Bài 1: Đại Cương Về Cơ Chế Phản Ứng | Chuyên đề học tập Hóa học 12 | Chuyên Đề 1: Cơ Chế Phản Ứng Trong Hóa Học Hữu Cơ - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Trang 6

MỤC TIÊU

– Nêu được khái niệm về cơ chế phản ứng.

– Trình bày được cách phân cắt đồng li liên kết cộng hoá trị tạo thành gốc tự do, cách phân cắt dị li liên kết cộng hoá trị tạo thành carbocation và carbanion. Độ bền tương đối của các gốc tự do, các carbocation và carbanion.

– Nêu được khái niệm về tác nhân electrophile và nucleophile.

– Nêu được vai trò, ảnh hưởng của gốc tự do trong cơ thể con người.

I. KHÁI NIỆM CƠ CHẾ VÀ TÁC NHÂN PHẢN ỨNG HỮU CƠ

1. Cơ chế phản ứng

Xét phản ứng ethylene làm mất màu dung dịch bromine:

Phản ứng có thể xảy ra theo các giai đoạn như sau:

Sơ đồ mô tả chi tiết các quá trình phản ứng diễn ra như trên được gọi là cơ chế phản ứng hoá học hay cơ chế phản ứng.

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

Trang 7

Cơ chế phản ứng thể hiện rõ cách thức phân cắt liên kết cũ và hình thành liên kết mới, quá trình biển đổi của chất dầu dẫn tới sản phẩm,... Cơ chế phản ứng cũng giải thích được sự ảnh hưởng của xúc tác, dung môi, nhiệt độ,... đến sự tạo thành sản phẩm.

Các mũi tên cong () được sử dụng khi biểu diễn cơ chế phản ứng, để chỉ sự dịch chuyển cặp electron. Chiều của mũi tên cong thường bắt đầu từ trung tâm giàu electron đến trung tâm nghèo electron hơn.

2. Tác nhân phản ứng

Trong phản ứng hoá học hữu cơ, thường các chất hữu cơ phức tạp hơn (quyết định cầu tạo của sản phẩm) được gọi là chất phản ứng, các chất hữu cơ đơn giản hơn hoặc các chất vô cơ thường được gọi là tác nhân phản ứng.

Ví dụ: Xét phản ứng sau đây:

CH-CI+ NaOH

Trong phản ứng trên,

Có hai loại tác nhân phổ biến trong các phản ủng hữu cơ là tác nhân electrophile và tác nhân nucleophile.

a) Tác nhân electrophile

Tác nhân electrophile là tác nhân có ái lực với electron, chủng thường là các tiểu phân mang điện tích dương (như , ,...) hoặc có trung tâm mang một phần điện tích dương (như ,...)

b) Tác nhân nucloophile

Tác nhân nucleophile là tác nhân có ái lực với hạt nhân, chúng thường là các tiểu phân mang điện tích âm (như Br, HO

Hoạt động nghiên cứu

Xét hai phản ứng dưới đây:

Phản ứng 1:

Cơ chế:

Phản ứng 2:

Cơ chế:

a) Trong giai đoạn đầu tiên của Phản ứng 1, HBr đóng vai trò tác nhận electrophile hay nucleophile?

b) Trong giai đoạn thứ hai của Phản ứng 2, đóng vai trò tác nhân electrophile hay nucleophile?

Một số giai đoạn trong cơ chế phản ứng có thể xảy ra thuận nghịch.

Trang 8

II. SỰ PHÂN CẮT LIÊN KẾT TRONG PHẢN ỨNG HỮU CƠ

Tuy thuộc vào bản chất quá trình phân cắt liên kết trong phản ứng hữu cơ sẽ sinh ra các tiểu phân trung gian khác nhau như: gốc tự do, anion hoặc cation.

1. Phân cắt đồng li

Trong những điều kiện phản ứng nhất định như ánh sáng, nhiệt độ hoặc tác nhân tạo gốc tự do, các liên kết cộng hoà trị trong phân tử hợp chất hữu cơ được phân cắt đồng đều, mỗi nguyên tử tham gia liên kết đó nhận một electron từ cặp electron dùng chung và trở thành các gốc tự do. Sự phân cắt liên kết này được gọi là phản cắt đồng li.

Ví dụ:

Độ bền tương đối của gốc tự do tăng dần theo thứ tự sau:

Câu hỏi và bài tập

1. Nhận xét về mối quan hệ giữa đặc điểm cấu tạo và độ bền tương đối giữa các tiểu phân trung gian ở trên.

Vai trò, ảnh hưởng của gốc tự do trong cơ thể con người:

Gốc tự do được sinh ra do tác động của môi trường sống (như tia tử ngoại, tia phóng xạ, các chất độc hại trong môi trường,..). Trong cơ thể con người, gốc tự do được sinh ra từ các quá trình trao đổi chất, trong đó tồn tại gốc tự do có lợi và gốc tự do có hại. Gốc tự do có lợi giúp tăng cường hệ miễn dịch, dẫn truyền thần kinh..... Ví dụ: gốc ở nồng độ thích hợp là chất truyền tín hiệu trong hệ tim mạch, thần kinh..... Gốc tự do có hại như ,... có thể tấn công tế bào khoẻ mạnh, phá huỷ tế bào, mô,... có thể phát sinh bệnh ung thư,...

Để giảm thiểu tác động tiêu cực của gốc tự do, chúng ta có thể sử dụng các chất chống oxi hoá như vitamin C (có nhiều trong cam, ớt chuông, dứa,...), vitamin E (có nhiều trong dầu cá, dầu hướng dương,...) và β-carotene (có nhiều trong cà rốt, cà chua, xoài,...).

Trang 9

2. Phân cắt dị li

Sự phân cắt liên kết mà cặp electron chung thuộc hẳn về một nguyên tử được gọi là phần cắt dị lI. Quá trình phân cắt dị li tổng quát được biểu diễn như sau:

Sự phân cắt dị li liên kết cộng hoá trị của carbon có thể tạo thành carbocation hoặc carbanion.

Carbocation là tiểu phân trung gian có diện tích dương trên nguyên tử carbon.

Ví dụ:

tert-butyl carbocation

tert-butyl bromide

Các carbocation có độ bền khác nhau. Ví dụ, độ bền tương đối của một số alkyl carbocation như sau:

Câu hỏi và bài tập

2. Nhận xét về mối quan hệ giữa đặc điểm cấu tạo và độ bồn độ bồn tương đối của các carbocation trong ví dụ trên.

Carbanion là tiểu phản trung gian có diện tích âm trên nguyên tử carbon.

Ví dụ:

Các carbanion có độ bền khác nhau. Ví dụ, độ bền tương đối của một số alkyl carbanion như sau:

Câu hỏi và bài tập

3. Nhận xét về mối quan hệ giữa đặc diểm cấu tạo và độ bền độ bền tương đối của các carbanion trong ví dụ trên.

Trang 10

EM ĐÃ HỌC

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

• Tác nhân electrophile là tác nhân có ái lực với electron, chúng thường là các tiểu phân mang diện tích dương hoặc có trung tâm mang một phần điện tích dương.

• Tác nhân nucleophile là tác nhân có ái lực với hạt nhân, chúng thường là các tiểu phần mang điện tích âm hoặc có cặp electron hoá trị tự do.

• Phân cắt đồng li tạo thành gốc tự do. Trong cơ thể, gốc tự do sinh ra từ quá trình trao đổi chất và miễn dịch tự nhiên. Gốc tự do có thể là nguyên nhân gây ra một số bệnh và sự lão hoàn.

• Sự phân cắt dị li liên kết cộng hoá trị của carbon có thể tạo thành carbocation hoặc carbanion.

• Độ bền các gốc tự do, carbocation và carbanion phụ thuộc vào cấu tạo của các tiểu phân này.

EM CÓ THỂ

• Phân biệt được các tác nhân electrophile và nucleophile, nhận ra gốc tự do, carbocation và carbanion trong cơ chế phản ứng của một số phản ứng.

• So sánh được độ bền tương đối của một số gốc tự do; carbocation;carbanion.

• Biết được một số cách giảm thiểu tác động tiêu cực của gốc tự do.