Hoá hữu cơ
Pyridin, indol, furan, thiophen
Dị vòng thơm thay một hoặc nhiều nguyên tử carbon của vòng kiểu benzen bằng dị tử, làm thay đổi tính bazơ, phân bố electron và tính phản ứng.
Trực giácTrực giác: vòng có “tính cách” của dị tử
Thay một carbon của benzen bằng nitơ là đám mây electron của vòng không còn đối xứng. Ở pyridin, đôi electron không liên kết của N nằm ngoài hệ π nên có thể nhận proton, còn ở furan một đôi electron của O tham gia vào sextet thơm nên tính bazơ giảm rõ rệt.
Phổ thôngMức phổ thông: tên gọi, công thức và ví dụ thường gặp
Định nghĩa:
Hợp chất có vòng chứa nguyên tử không phải carbon, thường là nitơ, oxi hoặc lưu huỳnh. Dị vòng thơm có hệ π liên hợp khép kín cho độ bền đặc trưng.
Pyridin là vòng sáu cạnh C₅H₅N, tương tự aza-benzen. Indol là benzen phủ hợp với pyrrol, là khung của tryptophan, serotonin và nhiều thuốc nhuộm. Furan và thiophen là vòng năm cạnh chứa O và S, giàu electron hơn benzen.
| Vòng | Công thức | Đặc điểm chính |
|---|---|---|
| Pyridin | C₅H₅N | Đôi electron tự do của N có tính bazơ; phối trí tốt |
| Indol | C₈H₇N | Benzen phủ hợp pyrrol; giàu electron |
| Furan | C₄H₄O | Đôi electron của O tham gia hệ thơm |
| Thiophen | C₄H₄S | Gần benzen hơn furan |
Đại họcĐại học: phân bố electron và thế electrophin
Trong pyridin, nitơ âm điện hút mật độ electron π nên vòng kém phản ứng với thế thơm electrophin hơn benzen và thường dễ phản ứng nhất ở vị trí 3. Ở furan, thiophen, pyrrol và indol, dị tử đẩy electron vào vòng; các vòng giàu electron và hướng thế phụ thuộc vị trí cùng loại dị tử.
Ví dụ: Giải thích tính bazơ tương đối
Pyridin là bazơ mạnh hơn pyrrol nhiều. Vì sao đôi electron tự do của nitơ trong pyridin dễ nhận proton hơn?
Lời giải
Ở pyridin, đôi electron tự do của N nằm trên orbital sp² trong mặt phẳng vòng và không tham gia sextet thơm, nên proton hoá không phá hủy tính thơm. Ở pyrrol, đôi electron ấy thuộc sextet π; proton hoá sẽ mất năng lượng ổn định thơm.
Tài liệu tham khảo
- Heterocyclic Chemistry (5th ed.) · John A. Joule, Keith Mills, 2010