Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Hóa hữu cơ 1 – Đề 12

Quy tắc Markovnikov nói rằng trong phản ứng cộng HX vào alkene bất đối xứng, nguyên tử hydrogen (H) sẽ ưu tiên cộng vào carbon của liên kết đôi có nhiều hydrogen hơn (carbon bậc thấp hơn), và nguyên tử halogen (X) sẽ cộng vào carbon còn lại (carbon bậc cao hơn).

Độ bền của carbocation tăng theo bậc carbon. Carbocation bậc ba (3°) bền nhất, sau đó là bậc hai (2°), bậc một (1°) và cuối cùng là methyl carbocation (CH₃⁺) kém bền nhất. Điều này do hiệu ứng siêu liên hợp và hiệu ứng cảm ứng +I của các nhóm alkyl giúp giải tỏa mật độ điện tích dương trên carbon cation.

Xúc tác kim loại (Pt, Pd, Ni) trong phản ứng hydro hóa alkene có vai trò hấp phụ cả hydrogen (H₂) và alkene lên bề mặt của nó. Sự hấp phụ này làm suy yếu liên kết π trong alkene và liên kết H-H, giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng và tạo điều kiện cho sự cộng hydrogen xảy ra dễ dàng hơn.

Trong methane, carbon liên kết với 4 nguyên tử hydrogen. Để tạo 4 liên kết sigma tương đương, carbon sử dụng lai hóa sp³. Lai hóa sp³ tạo ra 4 orbital lai hóa định hướng tứ diện đều.

Momen lưỡng cực phụ thuộc vào độ phân cực của liên kết và hình dạng phân tử. CH₄ và CCl₄ là phân tử không cực (momen lưỡng cực = 0) do hình dạng tứ diện đều và sự triệt tiêu momen liên kết. C₂H₆ (ethane) cũng không cực. CHCl₃ (chloroform) có momen lưỡng cực đáng kể do sự khác biệt độ âm điện giữa C-H và C-Cl và hình dạng phân tử không đối xứng.

Phản ứng cộng halogen (ví dụ Br₂) vào alkene xảy ra theo cơ chế cộng electrophile hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tạo ion halonium vòng (ví dụ bromonium ion) do sự tấn công của alkene vào Br₂, sau đó ion halide (Br⁻) tấn công vào ion halonium vòng từ phía sau (anti-addition), tạo sản phẩm vicinal dihalide.

Nhóm chức amide có công thức cấu tạo chung là -CONH₂ (amide bậc một), -CONHR (amide bậc hai) hoặc -CONR₂ (amide bậc ba), chứa liên kết carbon-nitrogen gắn trực tiếp vào nhóm carbonyl (C=O).

Phản ứng SN2 là phản ứng một giai đoạn (đồng thời), tốc độ phụ thuộc vào nồng độ cả chất nền và tác nhân nucleophile. SN2 xảy ra với sự nghịch chuyển cấu hình tại trung tâm phản ứng (Walden inversion). Cơ chế SN2 ưu tiên cho chất nền bậc một (1°) hoặc bậc hai (2°) vì sự cản trở không gian ít hơn.

Phản ứng cộng HX vào alkyne có thể xảy ra hai lần. Lần cộng thứ nhất tuân theo quy tắc Markovnikov tạo alkene halide (vinyl halide). Lần cộng thứ hai (nếu dư HX) tiếp tục tuân theo Markovnikov và có thể tạo geminal dihalide (hai halogen trên cùng một carbon).

Phản ứng khử nước alcohol bằng acid mạnh (ví dụ H₂SO₄ đặc, nóng) là phản ứng loại E1 hoặc E2, tùy thuộc vào alcohol và điều kiện phản ứng. Sản phẩm chính thường là alkene (theo quy tắc Zaitsev), do loại bỏ nước (H₂O) từ alcohol để tạo liên kết đôi C=C.

Phản ứng dehydrohalogen hóa (E2) thường tuân theo quy tắc Zaitsev (Saytzeff), phát biểu rằng alkene thế nhiều nhóm alkyl hơn ở xung quanh liên kết đôi (alkene bền hơn) sẽ là sản phẩm chính. Hay nói cách khác, hydrogen sẽ ưu tiên bị loại đi từ carbon bên cạnh carbon mang halogen có ít hydrogen hơn.

Tốc độ phản ứng SN1 chỉ phụ thuộc vào nồng độ của chất nền (alkyl halide), không phụ thuộc vào nồng độ của tác nhân nucleophile. Vì giai đoạn quyết định tốc độ là sự ion hóa chất nền tạo carbocation.

Phản ứng cộng nước vào alkyne xúc tác HgSO₄, H₂SO₄ tuân theo quy tắc Markovnikov, tạo enol (alcohol gắn vào liên kết đôi). Enol nhanh chóng tautomer hóa thành ketone (từ alkyne thế hai nhóm alkyl hoặc một nhóm alkyl và H) hoặc aldehyde (từ alkyne đầu mạch).

Phản ứng Williamson ether synthesis là phản ứng SN2 giữa alkoxide (RO⁻, tạo từ alcohol và base mạnh) và alkyl halide (R'X) để tạo thành ether (R-O-R'). Đây là phương pháp quan trọng để điều chế ether.

Cấu hình R và S (quy tắc Cahn-Ingold-Prelog) được sử dụng để chỉ định cấu hình tuyệt đối của các trung tâm bất đối (chiral centers) trong phân tử. Chúng phân biệt giữa các đồng phân đối quang (enantiomers), là những hình ảnh phản chiếu không chồng khít lên nhau.

Thuốc thử Grignard (RMgX) chứa liên kết C-Mg phân cực, carbon mang điện tích âm một phần (δ⁻), do đó nó là tác nhân nucleophile mạnh (tấn công các trung tâm thiếu electron) và base mạnh (proton hóa các acid mạnh hơn alkane).

Tính acid được đánh giá bằng khả năng nhường proton (H⁺). Acetic acid (acid carboxylic) có tính acid mạnh nhất do anion acetate được cộng hưởng bền hóa. Phenol có tính acid mạnh hơn ethanol và nước do sự cộng hưởng của anion phenoxide. Ethanol và nước là acid rất yếu.

Liên kết sigma (σ) là liên kết đơn, được hình thành do sự xen phủ trục của các orbital nguyên tử. Sự xen phủ s-s luôn tạo liên kết sigma. Xen phủ p-p trục cũng tạo sigma, nhưng xen phủ p-p song song tạo liên kết pi (π).

Phản ứng halogen hóa alkane (ví dụ methane với chlorine) xảy ra theo cơ chế gốc tự do (free radical mechanism). Phản ứng này bao gồm các giai đoạn khơi mào, phát triển mạch và tắt mạch, liên quan đến sự hình thành và phản ứng của các gốc tự do.

Phản ứng Diels-Alder là phản ứng cộng vòng [4+2] giữa một diene (hệ thống 4π electron) và một dienophile (hệ thống 2π electron) để tạo thành một vòng 6 cạnh. Diene phải ở cấu dạng s-cis để phản ứng xảy ra.

Oxy hóa alcohol bậc một bằng tác nhân oxy hóa mạnh như KMnO₄ hoặc CrO₃ sẽ oxy hóa hoàn toàn alcohol thành acid carboxylic. Nếu muốn dừng ở aldehyde (sản phẩm trung gian), cần sử dụng tác nhân oxy hóa yếu hơn như PCC (Pyridinium Chlorochromate).

Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào lực liên phân tử. Butane chỉ có lực Van der Waals yếu. Diethyl ether có liên kết dipol-dipol yếu hơn liên kết hydrogen. Butanal cũng có dipol-dipol. Butan-1-ol có liên kết hydrogen mạnh do nhóm -OH, dẫn đến nhiệt độ sôi cao nhất trong các chất trên.

Đồng phân cấu tạo (hay đồng phân lập thể) là những hợp chất có cùng công thức phân tử (số lượng và loại nguyên tử giống nhau) nhưng có cấu trúc liên kết khác nhau, dẫn đến tính chất vật lý và hóa học khác nhau.

Độ bền của alkene tăng lên khi số lượng nhóm alkyl thế vào liên kết đôi tăng lên (quy tắc Zaitsev). 2,3-Dimethylbut-2-ene có bốn nhóm methyl thế vào liên kết đôi, do đó bền nhất trong các alkene được liệt kê.

Trong phản ứng cộng hợp nước vào alkene xúc tác acid, acid (H⁺) proton hóa liên kết đôi C=C của alkene, tạo thành carbocation. Carbocation là chất trung gian electrophile, dễ bị tấn công bởi tác nhân nucleophile yếu là nước (H₂O). Sau đó, quá trình khử proton xảy ra để tạo thành alcohol.

Alcohol bậc hai là alcohol trong đó nhóm hydroxyl (-OH) gắn vào carbon bậc hai (carbon liên kết với hai carbon khác). Propan-2-ol (isopropyl alcohol) là alcohol bậc hai. Methanol và ethanol là alcohol bậc một. 2-Methylpropan-2-ol (tert-butyl alcohol) là alcohol bậc ba.

Phản ứng dihydroxyl hóa alkene bằng OsO₄ hoặc KMnO₄ lạnh, loãng là phản ứng cộng syn (cộng cùng phía), tạo vicinal diol (glycol) với hai nhóm hydroxyl (-OH) cộng vào cùng một phía của liên kết đôi alkene.

Nhóm chức carbonyl (C=O) là nhóm chức đặc trưng của aldehyde và ketone. Alcohol chứa nhóm hydroxyl (-OH), ether chứa nhóm -O-, và amine chứa nhóm -NH₂ hoặc -NR₂.

But-2-ene là alkene đối xứng. Phản ứng cộng HBr vào but-2-ene tuân theo quy tắc cộng Markovnikov, nhưng vì alkene đối xứng nên sản phẩm chính là 2-bromobutane (cộng vào vị trí carbon bậc hai, tương đương nhau).

Electrophile là tác nhân 'ưa electron', chúng thiếu electron và mang điện tích dương hoặc có phần dương. BF₃ (Boron trifluoride) là một acid Lewis, thiếu electron (boron chưa đạt octet), do đó là electrophile. NH₃, H₂O và CN⁻ là các nucleophile (ưa nhân) vì chúng giàu electron.