4. Trang ChemVN.Com và ChemVN.Net duy trì nguyên trạng Diễn Đàn ChemVN trước năm 2016.
5. Các trao đổi hiện tại được chuyển sang ChemVN.Org (thành viên mới tham gia ở đây)
MÔ HÌNH HOÁ TRONG HỮU CƠ - SIMULATION AND MODELING IN ORGANIC CHEMISTRYMọi vấn đề của hữu cơ, nhưng được nhìn dưới góc độ lượng tử, với sự tương tác giữa các orbital...
Đây là một ứng dụng lớn của FOs theory, nên đáng lẽ BM phải post bên hoá lý thuyết, tiếp theo topic FMO theory, nhưng nhận thấy category hữu cơ chỉ có mỗi một topic anomeric effect đang hoạt động, buồn quá, nên thôi, BM post sang đây vậy, dù sao cái này cũng thuần hữu cơ mà !!! Phản ứng pericyclic:
Phản ứng pericyclic là một họ phản ứng lớn, gồm có năm phản ứng con, đó là cycloaddition reaction, electrocyclic reaction, sigmatropic rearrangement, cheletropic reaction và cuối cùng là group transfer reaction. Tuy nó là một họ phản ứng lớn nhưng rất ít tài liệu tiếng việt nào nói về nó một cách cặn kẻ, rõ ràng, trong khi nếu ta vào google mà search về phản ứng này thì … chao ôi, sao mà nhiều đến thế !
Cần phải nói thêm, họ phản ứng pericyclic chỉ thực sự được nghiên cứu rõ ràng và sâu sắc về mặt lí thuyết khi có thuyết frontier orbitals theory ra đời, trước đó, các qui tắc hay các mô hình (Woodward-Hoffmann, Dewar …) cũng giải quyết được, nhưng chỉ dừng ở phần có xảy ra hay không xảy ra, chứ không chỉ rõ được tại sao lại như thế ! Hix, không dài dòng nữa, hôm nay, BM sẽ dùng chủ yếu thuyết FO để khảo sát phản ứng này, và qua đó, sẽ giới thiệu thêm các mô hình cũng như các qui tắc cổ điển.
Trước tiên, ta phải làm quen trước một số khái niệm cơ bản: Basic concept:
+pericyclic reaction: đó là một họ phản ứng mà trong đó có sự thay đổi các trạng thái liên kết một cách liên tục, phối hợp (concerted) với sự tổ chức lại electron. Chính vì vậy, trạng thái của phản ứng là chỉ trải qua duy nhất một trạng thái chuyển tiếp, không có sự hình thành các intermediate. Để bảo đảm trạng thái liên kết thay đổi một cách liên tục, tức là các electron trong hệ phải trải đều một cách liên tục, chính vì vậy, phản ứng pericyclic sẽ đi qua một trạng thái chuyển tiếp đóng vòng (cyclic transtition state). Một cách rõ ràng hơn ta có thể phát biểu: trạng thái chuyển tiếp vòng sẽ tương ứng với việc sắp xệp các orbitals hiện hữu của các hợp phần phản ứng để thu được các tương tác orbital mà tạo ra được liên kết (bonding interaction) dưới những điều kiện phản ứng cụ thể.
Năm hướng chính của họ pericyclic reaction:
+electrocyclic ring closure/ring opening (electrocyclic reaction): Đây là một loại phản ứng nội phân tử, nói chính xác, phản ứng có sự tạo liên kết sigma mới tại những orbital cuối của hệ liên hợp nhờ trong trạng thái chuyển tiếp có sự sắp xếp lại electron của hệ liên hợp pi. Một đặc điểm mà phải nắm chắc về việc nhận biết các phản ứng nội phân tử, đó là số electrons trong toàn hệ thống phải luôn là một hằng số.
fig 1: minh hoạ phản ứng electrocyclic
+cycloaddition reactions/cycloreversion reactions: Phản ứng này đi từ những hợp phần phản ứng nhỏ, có hệ thống liên hợp pi độc lập. Yếu tố nêu sau là yếu tố quan trọng, chính vì vậy, phản ứng cycloaddition/cycloreversion có thể xảy ra bằng sự tương tác nội phân tử, chỉ cần bảo đảm các hợp phần tham gia phản ứng phải có hệ thống pi liên hợp độc lập (không dùng curly arrow để kéo e của hệ này sang hệ khác được).
fig 2: minh hoạ phản ứng cycloaddtion/cycloreversion
khái niệm cycloreversion chỉ là khái niệm đảo của cycloadditon reaction, vì theo như đã BM đã giới thiệu ở trên, họ phản ứng pericyclic buộc phải đi qua một trạng thái chuyển tiếp vòng, đển khi ra sản phẩm, cũng sẽ có hai hướng lựa chọn, hoặc giữ nguyên trạng thái vòng đi kèm với sự sắp xếp lại các electrons trong hệ, hoặc phá vỡ trạng thái chuyển tiếp vòng đi kèm với sự sắp xếp lại các electron trong hệ.
+Cheletropic reaction: đây là một sub-class của thằng cycloaddtion reaction/cycloreversion reaction, nhưng điểm khác biệt, đó là hai liên kết tạo thành hay đứt ra đều trên một nguyên tử.
fig 3: minh hoạ phản ứng cheletropic
+sigmatropic rearrangement: có lẽ khái niệm rearrangement không còn xa lạ với anh em yêu hóa, nhưng vấn đề, khi nó là một hướng con của pericyclic reaction thì phải đi qua một trạng thái chuyển tiếp vòng, để có sự tổ chức hay sắp xếp lại electron trong toàn hệ thống.
fig 4: minh hoạ phản ứng sigmatropic
+Group transfer reaction: nghe cái tên cũng hơi hơi biết bản chất, đó là sự chuyển giao những group từ hợp phần phản ứng này đến hợp phần phản ứng khác, đương nhiên là dưới những điều kiện nhất định.
fig 5: minh hoạ phản ứng group transfer
PS: bây giờ mạng trường đang nghẽn, chưa up được image, anh em đọc đỡ vài phút !!!
thay đổi nội dung bởi: bluemonster, ngày 09-11-2006 lúc 12:26 PM.
Ngoài ra, ta phải làm quen một số khái niệm từ vựng lạ không thể dịch chính xác ra vietnammes được, vì nó sẽ làm thô từ khoa học.
+Woodward – Hoffmann rule: hix, qui tắc này BM sẽ giới thiệu sau nó mới hấp dẫn nhé, nhưng đại loại đây là một qui tắc kinh nghiệm, để nhận biết với những cấu tạo hợp phần phản ứng như thế thì phản ứng có xảy ra hay không !?
+suprafacial/antarafacial: đây là hai cách tấn công trong phản ứng pericyclic, và định nghĩa của nó cũng linh động trong từng phản ứng con. Chẳng hạn khi ta xét phản ứng cycloaddtion/ cycloreversion, có định nghĩa như sau: khi hai liên kết được tạo thành ở cùng một hướng của hệ thống pi liên hợp đối với các hợp phần phản ứng gọi là suprafacial, và ngược hướng gọi là antarafacial:
fig 6: mô tả cách kết hợp suprafacial
fig 7: mô tả cách kết hợp kép suprafacial/antarafacial
Ở fig 7, ta thấy ở trạng thái liên kết bên trái là suprafacial, còn ở trạng thái liên kết bên phải là antarafacial.
+linear/non-linear: Đây cũng là những từ thường dùng để mô tả cách tấn công giữa các hợp phần, thông thường người ta dùng khái niệm non-linear để chỉ cách tấn công mà trong đó có sự thay đổi cấu hình không gian của các nhóm thế đính với tâm phản ứng, trong khi linear thì không .
chẳng hạn:
fig 8: mô tả cách tấn công linear
fig 9: mô tả cách tấn công non-linear
fig 10: mô tả cách tấn công của carbene vào olefine
hix, bây giờ BM chỉ nhớ có nhiêu thôi, đến khi vô sâu từng phản ứng, nếu đụng từ mô khó mà BM xài hoài thì sẽ giới thiệu thêm.
thay đổi nội dung bởi: bluemonster, ngày 02-24-2007 lúc 09:20 PM.
Bây giờ đến phần quan trọng hơn một tí, đó là nomenclature của phản ứng:
+cycloaddtion/cycloreversion reaction: Một phản ứng có tên [m+m] addition khi có một hệ thống pi liên hợp m nguyên tử kết hợp với một hệ thống pi liên hợp có n nguyên tử. Cái này dễ tưởng tượng nên BM khỏi cho ví dụ nhé ! ( làm biếng pà cố!)
+Cheletropic reaction: cách gọi tên giống hệt thằng cycloaddtion/cycloreversion, vì nó là sub-class mà !!!
+sigmatropic rearrangement: khi nói sự chuyển vị của một phản ứng là [m,n] shift, tức là ta hiểu khi một liên kết sigma di chuyển qua m nguyên tử của một hệ thống và n nguyên tử của hệ thống thứ hai, hix, sao mà khó hiểu rứa, phải cho ví dụ thui !
fig 36: [1,3]shift
Chẳng hạn như sự chuyển vị này, ta chỉ có một hệ thống, nên nhóm R chính là nhóm được đề cập đi qua 3 nguyên tử của hệ liên hợp nên cả sự chưyển vị có tên [1,3]shift
Hay xét một phản ứng nữa:
fig 37: [3,3]shift
Ta thấy liên kết sigma màu đỏ chính là liên kết chuyển vị, nó nối hai hệ thống, chính vì vậy, ta lần lượt đếm xem từ tác chất (bên trái) đưa ra sản phẩm (bên phải) có bao nhiêu nguyên tử được đi qua trong mỗi hệ thống, rồi báo cáo két quả bằng tên thu được, nhớ có chữ shift đi kèm, hehehe !
Còn về danh pháp của hai loại phản ứng electrocyclic với group transfer thì ta sẽ bàn sau khi vào phân tích những phản ứng trên bằng thuyết FOs theory.
Phù, má ơi, mất gần hai tiếng đồng hồ để giới thiệu cái quái gì thế này ! hix !
Tiếp theo, cũng là giới thiệu rìa ngoài thui, nhưng là rìa ngoài cao cấp, đó là Dewar-Zimmerman model: Dewar-Zimmerman model:
Đây có thể nói là một mô hình rất cơ bản, đơn giản dễ dùng để xác định khả năng phản ứng của các hợp phần tương tác trong họ phản ứng pericyclic ! Trước tiên, ta đi vào những luận điểm cũng như cách dùng mô hình này :
+Xét một giai đoạn phản ứng nhất định, thường là giai đoạn chuyển tiếp hoặc giai đoạn bắt đầu của phản ứng, ta sẽ khảo sát các AO tham gia vào hệ liên hợp (do pericyclic chủ yếu dựa vào hệ liên hợp), và nhớ rằng AO 1s của H cũng sẽ được tham gia vào mô hình. Hệ thống liên hợp được chọn trên một hợp phần nhất định là một trong các MO pi của hệ (chọn MO nào cũng ok ! đó là cái cực hay của mô hình)
+Xác định pha của các AO trong MO.
+Bước quan trọng ko kém là bước nối các lobe của AO lại với nhau, các lobe được nối phải là những lobe có khả năng gây ra tương tác liên kết, nói cách khác, sự tương tác các lobe này sẽ làm nên một phản ứng !
+Đếm số lần chuyển pha trong hệ các lobe được nối, nhưng lưu ý, sự chuyển pha trong cùng một AO thì ko xét !
Sau khi đếm xong, ta sẽ ráp vào hai kết quả tính toán của hai sếp Huckel và Mobius như sau: +số lẽ thì dùng Mobius topology
+số chẳn thì dùng Huckel topology
Sau đó nghía vào bảng sau đọc kết quả bước 1, các con số tượng trưng 4q hay 4q+2 đều là tổng số electron trong toàn hệ thống.
Rồi tiếp theo ta đọc kết quả bước hai:
Nếu hệ là aromatic thì thermal allowed, nếu hệ là antiaromatic thì hệ là photochemical allowed. Để thấy rõ hơn, ta xét đại một vài ví dụ :
Fig 38: example 1
Lưu ý nhỏ, đó là như ở trên đã nói, việc chọn bát cứ MO nào để xét ko quan trọng, chính vì vạy, ta tha hồ đảo pha một AO bất kì trong hệ thống, kết quả vẫn ra y chang !
fig 39: example 2
Tạm thời chỉ tới đó thôi, sau sẽ dùng thằng model này miết, anh em sẽ có dịp ngộ ra thêm !!!
Mong anh em viết được nhiều bài hay cho box hữu cơ nói riêng và 4rum nói chung !!!
Thế nói rằng phản ứng peri hoá không có cơ chế là sai hả anh BM.
to Dinh Tien Dung
sau khi đọc xong em nghĩ phản ứng đóng vòng pericyclic có cơ chế không?!,hôm trước bác n2h có bảo chẳng có phản ứng nào không có cơ chế cả, vì cơ chế chẳng qua là quá trình pứng , anh cũng đồng ý/
em thấy vấn đề gì thì tiếp tục tranh luận. theo như anh biết phần này cũng có trong ôn thi HSGQG của các bạn Trần Phú Hải Phòng nên các bạn ôn thi có thể tham gia.
Nói phản ứng pericyclic là một phản ứng không cơ chế là hoàn toàn chính xác !
Trước tiên phải xem lại cơ chế phản ứng hữu cơ là gì ? Người ta dựa vào đâu để đưa ra cơ chế đó ! Mấu chốt vấn đề nằm ở intermediate !
Trong pericyclic reaction ko có intermediate, người ta đánh giá nó chỉ đi qua một cyclic transition, với sự rearrange bonding, electron bonding, ... (xem định nghĩa mình có nêu phía trên) ! --> Xem như phản ứng ko có cơ chế !
bluemonster
Phản ứng pericyclic !
Giới thiệu thuật ngữ thường dùng !
.gif "Matcuoi (61)")
.gif "Matcuoi (1)")
.gif "Matcuoi (57)")
Linear Mode
