Đang tải... (xem toàn văn)
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM : Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi là một công việc khó khăn và đầy thách thức đối với mỗi giáo viên. Từ năm học 20092010 đến nay tôi được tổ chuyên môn phân công bồi dưỡng học sinh giỏi hóa 12. Trong quá trình giảng dạy tôi đã đúc kết một số kinh nghiệm trong việc sử dụng bài tập hóa hữu cơ để bồi dưỡng cho học sinh trong đội tuyển hóa học. Chuyên đề về phản ứng hợp chất cacbonyl, đặc biệt là phản ứng aldol hóa, phản ứng ngưng tụ Claisen và phản ứng cộng Michael là một trong những chuyên đề quan trọng và không thể thiếu trong giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học. Đây cũng là một chủ đề kiến thức khó, sách tham khảo bằng tiếng Việt rất ít. Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về phản ứng aldol hóa và xây dựng một số dạng bài tập liên quan để góp phần giảng dạy và nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi môn hóa học của nhà trường.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CÀ MAU TRƯỜNG THPT HỒ THỊ KỶ - - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG BÀI TẬP “PHẢN ỨNG ALDOL HÓA” ĐỂ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC - Đề tài thuộc lĩnh vực chuyên môn: Hóa học - Họ và tên người thực hiện: Phạm Công Nhân - Chức vụ, nhiệm vụ đang phụ trách: Giáo viên - Đơn vị công tác: Trường THPT Hồ Thị Kỷ Cà Mau, ngày 20 tháng 01 năm 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -o0o - Cà Mau, ngày 20 tháng 01 năm 2021 BÁO CÁO SÁNG KIẾN - Tên sáng kiến: Sử dụng bài tập “Phản ứng ALDOL hóa” để bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học - Họ và tên: PHẠM CÔNG NHÂN - Đơn vị công tác: Trường THPT Hồ Thị Kỷ - Thời gian đã được triển khai thực hiện: Từ năm học 2010 đến năm học 2021 I-ĐẶT VẤN ĐỀ 1-Tên sáng kiến kinh nghiệm: SỬ DỤNG BÀI TẬP “PHẢN ỨNG ALDOL HÓA” ĐỂ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC 2-Sự cần thiết, mục đích của việc thực hiện sáng kiến Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi là một công việc khó khăn và đầy thách thức đối với mỗi giáo viên Từ năm học 2009-2010 đến nay tôi được tổ chuyên môn phân công bồi dưỡng học sinh giỏi hóa 12 Trong quá trình giảng dạy tôi đã đúc kết một số kinh nghiệm trong việc sử dụng bài tập hóa hữu cơ để bồi dưỡng cho học sinh trong đội tuyển hóa học Chuyên đề về phản ứng hợp chất cacbonyl, đặc biệt là phản ứng aldol hóa, phản ứng ngưng tụ Claisen và phản ứng cộng Michael là một trong những chuyên đề quan trọng và không thể thiếu trong giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học Đây cũng là một chủ đề kiến thức khó, sách tham khảo bằng tiếng Việt rất ít Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về phản ứng aldol hóa và xây dựng một số dạng bài tập liên quan để góp phần giảng dạy và nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi môn hóa học của nhà trường II NỘI DUNG SÁNG KIẾN 1 Cơ sở lý luận Trong phản ứng aldol hóa, hai phân tử aldehit hoặc xeton phản ứng với nhau trong môi trường bazơ tạo thành hợp chất b-hydroxy cacbonyl 1.1 Phản ứng aldol hóa andehit Trang 1 -hidroxyandehit + Aldol hóa là phản ứng cộng nucleophin (thân hạch) + Enolat là nucleophin tốt và C của nhóm cacbonyl là electrophin (thân điện tử) + Bazơ thường dùng là bazơ mạnh như NaOH hoặc KOH được cộng vào aldehyde + Sản phẩm của các phản ứng là -hydroxyandehit hay andehit-ancol còn gọi là aldol + Cơ chế của phản ứng aldol hóa gồm 3 giai đoạn Bước 1: Xảy ra phản ứng axit-base Nhóm OH- tác kích vào H và tách H để tạo thành enolat Bước 2: Các enolat thân hạch tấn công andehit tại C của nhóm cacbonyl thân điện tử để tạo thành một ancoxit trung gian Bước 3: Xảy ra phản ứng axit-bazơ Ancoxit deproton hóa một phân tử nước tạo ra OH- và sản phẩm hydroxyandehit là aldol Trang 2 Thí dụ 1 Phản ứng aldol hóa propanal electrophin Nucleophin Liên kết C-C mới + Trong điều kiện phản ứng aldol hóa, thường theo sau là đehydrat hóa tạo thành hợp chất a,b-carbonyl bất bão hòa Đehydrat hóa ,-andehit bất bão hòa (enal) + Cơ chế của phản ứng tách nước aldol theo 2 bước Bước 1: Phản ứng axit-bazơ Nhóm OH- tách H tạo thành enolat Bước 2: Các electron của enolat để tạo thành liên kết C = C và nhóm HO- tách ra Sản phẩm tạo thành là andehit có chứa hệ liên hợp Trang 3 Thí dụ 2: Phản ứng aldol hóa axetandehit, axetophenon Sản phẩm Tách H2O ,-cacbonyl không bão -hydroxyxeton Có thể tạo thành 1.2 Phản ứng aldol hóa xeton đồng phân E & Z + Là phản ứng cộng nucleophin + Bazơ thường dùng là NaOH hoặc KOH + Hoạt tính nucleophin của xeton kém hơn aldehit, ngoài ra còn bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng lập thể và điện tử Tuy nhiên phản ứng vẫn dễ xảy ra + Sản phẩm aldol bị tách nước tạo thành hợp chất có hệ liên hợp 1.3 Phản ứng aldol hóa hỗn hợp Phản ứng aldol hóa hỗn hợp có nghĩa là enolat và cacbonyl không phải từ cùng một aldehit hoặc cùng một xeton Xét phản ứng aldol hóa hỗn hợp axetandehit và propanal Trang 4 4 sản phẩm khác nhau 2 enolat khác nhau Nhận xét: Khi 2 andehit khác nhau đều có H thì phản ứng aldol hóa hỗn hợp không thuận lợi trong tổng hợp hữu cơ Điều kiện để aldol hóa hỗn hợp thuận lợi nhất là: Chỉ có một chất phản ứng có thể tạo thành một enolat Chất còn lại không có H và do đó tạo thành cacbonyl thân điện tử Trong 2 chất phải có một chất phản ứng thân điện tử hơn chất còn lại và đóng vai trò là cacbonyl thân điện tử Thường thì andehit là chất thân điện tử hơn so với xeton nên sẽ là chất electrophin Thí dụ 3: Khi sử dụng hợp chất cacbonyl chứa Ha như trường hợp sau đây thường tạo thành sản phẩm duy nhất Chỉ tạo thành enolat Từ enolat cinamaldehit Khi hợp chất cacbonyl có H có tính axit, các nguyên tử H được loại bỏ dễ dàng hơn so với các nguyên tử H khác Kết quả là, các hợp chất b-dicacbonyl trở thành enolat của phản ứng aldol hóa Trang 5 Phản ứng chung Liên kết C-C và mới -dicacbonyl Thí dụ 4: Phản ứng aldol hóa giữa diethylmalonat và benzaldehit Trong aldol hóa hỗn hợp, các hợp chất b-hydroxy ban đầu luôn luôn bị mất nước để tạo thành các sản phẩm chứa hệ liên hợp -dicacbonyl tạo thành enolat electrophin Andehit electrophin Không bền Phản ứng aldol hóa có vai trò quan trọng trong tổng hợp hữu cơ vì nó tạo liên kết carbon- carbon mới, tạo ra các sản phẩm có hai nhóm chức Các hợp chất b-Hydroxy carbonyl hình thành trong các phản ứng có thể dễ dàng chuyển đổi thành nhiều hợp chất khác Trang 6 Thí dụ 5: Sản phẩm aldol xiclohexanon -hidroxy cacbonyl Ancol anlyic ,-cacbonyl không bão hòa Với RMgX Với R2CuLi xeton 1.4 Phản ứng aldol hóa nội phân tử Các hợp chất Dicacbonyl có thể tham gia phản ứng aldol hóa nội phân tử Thành phần enolat và thành phần cacbonyl cùng thuộc cùng một phân tử Hướng phản ứng thường ưu tiên tạo thành sản phẩm aldol hóa có vòng bền hơn, vòng 5 - hoặc vòng 6 Có thể xảy ra sự chuyển vị để tạo thành vòng bền hơn Thí dụ 6: Aldol hóa 2,5-hexanđion 2,5-hexanđion Vẽ lại Liên kết mới C-C và Trang 7 Cơ chế phản ứng Bước 1 Sự tạo thành enolat Bước 2-4 Sự tạo vòng và tách nước nucleophin Lk mới electrophin C-C mới Thí dụ 7: Liên kết C-C và mới 2,6-heptanđion Vẽ lại Hợp chất 1,5-đicacbonyl 2-Thực trạng: Chuyên đề về phản ứng hợp chất cacbonyl, đặc biệt là phản ứng aldol hóa, phản ứng ngưng tụ Claisen và phản ứng cộng Michael là một trong những chuyên đề quan trọng và không thể thiếu trong giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học Đây cũng là một chủ đề kiến thức khó, sách tham khảo bằng Tiếng Việt rất ít Đề thi thuộc chủ đề tổng hợp hữu cơ hiện đại hằng năm đều có sự cập nhật kiến thức mới yêu cầu giáo viên giảng dạy phải biên soạn bài tập để giảng dạy rất khó khăn Chính vì vậy, tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về phản ứng aldol hóa và xây dựng một số dạng bài tập liên quan để góp phần giảng dạy và nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi môn hóa học của nhà trường Trang 8 3 Giải pháp Đề tài nghiên cứu về phản ứng aldol hóa và xây dựng các dạng bài tập liên quan để phục vụ cho công tác bồi dưỡng học sinh giỏi cũng như làm tài liệu tham khảo cho giáo viên Sau đây là các dạng bài tập liên quan đến phản ứng aldol hóa thường được sử dụng để học sinh luyện tập, từ mức độ dễ đến khó + Bài tập xác định cấu trúc của sản phẩm trong phản ứng aldol hóa đơn giản + Bài tập giúp học sinh phân biệt được phản ứng aldol hóa với phản ứng ngưng tụ Claisen, phản ứng cộng Michael + Bài tập về cơ chế phản ứng aldol hóa, ngưng tụ Claisen, cộng Michael Trang 9 Trang 18 Trang 19