Giải SGK Chuyên đề Hóa học 12 Bài 3. Cơ chế phản ứng cộng

* Phản ứng cộng được kí hiệu bằng chữ A (chữ cái đầu của từ tiếng Anh là Addition, nghĩa là cộng).

- Phản ứng cộng với tác nhân electrophile được kí hiệu là AE. Phản ứng cộng electrophile AE vào nối đôi >C = C< xảy ra qua hai giai đoạn chính:

+ Ở giai đoạn 1, liên kết đôi phản ứng với tác nhân electrophile, hình thành carbocation.

+ Ở giai đoạn 2, carbocation kết hợp với anion hình thành sản phẩm.

- Phản ứng cộng với tác nhân nucleophile được kí hiệu là AN.

+ Ở giai đoạn 1, liên kết đôi phản ứng với tác nhân nucleophile, hình thành cacbanion.

+ Ở giai đoạn 2, cacbanion kết hợp với cation hình thành sản phẩm.

*Sự hình thành sản phẩm chính của phản ứng cộng hydrogen halide (HCl, HBr), H$_{2}$O vào alkene được giải thích theo quy tắc cộng Markovnikov: Phản ứng cộng HX (như HBr, HCl, HI, HOH, …) vào alkene không đối xứng, nguyên tử hydrogen sẽ ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon có nhiều hydrogen hơn và X sẽ cộng vào nguyên tử carbon có ít hydrogen hơn.

a) Vận dụng quy tắc cộng Markovnikov xác định được sản phẩm chính: nguyên tử hydrogen sẽ ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon có nhiều hydrogen hơn và X sẽ cộng vào nguyên tử carbon có ít hydrogen hơn.

Vậy chất A là: $\begin{array}{l}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,Br\\C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.}^{\left| {} \right.} - C{H_3}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array}$; chất B là $\begin{array}{l}C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - C{H_2} - Br\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array}$.

b) Cơ chế phản ứng:

a) Phương trình hoá học:

$\begin{array}{l}\,C{H_2} = \mathop C\limits_{\left| {} \right.} - C{H_3} + \,{H_2}O \to \\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array}$$\left\langle \begin{array}{l}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,OH\\C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.}^{\left| {} \right.} - C{H_3}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(spc)\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\\C{H_3} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.}^{} H - C{H_2} - OH\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array} \right.$

Cơ chế phản ứng:

b) Phương trình hoá học:

$\begin{array}{l}\,C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} = CH - C{H_3} + {H_2}O\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array}$$\to \left\langle \begin{array}{l}C{H_3} - C{H_2} - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - \mathop C\limits_{\left| {} \right.} H - C{H_3}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\,\,\,\,\,OH\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,OH\\C{H_3} - C{H_2} - \mathop {\mathop C\limits^{\left| {} \right.} }\limits_{\left| {} \right.} - C{H_2} - C{H_3}\,(spc)\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{H_3}\end{array} \right.$

Cơ chế phản ứng:

Phản ứng giữa acetone và HCN:

$\begin{matrix}\ CN \\ C{H}_{3}-\underset{||}{C}-C{H}_{3}+HCN\overset{}{\rightarrow }C{H}_{3}-\overset{|}{\underset{|}{C}}-C{H}_{3} \\ \ O\ OH\end{matrix}$

Cơ chế phản ứng:

$H-CN\underset{}{⇌}\overset{+}{H}+\overline{C}N$

Để viết được cơ chế phản ứng cộng electrophile vào phân tử alkene và cơ chế phản ứng cộng nucleophile vào nhóm carbonyl học sinh cần nắm được các kiến thức sau:

- Phản ứng cộng electrophile AE vào nối đôi >C = C< xảy ra qua hai giai đoạn chính:

+ Ở giai đoạn 1, liên kết đôi phản ứng với tác nhân electrophile, hình thành carbocation.

+ Ở giai đoạn 2, carbocation kết hợp với anion hình thành sản phẩm.

Ví dụ:

Sự hình thành sản phẩm chính của phản ứng cộng hydrogen halide (HCl, HBr), H$_{2}$O vào alkene được giải thích theo quy tắc cộng Markovnikov: Phản ứng cộng HX (như HBr, HCl, HI, HOH, …) vào alkene không đối xứng, nguyên tử hydrogen sẽ ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon có nhiều hydrogen hơn và X sẽ cộng vào nguyên tử carbon có ít hydrogen hơn.

- Phản ứng cộng hydrogen cyanide (HCN) vào hợp chất carbonyl là phản ứng cộng nucleophile (AN). Ví dụ: