Tải bản đầy đủ

Bài giảng chương THUY PHANKTSXDP

Chương 8- Phản ứng thuỷ phân
Mục tiêu học tập:
1. Khái niệm về phản ứng thuỷ phân và các loại tác
nhân thuỷ phân.
2. Các loại phản ứng thuỷ phân và cơ chế của nó.
3. Một số ví dụ về phản ứng thuỷ phân.

12/16/2017

1


I. Đại cương
-Thuỷ phân là quá trình phân huỷ một hợp
chất nào đó bằng nước để tạo ra hai hợp
chất mới.
Ví dụ:
R COOR'

+


H2O

R COOH

+

R'OH

-Xúc tác: acid, kiềm, enzym.

12/16/2017

2


2. Cơ chế của phản ứng thuỷ phân:
- Là phản ứng thế ái nhân (SN)
-Tác nhân ái nhân là nước.
- Mỗi nhóm hợp chất cần thuỷ phân và xúc
tác có cơ chế phản ứng riêng.

12/16/2017

3


3. Các tác nhân thuỷ phân
3.1. Thuỷ phân bằng nước:
3.1.1. Thuỷ phân với sự tạo thành sản phẩm phụ là bazơ:
- Hợp chất cơ kim bị thuỷ phân mãnh liệt ở nhiệt độ thấp.
Ví dụ:

Zn(C2H5)2

+ 2 H2O

C2H5MgBr + H2O

Al(OC2H5)3 + 3H2O


12/16/2017

 C2H6

2C2H6
+

 Al(OH)3

+

Zn(OH)2

Mg(OH)Br

+ 3C2H5OH

4


3. Các tác nhân thuỷ phân
3.1.2. Thuỷ phân tạo thành sản phẩm phụ là acid:
- Thuỷ phân halogenid acid, anhydrid acid và ester
tạo các acid tương ứng.
- Các clorid acid vô cơ, hữu cơ phản ứng mãnh liệt
với nước tạo acid.
- Các anhydrid acid vô cơ (SO3, P2O5) phản ứng
mãnh liệt với nước tạo acid.
- Anhydrid acetic với nước đá cũng thuỷ phân
thành acid acetic.
- Các ester, bán ester của các acid vô cơ dễ bị thuỷ
phân. Ester của acid hữu cơ thuỷ phân chậm (trừ
methyl formiat).
12/16/2017

5


3. Các tác nhân thuỷ phân
3.2. Thuỷ phân với xúc tác acid hoặc kiềm:
3.2.1. Xúc tác acid:
-Làm tăng tốc độ thuỷ phân.
-Dùng khi không sử dụng được xúc tác kiềm.
-Thường sử dụng acid sulfuric và clohydric.
-Ngoài ra còn sử dụng acid photphoric,
percloric, poliphosphoric và chất trao đổi
cation.
12/16/2017

6


3. Các tác nhân thuỷ phân
3.2.2. Xúc tác kiềm:
-Ưu điểm:
-Tốc độ thuỷ phân lớn hơn xúc tác acid,
-Phản ứng không thuận nghịch,
- ít ăn mòn thiết bị.
-Thường sử dụng:
-NaOH, KOH, Ca(OH)2, carbonat,
Ba(OH)2).
12/16/2017

7


3. Các tác nhân thuỷ phân
3.2.2. Xúc tác kiềm:

- Lượng kiềm dùng khác nhau:
+ Chỉ để xúc tác,
+ Dùng theo đương lượng,
+ Dùng quá thừa.
=> Nồng độ kiềm thay đổi tuỳ phản ứng.
- Thông thường hay dùng nồng độ 5-20% (trừ
phản ứng nung kiềm).
12/16/2017

8


3. Các tác nhân thuỷ phân
3.3. Phản ứng nung kiềm:
-Tiến hành trong kiềm nung chảy (5-10% nước).
-Nhiệt độ: 200-350C.
-Sử dụng sản xuất phenol ở quy mô công nghiệp.
-Thường sử dụng: NaOH, KOH hoặc hỗn hợp
NaOH + KOH:
O

O
S
O

12/16/2017

ONa

S

ONa
O
ONa

ONa

ONa

SO3Na
H
H

9


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế:
4.1. Thuỷ phân các alkyl và aryl halogenid:
- Sản phẩm là alcol hoặc phenol.
- Thường tiến hành trong môi trường kiềm.
- Dùng điều chế nhiều alcol quan trọng (amylic, allylic,
benzylic, glycol…), phenol và dẫn chất... từ các halogenid
tương ứng.
- Cơ chế phản ứng phụ thuộc vào bậc của carbon trong
alkyl-halogenid.

12/16/2017

10


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế:
-Thế ái nhân nhị phân tử (SN2 ):
- Xảy ra với alkyl-halogenid bậc 1 và bậc 2.
- Sản phẩm có cấu hình không gian ngược với cấu
hình ban đầu.
- Thuỷ phân các aryl-halogenid thường xảy ra theo cơ
chế nhị phân tử.
H
OH

+

H
C
CH3

12/16/2017

X

ch

H
HO

H
C
CH3

X

nh

H
HO

H
C

+

X

CH3

11


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế:
-Thế ái nhân đơn phân tử (SN1):
-Xảy ra với alkyl-halogenid bậc 3.
CH3
CH3
CH3

12/16/2017

C

X

ch

CH3
CH3
CH3

C

X

OH
nh

CH3
CH3
CH3

C OH

+

X

12


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
4.2. Thuỷ phân các dẫn xuất của acid carboxylic:
-Khả năng phản ứng:
O
C
NHR

<

O
C
OR

O

<

C
OCOR

<

O
C
Cl

-Xúc tác acid làm tăng khả năng thế ái nhân:
C O

+

+

H

C OH

C OH

-Dẫn chất khó thuỷ phân (ester, amid), cần xúc tác
kiềm.
12/16/2017

13


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
4.2.1. Thuỷ phân các ester:
-Xúc tác: acid hoặc kiềm.
-Thuỷ phân có thể theo hai hướng:
O
R

C
1

O

R'
2

1.Cắt liên kết Acyl-Oxy(Ac)
2. Cắt liên kết Alkyl-oxy (Al)
12/16/2017

14


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
- Cơ chế cắt acyl (Ac): ( đọc tài liệu)
-Thuỷ phân ester và ester hoá acid carboxylic và
dẫn chất:
*Cơ chế AAc2:
X

+

H nh
R C O
ch

X

X
R'OH

R C OH

I

ch

ch

R C OH
H O
II

R'

nh (- HX) R C OH
ch
O R'
III

+

H

R C O
OR'
IV

Trong đó: R=alkyl , aryl
R’=alkyl, X=OH: Ester hoá
R’= alkyl , X= OR’’ : Alcol phân
R’= H , X= Cl , OCOR, NH2, OR : Thuỷ phân
12/16/2017
15


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
- Cơ chế AAc1: ( đọc thêm tài liệu)
X

+

H nh
R C O
nh

X
- HX

R C OH

I

12/16/2017

ch

R C O

nh
II

nh (+ ROH) R C O
ch
H O R'
III

+

H

R C O
OR'
IV

16


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
-Cơ chế BAc2 :( đọc thêm tài liệu)
X

X
R C O

+

ch
nh

-

OH

O
nh
ch

R C O

R C

+

-

X

RCOO

-

+

+

H

OH

OH

-Cơ chế AAl1: ( đọc thêm tài liệu)
-Thuỷ phân ester của các alcol bậc ba xúc tác acid hoặc bazơ:
R

C
R'

+

O

R

OR'
+

+

H2O

nh
ch

C

OH

R

OR'
R' OH2

-

C

O

+

R'

+

OH

+

H

R'OH

olefin
12/16/2017

17


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
4.2.2. Thuỷ phân các halogenid acid:
-Sản phẩm là acid carboxylic và HX:
O
R C

+

H2O

RCOOH

+

HCl

Cl

-Các clorid acid dễ thuỷ phân hơn acid tương
ứng.
O
O

R C (

R C
Cl
12/16/2017

Cl
18


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
4.2.3. Thuỷ phân các anhydrid:
- Sản phẩm là các acid:
(RCO)2O + H2O => 2RCOOH

- Phản ứng được tăng cường với xúc tác acid hoặc
bazơ.
- Trong công nghiệp, chỉ ứng dụng trong sản xuất
acid phthalic, cinamic, acid acetic băng từ
anhydrid tương ứng.
12/16/2017

19


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
4.2.4. Thuỷ phân nitril và amid:
-Quá trình gồm hai giai đoạn:
*Hydrat hóa,
*Thuỷ phân.
-Xúc tác là acid hoặc bazơ.
1.

RCN

2.

RCONH2

+

H2O
+

H2O

RCONH2
RCOOH

+

NH3

-Phản ứng có ý nghĩa trong điều chế amid.
-ứng dụng bảo vệ các nhóm amin.
12/16/2017

20


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
4.3. Thuỷ phân các ether, acetal, cetal (đọc tài
liệu)
-Phương trình tổngH+quát:
ROR'

+

OR1
R CH

H2O

ROH

+

R'OH

OH

+

H

R1OH

+

R2OH

+

R CH

OR2

OH
O
R CH

+

H2O

H

12/16/2017

21


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
-Cả hai phản ứng đều theo cơ chế SN2:
H

+

R1

CH2

H

O CH R3

R1

CH2

X

OH2

O CH R3

H2O

ch

RCH2OH + CH R3

X

+
-H

R3 CH X

X

OH

-Thuỷ phân epoxyd cũng theo cơ chế SN2. Sản phẩm
glycol là đồng phân trans.
+

C

C
O

12/16/2017

H

C

C
O
H

H2O

H
O C
H

C OH

HO C

+

+

H

C OH

22


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
4.4. Thuỷ phân các hợp chất chứa liên kết carboncarbon phân cực:
-Khi trên hai carbon có nhóm hút điện tử mạnh,
điện tích dương riêng phần trên C của nhóm
carbonyl lớn:
Cl
Cl
Cl

O
C

C

+

X

O

-

H2O

OH

CHCl3

+

HO C
X

-Ứng dụng sản xuất cloroform trong công nghiệp.
-Xúc tác thường là kiềm.
12/16/2017

23


4. Các phản ứng thuỷ phân và cơ chế
4.5. Thuỷ phân các amin:
-Các amin ít bị thuỷ phân.
-Cấu trúc enamin dễ thuỷ phân với xúc tác acid tạo
thành enol.
C

C

NR2

HOH

C

C

OH

+

HNR2

-Amin thơm có thể thuỷ phân nếu vị trí para của nó
có nhóm hút điện tử mạnh:
-

O N

12/16/2017

N(CH3)2

OH

O N

OH

+

HN(CH3)2

24


5. Thiết bị của phản ứng thủy phân
-Với nguyên liệu dễ thuỷ phân:
-Thiết bị hở hoặc kín, có máy khuấy, hai vỏ
để làm lạnh hoặc đun nóng.
-Với nguyên liệu khó thuỷ phân:
-Dùng thiết bị chịu áp suất.

12/16/2017

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×