)-2-Butanol

Tạo ra chỉ 1 sản phẩm (Nghịch chuyển cấu hình)

24

Cơ chế phản ứng H H

Phản ứng SN2

attacks from the left H3C-H2C

H-O-H

CH3 C Br

Br

Br Br

H-O-H (from the left)

CH2-CH3 CH3 C step 2

step 1 H-O-H

Phản ứng SN1

HO CH3 C CH2-CH3

attacks from the right

H-O-H

H3C H3C-H2C C OH

(from the right)

Hai đối phân đồng số lượng (hỗn hợp tiêu triền) Chỉ có 1 carbon thủ tính

Cơ chế phản ứng

25

SN1 The nucleophile attacks from above

OH

(a) H

O H

H

H 3C cis-4-Methylcyclohexanol

H

-H+

H

H3C

(a)

Br

H 3C H

Planar carbocation

O H

H (b)

+ Br

(b)

The nucleophile attacks from below

H3C

OH

trans-4-Methylcyclohexanol

Two products are formed

Hai xuyên lập thể phân đồng số lượng (2 carbons thủ tính)

Theo cơ chế phản ứng nào SN1 or SN2?

• Alkyl halide • Chất thân hạch • Nhóm xuất • Dung môi

: CH3X, RCH2X, R2CHX, or R3CX : mạnh hay yếu : Tốt hay xấu : phân cực hay không phân cực

1/ Alkyl halide: Tiêu chí quan trọng nhất

• Methyl và RX nhất cấp (CH3X and RCH2X) Chỉ cho SN2.

• Alkyl halide tam cấp (R3CX) Chỉ cho SN1.

• Alkyl halide nhị cấp (R2CHX) có thể hoặc SN1 hoặc SN2 tuỳ vào nhiều yếu tố khác

26

27

Tóm tắt phản ứng tuỳ vào loại RX

H3CX , RCH2X CH2=CHX, RR 2CH-X 2CHX

R3CX

Cl

Phản ứng thế thân hạch luôn có phản ứng khử Chất thân hạch tác kích vào carbon để thay Nu thế một X cho phản ứng thế thân hạch

Chất thân hạch tác kích vào hydrogen kề bên để khử H-X cho phản ứng khử

Nu

H

+ C

H H

H C

 X

H H

C

C

28 Nu

C

C

+

X

H H H

C

C

+

X

+ Nu H

X

Phản ứng khử HX một alkyl halide cho hỗn hợp alkene, trong đó sản phẩm chính là alkene mang nhiều nhóm thế Qui tắc Zaitsev (Sự chọn lọc vùng) Br H3C H2C CH CH3 CH3-CH2-ONa CH3-CH2-OH 2-Bromobutane CH3 H3C H2C C CH3 CH3-CH2-ONa CH3-CH2-OH Br 2-Bromo-2-methylbutane

H3C HC CH CH3 + H3C H2C CH CH2 1-Butene 2-Butene (19%) (81%) CH3 + H3C HC C CH3 2-Methyl-2-butene (70%)

CH3 H3C H2C C CH2 2-Methyl-1-butene (30%)

ĐẶC ĐIỂM Bậc phản ứng

PHẢN ỨNG E1 Bậc một, v= k .[R-X]

PHẢN ỨNG E2 29 Bậc hai, v= k.[R-X]. [Base]

(Động học)

Sự chuyển vị Hoá lập thể sản phẩm

Thường xảy ra chuyển vị

Không có gì đặc biệt

Không chuyển vị

Hai nối C-H và C-X phải ở vị trí nhị trục (đồng phẳng, đối song)

YẾU TỐ TÁN TRỢ Chất nền R-X

RX3

RX2

Không quan trọng Base Nu

(Base yếu càng tốt)

Dung môi proton Dung môi Nhóm xuất R-X

(nước, alcohol.. để dung môi giải các carbocation trung gian

Cần nhóm xuất X tốt

Không quan trọng Cần base mạnh Nhiều loại dung môi (sự phân cực của dung môi không cần thiết)

Cần nhóm xuất X tốt

30

CƠ CHẾ PHẢN ỨNG E1 VÀ E2 (EcB: conjugated base)

Cả ba cơ chế phản ứng đều có thấy trong các phản ứng ở phòng thí nghiệm, cơ chế E1cB thường gặp trong hệ thống sinh học.

E1Nối C-X đứt để tạo

B

carbocation trung gian

 Base rứt lấy proton, tạo alkene.

Sản phẩm chính là alkene mang nhiều nhóm thế (Qui tắc Zaitsev).

RX3

H C C

H C C + BH

C C Br

RX2

Carbocation +X

E2  Phản ứng chỉ một giai đoạn, không qua trung gian: Base làm hai nối C-H và C-X đứt cùng lúc, tạo ra alkene

B H

C C

+ BH + X

C C Br

Hai nối C-H và C-X phải ở vị trí nhị trục (đồng phẳng, đối song)

31

PHẢN ỨNG KHỬ E2 - Hợp chất có vòng cyclohexane tạo cấu trạng ghế Hai nối C-H và CX phải ở vị trí nhị trục (đồng phẳng, đối song), cho phản ứng khử E2

Base H

H

z

x y

H

H H

H

E2 H

Cl Base

Không nhị trục, nên không cho khử E2

H z

H

Cl H

x y

H H

Cl

H

H x

y

H

E2

z H

H

H

Base

Phân tử phải chuyển đổi qua cấu trạng nhị trục năng lượng cao hơn nhằm thoả điều kiện hai nối C-H và C-X nhị trục, nên phản ứng khử xảy ra chậm hơn

H

ĐIỀU KIỆN CẦN ĐỂ CÓ PHẢN ỨNG KHỬ E2 (Hợp chất có vòng cyclohexane tạo cấu trạng ghế) CH3

Cl

EtONa/ ethanol

H3C

Cl

CH(CH3)2 H

Neomenthyl chloride

CH3

H

3-Menthene

CH(CH3)2

H3C CH(CH3)2 Cl

Menthyl chloride

H3C

OEt

H3C H

Cl

nhanh

32

2-Menthene

CH(CH3)2

H

CH(CH3)2

CH(CH3)2

H EtONa/ ethanol CH3 CH3 nhanh Cl Menthyl chloride do phải chuyển đổi qua cấu trạng nhị trục năng lượng cao hơn nhằm thoả điều kiện hai nối C-H và C-X nhị trục, nên phản ứng khử xảy ra chậm 200 lần so với neomenthyl chloride

PHẢN ỨNG KHỬ H H

Br Br

E2 - Hợp chất mạch hở Br

KOH H

Br E?

H Z?

meso-1,2dibromo-1,2diphenylethane

C1H và C2X đồng phẳng, đối song nên thoả phản ứng khử E2

C1H và C2X đồng phẳng, đồng song nên KHÔNG thoả phản ứng khử E2

33

Phản ứng E2 phải xảy ra theo vị trí đồng phẳng, đối song được chứng minh bởi phản ứng chỉ cho ra duy nhất một sản phẩm là E-alkene và không có chút sản phẩm Z-alkene nào cả.

Muốn có được Z-alkene, giai đoạn trạng thái chuyển tiếp, nối đơn C1C2 phải xoay một góc 180 sao cho CH và CBr được đồng phẳng và để được như thế là rơi vào trường hợp đồng phẳng, đồng song và phản ứng không thể xảy ra

Tóm tắt hoạt tính các phản ứng SN1, SN2, E1, E2, E1cB SN1 Alkyl nhất cấp

SN2 Cần chất hạch tốt

E1 thân Không xảy ra

34

E2

E1cB

Base mạnh nhưng cồng kềnh

Nhóm xuất cách nhóm carbonyl qua 2 carbon

 Cần dung  Cần dung môi  Cần dung môi  Dung môi phân môi phân cực- phân cực-không phân cực- cực-không proton Alkyl proton proton proton nhị cấp  Cần base mạnh  Cần chất thân  Cần base yếu hơn HO (như Alkyl nhị  Cần chất hạch mạnh (điện hơn HO (như HO, RO, H N) cấp allyl, thân hạch yếu tích âm) như 2 , , RS HS (trung hoà benzyl RCOO, HO, RCOO) (benzyl điện) như H2O, RO  Cần nồng độ tác halide, ROH, NH3  Cần nồng độ chất cao. allyl  Cần nồng độ  Cần nồng độ tác chất thấp. halide) tác chất cao  Cần nhiệt độ  Cần nhiệt độ cao tác chất thấp cao Cùng xảy ra Cùng xảy ra với với E1 trong SN1 trong môi Nếu base được sử Alkyl môi trường Không xảy ra trường trung dụng tam cấp trung tính như tính như nước, nước, methanol methanol

Nhóm xuất cách nhóm carbonyl qua 2 carbon

Nhóm xuất cách nhóm carbonyl qua 2 carbon

37

CH3 OH

BÀI TẬP

CH3 Đun nóng, H+ (khử nước)

Giải thích kết quả sau

CH3

CH3 Br

CH3CH2O Na/ Ethanol, đun nóng

CH3

CH3 OH

OH2

H

27

CH3

CH3

CH3

+

E1

Carbocation

O-CH2-CH3 CH3

H

CH3 Br

H3C Br H

Chuyển đổi cấu trạng

CH3

H

H H H Br

28

BÀI TẬP Khi cho hợp chất meso-2,3-dibromobutane tác dụng với iodur potassium trong ethanol thu được sản phẩm là trans-2-butene.

Tương tự, với hợp chất là một trong hai tinh chất đối phân 2,3-dibromobutane sẽ thu sản phẩm là cis-butene. Giải thích bằng hoá lập thể CH3 H Br H

Br

CH3 meso-2,3-Dibromobutane

I H H

Br

Br

x

CH3

H3C

Br

y

H y

x

CH3

H3C H

H

H

CH3

Rotate freely

Br

+ IBr

CH3 trans-2-Butene

I H

Br

Để khử E2, phân tử phải chuyển đổi cấu trạng sao cho hai nhóm bị khử loại phải ở vị trí đối song

CH3 y

x

H

Br

CH3

H

(2R,3R)-2,3-Dibromobutane H Br H

CH3 x

Br

H

y

CH3

I (2S,3S)-2,3-Dibromobutane

CH3

CH3 cis-2-Butene

+ IBr

29 BÀI TẬP Giải thích cấu trúc hoá lập thể của sản phẩm tạo thành do phản ứng khử E2 áp dụng trên (1R,2R)-1,2-dibromo-1,2-diphenylethane

H C R

C R

Br

H Br

Base Rotate freely

H C R Br

C R

H Br

H C H Br

Br

(1R,2R)-1,2-dibromo-1,2-diphenylethane

C

C

Br

C

H

(Z)-1-Bromo-1,2-diphenylethene

BÀI TẬP

30

Br H2O

CH3

Cho biết hoá lập thể của (những) sản phẩm của phản ứng sau H3C

Ethanol H

OH Br CH3 H3C

CH3

H2O Ethanol

H3C

H

CH3

H3C

SN1

H

H

+

CH3 OH

H3C

Do R-X tam cấp nên phản ứng xảy ra theo cơ chế SN1 và E1 cho hỗn hợp sản phẩm thế và khử

H

E1

+

CH3

H3C H

31 Hợp chất A như sau có tính quang hoạt. Đọc cấu hình của carbon thủ tính x. Trình bày A ở cấu trạng ghế bền nhất H H 1/ Cho (A) tác dụng với methylate sodium sẽ cho 4 sản phẩm theo một phản ứng bậc 1. Biết rằng hai trong bốn sản phẩm là B và C có cùng công thức Cx H3C phân tử C10H12 Còn hai sản phẩm khác là E và D có công thức C11H22O H3C Cl CH3 Cho biết cấu trúc của bốn sản phẩm (yêu cầu trình bày cấu trạng ghế) 2/ Cho biết mối liên quan giữa D và E (loại đồng phân gì?)

(A) 3/ Hỗn hợp gồm 4 sản phẩm B, C, D, E có tính thủ tính haykhông?

BÀI TẬP

H

H

H

H R C

H3C Cl

CH3

H

O-CH3

H 3C

SN1

H3C

CS CH3

CH3

OCH3

(D)

(A)

H3CO CH3

CR

+

CH3

H

(E)

H

H

C CH3 O-CH3

E1

H3C

+ CH3

(B)

CH3

H H 3C

C H2C

CH3

(C)

 Trong phân tử chỉ có 1 carbon thủ tính tại x, vậy D và E là hai đối phân  Hỗn hợp gồm 4 hợp chất nêu trên không có tính thú tính vì (D) và (E) là hỗn hợp tiêu triền, còn (B) và (C ) không có tính thủ tính

BÀI KIỂM

Câu 1: Điền vào ô trống trạng thái chuyển tiếp SN2 của phản ứng và vẽ cấu trúc hóa lập thể của sản phẩm H H3C I

+

?

Br

H3C

+ +

?

Câu 2/ Khi cho hợp chất sau tác dụng với dung dịch nước kiềm loãng, sản phẩm thu được là hai alcol. Vẽ cấu trúc hóa lập thể của chất trung gian, trong đó vẽ rõ tác chất đã tác kích vào chất trung gian bằng mũi tên cong để từ đó đưa ra sản phẩm. Vẽ cấu trúc hóa lập thể ởHcấu trạng ghế của hai sản phẩm alcol CH 3

H3C

1

3 2

Br

Ghi tên của hợp chất nguyên liệu đầu có cả R/S

Phản ứng cho hai sản phẩm vì …..

+ +

Saûn phaåm 1

H

Saûn phaå m 2 H

H 3C

3

1 2

Chaát trung gian

H 3C

3

1 2

Các loại dung môi được chia thành 3 nhóm: a/ Dung môi proton: là dung môi có mang một proton tương đối linh động. b/ Dung môi không phân cực: là các dung môi có hằng số điện ly nhỏ (  15) và có momen lưỡng cực nhỏ ( từ 0 đến 2). c/ Dung môi lưỡng cực – phi proton: là các dung môi có hằng số điện ly lớn (  15) và có momen lưỡng cực lớn (  2,5). Trong ba cột để dành sẵn phía dưới, sắp xếp các dung môi trong bảng vào cột phù hợp với yêu cầu viết lại đầy đủ công thức và đồng thời cho biết tên gọi của dung môi đó. Chú ý viết mỗi dung môi trong một dòng, viết rõ đẹp .

CH3 C O CH2-CH3

Cl Cl C Cl

H3C S CH3

NH2

O

O

O MgCl2

NH3 CH3 CH3

CH3 NH CH2-CH3

5 Dung môi proton

CH3 (CH2)5 CH3

H3C

H3C C CH3 O

S C S

Na2CO3

H3C N O

O

CH3 C N

CH3

O N

C OH O

CH3

H C OH

O

CH3

HC N O

CH3 C OH

H3C

CH3 OH

N

O

Cl

O

C

H3C

CH OH

H3C HO H

5 Dung môi không phân cực

OH

CH3 (CH2)2 CH3

O CH2-CH3 NaCl N CH2-CH3 HO S OH CH2-CH3 O

CH3 NH2 CH3 CH2-CH3

5 Dung môi lưỡng cực –phi proton