Lớp 11 · Hóa Học
Bài 19
Dẫn Xuất Halogen Của Hydrocarbon
Khái niệm, danh pháp, đồng phân, tính chất hóa học & quy tắc Zaitsev
1
Khái niệm & công thức tổng quát
▼
ĐỊNH NGHĨA
Khi thay thế nguyên tử hydrogen trong phân tử hydrocarbon bằng nguyên tử halogen, ta được dẫn xuất halogen của hydrocarbon.
CÔNG THỨC TỔNG QUÁT
$\text{R}-\text{X}_n$
| Kí hiệu | Ý nghĩa |
|---|---|
| R | Gốc hydrocarbon |
| X | Halogen: F, Cl, Br, I |
| n | Số nguyên tử halogen trong phân tử |
Ví dụ: $\text{CH}_3\text{Br}$, $\text{CH}_2\text{Cl}_2$, $\text{CHI}_3$, $\text{CH}_2=\text{CHCl}$, $\text{C}_6\text{H}_5\text{Br}$...
🌿
Trong tự nhiên cũng tồn tại các dẫn xuất halogen. Ví dụ, một số dẫn xuất halogen được tách từ tảo biển đỏ chi Laurencia có hoạt tính sinh học, được nghiên cứu trong điều trị ung thư vòm họng.
2
Danh pháp
▼
▸ 2.1. Danh pháp THAY THẾ
CÔNG THỨC TÊN
Vị trí halogen – halogeno + tên hydrocarbon
Quy tắc đổi tên halogen: đuôi "-ine" → đuôi "-o"
| Halogen | Tiền tố |
|---|---|
| Fluorine | fluoro- |
| Chlorine | chloro- |
| Bromine | bromo- |
| Iodine | iodo- |
▸ Quy tắc đánh số mạch chính
| Trường hợp | Quy tắc |
|---|---|
| Halogen có 1 vị trí duy nhất | KHÔNG cần ghi số chỉ vị trí |
| Có nhóm thế (halogen, nhánh alkyl) | Đánh số từ phía gần nhóm thế hơn |
| Có liên kết bội (C=C, C≡C) | Ưu tiên đánh số từ phía gần liên kết bội |
| Nhiều halogen giống nhau | Dùng tiền tố di-, tri-, tetra-... trước "halogeno" |
▸ Ví dụ danh pháp thay thế
| Công thức cấu tạo | Tên gọi |
|---|---|
| $\text{CH}_3-\text{Br}$ | bromomethane |
| $\text{CH}_3\text{CH}_2-\text{Cl}$ | chloroethane |
| $\text{CH}_3-\text{CHCl}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$ | 2-chlorobutane |
| $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{F}$ | 3-fluoroprop-1-ene |
| $\text{BrCH}_2-\text{CH}_2\text{Br}$ | 1,2-dibromoethane |
| $\text{C}_6\text{H}_5\text{Cl}$ | chlorobenzene |
▸ 2.2. Tên thông thường (một số chất quen thuộc)
| Công thức | Tên thông thường |
|---|---|
| $\text{CHCl}_3$ | Chloroform (trichloromethane) |
| $\text{CHBr}_3$ | Bromoform |
| $\text{CHI}_3$ | Iodoform |
| $\text{CCl}_4$ | Carbon tetrachloride |
▸ 2.3. Danh pháp GỐC-CHỨC
CÔNG THỨC TÊN
Tên gốc hydrocarbon + halide
| Công thức | Tên gốc-chức |
|---|---|
| $\text{CH}_3\text{CH}_2-\text{Cl}$ | ethyl chloride |
| $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{Cl}$ | vinyl chloride |
| $\text{C}_6\text{H}_5-\text{I}$ | phenyl iodide |
| $\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2-\text{Br}$ | benzyl bromide |
3
Đặc điểm cấu tạo: Liên kết C–X phân cực
▼
ĐẶC ĐIỂM LIÊN KẾT C–X
Trong dẫn xuất halogen, liên kết C–X phân cực về phía nguyên tử halogen (do halogen có độ âm điện lớn hơn C):
• C mang một phần điện tích dương ($\delta^+$).
• X mang một phần điện tích âm ($\delta^-$).
• C mang một phần điện tích dương ($\delta^+$).
• X mang một phần điện tích âm ($\delta^-$).
Cặp electron liên kết bị lệch về phía X có độ âm điện lớn → C mang δ⁺, X mang δ⁻ → liên kết C–X dễ phân cắt
▸ Năng lượng liên kết C–X
| Liên kết | C–F | C–Cl | C–Br | C–I |
|---|---|---|---|---|
| Năng lượng (kJ/mol) | 486 | 327 | 285 | 214 |
🔑
Nhận xét quan trọng:
• Năng lượng liên kết giảm dần từ C–F → C–I.
• → Khả năng phân cắt liên kết C–X tăng dần từ C–F → C–I.
• → Khả năng phản ứng: R–I > R–Br > R–Cl >> R–F (dẫn xuất iodide dễ phản ứng nhất, dẫn xuất fluoride khó phản ứng nhất).
• Năng lượng liên kết giảm dần từ C–F → C–I.
• → Khả năng phân cắt liên kết C–X tăng dần từ C–F → C–I.
• → Khả năng phản ứng: R–I > R–Br > R–Cl >> R–F (dẫn xuất iodide dễ phản ứng nhất, dẫn xuất fluoride khó phản ứng nhất).
4
Tính chất vật lí
▼
| Tính chất | Đặc điểm |
|---|---|
| Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi | Cao hơn hydrocarbon có phân tử khối tương đương (do phân tử phân cực) |
| Trạng thái | Phân tử khối nhỏ ($\text{CH}_3\text{Cl}$, $\text{CH}_3\text{F}$...): khí; phân tử khối lớn hơn: lỏng hoặc rắn |
| Tính tan | Không tan trong nước, tan tốt trong dung môi hữu cơ (hydrocarbon, ether...) |
📌
Quy luật nhiệt độ sôi:
• Cùng gốc hydrocarbon: $t^\circ_s$ tăng theo thứ tự F < Cl < Br < I (do phân tử khối tăng).
• Cùng halogen: $t^\circ_s$ tăng khi mạch carbon dài hơn.
• Cùng gốc hydrocarbon: $t^\circ_s$ tăng theo thứ tự F < Cl < Br < I (do phân tử khối tăng).
• Cùng halogen: $t^\circ_s$ tăng khi mạch carbon dài hơn.
Vì sao không tan trong nước? Mặc dù liên kết C–X phân cực, nhưng toàn bộ phân tử dẫn xuất halogen vẫn ít phân cực hơn nước → không tạo được liên kết hydrogen mạnh với nước → ít tan.
5
Tính chất hóa học
▼
PHẢN ỨNG ĐẶC TRƯNG
Do liên kết C–X phân cực, dẫn xuất halogen có 2 phản ứng đặc trưng:
① Phản ứng THẾ nguyên tử halogen ② Phản ứng TÁCH HX
① Phản ứng THẾ nguyên tử halogen ② Phản ứng TÁCH HX
▸ 5.1. Phản ứng THẾ nguyên tử halogen → ALCOHOL
Khi đun nóng với dung dịch NaOH (hoặc KOH) trong nước, nguyên tử halogen bị thay thế bởi nhóm OH → tạo alcohol:
PHẢN ỨNG TỔNG QUÁT
$\text{R}-\text{X} + \text{OH}^- \xrightarrow{t^\circ} \text{R}-\text{OH} + \text{X}^-$
(X = Cl, Br, I — X gắn vào C no)
Điều kiện: đun nóng với dung dịch NaOH/H₂O hoặc KOH/H₂O.
🧪 Ví dụ — Thủy phân 1-chloropropane
$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{Cl} + \text{NaOH} \xrightarrow{t^\circ} \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH} + \text{NaCl}$
Sản phẩm: propan-1-ol (1-propanol).
▸ 5.2. Phản ứng TÁCH hydrogen halide → ALKENE
Các dẫn xuất monohalogen của alkane có thể bị tách HX tạo thành alkene:
Điều kiện: đun nóng với base mạnh (NaOH, KOH, RONa) trong dung môi alcohol (ví dụ: $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$).
🧪 Ví dụ — Tách HBr từ ethyl bromide
$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{Br} + \text{NaOH} \xrightarrow{\text{C}_2\text{H}_5\text{OH},\,t^\circ} \text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{NaBr} + \text{H}_2\text{O}$
Sản phẩm: ethene (ethylene).
🔑
Phân biệt 2 phản ứng — RẤT QUAN TRỌNG:
• NaOH/H₂O (dung môi nước), đun nóng → phản ứng THẾ → tạo alcohol.
• NaOH/$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$ (dung môi alcohol), đun nóng → phản ứng TÁCH → tạo alkene.
• NaOH/H₂O (dung môi nước), đun nóng → phản ứng THẾ → tạo alcohol.
• NaOH/$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$ (dung môi alcohol), đun nóng → phản ứng TÁCH → tạo alkene.
▸ 5.3. QUY TẮC ZAITSEV (Zai-xép)
QUY TẮC ZAITSEV
Trong phản ứng tách hydrogen halide, nguyên tử halogen bị tách cùng với nguyên tử H ở carbon bên cạnh có bậc cao hơn → tạo sản phẩm chính.
📝 Ví dụ — Tách HBr từ 2-bromobutane
CTCT: $\overset{1}{\text{C}}\text{H}_3-\overset{2}{\text{C}}\text{HBr}-\overset{3}{\text{C}}\text{H}_2-\overset{4}{\text{C}}\text{H}_3$
Phân tích bậc:
• C1 ($\text{CH}_3$): bậc I (liên kết với 1C).
• C3 ($\text{CH}_2$): bậc II (liên kết với 2C).
• C1 ($\text{CH}_3$): bậc I (liên kết với 1C).
• C3 ($\text{CH}_2$): bậc II (liên kết với 2C).
Theo Zaitsev: H tách ưu tiên từ C bậc cao hơn (C3 — bậc II):
Sản phẩm chính: $\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_3$ (but-2-ene)
Sản phẩm phụ: $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$ (but-1-ene)
Sản phẩm chính: $\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_3$ (but-2-ene)
Sản phẩm phụ: $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$ (but-1-ene)
6
Ứng dụng & vấn đề môi trường (CFC, DDT)
▼
▸ 6.1. Ứng dụng
| Ứng dụng | Mô tả |
|---|---|
| Sản xuất polymer | PVC từ vinyl chloride; Teflon từ tetrafluoroethylene |
| Sản xuất dược phẩm | Nhiều loại thuốc kháng sinh, gây mê có chứa halogen |
| Tác nhân làm lạnh | HFC, HFO thay thế cho CFC (đã bị cấm) |
| Dung môi | Dichloromethane ($\text{CH}_2\text{Cl}_2$), chloroform ($\text{CHCl}_3$) |
| Thuốc bảo vệ thực vật | Thuốc trừ sâu, diệt cỏ (nhiều loại đã bị cấm vì độc hại) |
▸ 6.2. CFC và tầng ozone
- CFC (chlorofluorocarbon) như $\text{CF}_2\text{Cl}_2$, $\text{CFCl}_3$ trước đây được dùng làm chất làm lạnh (tủ lạnh, máy lạnh, bình xịt).
- Khi thoát vào khí quyển, CFC phá hủy tầng ozone → tạo "lỗ thủng ozone" → cho tia UV xuyên qua → gây ung thư da, đột biến.
- Năm 1987, Nghị định thư Montréal được ký để cấm sản xuất và sử dụng CFC trên toàn cầu.
- Hiện nay CFC được thay thế bằng HFC (hydrofluorocarbon) và HFO (hydrofluoroolefin) — ít gây hại tầng ozone hơn.
- Chất làm lạnh phổ biến hiện nay: R32 (difluoromethane).
▸ 6.3. Thuốc bảo vệ thực vật
- DDT, "666" (hexachlorocyclohexane) đã bị cấm sử dụng do độc hại, khó phân hủy, tích tụ trong môi trường và sinh vật.
- Xu hướng hiện nay: nông nghiệp xanh, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc sinh học (vi sinh, thực vật) thay vì hóa học tổng hợp.
7
Tổng kết & sai lầm thường gặp
▼
▸ Bảng tổng kết kiến thức trọng tâm
| Nội dung | Kiến thức trọng tâm |
|---|---|
| Khái niệm | Thay H trong hydrocarbon bằng nguyên tử halogen |
| Công thức tổng quát | $\text{R}-\text{X}_n$ (X = F, Cl, Br, I) |
| Danh pháp thay thế | Vị trí + halogeno + tên hydrocarbon |
| Danh pháp gốc-chức | Tên gốc + halide (ethyl chloride, vinyl chloride...) |
| Đặc điểm cấu tạo | Liên kết C–X phân cực ($\delta^+$ ở C, $\delta^-$ ở X) → dễ phân cắt |
| Năng lượng liên kết | C–F > C–Cl > C–Br > C–I |
| Khả năng phản ứng | R–I > R–Br > R–Cl >> R–F |
| Phản ứng thế | R–X + NaOH/H₂O, t° → R–OH (alcohol) + NaX |
| Phản ứng tách | R–X + NaOH/$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$, t° → alkene + NaX + H₂O |
| Quy tắc Zaitsev | H tách từ C bậc cao hơn → sản phẩm chính |
▸ 10 sai lầm thường gặp
⚠️ Lưu ý quan trọng
1
Đánh số mạch chính phải từ phía gần nhóm thế hơn (halogen hoặc nhánh); nếu có liên kết bội thì ưu tiên gần liên kết bội.
2
NaOH/H₂O → phản ứng thế tạo alcohol. NaOH/$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$ → phản ứng tách tạo alkene. Hai loại phản ứng khác nhau, dễ nhầm.
3
Quy tắc Zaitsev: H tách từ C bậc CAO hơn → sản phẩm chính, KHÔNG phải bậc thấp.
4
Đổi đuôi tên halogen: "-ine" → "-o" (chlorine → chloro, bromine → bromo...).
5
Chloroform là $\text{CHCl}_3$ (trichloromethane); $\text{CCl}_4$ là carbon tetrachloride — đừng nhầm.
6
Dẫn xuất halogen KHÔNG tan trong nước (chỉ tan trong dung môi hữu cơ).
7
Khả năng phản ứng: R–I > R–Br > R–Cl (do năng lượng liên kết C–I < C–Br < C–Cl).
8
Khi viết đồng phân, phải di chuyển halogen đến tất cả các vị trí có thể trên các mạch khác nhau.
9
Phản ứng tách Zaitsev tạo nhiều sản phẩm (chính + phụ), không chỉ 1 sản phẩm.
10
CFC phá hủy tầng ozone, đã bị cấm sử dụng theo Nghị định thư Montréal (1987).
📚
Để xem đầy đủ lý thuyết, các công thức tính toán và các dạng bài tập có lời giải chi tiết của Bài 19 — Dẫn xuất halogen, các em truy cập bài viết đầy đủ tại edus.vn.
Xem đầy đủ →
1
—
Điểm: 0/28
⚗️
Luyện tập Bài 19 — Dẫn xuất halogen!
28 câu: 22 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/28
💡 Gợi ý
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ