ĐỊNH NGHĨA HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ
ĐỊNH NGHĨA HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ
Kiến thức cơ sở về Hóa Hữu Cơ
Bài 1: ĐỊNH NGHĨA HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ (PART 1)
Khi ta tiếp cận một vấn đề mới, việc đầu tiên và quan trọng nhất là phải nắm chắc và hiểu rõ được những khái niệm và kiến thức cơ sở, nền tảng của vấn đề. Từ đó mới có thể giải quyết tốt vấn đề. Vì vậy, phần đầu tiên này mình sẽ trình bày những kiến thức cơ bản nhất, hay động chạm đến nhất trong hóa học hữu cơ. Nếu các bạn tiếp thu tốt phần này thì chắc chắn sẽ có một background khá ổn để đi đến những kiến thức phức tạp hơn trong những phần sau đó.
Những vấn đề trong part 1 gồm
- Hợp chất hữu cơ
- Thuyết cấu tạo hóa học Butlerop
- Bậc cacbon
- Mạch cacbon
- Các loại công thức
- Đồng đẳng – đồng phân
- Liên kết hóa học
- Đặc điểm chung của hợp chất hữu cơ
1. Hợp chất hữu cơ
- Hợp chất hữu cơ là những hợp chất của cacbon với các nguyên tố khác, trừ muối , … ). Thường gặp nhất là H, O, N, S, P, và các Halogen.
- Hóa học hữu cơ là ngành hóa học chuyên nghiên cứu các hợp chất hữu cơ.
2. Thuyết cấu tạo Butlerop
Điều 1:Trong hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hóa trị theo một trật tự nhất định. Thứ tự đó gọi là cấu tạo hóa học. Sự thay đổi thứ tự đó sẽ tạo nên chất mới.
Điều 2:Trong phân tử hữu cơ, C có hóa trị IV. Những nguyên tử C không những có thế liên kết với các nguyên tử của các nguyên tố khác mà còn có thể liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch cacbon. Có ba loại mạch cacbon là: thẳng, nhánh và vòng.
Điều 3:Tính chất của hợp chất hữu cơ phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản chất và số lượng các nguyên tử có mặt) và cấu tạo hóa học (trật tự liên kết giữa các nguyên tử).
3. Bậc cacbon
- Bậc của nguyên tử cacbon là một số, bằng số nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với nó. Thông thường ký hiệu bậc cacbon bằng chữ số La Mã.
Nguyên tử cacbon được khoanh tròn trong 3 hình trên có bậc lần lượt là IV, I, và III.
4. Mạch cacbon
- Các nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch cacbon. Có ba loại mạch cacbon là: mạch thẳng , mạch nhánh và mạch vòng.
Ví dụ:
5. Các loại công thức hóa học
Công thức hóa học được dùng để biểu thị thông tin về hợp hữu cơ như có các nguyên tố nào, mỗi nguyên tố có bao nhiêu nguyên tử, liên kết với nhau như thế nào. Có hai loại công thức hóa học thường gặp là:
Công thức phân tử: chỉ cho biết thành phần hợp chất gồm những nguyên tố gì và mỗi nguyên tố có bao nhiêu nguyên tử, chứ không cho biết chúng liên kết với nhau như thé nào.
Ví dụ: propan (C3H8), butan (C4H10), ...
Công thức cấu tạo: ngoài việc cho biết các nguyên tố có mặt trong hợp chất và số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố thì nó còn cho biết cách thức chúng liên kết với nhau, tức cho biết “cấu tạo” hợp chất.
Đồng đẳng: những hợp chất hữu cơ có cấu tạo “tương tự” nhau, nhưng lại có công thức phân tử sai khác nhau một hay nhiều nhóm ( -CH2- ) là những đồng đẳng của nhau. Chúng có cùng công thức tổng quát và có sự hiện diện của cùng một nhóm chức, vì vậy chúng có tính chất hóa học tương tự nhau. Các chất đồng đẳng lập thành một dãy đồng đẳng.
Ví dụ: dãy đồng đẳng của rượu metylic gồm những rượu no, đơn chức, mạch hở và có chung CTTQ là CnH2n+1-OH
Đồng phân: các hợp chất có chung công thức phân tử nhưng có cấu tạo khác nhau là những đồng phân của nhau.
Ví dụ: axit axetic (CH3-COOH) và este metyl fomiat (HCOO-CH3) là hai đồng phân của nhau vì có cùng công thức phân tử C2H4O2 nhưng lại có công thức cấu tạo khác nhau.
Đồng phân có 3 loại thường gặp là đồng phân cấu tạo, đồng phân hình học và đồng phân quang học. Mình sẽ giới thiệu ở phần sau, trong những mục có liên quan.
7. Đặc điểm chung của các HCHC
Về cấu tạo
- Nhất thiết phải có C, thường gặp H, O, thỉnh thoảng có Halogen, N, P, ..
- Liên kết hoá học trong hợp chất hữu cơ thường là liên kết công hoá trị, rất ít khi có liên kết ion.
- Hiện tượng đồng phân và đồng đẳng rất phổ biến trong các HCHC. Điều này hoàn toàn ngược lại với hợp chất vô cơ.
Về tính chất vật lý
- Thông thường dễ nóng chảy, dễ bay hơi.
- Thường không tan, hoặc ít tan trong nước; nhưng lại dễ tan trong các dung môi hữu cơ khác
Về tính chất hóa học
- Thường kém bền nhiệt, nên dễ bị phân hủy bởi nhiệt. Dễ cháy khi bị đốt.
- Phản ứng của các hợp chất hữu cơ thường diễn ra chậm, không hoàn toàn và không theo một hướng nhất định nên thường sinh ra nhiều sản phẩm phụ.
Kiến thức cơ sở về Hóa Hữu Cơ
Bài 2. ĐỊNH NGHĨA HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ SỞ (PART 2)
Part 2 này bao gồm:
- Các tiêu chí phân loại HCHC
- Danh pháp
- Các loại phản ứng thường gặp ở HCHC
- Liên kết hóa học
8. Các tiêu chí phân loại HCHC
Có nhiều tiêu chí phân loại hợp chất hữu cơ, nhưng thông dụng nhất vẫn là chia hợp chất hữu cơ thành hai nhóm lớn là: Hidrocacbon và dẫn xuất của Hidrocacbon.
- Hidrocacbon: là hợp chất hữu cơ mà trong phân tử chỉ chứa C và H. Chúng có thể mạch thẳng, nhánh hoặc vòng; no hoặc không no.
- Dẫn xuất Hidrocacbon: là những hợp chất hữu cơ mà trong phân tử ngoài C và H ra thì còn chứa những nguyên tố khác như: O, N, Halogen, … Những nguyên tố này thường có mặt trong nhóm chức của hợp chất.
9. Danh pháp
Danh pháp được dùng để gọi tên các HCHC. Thời kỳ đầu, các chất hữu cơ con ít, người ta tự đặt tên cho các chúng, thường là theo nguồn gốc phát hiện mà không theo một hệ thống đặt tên chặt chẽ nào cả. Tuy nhiên khi số lượng HCHC ngày càng tăng lên, cần phải có một quy ước thống nhất về cách đặt tên và gọi tên cho chúng. Hiện nay tồn tại 3 hệ thống danh pháp thông dụng là:
Danh pháp thường: không dựa trên quy tắc đặt tên nào, thường đặt theo nguồn gốc tìm ra chúng. Tuy nhiên do được có từ lâu, lại được sử dụng nhiều nên quen miệng, người ta vẫn cứ dùng ầm ầm.
Ví dụ: axit axetic đậm đặc được điều chế từ vang chua vào khoảng năm 1700, trong tiếng Latinh nó có tên là acidum acetium nghĩa là “axit của vang chua” (acere là “chua”). Hay như axit Lauric CH3[CH2]10COOH: người ta lấy được axit này từ quả cây Laurus Nobilis (nguyệt quế) nên nó có tên Lauric và ancol tương ứng với nó CH3[CH2]10CH2OH có tên là Laurylic.
Danh pháp gốc – chức: hay còn gọi là danh pháp nửa hệ thống (bán hệ thống). Để goi tên danh pháp gốc chức ta cần làm như sau:
- Bước 1: xác định mạch chính (là phần có chứa nhóm chức) và phần mạch nhánh (là phần râu ria cắm vào mạch chính).
- Bước 2: gọi tên mạch nhánh trước theo tên gốc, còn tên mạch chính sau. Tên mạch chính thường có đuôi là đặc trưng cho hợp chất như: ancol kết thúc bởi ic, anken thì kết thúc bởi ilen. Chú ý với các Hidrocac bon thì nối đôi, nối ba được hiểu như là chức.
Danh pháp IUPAC: danh pháp này còn được gọi là danh pháp hệ thống hay danh pháp thay thế, được Hiệp hội Hóa học Quốc tế Cơ bản và Ứng dụng (International Union of Pure and Applied Chemistry) đưa ra nhằm thống nhất cách đặt và gọi tên các HCHC theo một chuẩn chung nhất. Để gọi tên IUPAC ta cần làm các bước sau:
Bước 1: Xác định mạch chính.
- Là mạch dài nhất có chứa nhóm chức (nhớ lại lưu ý: đối với hidrocacbon không no thì nối đôi hay nối ba cũng là nhóm chức).
- Nếu có hai mạch dài bằng nhau thì chọn thằng có nhiều nhánh hơn.
Bước 2: Đánh số mạch chính.
- Đánh từ đầu gần nhóm chức nhất (chú ý đánh số cả cacbon của nhóm chức, nếu nhóm chức có chứa cacbon)
- Đối với ankan thì đánh từ đầu gần nhánh nhất. Nếu có hai đầu gần nhánh như nhau thì đánh sao cho tổng số vị trí chỉ nhánh là nhỏ nhất.
Bước 3: Gọi tên HCHC.
- Gọi tên mạch nhánh trước, theo tên gốc tương ứng, kèm theo vị trí chỉ nhánh ở đằng trước.
- Gọi tên mạch chính sau, theo tên của hidrocacbon tương ứng, có đuôi thể hiện nhóm chức. Ví dụ: ancol kết thúc bởi ol, andehit kết thúc bởi al, …
Ví dụ tên IUPAC của hợp chất trong hình vẽ dưới đây là: 8-etyl-3,5-đi metyl nonan.
(chú ý là thứ tự đọc tên nhánh là theo vần ABC, vì vậy etyl được đọc trước metyl. Các tiền tố như “đi”, “tri”, … không được xét thứ tự)
10. Các loại phản ứng thường gặp ở HCHC
Có 4 phản ứng thường gặp trong phản ứng hữu cơ là: thế, cộng, tách, và oxi hóa (OXH hoàn toàn và không hòa toàn).
Phản ứng thế: là phản ứng mà một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong phân tử hợp chất hữu cơ bị thay thế bởi nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác. Phản ứng này thường là phản ứng đặc trưng của hợp chất no.
Ví dụ: CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl
Phản ứng cộng: là phản ứng mà phân tử hợp chất hữu cơ kết hợp với phân tử khác tạo thành hợp chất mới. Phản ứng này thường là phản ứng đặc trưng của hợp chất không no, phản ứng có tác dụng làm “no hóa” phân tử hợp chất hữu cơ.
Ví dụ: CH2=CH2 + Br2 CH2Br-CH2Br
Phản ứng tách: phản ứng tách là phản ứng mà phân tử hợp chất hữu cơ bị phân tách thành các phân tử nhỏ hơn. Có hai loại phản ứng tách. Một loại chỉ tách ra H2, không làm thay đổi mạch cacbon gọi là đe hidro hóa. Loại còn lại bẻ gãy mạch cacbon là cracking.
Phản ứng có tác dụng làm “đói hóa” phân tử hợp chất hữu cơ.
Phản ứng oxi hóa: là phản ứng của hợp chất hữu cơ với các chất oxi hóa như: O2, CuO, Ag2O/NH3, … Có hai loại phản ứng oxi hóa là hoàn toàn và hữu hạn.
- Phản ứng OXH hoàn toàn: thông thường là phản ứng đốt, sản phẩm cho ra là các chất vô cơ: CO2, H2O, …
Ví dụ: C2H6O + 3O2 2CO2 + 3H2O
- Phản ứng OXH hữu hạn: là phản ứng OXH tạo ra sản phẩm là những chất hữu cơ mới.
Ví dụ: CH4 + O2 → HCHO + H2O
11. Liên kết hóa học
Liên kết hóa học trong HCHC chủ yếu là liên kết cộng hóa trị. Trong đó có hai loại điển hình là sigma (∂) và pi (∏).
Liên kết sigma: được hình thành do sự xen phủ trục các obitan của các nguyên tử tham gia vào liên kết. Liên kết sigma là liên kết bền.
Liên kết pi: được hình thành do sự xen phủ bên các obitan của các nguyên tử tham gia vào liên kết. Liên kết sigma là liên kết kém bền, dễ bị đứt gãy trong phản ứng.
Từ hai loại liên kết này hình thành nên ba loại liên kết khác trong phân tử HCHC là liên kết đơn, đôi và ba. Liên kết đôi và ba được gọi là liên kết bội.
Liên kết đơn: được tạo ra từ một liên kết sigma. Biểu diễn bằng một gạch nối, ngụ ý một cặp e dùng chung.
Liên kết đôi: được tạo thành từ một liên kết sigma và một liên kết pi. Biểu diễn bằng hai gạch nối song song, ngụ ý hai cặp e dùng chung.
Liên kết ba: được tạo thành từ một liên kết sigma và hai liên kết pi. Biểu diễn bởi ba gạch nối song song, ngụ ý ba cặp e dùng chung.
Khi anh đơn giản hóa cuộc đời mình, quy luật của vũ trụ cũng trở nên đơn giản hơn, cô độc không còn là cô độc, nghèo đói không còn là nghèo đói, sự yếu đuối không còn là yếu đuối. As you simplify your life, the laws of the universe will be simpler; solitude will not be solitude, poverty will not be poverty, nor weakness weakness.
Henry David Thoreau
