(tiếp theo phần trước)
Hiđrocacbon no là chương đầu tiên nghiên cứu về loại hợp chất hữu cơ cụ thể nên Giảng viêncần chú trọng giúp SV hiểu đúng, chính xác các khái niệm, các quá trình và hình thành phương pháp học tập để làm cơ sở cho việc nghiên cứu các chương sau.
Về phản ứng thế halogen với chương trình nâng cao cần cho SV biết được cơ chế phản ứng, các bước trong quá trình phản ứng để lí giải được vì sao phản ứng hữu cơ xảy ra chậm, trong phản ứng thế clo của metan nhưng sản phẩm lại có cả etan, cũng cần làm rõ phản ứng clo hóa xảy ra mạnh hơn nên kém định hướng hơn phản ứng brom hóa. Sự khái quát hóa Halogen ưu tiên thế vào nguyên tử H liên kết với cacbon bậc cao hơn chỉ đúng với phản ứng brom hóa không đúng với clo hóa, với Flo phản ứng quá mãnh liệt nên phân hủy ankan thành C, H, còn iot thì không phản ứng với ankan khi chiếu sáng vì quá yếu.
Nghiên cứu phản ứng tách (gãy liên kết C – C, C – H) ta cần nhấn mạnh đến điều kiện phản ứng rất khắc nghiệt (t0> 5000C, có xúc tác) và không có hướng ưu tiên xác định nên phản ứng sẽ tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau.
Khi giảng dạy về xicloankan ta không cần chú ý quá chi giờ đến cấu trúc của tất cả các xicloankan mà chỉ cần cho SV biết rằng trừ propan ra thì các xicloankan khác đều không phải là những vòng phẳng còn các xicloankan có vòng 3, 4 cạnh thì góc liên kết giữa các nguyên tử cacbon trong vòng này nhỏ hơn 109028, (góc của nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa Sp3). Sự khác biệt về cấu trúc phân tử các xicloankan là nguyên nhân gây ra tính chất khác biệt của xicloankan có vòng 3, 4 cạnh so với các xicloankan có vòng lớn hơn và các xicloankan có vòng 5 cạnh trở lên (có tính chất tương tự ankan). Khi nghiên cứu phản ứng cộng mở vòng của xiclopropan và xiclobutan ta cần lưu ý đến điều kiện và tác nhân phản ứng để SV thấy được sự khác nhau giữa hai xicloankan này.
Kiến thức về điều chế ankan, xicloankan cần cho SV phân biệt các khái niệm điều chế và chuyển hóa, điều chế trong phòng thí nghiệm và điều chế trong công nghiệp (sản xuất hóa học).
Với nội dung ứng dụng của hiđrocacbon no cần tổ chức cho SV đọc và nhận xét, làm rõ những ứng dụng nào dựa chủ yếu vào tính chất vật lí, những ứng dụng nào chủ yếu dựa vào tính chất hóa học.
Khi hình thành phương pháp học tập và nghiên cứu các loại hợp chất hữu cơ cụ thể ta cần lưu ý rằng SV cần được nghiên cứu đầy đủ cả dãy đồng đẳng chứ không phải chỉ nghiên cứu một chất cụ thể trong dãy đồng đẳng đó (như ở THCS), vì vậy khi lấy ví dụ cho các phương trình phản ứng ta cần đa dạng hóa các chất trong dãy đồng đẳng. Tuy nhiên cần phải chú ý khi chọn ví dụ để tránh việc SV qui nạp hay suy diễn sai trong quá trình nhận thức.Ví dụ việc thay thế hết các nguyên tử H trong phân tử hiđrocacbon no chỉ thực hiện tốt cho metan, etan, propan, với các đồng đẳng khác cao hơn thì sẽ xảy ra phản ứng phân cắt liên kết C – C trước khi thế hết các nguyên tử H trong phân tử. Nguyên nhân của hiện tượng này là do ảnh hưởng của các nguyên tử clo đã có trong phân tử sẽ làm phân cực mạnh các liên kết C- C so với liên kết C – H còn lại.
Khi nghiên cứu xicloankan cần so sánh với ankan về thành phần, công thức chung, cấu trúc phân tử tính chất…giúp SV hiểu được vì sao ankan và xicloankan đều xếp vào loại hiđrocacbon no, mối liên hệ chuyển hóa giữa chúng.
Nội dung có thể triển khai như sau:
1. Mở đầu
Hydrocacbon là hợp chất hữu cơ trong thành phần phân tử chỉ có C và H. Công thức chung là: CnH2n+2-2a (n ≥ 1; a: tổng số liên kết π và vòng, a ≥ 0; a, n: số nguyên)
Có thể phân loại các hydrocacbon như sau:
Ankan là loại hydrocacbon mạch hở trong phân tử chỉ gồm các liên kết s (C-H, C-C).
Công thức tổng quát: CnH2n + 2 (n ≥ 1)
2. Cấu tạo – Đồng phân – Cấu dạng
2.1. Cấu tạo
Ankan là các hydocacbon no, bão hòa, mạch hở còn được gọi là Farafin, hay dãy đồng đẳng của Metan, có công thức chung là CnH2n + 2 (n ≥ 1).
Trong các phân tử ankan, nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa sp3, mỗi nguyên tử C ở tâm của tứ diện, các góc liên kết C-C-C hoặc C-C-H hoặc H-C-H đều xấp xỉ 109,50 , chính vì vậy, các ankan có cấu tạo mạch hở có nhánh hoặc không có nhánh.
Ví dụ:
2.2. Đồng phân & cấu dạng:
2.2.1. Đồng phân
Các ankan từ C4H10 trở đi có đồng phân mạch cacbon.
Ví dụ: C4H10 có 2 đồng phân, C5H12 có 3 đồng phân:
Số lượng đồng phân tăng khi số nguyên tử cacbon tăng lên.
Số Cacbon: 4 5 6 7 8 9
Số đồng phân: 2 3 5 9 18 35
Từ C7H16 các ankan còn có thêm đồng phân quang học:
2.2.2. Cấu dạng:
+ Cấu dạng là những dạng cấu trúc không gian sinh ra do sự quay xung quanh một hay vài liên kết đơn mà không làm đứt những liên kết này.
+ Do có sự quay tự do xung quanh trục liên kết C-C nên các ankan có đồng phân cấu dạng.
+ Đồng phân cấu dạng (đồng phân quay) là những cấu dạng tương đối bền của phân tử.
Ví dụ:
* Cấu dạng của etan và các hợp chất kiểu X3C – CX3
Dạng che khuất: Dạng có thế năng cao nhất, cấu dạng này không bền.
Dạng xen kẽ: Dạng có thế năng thấp nhất, cấu dạng này bền
* Butan và các hợp chất kiểu XCH2 – CH2Y
Đối với phân tử n-butan CH3-CH2-CH2-CH3 khi quay quanh liên kết C-C xuất hiện 2 cực đại năng lượng ứng với hai dạng che khuất: che khuất toàn phần và che khuất một phần và 2 loại cực tiểu năng lượng ứng với 2 dạng xen kẽ. Người ta phân biệt 2 dạng xen kẽ: anti (hay transoit) và syn (cisoit). Dạng anti tương đối bền hơn dạng syn, chênh lệch nhau khoảng 0,7 kcal/mol. Tương tác giữa 2 nhóm CH3- làm cho dạng syn kém bền, gọi là tương tác syn. Ở nhiệt độ thường, dạng anti chiếm tỉ lệ gấp đôi dạng syn. Đối với dẫn xuất 1,2-đihalogen của etan như: 1,2-đicloetan; 1,2-đibrometan….ta cũng thấy hiện tượng tương tự như n-butan. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng trong dung dịch CCl4 ở 25 0C, 1,2-đicloetan tồn tại tới 70% ở dạng anti và 30% ở dạng syn.
Phân tử butan
(còn nữa)
