Bài 1. Giới thiệu về cơ chế phản ứng và các tiểu phân trung gian trong phản ứng hóa học hữu cơ - Chuyên đề học tập Hóa 12 Cánh diều

MĐ

Phương trình hóa học của phản ứng giữa ethylene và hydrogen bromide như sau:

CH₂ = CH₂ + HBr \( \to \)CH₃ – CH₂ – Br

a) Phản ứng trên thuộc loại phản ứng cộng hay phản ứng tách?

b) Hãy dự đoán cách hình thành sản phẩm CH₃CH₂Br.

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về cơ chế phản ứng

Lời giải chi tiết:

a) Phản ứng trên thuộc loại phản ứng cộng.

b) CH₂ = CH₂ + HBr \( \to \)CH₃CH₂Br

để hình thành được sản phẩm CH₃CH₂Br, phản ứng đã diễn ra theo hai giai đoạn như sau:

CH₂ = CH₂ + HBr \( \to \)\(C{H_3}\mathop C\limits^ +  {H_2} + B{r^ - }\)

\(C{H_3}\mathop C\limits^ +  {H_2} + B{r^ - }\)\( \to \)CH₃CH₂Br

CH

Hãy nêu sự khác nhau giữa phương trình hoá học tổng quát và cơ chế phản ứng. Cho biết cơ chế phản ứng là gì?

Phương pháp giải:

Dựa vào khái niệm cơ chế phản ứng.

Lời giải chi tiết:

- Phương trình tổng quát chỉ biểu diễn công thức hóa học của chất đầu (chất phản ứng) và chất cuối (chất sản phẩm) mà không trình bày rõ phản ứng đó như thế nào.

- Cơ chế phản ứng cho biết các quá trình sơ cấp diễn ra trong một phản ứng hóa học.

- Cơ chế phản ứng hóa học là con đường chi tiết mà hệ các chất phải đi qua để tạo thành sản phẩm.

Câu hỏi 1

Hãy cho biết electron tự do trên tiểu phân \(\mathop {CH_3^{}}\limits_{}^ \bullet  \) trong phản ứng (2) có nguồn gốc từ đâu.

Phương pháp giải:

Dựa vào sự hình thành tiểu phân trung gian trong phản ứng hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Electron tự do trên tiểu phân \(\mathop {CH_3^{}}\limits_{}^ \bullet  \) trong phản ứng (2) có nguồn gốc từ việc liên kết cộng hóa trị C–H trong phân tử CH₄ bị phân cắt bằng cách phân chia đều cặp electron dùng của liên kết đo cho nguyên tử carbon và hydrogen, mỗi nguyên tử đều có một electron.

Câu hỏi 1

Trong phản ứng (2), gốc tự do \(\mathop {Cl}\limits_{}^ \bullet  \) được sinh ra từ Cl₂ như thế nào?

Hãy xác định các gốc tự do có thể sinh ra từ propane.

Phương pháp giải:

Dựa vào sự hình thành đồng li và quá trình hình thành gốc tự do.

Lời giải chi tiết:

- Gốc tự do \(\mathop {Cl}\limits_{}^ \bullet  \) được sinh ra từ Cl₂ bằng cách liên kết cộng hóa trị giữa hai nguyên tử  Cl tham gia kết bị phân cách theo kiểu đồng li.

LT

Hãy xác định các gốc tự do có thể sinh ra từ propane.

Phương pháp giải:

Dựa vào sự hình thành đồng li và quá trình hình thành gốc tự do.

Lời giải chi tiết:

- Các gốc tự do có thể sinh ra từ propane là \(C{H_3} - \mathop C\limits_{}^ \bullet  H - C{H_3}\), \(C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits_{}^ \bullet  {H_2}\)

CH

Nhận xét về mối quan hệ giữa đặc điểm cấu tạo và độ bền tương đối giữa các tiểu

phân trung gian trong dãy (a), (b) và (c).

Phương pháp giải:

Dựa vào sự phân cắt dị li – quá trình hình thành carbocation và carbanion.

Lời giải chi tiết:

- Gốc tự do, carbocation, carbanion là các tiểu phân trung gian kém bền.

+ Độ bề tương đối giữa gốc tự do, carbocation thường tăng khi bậc của nguyên tố carbon tăng. Còn đối với carbanion chưa nhiều nguyên tử carbon mang điện tích âm liên kết với nhiều nhóm alkyl thì kém bền hơn.

VD

Tìm hiểu và đề xuất các biện pháp chống lão hoá.

Phương pháp giải:

Dựa vào vai trò và ảnh hưởng của gốc tự do trong cơ thể con người.

Lời giải chi tiết:

- Tìm hiểu và đề xuất các biện pháp chống lão hoá.

     + Duy trì chế độ ăn uống làm mạnh bằng cách tăng cường tiêu thụ các thực phẩm chống oxi hóa như rau xanh, hoa quả tươi,...; hạn chế tiêu thụ thực phẩm chứa nhiều đường và chất béo không bão hòa.

     + Tập thể dụng đều đặn mỗi ngày.

     + Giữ cho tinh thần thoải mái, ngủ đủ giấc.

     + Sử dụng kem chống nắng để bảo vệ da khỏi tia UV.

     + Hạn chế tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm và độc hại.

Bài tập 1

Viết công thức của các gốc tự do có thể sinh ra tử butane khi phân cắt một liên kết C-H. Hãy so sánh độ bên tương đối của các gốc tự do này.

Phương pháp giải:

Dựa vào sự hình thành tiểu phân trung gian trong phản ứng hữu cơ

Lời giải chi tiết:

- Công thức của các gốc tự do có thể sinh ra từ butane khi phân cắt một liên kết C–H là:

\(C{H_3} - C{H_2} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet  {H_2}\), \(C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet  H - C{H_3}\)

- Độ bền tương đối của các gốc tự do: \(C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet  H - C{H_3}\) > \(C{H_3} - C{H_2} - C{H_2} - \mathop C\limits^ \bullet  {H_2}\)

Bài tập 2

Viết công thức các carbocation có thể sinh ra từ propane khi phân cắt một liên kết C-H.  Hãy so sánh độ bên tương đối của các carbocation sinh ra.

Phương pháp giải:

Dựa vào sự hình thành tiểu phân trung gian trong phản ứng hữu cơ

Lời giải chi tiết:

- Công thức carbocation có thể sinh ra từ propane khi phân cắt một liên kết C–H là: 

\(C{H_3} - C{H^ + } - C{H_3}\), \(C{H_3} - C{H_2} - CH_2^ + \)

- Độ bền tương đối của các carbocation: \(C{H_3} - C{H^ + } - C{H_3}\) > \(C{H_3} - C{H_2} - CH_2^ + \)