CHAPTER 15

ORGANIC COMPOUNDS AND THE ATOMIC
PROPERTIES OF CARBON
15.3 SOME IMPORTANT CLASSES OF ORGANIC REACTIONS
Organic reactions are classified according to the chemical process involved. Three
important classes are addition, elimination, and substitution reactions.
To depict reactions more generally, it’s common practice to use an uppercase R
with a single bond, R-, to signify a nonreacting organic group attached to one of the
atoms shown; you can usually picture R- as an alkyl group, a saturated hydrocarbon
group with one bond available to link to another atom. Thus R-CH 2-Br has an alkyl
group attached to a CH2 group bonded to a Br atom; R-CH-CH 2 is an alkene with an
alkyl group to one of the carbons in the double bond; and so forth. (Often, when more
than one R group is present, we write R, R’, R”, and so forth, to indicate that these
groups may be different.)
15.3 MỘT VÀI LOẠI PHẢN ỨNG HÓA HỌC HỮU CƠ QUAN TRỌNG
Cá phản ứng hóa học hữu cơ được phân loại dựa vào quá trình hóa học liên quan. Ba
loại phản ứng quan trọng đó là phản ứng cộng, phản ứng tách, và phản ứng thế.
Để mô tả về các phản ứng một cách tổng quát, chúng ta sữ dụng chữ hoa R với
một liên kết đơn, R-, để biểu thị một nhóm hữu cơ không phản ứng được liên kết với
một trong các nguyên tử được đưa ra. Các bạn có thể hình dung R- như là một nhóm
ankin, một nhóm hydrocarbon bão hòa với một liên kết có sẵn để nối với một nguyên
tử khác. Do đó, R-CH2-Br có một nhóm ankin gắn với một nhóm CH 2 được liên kết
với một nguyên tử Br; R-CH=CH2 là một anken với một nhóm ankin gắn liền với một
trong những cacbon trong liên kết đôi; và vân vân. (thường thì khi có hơn một nhóm R
xuất hiện, chúng ta kí hiệu R, R’, R”, và cứ tăng lên như thế, để biểu thị rằng những
nhóm này có thể khác nhau.)
The three classes of organic reactions we discuss here can be identified by
comparing the number of bonds to C in reactants and products.
1. An addition reaction occurrs when an unsaturated reactant becomes a

saturated product:
R CH CH

R

+

X

Y

R

X

Y

C

C

R

Note the C atoms are bonded to more atoms in the product than in the reactant.
The C=C and C≡C bonds and the C=O bond commodity undergo addition
reactions. In each case, the π bond breaks, leaving the σ bond intact. In the product,
the two C atoms (or C and O) form two additional σ bonds. A good example is the
addition reaction in which H and Cl from HCl add to the double bond in ethylene:



CH2

CH2 +

H

Cl

CH2

CH2

H

Cl

2. An elimination reaction is the opposite of an addition reaction. It occurs when

a saturated reactant becomes an unsaturated product:

X

R

Y

CH CH R

R


CH CH

R + X

Y

Note that the C atoms are bonded to fewer atoms in the product than in the reactant. A
pair of halogen atoms, an H atom and a halogen atom, or an H atom and an –OH
group are typically eliminated, but C atoms are not:

OH

H

CH3 CH CH2

H2SO4

CH3

CH CH2

+

H OH

3. A substitution reaction occurs when an atom (or group) from an added

reactant substitutes for one in the organic reactant:
R


C

X

+

Y

R

C

Y

+

X


Note that the C atom is bonded to the same number of atoms in the product as in the
reactant. The C atom may be saturated or unsaturated, and X and Y can be many
different atoms, but generally not C. The main flavor ingredient in banana oil, for
instance, forms through a substitution reaction; note that the O substitutes for the Cl:
O
CH 3

C Cl

CH3

+ HO CH CH CH CH
2
2
3

O
HO

C

CH3
O

CH 2 CH 2 CH CH3

+

Ba loại phản ứng hóa học hữu cơ xảy ra mà chúng ta thảo luận ở đây có thể được xác
định bằng việc so sánh số liên kết với C trong các chất phản ứng và chất sản phẩm.
1. Phản ứng cộng xảy ra khi một chất phản ứng không bão hòa (chất phản ứng
không no) trở thành một chất mới bão hòa (no).
Chú ý rằng các nguyên tử C được liên kết với những nguyên tử thừa trong chất sản
phẩm mạnh hơn cả chất phản ứng.
Liên kết C=C, C≡C và liên kết C=O thường trải qua phản ứng cộng. Trong mỗi trường
hợp, liên kết bị phá vỡ và giữ nguyên liên kết . Ở chất mới, hai nguyên tử C (hoặc C
và O) hình thành hai liên kết cộng. Một ví dụ dễ hiểu đó là phản ứng cộng H và Cl
tạo thành HCl thêm vào liên kết đôi trong etylen
2. Phản ứng tách ngược lại với phản ứng cộng. Nó xảy ra khi một chất phản
ứng no trở thành một chất mới không no.
Chú ý rằng các nguyên tử C được liên kết với các nguyên tử thiếu trong chất sản phẩm

mạnh hơn chất phản ứng. Một cặp các nguyên tử halogen, một nguyên tử H và một
nguyên tử halogen, hoặc một nguyên tử và một nhóm –OH thường được tách ra,
nhưng đối vơi nguyên tử C thì không:
3. Phản ứng thế xảy ra khi một nguyên tử (hoặc nhóm) từ một phản ứng cộng
thay thế cho một nguyên tử (hoặc nhóm) trong chất phản ứng hữu cơ:
Chú ý rằng nguyên tử C được liên kết với cùng số lượng nguyên tử trong chất
mới như ở chất phản ứng. Nguyên tử C có thể no hặc không no, còn X và Y có thể là
nhiều nguyên tử khác nhau, nhưng thông thường thì đó không thể là C. Ví dụ, thành
phần hương vị chính trong dầu chuối, các hình thành thông qua một phản ứng thế; lưu
ý rằng O thay thế cho Cl:
Sample Problem 15.3

Recognizing the Type of Organic Reaction

Problem State whether each reaction is an addition, elimination, or substitution:

H Cl


O

O

(c) CH3 C Br + CH3CH2OH
(a) CH3 CH2 CH2 Br

(b)

CH3


C

OCH2CH3 + HBr

CH3 CH CH2 +
H
Br

+ H2

Plan We determine the type of reaction by looking for any change in the number of
atoms bonded to C.
•

More atoms bonded to C indicates an addition.

•

Fewer atoms bonded to C indicates an elimination.

•

Same number of atoms bonded to C indicates a substitution.

Solution (a) Elimination: two bonds in the reactant, C—H and C—Br, are absent in
the product, so fewer atoms are bonded to C.
(b) Addition: two more C—H bonds have formed in the product, so more
atoms are bonded to C.
(c) Substitution: the reactant C—Br bond becomes a C—O bond in the product,
so the same number of atoms are bonded to C.

FOLLOW –UP PROBLEM Write a balanced equation for each of the following:
(a) An addition reaction between 2-butene and Cl 2
(b) A substitution reaction between CH3—CH2—CH2—Br and OH(c) The elimination of H2O from (CH3)3C—OH

Bài tập mẫu 15.3 Xác định dạng phản ứng hóa học hữu cơ
Vấn đề Xác định xem phản ứng nào là phản ứng thế, phản ứng cộng, hay là phản ứng
tách: (a), (b), (c)
Cách làm Chúng ta xác định loại phản ứng bằng cách tìm bất kì sự thay đổi số lượng
các nguyên tử được liên kết với C:


• Các nguyên tử thừa liên kết với C suy ra đó là một phản ứng cộng.
• Các nguyên tử thiếu liên kết với C suy ra đó là một phản ứng tách.
• Các nguyên tử có cùng số lượng liên kết với C suy ra đó là một phản ứng thế.

Giải (a) Phản ứng tách: Hai liên kết trong chất phản ứng là C-H và C-Br bị thiếu trong
chất phản ứng, vậy nên các nguyên tử thiếu liên kết với C.
(b) Phản ứng cộng: Hơn hai liên kết C-H hình thành trong chất mới, vì vậy các nguyên
tử dư được liên kết với C.
(c) Phản ứng thế: Liên kết chất phản ứng C-Br trở thành một liên kết C-O trong chất
mới, thế nên nguyên tử có cùng số lượng được liên kết với C.
BÀI TẬP TƯƠNG TỰ 15.3 Viết phương trình cân bằng cho mỗi câu bên dưới:
(a) Phản ứng cộng giữa 2-buten và Cl2
(b) Phản ứng thế giữa CH3-CH2-CH2-Br và OH –
(c) Phản ứng tách của H2O từ (CH3)3C-OH
Summary of Section 15.3
In addition reaction, a π bond breaks, and the two C atoms (or one C and one
O) are bonded to more atoms in the products.
• In an elimination reaction, a π bond forms, with the two C atoms bonded to
fewer atoms in the product.

• In a substitution reaction, one atom bonded to C is replaced by another, but the
total number of atoms bonded to the C does not change.
•

Tóm lược phần 15.3
• Trong phản ứng cộng, một liên kết vị phá vỡ, và hai nguyên tử C (hay là một C,

một O) được liên kết với các nguyên tử trong chất mới.
• Trong phản ứng tách, một liên kết hình thành, với hai nguyên tử C được liên kết
với các nguyên tử thiếu.
• Trong phản ứng thế, một nguyên tử liên kết với C bị thay thế bởi một nguyên tử
khác, nhưng tổng số lượng liên kết với C không thay đổi.


15.4. PROPERIES AND REACTIVITIES OF COMMON FUNCTIONAL
GROUPS.
The central organizing principle of organic chemistry is the functional group. The
distribution of electron density in a functional group is the key to the reactivity of the
compound. The electron density can be high, as in the C=C and C≡C bonds, or it can
be low at one end of a bond and high at the other, as in the C-Cl and C-O bonds. Such
electron-rich or polar bonds enhance the oppositely charged pole in the other reactant.
As a result, the reactants attract each other and begin a sequence of bond-forming and
bond-breaking steps that lead to a product. Thus, the intermolecular forces that affect
physical properties and solubility also affect reactivity. Table 15.5 lists some of the
important functional groups in organic compounds.
When we classify functional groups by bond order, they follow certain patterns of
reactivity.
•
•
•


Functional groups with only single bonds undergo elimination or substitution.
Functional groups with double or triple bonds undergo addition.
Functional groups with both single and double bonds undergo substitution.

15.4 HOẠT TÍNH VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC NHÓM CHỨC THƯỜNG GẶP
Yếu tố cấu tạo cơ bản cốt yếu của hóa học hữu cơ là nhóm chức. Sự phân bố mật độ
electron trong một nhóm chức là mấu chốt cho phản ứng của các hợp chất. Mật độ
electron có thể cao, như trong liên kết C=C và C≡C, hoặc nó có thể thấp ở một đầu
này của liên kết và cao ở đầu kia, như trong liên kết C-Cl và C-O. Giống như giàu
electron và liên kết phẳng tăng cường cực tích điện trái dấu trong các chất phản ứng
khác. Kết quả là, các chất phản ứng tấn công nhau và bắt đầu một chuỗi các bước hình
thành liên kết và phá vỡ liên kết tạo ra sản phẩm. Do đó, lực giữa các phân tử có ảnh
hưởng đến tính chất vật lý còn độ tan thì ảnh hưởng đến vệc phản ứng. Bảng 15.5 liệt
kê một số các nhóm chức quan trọng trong các hợp chất hữu cơ.
Khi phân loại các nhóm chức bằng thứ tự liên kết, việc phân loại chúng đều
dựa trên các dạng nhất định của phản ứng:
Các nhóm chức có liên kết đơn duy nhất thì có phản ứng tách hoặc phản ứng
thế.
• Các nhóm chức có liên kết đôi hoặc liên kết ba thì có phản ứng cộng.
• Các nhóm chức có chứa cả liên kết đơn và liên kết đôi thì có phản ứng thế.
•

Functional Groups with Only Single Bonds.
The most common functional groups with only single bonds are alcohols, haloalkanes,
and amines.
Table 15.5

Important Functional Groups in Organic Compounds



Các nhóm chức có chứa liên kết đơn duy nhất
Các nhóm chức chỉ chứa liên kết đơn thường gặp nhất đó là alcohol, haloankan, và
amin.
Alcohols The alcohol functional group consist of an carbon bonded to an –OH group,
-C-O-H, and the general formula of an alcohol is R-OH. Alcohols are named by


dropping the final –e from the parent hydrocarbon name and adding the suffix –ol.
Thus, the two-carbon is ethanol (ethan- + -ol). The common name is the hydrocarbon
root- + -yl, followed by “alcohol”; thus, the common name of ethanol is ethyl alcohol.
(This substance, obtained from fermented grain, has been consumed by people as an
intoxicant in beverages since ancient times; today, it is recognized as the most abused
drug in the world.) Alcohols are common organic reactants, and the functional group
occurs in many biomolecules, including carbohydrates, sterols, and some amino acids.
Figure 15.10 shows the names, structures, and uses of some important compounds that
contain the alcohol group.

The physical properties of the smaller alcohols are similar to those of water.
They have high melting and boiling points as a result of hydrogen bonding, and they
dissolve polar molecules and some salts. Alcohols undergo elimination and
substitution reactions.
Alcohols Nhóm chức ancol bao gồm một cacbon liên kết với một nhóm -OH, ... ,
công thức tổng quát của một alcohol là R-OH. Alcohol được gọi tên bằng cách bỏ
đuôi -e từ tên của hydrocacbon gốc và thêm các hậu tố -ol. Như vậy, alcohol haicacbon là etanol (etan- + -ol). Tên gọi thường là tên mạch chính hydrocarbon + -yl,
gọi theo "alcohol"; do đó, tên gọi thường của etanol là alcohol ethyl. (Chất này thu
được từ ngũ cốc lên men, đã từng được tiêu thụ bởi con người như là một loại đồ uống
làm say vào thời cổ đại. Ngày nay, Nó được công nhận là chất bị lạm dụng nhiều nhất
trên thế giới). Alcohol là chất phản ứng hữu cơ phổ biến, và là nhóm chức xuất hiện
nhiều trong các phân tử sinh học, bao gồm cacbohydrat, sterol và một số axit amin.

Hình 15.10 trình bày các danh pháp, cấu tạo và ứng dụng của một số hợp chất quan
trọng có chứa nhóm alcohol.
Tính chất vật lý của các nhóm alcohol nhỏ hơn tương tự với tính chất vật lí của
nước. Chúng có nhiệt độ nóng chảy cao và và nhiệt độ sôi giống như kết quả liên kết
của hydrogen, và chúng không thể hòa tan các phân tử phân cực và một số loại muối.
Alcohol có phản ứng tách và phản ứng thế.
•

Elimination of H and OH, called dehydration, requires acid and forms an
alkene:


OH
H+

+ H2O

cyclohexene

cyclohexanol

Elimination of two H atoms is an oxidation which typically requires an inorganic
oxidizing agent, such as potassium dichromate (K 2Cr2O7) in aqueous H2SO4. The
product has a C=O group:
CH 3

CH 2

CH


CH 3

OH

K2Cr2O7

CH 3

CH 2

H2SO4

C

CH 3

O
O

OH

butan-2-one

butan-2-ol

Alcohols with an OH group at the end of the chain (R-CH 2-OH) can be oxidized
further to acids. (This is not an elimination reaction.) Wine turns sour, for example,
when the ethanol in contact with air is oxidized to acetic acid (vinegar):
OH


O

1/2 O2
CH 3

•

CH 2

- H2O

CH 3

CH

O

1/2 O2
CH 3

C

OH

Phản ứng tách của H và OH được gọi là phản ứng khử nước, đòi hỏi phải có
axit và tạo ra một anken: ...

Phản ứng tách của hai nguyên tử H là quá trình oxy hóa thường đòi hỏi phải có một
chất oxy hóa vô cơ trung gian, như là kali dicromat (K 2Cr2O7) trong dung dịch nước
H2SO4. Chất sản phẩm có một nhóm C=O: ...

Alcohol với một nhóm OH ở cuối chuỗi (R-CH 2-OH) có thể bị oxy hóa dễ hơn với
axit. (Đây không phải là một phản ứng tách.) Ví dụ, rượu lên men khi etanol tiếp xúc
với không khí được oxi hóa với axit acetic (giấm): ...
•

Substitution yields products with other single-bonded functional groups. Reactions of
hydrohalic acids with many alcohols give haloalkanes:
R2CH-OH + Br → R2CH=Br + HOH


As you’ll see shortly, the C atom undergoing the change in a substitution is bonded to
a more electronegative element, which makes it partially positive and, thus, a target
for a negatively charged or electron-rich group of an incoming reactant.
•

Các chất sản phẩm tạo ra từ phản ứng thế phản ứng với các nhóm chức liên kết đơn
khác. Các phản ứng của axit halôgen với nhiều alcohol cho ra haloankan: ...
Như các bạn nhận thấy, các nguyên tử C trải qua sự thay đổi trong một phản
ứng thế được liên kết với một phân tử có độ âm điện lớn hơn, khiến cho nó dương
không hoàn toàn, và do đó nó trở thành mục tiêu đối với một phân tử mang điện tích
âm hoặc một nhóm giàu-electron của chất phản ứng mới.
Haloalkanes A halogen atom (X) bonded to a carbon gives the haloalkane functional
group C-X, and compounds with the general formula R-X. Haloalkanes (common
name, alkyl halides) are named by identifying the halogen with a prefix on the
hydrocarbon name and numbering the C atom to which the halogen is attached, as in
bromomethane, 2-chloropropane, or 1,3-diiodohexane.
Like alcohols, haloalkanes undergo substitution and elimination reactions.

•


Just as many alcohols undergo substitution to form alkyl halides when treated with
halide icons in acid, many halides undergo substitution to form alcohols in base. For
example, OH- attacks the positive C end of the C-X bond and displaces X-:
CH3 CH2 CH2 CH2

Br

+ OH-

CH3 CH2 CH2 CH2

OH

+ Br-

butan-1-ol

1-bromobutane

Substitutions by groups such as –CN, -SH, -OR, and =NH 2 allow chemists to convert
alkyl halides to a host of the other families of compounds.
•

Just as addition of HX to an alkene produces haloalkanes, elimination of HX from a
haloalkane by reaction with a strong base, such as potassium ethoxide, produces an
alkene:
CH 3
H 3C

CH 3

CH 3

+ CH 3 CH 2

OK

H 3C

C

CH 2

+ KCl + CH 3 CH 2

Cl

Haloalkanes have many important uses, but many are carcinogenic in
mammals, have severe neurological effects in humans, and, to make matters worse,
are very stable and accumulate in the environment.
Haloankan Một nguyên tử halogen (X) được liên kết với một cacbon cho ra nhóm
chức haloankan, ... , và các hợp chất có công thức tổng quát R-X. Haloankan (tên gọi
chung là halogenua alkyl) được đặt tên bằng cách xác định các halogen có một tiền tố
nằm trong tên hydrocarbon và đánh số thứ tự nguyên tử C mà halogen được đính kết,
như trong metyl bromide, 2-chloropropan, hoặc 1,3-diiodohexan.

OH


Giống với alcohol, haloankan có các phản ứng cộng, phản ứng tách và phản
ứng thế.

Cũng giống như nhiều alcohol phải trải qua phản ứng thế để tạo thành halogenua
ankin khi xử lý bằng các ion halogenua trong axit, nhiều halogenua trải qua phản ứng
thế để tạo ra alcohol trong môi trường bazơ. Ví dụ nhóm OH- tấn công đầu C dương
của liên kết C-X và thay thế X-:
Phản ứng thế bởi các nhóm như là –CN, -SH, -OR và –NH 2 tạo điều kiện để
cho các nhà khoa học chuyển đổi halogenua ankin thành một phân tử gốc của những
hệ thống khác trong hợp chất.
• Giống như phản ứng cộng của HX với một anken tạo ra haloalkan, phản ứng tách từ
một haloalkan xảy ra bằng việc phản ứng với một cực gốc mạnh như là kali etoxit, tạo
ra một anken:
•

Haloalkanes có nhiều ứng dụng quan trọng, nhưng cũng nhiều nguy cơ gây ung
thư ở động vật có vú, có ảnh hưởng thần kinh nghiêm trọng đối với người, và còn tệ
hơn nữa là chúng khó phân hủy và tồn tại bền vững trong môi trường.
Amines The amine functional group is –C-N-. Chemist classify amines as derivatives
of ammonia, with R groups in place of one or more of the H atoms in NH 3. Primary
(10) amines are RNH2, secondary (20) amines are R2NH, and tertiary (30) amines are
R3N. Like ammonia, amines have trigonal pyramidal shapes, and the lone pair of
electrons results in a partially negative N atom (Figure 15.11)
Figure 15.11 General structures of amines.


Systematic names drop the final –e of the alkane and add the suffix –amine, as
in ethanamine. However, there is still wide usage of common names, in which the
suffix –amine follows the name of the alkyl group; thus, methylamine has one methyl
group attached to N, diethylamine has two ethyl groups attached, and so forth. Figure
15.12 shows that the amine functional group occurs in many biomolecules.
Figure 15.12 Some biomolecules with the amine functional group


Amines undergo substitution reactions in which the lone pair of N attacks the
partially positive C in an alkyl halide to displace X- and form a larger amine:
2 CH 3 CH 2 NH 2
ethylamine

+

CH 3

CH 2

Cl

chloroethane

CH 3

CH 2

NH

CH 3

CH 2

+

CH 3

CH 2 NH 3Cl


ethylammonium chloride

diethylamine

(The molecules of amine are needed: one attacks the chloroethane, and the other binds
the released H+ to prevent it from remaining on the diethylamine product.)
Amin Nhóm chức amin có công thức tổng quát ... Các nhà hóa học phân loại amin
như dẫn xuất của amoniac, với các nhóm R trong không gian của một hay nhiều
nguyên tử H trong NH3. Amin bậc 1 (primary amine) RNH2, amin bậc 2 (secondary
amine) R2NH và amin bậc 3 (tertiary amine) R3N. Giống như amoniac, amin có hình
dạng chóp tam giác, và cặp các electron đơn lẻ tạo thành một nguyên tử N mang điện
tích âm không hoàn toàn. (Hình 15.11)
Tên hệ thống chúng ta bỏ đuôi -e của ankan và thêm hậu tố -amin, như là etan amin.
Tuy nhiên, nhiều tên gọi thông thường vẫn còn được sử dụng rộng rãi, hậu tố -amin có
kèm theo tên của nhóm ankin; do đó metylamin có một nhóm metyl liên kết với N,
dietylamin có hai nhóm etyl liên kết... Hình 15.12 cho thấy rằng nhóm chức amin
thường xuất hiện trong nhiều phân tử sinh học.
Các amin trải qua phản ứng thế, một cặp đơn lẻ N tấn công C mang điện tích
dương không hoàn toàn trong một alkyl halogenua để thay thế X- và hình thành một
amin lớn hơn:
(Hai phân tử amin cần thiết: một phân tử tấn công etyl clorua , còn phân tử kia liên kết
với H được giải phóng để ngăn cho nó khỏi bị các phản ứng còn lại trong sản phẩm
dietylamin tấn công.).


Sample Problem 15.4 Predicting the Reactions of Alcohols, Alkl Halides, and
Amines
Problem: Determine the reaction type and predict the product(s) for each reaction:


(a) CH3 CH2 CH2 I + NaOH
(b) CH3 CH2 CH2 Br + 2 CH3 CH2 CH2 NH2
(c) CH3 CH CH3

Cr 2O 72H2SO4

OH

Plan: We first determine the functional group(s) of the reactant(s) and then examine
any inorganic reagent(s) to decide on the reaction type. Keep in mind that, in general,
these functional groups undergo substitution or elimination.
CH3 CH2 CH2 OH + NaI

CH3

CH2 CH2 NH

Solution: (a) Substiution: The products are

+

CH3 CH2 CH2 NH2Br

CH2CH3

(a) Substiution: The

products are

CH3


C

CH3

O

(a) Elimination (oxidation): The products is
Check The only changes should be at functional group.
FOLLOW-UP PROBLEM 15.4 Fill in the blank in each reaction. (Hint: Examine
any inorganic compounds and the organic product to determine the organic reactant.)


CH3
(a)

+ CH3ONa

CH3 CH

C

CH3

+ CH3OH

+ NaCl

O
Cr2O7


(b)

2-

H 2SO4

CH3 CH2 C

OH

Bài tập mẫu 15.4 Cho biết phản ứng nào là của alcohol, ankin halogenua, và
amin
Vấn đề Xác định loại phản ứng và đoán trước (các) chất sản phẩm cho mỗi phản ứng:
Cách làm Trước tiên chúng ta xác định nhóm chức của các chất phản ứng hữu cơ và
quan sát chất phản ứng vô cơ bất kì để quyết định xem loại phản ứng nào, nhớ rằng,
thông thường các nhóm chức này trải qua phản ứng thế và phản ứng tách. (a) Chất
phản ứng là một ankin halogenua, vậy chất bazơ vô cơ NaOH thay thế cho I-. (b) Các
chất phản ứng là một amin và một ankin halogenua, vậy N của một amin thay thế cho
Br. (c) Chất phản ứng hữu cơ là một alcohol, các chất phản ứng vô cơ chứa một chất
oxy hóa mạnh mẽ, và các nhóm alcohol trải qua phản ứng tách để hình thành một
C=O.
Giải (a) Phản ứng thế: Sản phẩm là CH3-CH2-CH2-OH + Nal
(b) Phản ứng thế: Sản phẩm là ...
(c) Phản ứng tách (oxi hóa): sản phẩm là ...
Kiểm tra lại Chỉ có các nhóm chức thay đổi
BÀI TẬP TƯƠNG TỰ 15.4 Điền vào chổ trống trong mỗi phản ứng. (Gợi ý: Kiểm
tra hợp chất vô cơ bất kỳ và chất sản phẩm hữu cơ để xác định chất phản ứng hữu cơ.)
Functional Groups with Double Bonds
The most important functional groups with double bonds are the C=C group of

alkenes and the C=O group of aldehydes and ketones. Both appear in many organic
and biological molecules. Their most common reaction type is addition.
Alkenes Although the C=C functional group in an alkene can undergo elimination to
C

C

form the
group of an alkyne, alkenes typically undergo addition.
The electron-rich double bond is readily attracted to the partially positive H atoms of
hydronium ions and hydrohalic acids, yielding alcohols and alkyl halides,
respectively:


CH 3

CH 3
H 3C

+

CH 2

C

H3O+

H 3C

CH 3


+ H+

OH

2-methylprop-1-ene
OH

2-methylpropan-2-ol
Cl
CH 3

CH

CH 2

+ HCl

CH 3

CH

CH 3

Cl

prop-1-ene
2-chloropropane

Các nhóm chức có liên kết đôi

Nhóm chức quan trọng nhất có liên kết đôi đó là nhóm C=C của anken và nhóm C=O
của andehit và xeton. Cả hai đều xuất hiện trong nhiều phân tử hữu cơ và phân tử sinh
học. Phản ứng chung nhất của chúng đó là phản ứng cộng.
Anken Mặc dù nhóm chức có công thức tổng quát ... trong một anken có thể trải qua
phản ứng tách để hình thành nhóm C≡C của một ankin, thông thường anken trải qua
phản ứng cộng. Liên kết đôi giàu electron được đính một cách dễ dàng với các nguyên
tử H dương không hoàn toàn của ion hydronium và axit halôgen, alcohol và ankin
halogen, các phương trình phản ứng hóa học tương ứng
Aldehydes and Ketones The C=O bond, or carbonyl group, is one of the most
chemically versatile.
•

In the aldehyde functional group, the carbonyl C is bonded to H (and often to
H
R

C

O

another C), so it occurs at the end of chain,
. Aldehyde names drop
the final –e from the alkane name and add –al; thus, the three-C aldehyde is
propanal.
• In the ketone functional group, the carbonyl C is bonded to two other C atoms,
O
C

C


O

C

so it occurs within the chain. Ketones,
named by

R

C

R'

, are


numbering the carbonyl C, dropping the final –e form the alkane name, and adding
-one. For example, the unbranched, five-C ketone with the carbonyl C as C-2 in the
chain is named 2-pentanone. Figure 15.13 shows some common carbonyl compounds.

Anđêhit và xeton Liên kết C=O, hay còn gọi là nhóm carbonyl, là một trong nhóm
có tính hóa học linh hoạt nhất.
Trong nhóm chức anđêhit, C carbonyl được liên kết với H (và thường với một C
khác), vậy nên nó xuất hiện tại cuối của một chuỗi. Các danh pháp của anđehit bỏ -e ở
cuối tên ankan và thêm –an; do đó, ba anđehit 3-C là propan.
• Trong nhóm chức xeton, C cacbonyl được liên kết với hai nguyên tử C, ... , vậy nên nó
xảy ra ngay trong chuỗi. Xeton, R-C-R’, được đặt tên bằng việc đánh số thứ tự C
cacbonyl, bỏ -e cuối tên của ankan, rồi sau đó thêm –on. Ví dụ, xeton có 5-C không
phân nhánh đi cùng với một C carbonyl liên kết hai trong một mạch được gọi tên là 2pentanon. Hình 15.13 trình bày một vài hợp chất carbonyl thường gặp.
•


Anđehit và xeton được hình thành bằng cách oxi hóa các alcohol:
Ngược lại, cũng giống như nguyên nhân dẫn đến sự không bão hòa của chúng, những
hợp chất cacbonyl có thể trải qua phản ứng cộng được chuyển về alcohol:


Giống với liên kết C=C, liên kết C=O giàu electron; nhưng khác với liên kết
C=C đó là nó có độ phẳng cao (EN = 1.0). Hình 15.14 trình bày sơ đồ liên kết dạng
bao quanh orbital (Hình 15.14A) và mô tả cực tính này theo hình thức cộng hưởng
(Hình 15.14B).
Functional Groups with Both Single and Double Bonds
A family of three functional groups contains C double boned to O (a carbonyl group)
and single bonded to O or N. the parent of the family is the carboxylic acid group,
O
C

OH

also called the carboxyl group and written –COOH. The most important
reaction type of this family is substitution from one member to another. Substitution
O
C

O

for the –OH by the –OR of an alcohol gives the ester group,

;
O


N

C

substitution by the

R

N

of an amine gives the amide group,

Các nhóm chức có chứa cả liên kết đôi và liên kết đơn
Dãy ba nhóm chức chứa cặp C được liên kết với O (một nhóm cacbonyl) và liên kết
đơn với O hoặc C. Phần tử gốc của tập hợp là nhóm axit cacbonxylic, ... , còn được
gọi là nhóm cacboxyl và được viết –COOH. Loại phản ứng hóa học quan trọng nhất
của dãy này là phản ứng thế từ một phần tử này sang phẩn tử khác. Phản ứng thế của
nhóm –OH bằng nhóm –OR của một alcohol cho ra nhóm este, ...; phản ứng thế
bởi ... của một amin cho ra nhóm amit,....
O
R

C

OH

Carboxylic Acids Carboxylic acids,
, are named bt dropping the –e
form the alkane name and adding –oic acid; however, many common names are used.
For example, the systematic name of the four-C acid butanoic acid (the carboxyl C is

counted when choosing the root); its common name is butyric acid. Figure 15.315
shows some important carboxylic acids. The carboxyl C already has three bonds, so it
forms only one other. In formic acid (methanoic aicd), the carboxyl C is bonded to an
H, but in all other carboxylic acids it is bonded to a chain or ring.
Carboxylic acids are weak acids in water:


O

O
H 3C

C

OH

+ H2O (l)

H 3C

C

O (aq)

+ H3O+ (aq)

acetic acid
ethanoic acid

At equilibrium in a solution of typical concentration, more than 99% of the acid

molecules are undissociated at any given moment. In strong base, however, a
carboxylic acid reacts completely to form a salt and water:
O

O
H3C

C

OH + NaOH (aq)

H3C

C

O (aq)

+ Na+ (aq)

+ H2O (l)

The anion of the salt is the carboxylate icon, named by dropping –oic acid and adding
–oate; the sodium salt of butanoic acid, for instance, is sodium butanoate.
Axit Cacbonxylic Axit cacbonxylic, ..., được gọi tên bằng cách bỏ -e của tên ankan và
thêm axit –oic; tuy nhiên, nhiều danh pháp thường hay được sử dụng tới. Ví dụ, tên hệ
thống của axit 4-C là axit butanoic (C cacboxyl được tính khi chọn mạch chính); danh
pháp thường của chúng là axit butyric. Hình 15.15 trình bày một vài axit cacboxylic
quan trọng. C cacboxyl được liên kết với một H, nhưng trong tất cả các axit
cacboxylic khác thì nó được liên kết với một mạch nhánh hoặc một mạch vòng.
Các axit cacboxylic là những axit yếu trong môi trường nước:

Ở trạng thái cân bằng trong một dung dịch có nồng độ chuẩn, thì có hơn 99% các phân
tử axit bị phân tán ở bất kỳ thời điểm nào. Tuy nhiên, trong môi trường bazow mạnh
thì một axit caboxylic phản ứng hoàn toàn để hình thành một muối và nước: ...
Các ion âm của muối là ion cacboxylate, được gọi tên bằng cách bỏ -oic và thêm –
oate; ví dụ, các muối natri của axit butanoic được gọi là sodium butanoate.
Carboxylic acids with long hydrocarbon chains (usually with an even number
of C atoms) are fatty acids, an essential group of compounds found in cells. Animal
fatty acids have saturated chains (see stearic acid, Figure 15.15, bottom), whereas
many from plants are unsaturated. Fatty acid salts, usually having a cation from Group
1A(1) or 2A(2), are soaps. When clothes with greasy spots are immersed in soapy
water, the nonpolar “tails” of the soap molecules interact with the grease, while the
ionic “heads” interact with the water. Agitation of the water rinses the grease away.
Substitution of carboxylic acids occurs through a two-step sequence: addition
plus elimination equals substitution. Addition to the trigonal planar C atom gives an
unstable tetrahedral intermediate, which immediately undergoes elimination to revert
to a trigonal planar product (in this case, A is OH):
Strong heating of a carboxylic acid forms an acid anhydride through a type of
substitution called a dehydration-condensation reaction (Section 14.6), in which two
molecules condense into one with loss of water:


Methanoic acid (formic acid)
An irritating component of ant and bee stings

Butanoic acid (butyric acid)
Odor of rancid butter; suspected component of monkey sex attractant

Benzoic acid
Calorimetric standard; used in preserving food, dyeing fabric, curing
tobacco acid (stearic acid)

Octadecanoic
Found in animal fats; used in making candles and soaps

Axit cacboxylic có các chuỗi hydrocacbon no (với một số chẳn của nguyên tử
C) là axit béo, một nhóm các hợp chất thiết yếu hình thành trong tất cả tế bào. Chất
béo từ động vật có các chuỗi hydrocacbon no (xem axit stearic, Hình 15.15, ở trên
cùng), trong khi nhiều chất béo từ động vật là chuỗi không no. Các muối chất béo
thường có một ion dương từ Nhóm 1A(1) hoặc 2A(2), chính là xà phòng. Khi có các
vệt dính dầu mỡ trên quân áo được nhúng vào xà phòng, “các đuôi” phân tử xà phòng
tác động tới vệt dầu mỡ, trong khi “các đầu” phân tử dung hòa với nước. Sự khuấy
động của nước đẩy các chất dầu mỡ ra ngoài.
Phản ứng thế của axit cacboxylic xảy ra thông qua quá trình gồm hai bước:
phản ứng cộng + phản ứng tách = phản ứng thế. Thêm vào một nguyên tử C có liên
kết hình tam giác phẳng cho ra một liên kết hình bán tứ diện không bền, ngay lập tức
trải qua phản ứng tách để chuyển hóa thành một sản phẩm liên kết hình tam giác
phẳng (trong trường hợp này X chính là OH):
Nhiệt tăng lên mạnh của một acid cacboxylic hình thành một anhiđrit axit
thông qua một loại phản ứng thế có tên là phản ứng trùng ngưng – khử nước (Phần
14.6), phản ứng mà có hai phân tử ngưng tụ lại thành một với nước bị mất đi:
Esters The eater group, (công thức), is forms from an alcohol and a carboxylic acid.
The first part of an eater name designates the alcohol portion and the second the acid
portion (named in the same way as the carboxylate ion). For example, the ester formed
between ethanol and ethanoic acid is ethyl ethanoate (common name, ethyl acetate), a
solvent for nail polish and model glue.


The ester group occurs commonly in liquids, a large group of fatty biological
substance. Most dietary fats are triglycerides, esters that are composed of three fatty
acids linked to the alcohol 1,2,3-trihydroxypropane (common name, glycerol) and that
function as energy stores. Some important liquids are shown in Figure 15.16; lecithin

is one of several phospholipids that make up the liquid bilayer in all cell membranes.
Esters, like acid anhydrides, form through a dehydration-condensation reaction;
in this case, it is called an esterification:

O
CH3 C

O
OH + H

ethanoic acid

O

CH3

methanol

CH3 C

O

CH3

+ HOH

methyl ethanoate

Note that the esterification reaction is reversible. The opposite of dehydrationcondensation is hydrolysis, in which the O atom of water is attracted to the partially
positive C atom of the ester, cleaving (lysing) the ester molecule into two parts. One

part bonds to water’s –OH, and the other part to water’s other H.
Figure 15.16 Some lipid molecules with the ester functional group.
Cetyl palmitate
The most common lipid in whale blubber

Tristearin Typical dietary fat used as an energy store in animals
Lecithin Phospholipid found in all cell membranes


Este Nhóm este công thức cấu tạo ..., được hình thành từ một alcohol và một axit
carboxylic. Phần đầu của tên este là tên của alcohol và phần hai là axit (đặt tên theo
cách giống như ion cacboxylate). Ví dụ, este hình thành từ etanol và axit etanoic thì
gọi là etl atanoeic (danh pháp thường, etyl axetat), một chất dung môi cho sơn móng
tay và keo dán.
Nhóm este thường xuất hiện trong hợp chất béo (lipid). Hầu hết những chất
béo trong chế độ ăn hằng ngày đó là triglycerit, Những este mà bao gồm ba axit béo
thường liên kết với alcohol 1,2,3-trihydroxypropan (danh pháp thường là glycerol) và
có chức năng như những nguồn dự trữ năng lượng. Một vài lipid quan trọng được
trình bày trong Hình 15.16; lecithin là một trong số nhiều phốt pho lipit tạo ra lớp lipit
kép trong toàn bộ màng tế bào.
Các este cũng giống như anhidrit, được hình thông qua một phản ứng ngưng tụ
dehit hóa; trong trường hợp này nó được gọi là phản ứng este hóa:
Lưu ý rằng phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch. Ngược chiều với phản
ứng ngưng tụ đêhit hóa là phản ứng thủy phân, đó là phản ứng mà nguyên tử O của
nước bị hút vào một phần nguyên tử C của este, tách (phân giải) phân tử este thành hai
phần. Một phần liên kết với nhóm –OH của nước, phần còn lại liên kết với nguyên tử
H khác của nước.
Amides The product of a substitution between an amine (or NH 3) and an ester is an
amide with the functional group (công thức). The partially negative N of the amine is
attracted to the partially positive C of the ester, an alcohol (ROH) is lost, and an amide

forms:
O
H 3C

C

O

+

CH 3

methyl acetate

NH
H

CH2 CH 3

O

H

CH3 C

N

CH2 CH3 + CH3OH

N -ethylacetamide


ethanamine

Amides are named by denoting the amine portion with N- and replacing –oic acid
form the parent carboxylic acid with –amide. In the amide produced in the preceding
reaction, the ethyl group comes from the amine, and the acid portion comes from
ethanoic acid (acetic acid). Some amides are shown in Figure 15.17 on the next page.
The most important example of the amide group is the peptide bond (discussed in
Section 15.6), which links amino acids in a protein.
An amide is hydrolyzed in hot water (or base) to a carboxylic acid (or
carboxylate ion) and an amine. Thus, even though amides are not normally formed in
the following way, they can be viewed as the result of the reversible dehydrationcondensation:
H

O
R

C

OH

+

R

N

R'

R


O

H

C

N

R'

+ HOH


Figure 15.17 Some lipid molecules with the amide functional group.

Acetaminophen
Active ingredient in nonaspirin pain relievers; used to make dyes and photographic chemicals

N,N-Dimethylmethanamide (dimethylformamide)
Lysergic acid diethylamide (LSD-25)
Major organic solvent; used in production of synthetic fibers
A potent hallucinogen

Amit Sản phẩm của phản ứng thế giữa một amin (hay NH 3) và một este chính là amit
với nhóm chức ... N âm không hoàn toàn của amin bị hút và C dương không hoàn toàn
của este, một alcohol (ROH) bị mất đi và hình thành một amit mới:
Amit được gọi tên bằng cách ký hiệu phần amin bằng N- và thay thế axit –oic
từ phân tử gốc axit cacboylic bằng –amit. Trong quá trình chế tạo amit từ các phản
ứng trên thì nhóm etyl có từ amin, và phần axit có từ etanoic (axit acetic). Một số amit

được trình bày trong Hình 15.17 ở trang tiếp theo. Sơ đồ phản ứng hóa học quan trọng
nhất của nhóm amit chính là liên kết peptit (thảo luận trong phần 15.16), liên kết mà
nối các axit amin trong protein lại với nhau.
Amit bị thủy phân trong nước nóng (hoặc bazơ) với một axit cacboxylix (hay
ion cacboxylic) và một amin. Do vậy, ngay cả các amit mà thường không bị thủy
phân, thì chúng cũng được xem như là kết quả của phản ứng trùng ngưng – khử nước
đảo ngược:...
Sample Problem 15.5

Predicting the Reactions of the Carboxylic Acid Family

Problem: Predict the product(s) of the following reactions:

CH3

O

(b) CH3 CH CH2 CH2 C
O

NH

CH2CH 3
OH

(a) CH3 CH2 CH2 C OH + CH3 CH CH3

NaOH
H 2O
H+



Plan: We identify the functional groups in the reactant(s) and see how they change. In
(a), a carboxylic acid reacts with an alcohol, so the reaction must be a substitution to
form an ester. In (b), an amide reacts with aqueous base, so hydrolysis occurs.
Solution:
O

OH

(a) CH3 CH2 CH2 C OH + CH3 CH CH3

O

H+

CH3 CH2 CH2 C

CH3
O

CH CH3

+ H2O

CH3

O

(b) CH3 CH CH2 CH2 C NH CH2CH3


CH3

NaOH

O

CH3 CH CH2 CH2 C

H 2O

O - Na+

+
NH2 CH2CH3

Check Note that in part (b), the carcoxylic ion forms, rather than the acid, because the
aqueous NaOH present reacts with any carboxylic acid as it forms.
FOLLOW-UP PROBLEM 15.4 Fill in the blank in each reaction.
O

(a)

(b)

+ CH3OH

+

H+


CH2 C
O

H

CH3 CH2 CH2 C

N

CH3

+ H2O

CH2 CH3 + CH3OH


Bài tập mẫu 15.5 Xác định phản ứng nào thuộc dãy axit cacboxylic
Vấn đề Đoán (các) chất sản phẩm của các phản ứng dưới:
Cách làm Chúng ta đã học về các phản ứng thế (bao gồm phản ứng cộng-tách và phản
ứng trùng ngưng – khử nước) và phản ứng thủy phân. (a) Một axit cacboxylic và một
alcohol phản ứng được với nhau, vì thế phản ứng chắc chắn phải là một phản ứng thế
tạo ra một este và nước. (b) Một amin phản ứng với nhóm OH-, nên nó bị thủy phân
với một amin và một cacboxylate natri.
Giải (a) Phản ứng hình thành một este: ...
(b) Phản ứng thủy phân bazơ của một amit: ...
Kiểm tra lại Lưu ý trong câu (b), ion cacboxylate có khả năng hình thành hơn một
axit, bởi vì dung dịch NaOH tham gia phản ứng với axit cacboxylic bất kì như cách nó
hình thành.
BÀI TẬP TƯƠNG TỰ 15.5 Điền vào chổ trống trong các phản ứng hóa học sau:

Functional Groups with Triple Bonds
Alkynes and nitriles are the only two important functional groups with triple bonds.

CH3

C

CH

H2

propyne

CH3 CH

CH2

H2

propene

CH3 CH2 CH3
propane

Al
kynes Alkynes, with an electron-rich -C≡C- group, undergo addition (by H 2O, H2,
HX,X2, and so forth) to form double-bonded or saturated compounds:

Nitriles Nitriles (R-C≡N) contain the nitrile group (-C≡N:) and are made by
substituting a CN- (cyanide) ion for X- in a reaction with an alkyl halide:


CH3 CH2 Cl + NaCN

CH3 CH2 C

N + NaCl

This reaction is useful because it increases the chain by one C atom. Nitriles
are versatile because one they are formed, they can be reduced to amines or
hydrolyzed to carboxylic acids:


Các nhóm chức có chứa liên kết ba
Ankin và nitrile là hai nhóm chức điển hình duy nhất có liên kết ba.
Ankin Các ankin với một nhóm -C≡C- giàu-electron, trải qua phản ứng cộng (bằng
H2O, H2, HX, X2...) để hình thành liên kết đôi hoặc các hợp chất no: ...
Nitrile Các nitrile (R-C≡N) chứa nhóm nitrile (-C≡N:) và được tạo ra bằng cách thay
thế một ion CN- (xyanua) với X- trong một phản ứng với halogen ankin:
Phản ứng này rất hữu dụng bởi vì nó làm tăng chuỗi liên kết bằng một nguyên
tử C. Nitrile là hợp chất đa năng do mỗi lần chúng được hình thành, thì chúng có thể
bị đẩy đến amin hoặc bị thủy phân với axit cacboxylic:
Summary of Section 15.4
•
•
•
•
•

Organic reactions are initiated when regions of high and low electron density in
reactant molecules attract each other.

Functional groups containing only single bonds-alcohols, amines, and alkyl
halides-take part in substitution and elimination reactions.
Functional groups with double or triple bonds-alkenes, aldehydes, ketones,
alkynes, and nitriles-generally take part in addition reactions.
Functional groups with both double and single bonds-carboxylic acids, esters,
and amines-generally take part in substitution reactions.
Many reactions change one functional group to another, but some, such as
those involving the cyanide ion, change the carbon skeleton.

Tóm lược phần 15.4
• Các phản ứng hữu cơ được hình thành khi những nơi có mật độ electron cao và

thấp trong phân tử chất tham gia phản ứng hút nhau.
• Các nhóm chức chứa các liên kết đơn duy nhất – alcohol, amin, và halogen ankin

– tham gia vào phản ứng thế và phản ứng tách.
• Các nhóm chức chứa liên kết đôi và liên kết ba – aken, anđêhit, xeton, ankin và
nitriles – thường tham gia vào phản ứng thế.
• Các nhóm chức chứa cả liên kết đôi và liên kết đơn – axit cacboxylic, este, và
amin – thường tham gia vào phản ứng thế.
• Nhiều phản ứng hóa học biến đổi nhóm chức này thành một nhóm chức khác,
nhưng một vài phản ứng này liên quan ddeens ion xyanua, biến đổi mạch cacbon
thu gọn nhất.