Luận văn Thiết kế hệ thống mô phỏng cơ chế phản ứng hóa hữu cơ ở trường cao đẳng sư phạm nhằm nâng cao chất lượng dạy và học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Đặng Việt Hà Chuyên ngành : Lý luận và phương pháp dạy học Hĩa học Mã số : 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN PHÚ TUẤN Thành phố Hồ Chí Minh - 2008 LỜI CẢM ƠN Luận văn này là kết quả của quá trình học tập tại Đại học Sư phạm Tp.HCM. Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phịng Khoa học cơng nghệ - Sau đại học, Khoa Hĩa học trường Đại học Sư phạm Tp.HCM. Tác giả xin cảm ơn các bạn cùng lớp đã luơn tạo điều kiện giúp đỡ, động viên nhau trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu. Đặc biệt, tác giả xin được bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc đến TS. Nguyễn Phú Tuấn, TS. Trịnh Văn Biều, những người thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tác giả nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đối với gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong thời gian học tập, nghiên cứu để tác giả cĩ thể hồn thành luận văn này. Đặng Việt Hà DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CĐSP : Cao đẳng Sư phạm CNTT : Cơng nghệ thơng tin ĐC : Đối chứng ĐHSP : Đại học Sư phạm LVTN : Luận văn tốt nghiệp NCKH : Nghiên cứu khoa học THCS : Trung học cơ sở THPT : Trung học phổ thơng TN : Thực nghiệm MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việc đổi mới phương pháp dạy học là một yêu cầu cấp thiết được đặt ra với nền giáo dục nước ta hiện nay. Một trong những hướng đổi mới phương pháp dạy học là kết hợp các phương pháp dạy học với các phương tiện kỹ thuật dạy học hiện đại (phương tiện nghe nhìn, máy vi tính) nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình. Các cơ chế phản ứng trong chương trình Hĩa học hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm thường khĩ tưởng tượng và khĩ ghi nhớ nên cần cĩ sự cải tiến trong phương pháp dạy học, cĩ thể sử dụng một số phần mềm tin học để hỗ trợ như: Microsoft Powerpoint, Macromedia Flash…..Đặc biệt phần mềm tin học Macromedia Flash, cĩ thể hỗ trợ đắc lực cho việc mơ phỏng các cơ chế phản ứng giúp cho việc học cơ chế phản ứng trở nên trực quan và dễ hiểu hơn. Với mong muốn nâng cao chất lượng việc dạy và học Hĩa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm chúng tơi đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG MƠ PHỎNG CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HĨA HỮU CƠ Ở TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DẠY VÀ HỌC.” 2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu Việc sử dụng phần mềm Macromedia Flash để xây dựng các đoạn phim hoạt hình đã được thiết kế nhiều. Tuy nhiên việc sử dụng những ứng dụng này vào từng bài giảng cụ thể đối với giáo viên là một việc rất khĩ khăn. Một số khĩa luận tốt nghiệp cử nhân hĩa học ở trường ĐHSP TP.HCM cũng đã cĩ nghiên cứu việc mơ phỏng một số cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ nhưng chỉ dừng ở mức độ đơn giản dùng trong trường phổ thơng. Ví dụ: “Ứng dụng Macromedia Flash trong phương pháp dạy học phức hợp nhằm nâng cao chất lượng dạy học một số bài lên lớp chương hidrocacbon thơm”, khĩa luận tốt nghiệp của SV Vũ Anh Thơ, năm học 2004, mơ phỏng cơ chế phản ứng thuộc chương Hiđrocacbon thơm lớp 11, gồm các cơ chế của phản ứng halogen hĩa, nitro hĩa, sunfo hĩa. “Ứng dụng Macromedia Flash trong phương pháp dạy học phức hợp nhằm nâng cao chất lượng dạy học một số bài lên lớp chương hiđrocacbon no”, khĩa luận tốt nghiệp của SV Lê Minh Hồng Phương, năm học 2004, mơ phỏng cơ chế phản ứng thuộc các bài ankan lớp 11. “Ứng dụng Macromedia Flash trong phương pháp dạy học phức hợp nhằm nâng cao chất lượng dạy học một số bài lên lớp chương anken”, khĩa luận tốt nghiệp của SV Nguyễn Bích Duyên, năm học 2004, mơ phỏng cơ chế phản ứng thuộc chương anken lớp 11. “ Ứng dụng phần mềm Macromedia Flash trong dạy học hĩa học ở trường THPT”, khĩa luận tốt nghiệp của SV Đinh Thị Xuân Thảo, năm học 2005, mơ phỏng cơ chế phản ứng thế clo vào metan và thế clo vào benzen. Hai cơ chế này thuộc chương trình Hĩa THPT lớp 11. “Ứng dụng phần mềm Macromedia Flash vào việc thiết kế một số thí nghiệm hĩa học trung học phổ thơng”, khĩa luận tốt nghiệp của SV Trần Thị Kim Trang, năm học 2008, mơ phỏng các cơ chế: phản ứng cộng brơm vào etilen, phản ứng cộng HBr vào propilen, phản ứng cộng nước vào propilen (xúc tác axit), phản ứng cộng đihiđroxyl hĩa anken (AE), phản ứng cộng 1,2 và cộng 1,4 của đien liên hợp, phản ứng cộng đĩng vịng 1,4 của đien liên hợp. Các cơ chế phản ứng này thuộc chương trình Hĩa THPT lớp 11. Năm 2005, học viên Phạm Ngọc Sơn đã bảo vệ luận văn tốt nghiệp cao học tại ĐHSP Hà Nội với đề tài: “Ứng dụng CNTT xây dựng một số đồ họa về cơ chế phản ứng trong dạy học Hĩa hữu cơ”. Đề tài này đã sử dụng phần mềm Macromedia Flash mơ phỏng các cơ chế phản ứng: SN1, SN2, SE1, SE2, SEi, E1, E2, AE, AN, AR, cộng nucleophin AN(CO), thế nguyên tử O trong CO, thế X trong RCOX, thế ở nhân thơm SE(Ar), cộng đĩng vịng Đinxơ – Anđơ, crackinh xúc tác, sự chuyển hĩa giữa các dạng cấu tạo của glucozơ trong dung dịch. Tổng cộng cĩ 17 đồ họa. Nhưng các đồ họa này chỉ mơ phỏng cơ chế dưới dạng sơ đồ phản ứng dạng chữ, khơng mơ phỏng dưới dạng mơ hình 3D của phân tử. Mặt khác, các đồ họa này được thiết kế khá đơn giản, khơng lơi cuốn cả về màu sắc, bố cục và hiệu ứng hoạt hình. 3. Mục đích nghiên cứu đề tài Sử dụng chủ yếu phần mềm tin học Macromedia Flash để minh họa cơ chế của các phản ứng hĩa học trong chương trình Hĩa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm nhằm nâng cao hiệu quả dạy học. 4. Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu tổng quan về phần mềm Macromedia Flash. - Dùng Flash mơ phỏng cơ chế các phản ứng Hĩa hữu cơ chương trình Cao đẳng Sư phạm. - Thiết kế bài giảng điện tử chương Dẫn xuất Halogen. - Thực nghiệm xác định kết quả chất lượng một số bài lên lớp chương “Dẫn xuất Halogen” trong giáo trình Hĩa học hữu cơ 2 Cao đẳng Sư phạm. 5. Khách thể và đối tượng nghiên cứu 5.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học ở trường Cao đẳng Sư phạm. 5.2. Đối tượng nghiên cứu Việc thiết kế hệ thống mơ phỏng các cơ chế phản ứng phần Hĩa học hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm. 6. Phạm vi nghiên cứu Các cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ trong giáo trình Hĩa học hữu cơ 1 và 2 hệ Cao đẳng Sư phạm. Một số bài lên lớp chương Dẫn xuất halogen giáo trình Hĩa học hữu cơ 2 hệ Cao đẳng Sư phạm. 7. Giả thuyết khoa học Nếu các mơ phỏng cơ chế hĩa hữu cơ được thực hiện đảm bảo tính khoa học, tính sư phạm, tính thẩm mỹ sẽ giúp sinh viên tiếp thu tốt và hiểu rõ cơ chế phản ứng; qua đĩ nâng cao được chất lượng dạy học mơn Hĩa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm. 8. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu - Đọc và nghiên cứu các tài liệu cĩ liên quan đến đề tài. - Phân tích, tổng hợp. - Sử dụng máy tính và các phần mềm tin học để thiết kế các mơ phỏng cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ. - Điều tra thực tiễn. - Thực nghiệm sư phạm. - Tổng hợp và xử lý kết quả điều tra, kết quả thực nghiệm sư phạm theo phương pháp thống kê tốn học. 9. Đĩng gĩp mới của luận văn Thiết kế hệ thống các mơ phỏng cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ dưới dạng mơ hình phân tử 3D (một số cơ chế cĩ kèm theo mơ phỏng sơ đồ phản ứng dưới dạng cơng thức phân tử) giúp cho việc dạy học cơ chế trở nên sinh động, trực quan và hấp dẫn. Các cơ chế này được thiết kế kèm theo các nút điều khiển nên việc sử dụng trong dạy học trở nên dễ dàng và thuận lợi hơn. Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1. Cơng nghệ thơng tin và truyền thơng (ICT) trong dạy học hĩa học 1.1.1. Tầm quan trọng của cơng nghệ thơng tin và truyền thơng trong dạy học hĩa học Cơng nghệ thơng tin và truyền thơng (cơng nghệ 4T), (tiếng Anh là information and communication technology – viết tắt là ICT) cĩ ứng dụng vơ cùng quan trọng trong dạy học. 1.1.1.1. Nhờ ICT ta cĩ khả năng chọn nhập những thơng tin cần thiết và xử lý nhanh để biến thành tri thức [4], [5] Chúng ta đang sống ở đầu thế kỷ 21, thời đại thơng tin, nhân loại đang quá độ sang nền kinh tế tri thức mà đặc điểm của nĩ là sự bùng nổ của thơng tin, tri thức. Chính ICT, đặc biệt là ICT mới, đã trực tiếp sinh ra thời đại này, thời đại mà khối lượng thơng tin nĩi chung tăng nhanh theo hàm số mũ. Trong tình hình đĩ, cũng chỉ nhờ cơng nghệ thơng tin và truyền thơng mới mới cĩ khả năng chọn nhập từ bể cả thơng tin đĩ những thơng tin cần thiết và xử lý nhanh chĩng chúng để biến thành tri thức. Cơng nghệ thơng tin và truyền thơng cịn là một khía cạnh văn hĩa của thế giới mới, và như mọi thứ văn hĩa, nĩ sẽ được tiếp cận tốt nhất ở tuổi trẻ, giúp cho học sinh, sinh viên định hướng tư duy và thái độ của mình trong thời đại mới. Do đĩ cần làm cho thế hệ trẻ nhanh chĩng làm quen với ICT thơng qua dạy học và hình thành cho họ phong cách văn hĩa mới. 1.1.1.2. ICT đang tạo ra những thay đổi mang mầm mống của một cuộc cách mạng giáo dục thực sự [6], [7] “Hội nghị Paris về giáo dục đại học trong thế kỷ 21” do UNESCO tổ chức tháng 10/1998 cĩ tổng kết 3 mơ hình giáo dục trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Mơ hình giáo dục MƠ HÌNH TRUNG TÂM VAI TRỊ NGƯỜI HỌC CƠNG NGHỆ Truyền thống Người dạy Thụ động Bảng/ TV/ Radio Thơng tin Người học Chủ động PC (máy tính) Tri thức Nhĩm Thích nghi PC + mạng Trong các mơ hình trên, mơ hình “tri thức” là mơ hình giáo dục hiện đại nhất hình thành khi xuất hiện thành tựu mới quan trọng nhất của ICT – mạng Internet. Cùng với mơ hình mới nhất này những yếu tố thay đổi sâu sắc sau đây trong giáo dục xuất hiện:  Yếu tố thời gian khơng cịn bị ràng buộc chặt chẽ, xuất hiện khả năng giáo dục khơng đồng bộ;  Yếu tố khơng gian sẽ khơng cịn ràng buộc quá câu thúc; xuất hiện khả năng sinh viên tham gia học tập mà khơng cần đến trường đại học;  Giá thành tồn bộ của giáo dục giảm nhiều, vì xuất hiện các lớp ảo cĩ qui mơ lớn mà khơng cần trường lớp kiểu thơng thường;  Sự chuyển giao tri thức khơng cịn chiếm vị trí hàng đầu của giáo dục nữa; sinh viên phải học cách truy tìm thơng tin họ cần, đánh giá và xử lý thơng tin để biến thành tri thức qua giao tiếp;  Mối quan hệ giữa người dạy – người học theo chiều dọc sẽ được thay thế theo chiều ngang, người dạy trở thành thúc đẩy, chuyên gia hướng dẫn hay đồng nghiệp, người học phải chủ động thích nghi. Nhĩm trở nên rất quan trọng vì là mơi trường để đối thoại, tư vấn, hợp tác;  Thị trường giáo dục sẽ được tồn cầu hĩa vì khơng cịn bị ràng buộc về khơng gian. Ngơn ngữ trở thành một yếu tố thúc ép mạnh;  Việc đánh giá khơng cịn dựa vào khả năng thi cử như trước mà dựa nhiều hơn vào quá trình tiêu hĩa tri thức để trở thành lành nghề, biểu hiện ở năng lực tiến hành nghiên cứu, thích nghi, giao tiếp, hợp tác…;  Sự khác biệt giữa loại hình và cấp bậc giáo dục (tiểu học, trung học, đại học, dạy nghề…) sẽ ít quan trọng như trước đây, và giáo dục thường xuyên sẽ trở thành quan trọng nhất. Như vậy, ở bước ngoặt đi vào nền văn minh trí tuệ hiện nay, ICT đang tạo ra những thay đổi mầm mống của một cuộc cách mạng giáo dục thực sự, ở đĩ cơ cấu cứng nhắc theo truyền thống về mối quan hệ “khơng gian- thời gian – trật tự thang bậc” sẽ bị phá vỡ. 1.1.2. Hướng ứng dụng của cơng nghệ thơng tin và truyền thơng trong dạy học hĩa học [4], [5], [6], [7], [32] - Sử dụng các phương pháp tính số, giải quyết các bài tốn lý thuyết hĩa học (hĩa lượng tử, cơ học thống kê, động lực hĩa học, nhiệt động học, động hĩa học…). - Ghép nối trợ giúp cho các đo đạc thí nghiệm, nâng cao tính năng các cơng cụ đo. - Xây dựng các đĩa CD thí nghiệm mơ phỏng hoặc thí nghiệm ảo, xây dựng một số trang Web dạy học một số nội dung hĩa học cĩ các mơ hình xây dựng khái niệm và cĩ thí nghiệm mơ phỏng. - Làm các bài giảng tiện nghi để cĩ thể dạy cho lớp học đơng người, dạy từ xa, làm các phần mềm quản lý, chấm bài trắc nghiệm…phục vụ dạy học. Hướng thứ nhất rất quan trọng nhưng số người tham gia cịn ít, cần được tăng cường; hướng thứ hai, thứ ba và thứ tư đã cĩ nhiều cán bộ ở nhiều bộ mơn tham gia. Hướng thứ tư đặc biệt phù hợp với giáo viên hĩa học ở các trường trung học. Trước mắt cần khuyến khích tính sáng tạo trong lĩnh vực này ở nhiều mức độ khác nhau: - Tạo ra các phần mềm mới trong dạy học hay thí nghiệm hĩa học bằng tiếng Việt. Ở các nước tiên tiến như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Úc,…đã tạo ra các phần mềm mới về hĩa học bằng tiếng Anh cĩ ý nghĩa khoa học, giáo dục và đào tạo nhưng một số nội dung khơng phù hợp với nước ta. - Dựa vào các chương trình cĩ sẵn cĩ lập trình hoặc khơng lập trình để tạo ra các hình ảnh thí nghiệm mới hay các mơ hình mới trong dạy học. - Dựa trên các đĩa CD sẵn cĩ ở các nước trên thế giới, lấy đĩ làm nguồn nguyên liệu (base – date) để xây dựng nên đĩa CD của mình theo nội dung hay một hướng nhất định bằng tiếng Việt (viết được các trang Web để sử dụng các video clip, movies, animation, image, module,…). Với mục đích phi thương mại thì việc sử dụng đĩa CD sẵn cĩ cho dạy học là được phép. Khái niệm sáng tạo thứ ba này cĩ thể phù hợp đối với hĩa học vì các CyperChem ở các đĩa CD về hĩa học, các CD Chemistry Comes Alives khá tốt, các videoclip, movies, animation, image về nhiều thí nghiệm và các mơ hình để xây dựng khái niệm đã cĩ sẵn. 1.1.3. Phần mềm Macromedia Flash [17] 1.1.3.1. Giới thiệu Hình 1.1. Giao diện phần mềm Macromedia Flash 8 Ngày nay, Flash đã trở thành một phần mềm đồ họa hoạt hình chuẩn trên web. Với Flash, bạn sẽ được bổ sung các hiệu ứng thú vị cho trang Web, làm cho trang Web cĩ tính tương tác cao hơn và hấp dẫn hơn bởi những hình ảnh động gọi là hoạt cảnh (Animation). Những hình ảnh tạo ra từ các cơng cụ của Flash là hình ảnh Vector, tuy nhiên Flash vẫn cho phép ta đưa cả các hình ảnh Bitmap vào trong các hoạt cảnh. Bên cạnh đĩ, Flash khơng những cho phép lồng âm thanh vào hoạt cảnh và mà cịn được phép hiệu chỉnh về trường độ âm thanh trong đĩ. Ở cấp độ cao hơn, Flash cĩ thể hỗ trợ cho các lập trình viên trên ngơn ngữ kịch bản Javasript, do đĩ tự thân Flash cĩ thể thiết kế được cả một Website hồn chỉnh. 1.1.3.2. Cơng dụng của Flash a. Tạo các hình ảnh cho Web Word Wide Web – nĩi ngắn ngọn là Web, là một thành phần của Internet, nĩ địi hỏi cĩ tính sáng tạo trực quan. Khi lướt Web bạn sẽ thấy rất nhiều ý tưởng khác nhau làm cho Website trở nên hấp dẫn. Với các hình ảnh của Flash cĩ một chương trình thể hiện Flash (Flash Player), thường được cài đặt sẵn trên các trình duyệt của người dùng. Khi trình duyệt gặp một đoạn phim Flash trong một trang Web, trình duyệt sẽ tự động tải chương trình thể hiện Flash để bạn cĩ thể xem được đoạn phim Flash (và các hình ảnh cĩ trong đoạn phim). b. Hoạt hình website của bạn Flash làm cho việc tạo hoạt hình trở nên dễ dàng bằng cách sử dụng một quá trình được gọi là biến hình. Về bản chất trong quá trình này bạn sẽ báo cho Flash biết nơi bạn muốn hoạt hình bắt đầu và nơi hoạt hình kết thúc. Khi thực hiện xong điều này, Flash sẽ tự động phát sinh tất cả các khung hình trung gian. Vì thế nếu bạn cần tạo ra 24 khung hình để hồn tất hoạt hình của mình, cĩ thể bạn chỉ cần tạo ra 2 khung hình và Flash tự động tạo ra 22 khung hình cịn lại. c. Xây dựng các đoạn phim tương tác Ngồi hoạt hình đơn giản, bạn cĩ thể sử dụng Flash để xây dựng các Website tương tác. Ví dụ, bạn cĩ tạo một đoạn phim Flash cho phép người dùng chọn một trong số video-clip hoặc một trong các đoạn âm thanh. Vì Flash xây dựng theo hướng đối tượng, đoạn phim của bạn cũng biết cách tương tác với người dùng. Tất cả những gì cần làm là báo cho đoạn phim về những gì bạn muốn chúng thực hiện khi người dùng thực hiện một điều gì đĩ, ví như nhấp vào một nút. Một số điều cĩ thể thực hiện trong các đoạn phim Flash: - Cho phép người dùng chọn đoạn phim mà họ muốn xem. - Tạo các trị chơi cho phép người dùng kéo và thả các đối tượng. - Bổ sung nút quay ngược và các nút kiểm sốt khác cho phép người sử dụng kiểm sốt quá trình phát lại đoạn phim. - Tải các đoạn phim khác nhau tùy thuộc vào thời điểm người sử dụng truy cập Website của bạn. - Cho phép người sử dụng tắt âm thanh của đoạn phim. - Gửi thơng tin của người sử dụng đến một địa chỉ thư điện tử. d. Hiển thị các nút nhấn (Buttons) Các nút nhấn là các phần tử giao diện mọi người đều hiểu mà khơng cần phải giải thích với người dùng về cách sử dụng các nút nhấn đĩ. Nhờ đĩ, ta cĩ thể cho đoạn film hoạt động, dừng lại hoặc chọn cảnh cần quan sát một cách rất dễ dàng và đơn giản chỉ với một cái click chuột vào nút nhấn. e. Biến đổi hình dạng (Shape tween) Một trong những kỹ thuật của hoạt hình trong Flash cho phép bạn thay đổi một đối tượng từ một hình dạng này sang một hình dạng hồn tồn khác. Quá trình này gọi là quá trình biến dạng. f. Hiển thị băng văn bản cuộn (Scrolling) Bạn đã từng thấy các băng văn bản cuộn trên một số Website. Các băng văn bản này thường được sử dụng để tạo ra kết quả mong muốn. Bạn bắt đầu với một biến hình chuyển động để di chuyển một khối văn bản ngang qua stage. Sau đĩ, bạn bổ sung một mặt nạ kiểm sốt lượng văn bản thấy được tại thời điểm bất kỳ. Khi bạn thực hiện điều này, người dùng khơng thể nĩi rằng tồn bộ khối văn bản đang chuyển động. Tất cả những gì họ thấy là phần của khối văn bản đang được nhìn thấy thơng qua một mặt nạ. 1.1.3.3. Các phần tử cơ bản của Flash và cách sử dụng Lớp (Layer) Bảng tiến trình (Timeline) Các bảng điều khiển (Panels) Hộp cơng cụ (Toolbox) Stage Hình 1.2. Giao diện sử dụng của phần mềm Macromedia Flash 8 a. Stage Stage là nơi trình diễn các hoạt cảnh hay cịn gọi là sân khấu. Người dùng sẽ định ra cơng việc của mình như: vẽ các hình ảnh trực tiếp bằng cơng cụ của Flash hoặc nhập các file hình ảnh của các phần mềm đồ họa khác như: Photoshop, Corel, Ilustrator... Để đưa các File hình ảnh của những phần mềm đồ họa khác vào Flash, ta thực hiện bằng cách: vào Menu File  Import  xuất hiện cửa sổ và chọn File cần đưa vào. Trong một hoạt cảnh cĩ thể cĩ nhiều cảnh (Scene). Mỗi cảnh cĩ thể cĩ nhiều chuyển động và được quản lý trên nhiều Layer khác nhau. Để chèn thêm một cảnh vào Insert  Scene. b. Layer Dùng để quản lý các đối tượng trên một cảnh hay hoạt cảnh theo từng lớp hoặc theo từng chuyển động. Trong một hoạt cảnh cĩ thể cĩ nhiều Layer. Chúng ta cĩ thể chọn các tùy chọn của một Layer hoặc tất cả các Layer như: - Show/hide all Layers: Hiện hoặc ẩn tất cả các Layer. - Lock /Unlock all Layer: Khĩa hoặc mở khĩa tất cả các Layer. - Show all layer as outline: Chỉ trình bày đường của tất cả các Layer hoặc ngược lại. - Insert Layer: Chèn thêm một Layer mới. - Insert Layer Folder: Chèn một hạng mục để quản lý Layer theo nhĩm hay trật tự. - Add Guide Layer: Chèn thêm một Layer mới làm đường dẫn cho một chuyển động ở Layer khác. - Delete Layer: Xố một Layer. Insert Layer Show/hide all Layers Lock /Unlock all Layer Show all Layer as outline Add Motion guide Insert Layer Folder Delete Layer Hình 1.3. Giao diện hộp thoại layer c. Timeline Là nơi quản lý từng khung hình và định thời gian chuyển động cho hoạt cảnh. Để bật tắt Timeline, ta vào View  Timeline. Các thuật ngữ về khung hình trên Timeline:  Frame: Khung hình.  Keyframe: Khung hình chủ.  Blank keyframe: Khung hình chủ rỗng.  Tween animation : Chuyển động nội suy giữa 2 khung hình chủ. Blank KeyFrame KeyFrame Frame Tween animation Hình 1.4. Giao diện hộp thoại timeline d. Toolbox (hộp cơng cụ) Cơng cụ Selection Cơng cụ Subselection Cơng cụ Free Transform Cơng cụ Fill Transform Cơng cụ Line Cơng cụ Lasso Cơng cụ Pen Cơng cụ Text Cơng cụ Oval Cơng cụ Rectangle Cơng cụ Pencil Cơng cụ Brush Cơng cụ Ink Bottle Cơng cụ Paint Bucket Cơng cụ Eyedropper Cơng cụ Eraser Cơng cụ Hand Cơng cụ Zoom Màu nét vẽ Màu tơ Màu mặc định Chuyển đổi màu Màu nét vẽ Ơ tùy chọn Hình 1.5. Giao diện hộp thoại toolbox 1) Cơng cụ Selection (mũi tên): Sử dụng cơng cụ này để chọn đối tượng. Bạn cĩ thể nhấp vào một đối tượng để chọn nĩ, nhấp đúp để chọn một đối tượng và tất cả các thành phần của nĩ hoặc kéo cơng cụ mũi tên để tạo một hộp chọn nhằm chọn tất cả những gì nằm trong phạm vi hộp chọn này. 2) Cơng cụ Line (vẽ đường): Sử dụng cơng cụ này để vẽ các đường. Giữ phím Shift khi bạn vẽ các đường nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng 45 độ. 3) Cơng cụ Pen (bút mực): Sử dụng cơng cụ này để vẽ các đường cong. Cơng cụ Pen sẽ vẽ các đường cong Bezier (là những đường cong với các nút kiểm sốt mà bạn cĩ thể dùng để kiểm sốt đường cong). 4) Cơng cụ Oval: Sử dụng cơng cụ này để vẽ các đối tượng hình ơval. Giữ phím Shift để vẽ các đường trịn. 5) Cơng cụ Pencil (bút chì): Sử dụng cơng cụ này để vẽ từng điểm hoặc các đường tự do. 6) Cơng cụ Free Transform (biến đổi tự do): Sử dụng cơng cụ này để thay đổi hình dạng của đối tượng. 7) Cơng cụ Ink Bottle (hộp mực): Sử dụng cơng cụ này để bổ sung hoặc sửa đổi màu của một đường. 8) Cơng cụ Eyedropper (ống nhỏ mắt): Sử dụng cơng cụ này để chọn màu từ một đối tượng, để bạn cĩ thể chọn được cùng một màu cho các hình vẽ của mình. 9) Cơng cụ Hand (bàn tay): Sử dụng cơng cụ này để kéo stage (và tất cả các đối tượng) tới các vị trí khác. Điều này cĩ thể sẽ rất hữu dụng nếu bạn phĩng quá lớn và khơng thấy được tồn bộ stage và bạn muốn làm việc với các phần khác nhau của stage. 10) Màu vẽ: Nhấp vào biểu tượng này để mở hộp chọn màu, bạn cĩ thể chọn màu dùng cho nét vẽ từ hộp này. 11) Màu tơ: Nhấp vào biểu tượng này để chọn hộp màu tơ hoặc một màu gradient dùng để tơ phía trong các đối tượng đã được vẽ. 12) Các màu mặc định: Nhấp vào biểu tượng này để chuyển màu nét vẽ thành màu đen và màu tơ thành màu trắng. 13) Khơng màu: Nhấp vào đây để thay đổi màu vẽ hoặc màu tơ hiện tại (phụ thuộc vào màu đang được chọn) thành khơng màu. Bạn khơng thể chọn tùy chọn này trong một số trường hợp nếu điều đĩ khơng cĩ ý nghĩa (chẳng hạn như thiết lập màu nét vẽ thành khơng màu khi bạn vẽ một đường thay vì cho một đối tượng được tơ). 14) Bảng tùy chọn: Nhiều cơng cụ cĩ các thiết lập tùy chọn xuất hiện trong bảng tùy chọn ở hộp cơng cụ. Để xem các tùy chọn làm gì, hãy giữ con trỏ chuột phía trên biểu tượng của mỗi tùy chọn một thời gian cho đến khi một hộp giải thích nhỏ xuất hiện kế bên con trỏ chuột. 15) Cơng cụ Subselect: Cơng cụ này dùng để sửa đổi các đường mà bạn đã vẽ bằng cơng cụ bút mực. 16) Cơng cụ lasso (dây thịng lọng): sử dụng cơng cụ này để tạo một vùng chọn tùy ý. Điều này giúp bạn chọn bất kỳ đối tượng nào cĩ trong vùng chọn. 17) Cơng cụ text (văn bản): sử dụng cơng cụ này để bổ sung một hộp văn bản. Nhấp một lần để tạo ra một hộp văn bản, bạn cĩ thể mở rộng theo hướng ngang hoặc kéo để tạo ra một hộp văn bản cĩ chiều rộng cố định. 18) Cơng cụ Rectangle (hình chữ nhật): sử dụng cơng cụ này để vẽ hình chữ nhật. Giữ phím shift để vẽ hình vuơng. Phụ thuộc vào tùy chọn bạn đã chọn, hình chữ nhật này sẽ cĩ gĩc vuơng hoặc bo trịn. 19) Cơng cụ brush (cọ vẽ): sử dụng cơng cụ này để vẽ tự do. Cơng cụ này cĩ một số tùy chọn kiểm sốt hiệu ứng được tạo ra bằng cách sử dụng nĩ. 20) Cơng cụ Fill Transform: sử dụng cơng cụ này để thay đổi hình dạng và vị trí tơ màu gradient. 21) Cơng cụ paint Bucket (hộp sơn): sử dụng cơng cụ này để bổ sung hoặc sửa đổi màu tơ hoặc màu gradient. 22) Cơng cụ Eraser (tẩy xĩa): sử dụng cơng cụ này để xĩa các vùng trên bản vẽ. 23) Cơng cụ Zoom(thu phĩng): sử dụng cơng cụ này để phĩng to hoặc thu nhỏ bản vẽ. 24) Hốn chuyển màu: Nhấp vào biểu tượng này để hốn chuyển màu nét và màu tơ. 1.1.3.4. Tổng quan về cách dùng layer a. Giới thiệu Layer giống như các tờ giấy trong suốt xếp chồng lên nhau. Khi bạn tạo ra một đoạn phim mới trong Flash, nĩ tạo một Layer. Bạn cĩ thể thêm vào nhiều Layer để sắp xếp các ảnh, ảnh chuyển động và các thành phần khác trong đoạn phim. Bạn cĩ thể vẽ và hiệu chỉnh các đối tượng trong một Layer mà khơng ảnh hưởng đến các đối tượng trong những Layer khác. Khi khơng cĩ đối tượng nào trên Layer đầu tiên, bạn cĩ thể thấy xuyên qua Layer bên dưới nĩ. Số lượng Layer bạn cĩ thể tạo ra khơng giới hạn, chỉ tùy thuộc vào bộ nhớ máy tính của bạn và khơng làm tăng kích thước file khi bạn xuất đoạn phim. Bạn cĩ thể làm ẩn, khĩa hoặc cho hiển thị nội dung. Khi làm việc với các cảnh và sự chuyển động phức tạp ta nên dùng Layer để tổ chức quản lý. Bằng cách đặt các phần tử khác biệt (như ảnh nền, các biểu tượng, các sự chuyển động) trên các lớp riêng biệt để sắp xếp thứ tự của sự chuyển động theo nhiều cách khác nhau. Ngồi ra, Layer cịn được dùng để làm đường dẫn cho một đối tượng chuyển động theo (Guide layer) hoặc dùng làm bản che hay cịn gọi là mặt nạ (Mask layer). b. Các cơng dụng của Layer (lớp) Khi tạo một phép biến hình, tất cả các đối tượng trên lớp cĩ chứa phép biến hình đĩ phải di chuyển với nhau. Nếu bạn muốn các các đối tượng tĩnh trong phim phải được bố trí trên các lớp khơng chứa các phép biến hình. Nếu bạn cĩ các phép biến hình khác nhau, chúng phải nằm trên các lớp riêng biệt. Nếu bạn muốn tạo một phim nơi mà các đối tượng chỉ thấy một phần của stage, bạn cần phải sử dụng một lớp đặc biệt cĩ tên là lớp mặt nạ (Mask).Cĩ thể sử dụng lớp này tạo hiệu ứng một ký tự di chuyển phía sau một cửa sổ. Khi tạo một phép biến hình chuyển động, các đối tượng làm hoạt hình nhìn chung di chuyển theo một đường thẳng. Nếu muốn chúng di chuyển theo một đường cong nào đĩ, bạn cĩ thể sử dụng một lớp đặc biệt gọi là lớp dẫn (Guide layer). Với mục đích tổ chức, phần lớn các nhà phát triển Flash bổ sung các lớp riêng biệt dành cho ghi chú, ghi nhãn và cho các mã lệnh Actionscript. Khi thực hiện như vậy sẽ giúp bạn dễ dàng tìm ra những mục mong muốn trong bảng tiến trình. c. Tạo guide layer Dùng làm đường dẫn cho đối tượng của Layer khác chuyển động theo. d. Tạo mask layer Ta cĩ thể dùng Mask Layer để trình diễn một phần chuyển động cho người duyệt xem bằng cách tạo một bảng che. Bảng che cũng cĩ thể là một hoạt cảnh. Những gì nằm ở Layer bên dưới chỉ xuất hiện bên trong lịng đối tượng của Mask Layer. e. Định thuộc tính layer Để định thuộc tính của Layer, ta chọn Layer cần định rồi vào Modify  Layer  xuất hiện cửa sổ ta định các thành phần sau :  Name: Định tên Layer.  Show: Ẩn/hiện Layer.  Lock: Khĩa/mở khĩa.  Type: o Normal: Layer thường. o Guide: Layer đường dẫn. o Guided: Layer chuyển động theo đường dẫn. o Mask: Layer bảng che. o Masked: Layer bị che  Outline Color: Màu của đường viền đối tượng được hiển thị khi chọn View as outline.  View as outline: Chế độ hiển thị đường viền của đối tượng.  Layer height: Định chiều cao của Layer. 1.1.3.5. Symbol và instance a. Giới thiệu Trong Flash, cĩ những đối tượng được sử dụng nhiều lần trong các hoạt cảnh. Do đĩ, ta nên biến chúng thành Symbol và lưu trữ vào trong thư viện – Library. Những đối tượng đưa vào Library gọi là Symbol và các đối tượng được lấy ra từ Library vào Stage được gọi là Instance. Nếu ta chỉnh sửa một Symbol thì tất cả các Instance trong hoạt cảnh sẽ được cập nhật. Trong mỗi tập tin hoạt cảnh của Flash cĩ 2 loại thư viện :  Library: Thư viện riêng của từng tập tin hoạt cảnh.  Common Library: Là thư viện chung và là nơi lưu trữ những loại Symbol cĩ sẵn của phần mềm Flash cung cấp. b. Symbol Trong Flash cĩ 3 loại Symbol :  Movie Clip: Symbol hoạt hình – nội dung là những loại chuyển động.  Button: Symbol loại nút. Một Button gồm cĩ bốn trạng thái : - Up: Trạng thái chuột được thả ngồi vùng Hit. - Over: Trạng thái chuột được lăn qua vùng Hit. - Down: Trạng thái chuột được nhấn trên vùng Hit. - Hit: Phạm vi chuột cĩ tác dụng.  Graphic: Symbol đồ họa – nội dung là các đối tượng tĩnh mang tính đồ họa. c. Hiệu chỉnh một Symbol  Nhấp đúp chuột vào Symbol cần hiệu chỉnh.  Chọn Symbol cần hiệu chỉnh, vào menu Edit  chọn Edit Symbol.  Chọn Symbol cần hiệu chỉnh, ấn phải chuột chọn Edit.  Để kết thúc việc hiệu chỉnh ta vào Edit  chọn Edit Movie (Ctrl-E) trở về hoạt cảnh chính. 1.1.3.6. Các loại biến hình a. Chuyển động dạng biến đổi chuyển động (motion tween) Để định giá trị các phép biến đổi của chuyển động loại này, ta nhấp chuột vào khung hình chủ của chuyển động rồi định lại trên thanh Properties.  Frame: tên khung hình.  Tween: Loại chuyển động.  Scale: Vừa chuyển động vừa co giãn.  Ease: Chuyển động nhanh dần đều hoặc chậm dần đều (giá trị dương tăng, giá trị âm giảm).  Rotate: Vừa chuyển động vừa xoay. - Auto: Tự động. - CW: Cùng chiều kim đồng hồ. - CCW: Ngược chiều kim đồng hồ. - Times: Số vịng xoay qua mỗi khung hình.  Option: - Orient to path: Chuyển động theo đường dẫn. - Synchronize: Chuyển động đồng bộ. - Snap: Kết dính đường dẫn. Với loại chuyển động này ta cĩ thể định lại một số thuộc tính của đối tượng khi chuyển động như : màu sắc, độ trong suốt, sáng tối, vị trí, kích thước, …  Color: Hiệu ứng màu sắc, ánh sáng của đối tượng khi chuyển động. - Tint: Hiệu ứng màu sắc. - Brightness: Hiệu ứng sáng tối. - Alpha: Hiệu ứng độ trong suốt. - Advance: Hiệu ứng canh chỉnh từng màu. b. Chuyển động dạng biến đổi hình dạng (shape tween) Để định giá trị các phép biến đổi của chuyển động loại này ta lần lượt chọn và định lại các thuộc tính trên thanh Properties.  Frame: Đặt tên khung hình.  Tween: Kiểu chuyển động phải là Shape.  Ease: Chuyển động nhanh hoặc chậm dần đều. c. Shape hint Dùng để định cách biến đổi hình dáng theo ý mình của chuyển động Shape. Thực hiện trên hai khung hình chủ của chuyển động Shape:  Chọn keyframe đầu tiên của chuyển động Shape và thực hiện các bước sau: - Vào Modify  Shape  Add Shape Hint  các vịng trịn màu đỏ cĩ các ký tự chữ cái (a  z) xuất hiện ở tâm đối tượng. - Lần lượt cho các Shape Hint tiếp theo xuất hiện. - Kéo các Shape Hint vào những vị trí cạnh của đối tượng như mong muốn. - Chọn keyframe cuối cùng của chuyển động Shape rồi lần lượt kéo và đặt vào các vị trí cạnh của đối tượng như mong muốn (các vịng trịn cĩ màu xanh). Để xĩa các Shape Hint ta thực hiện bằng cách các cách sau: - Vào Modify  Shape  Remove All Hints. - Chọn một điểm Shape Hint bất kỳ rồi ấn phải chuột và chọn các tùy chọn phù hợp 1.2. Chương trình hĩa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm Về mặt lý thuyết, chương trình Hĩa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm gồm 3 học phần: Cơ sở hĩa học hữu cơ 1, Cơ sở hĩa học hữu cơ 2, Cơ sở hĩa học hữu cơ 3. Do phạm vi nghiên cứu của luận văn là các cơ chế phản ứng thuộc chương trình Hĩa học hữu cơ 1 và 2 nên dưới đây chỉ tập trung giới thiệu chương trình Cơ sở hĩa học hữu cơ 1, 2 hệ Cao đẳng Sư phạm. 1.2.1. Chương trình hĩa hữu cơ 1 [8], [20], [21] 1.2.1.1. Mục tiêu của chương trình Học xong chương trình này sinh viên phải đạt được các yêu cầu sau đây: 1. Cĩ hiểu biết sơ bộ về lịch sử phát triển của hĩa học hữu cơ, về các nguồn tài nguyên trong nước rất phong phú (thực vật nhiệt đới, than mỏ, dầu mỏ, khí thiên nhiên…) làm cơ sở cho sự phát triển khoa học và cơng nghệ hĩa học hữu cơ ở Việt Nam. Từ đĩ trau dồi thêm lịng yêu ngành, yêu nghề và yêu tổ quốc. 2. Nắm được các kiến thức cơ bản và hiện đại mang tính chất đại cương về hĩa học hữu cơ, bao gồm: những khái niệm về chất hữu cơ và hĩa hữu cơ với những đặc thù riêng; những khái niệm về cấu trúc phân tử hữu cơ; hiệu ứng cấu trúc và phản ứng hữu cơ. Từ đĩ, bước đầu nhận ra rằng hĩa học hữu cơ là một ngành khoa học thực nghiệm rất giàu quy luật. 3. Nắm được tính chất, điều chế và những ứng dụng quan trọng của các loại hiđrocacbon no, khơng no và thơm, đặc biệt là các hiđrocacbon cĩ trong chương trình trung học cơ sở. 4. Nhận rõ sự liên quan giữa học phần này với các học phần hĩa đại cương đã được học, và cĩ cơ sở để học tốt các học phần tiếp sau của hĩa học hữu cơ. Biết vận dụng các kiến thức về hĩa đại cương vào việc học hĩa hữu cơ. 5. Cĩ khả năng giải các bài tập về các chủ đề đại cương và hiđrocacbon, nhất là các bài tập cĩ liên quan trực tiếp với kiến thức dạy học ở THCS. 6. Biết vận dụng những kiến thức tiếp thu được ở học phần này vào việc nắm bắt nội dung của các tài liệu liên quan ở THCS, trên cơ sở đĩ tránh được những sai phạm về nội dung khoa học và phương pháp tư duy. 7. Cĩ khả năng dạy tốt chương trình hĩa hữu cơ THCS, nhất là bài "Mở đầu" và bài "Hiđrocacbon". 8. Cĩ ý chí và khả năng tự bồi dưỡng để nâng cao trình độ về hĩa học hữu cơ và các mơn học cĩ liên quan, tiến tới đạt trình độ đại học và cĩ thể cao hơn nữa. 1.2.1.2. Nội dung chương trình Hĩa hữu cơ 1 Chương trình Hĩa hữu cơ 1 gồm 5 chương: CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG (24 tiết gồm 19 tiết lý thuyết + 5 tiết bài tập) 1. Hợp chất hữu cơ và hĩa học hữu cơ 1.1. Định nghĩa và đối tượng nghiên cứu của hĩa học hữu cơ 1.2. Lược sử phát triển hĩa học hữu cơ 1.3. Đặc điểm chung của các hợp chất hữu cơ 1.4. Phân loại hợp chất hữu cơ 1.5. Chất tinh khiết. Phương pháp tách biệt và tinh chế chất hữu cơ 2. Cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ 2.1. Thành phần nguyên tố và cơng thức phân tử 2.2. Cơng thức cấu tạo. Thuyết cấu tạo hĩa học 2.3. Khái niệm về đồng đẳng và đồng phân cấu tạo 3. Cấu trúc khơng gian và đồng phân lập thể 3.1 Khái niệm về cấu trúc khơng gian và cơng thức mơ tả cấu trúc khơng gian 3.2. Đồng phân hình học 3.3. Mở đầu về đồng phân quang học 3.4. Sơ lược về cấu dạng 4. Cấu trúc electron. Liên kết cộng hĩa trị và các liên kết yếu 4.1. Bản chất và đặc điểm của liên kết cộng hĩa trị 4.2. Liên kết hiđro 4.3. Lực hút Van de Van 5. Hiệu ứng cấu trúc 5.1. Hiệu ứng cảm ứng 5.2. Hiệu ứng liên hợp 5.3. Hiệu ứng siêu liên hợp 5.4. Khái niệm về thuyết cộng hưởng 5.5. Hiệu ứng khơng gian 6. Phương pháp xác định cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ 6.1. Khái niệm chung về các phương pháp xác định cấu trúc phân tử 6.2. Phương pháp phổ electron 6.3. Phương pháp phổ hồng ngoại 6.4. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 6.5. Phương pháp phổ khối lượng 7. Phản ứng hữu cơ 7.1. Phân loại phản ứng hữu cơ 7.2. Các sản phẩm trung gian kém bền vững trong phản ứng: cacbocation, cacbanion, gốc cacbo tự do 7.3. Khái niệm về cơ chế phản ứng 8. Nguyên tắc chung của danh pháp hữu cơ 8.1. Các loại danh pháp cơ bản 8.2. Danh pháp thay thế 8.3. Danh pháp gốc – chức CHƯƠNG II: HIĐROCACBON NO (9 tiết gồm 6 tiết lý thuyết + 3 tiết bài tập) 1. Ankan 1.1. Đồng phân, danh pháp và cấu trúc (liên kết C-C và cấu dạng) 1.2. Tính chất vật lý 1.3. Tính chất hĩa học: phản ứng thế và cơ chế SR; phản ứng tách hiđro và phản ứng crackinh; phản ứng oxi hĩa 1.4. Điều chế: tách từ nguồn thiên nhiên; từ hiđrocacbon khơng no; từ dẫn xuất halogen; từ muối natri của axit cacboxylic 1.5. Ứng dụng 1.6. Giới thiệu riêng về metan 2. Xicloankan 2.1. Phân loại, danh pháp và đồng phân (đồng phân cấu tạo và đồng phân hình học) 2.2. Cấu trúc (các sức căng, liên kết C-C, cấu dạng) 2.3. Tính chất hĩa học: phản ứng cộng - mở vịng; phản ứng thế; phản ứng oxi hĩa; phản ứng đồng phân hĩa 2.4. Điều chế 2.5. Giới thiệu về xiclohexan CHƯƠNG III: HIĐROCABON KHƠNG NO (12 tiết gồm 8 tiết lý thuyết + 4 tiết bài tập) 1. Anken 1.1. Đồng phân (đồng phân cấu tạo và đồng phân hình học). Danh pháp 1.2. Tính chất vật lý 1.3. Tính chất hĩa học: phản ứng cộng và các cơ chế cộng; phản ứng trùng hợp; phản ứng thế; các phản ứng oxi hĩa 1.4. Điều chế: từ ankan, ancol, dẫn xuất halogen (phản ứng tách) và từ ankin (phản ứng cộng) 1.5. Điều chế từ hợp chất cacbonyl 1.6. Ứng dụng 1.7. Giới thiệu riêng về etilen 2. Polien 2.1. Phân loại, đồng phân và danh pháp 2.2. Cấu trúc phân tử đien liên hợp 2.3. Tính chất hĩa học của đien liên hợp: phản ứng cộng và cơ chế cộng; phản ứng trùng hợp; phản ứng Đinxơ-Anđơ 2.4. Giới thiệu riêng về buta-1,3-đien và isopren 2.5. Khái niệm về tecpen 3. Ankin 3.1. Đồng phân. Danh pháp 3.2. Tính chất vật lý 3.3. Tính chất hĩa học: phản ứng cộng; phản ứng oligome hĩa; phản ứng oxi hĩa; phản ứng thế nguyên tử H ở Csp 3.4. Điều chế: các phương pháp chung (từ dẫn xuất halogen) và các phương pháp riêng điều chế axetilen 3.5. Ứng dụng 3.6. Giới thiệu riêng về axetilen CHƯƠNG IV: HIĐROCACBON THƠM (9 tiết gồm 6 tiết lý thuyết + 3 tiết bài tập) 1. Benzen và các chất đồng đẳng 1.1. Cấu trúc phân tử benzen 1.2. Đồng phân và danh pháp các đồng đẳng của benzen 1.3. Tính chất vật lí 1.4. Tính chất hĩa học: phản ứng thế ở nhân thơm, cơ chế thế và hướng thế; phản ứng cộng; phản ứng oxi hĩa; các phản ứng ở mạch nhánh 1.5. Điều chế benzen và các đồng đẳng 1.6. Ứng dụng 1.7. Giới thiệu riêng về benzen 2. Các aren khác 2.1. Hiđrocacbon thơm cĩ mạch nhánh khơng no: stiren, phenylaxetilen 2.2. Hiđrocacbon thơm chứa nhiều vịng benzen riêng rẽ: biphenyl, điphenylmetan, triphenylmetan 2.3. Hiđrocacbon thơm chứa nhiều vịng benzen giáp nhau: naphtalen, antraxen, phenantren 3. Hợp chất thơm khơng cĩ vịng benzen 3.1. Tính chất thơm và đặc điểm cấu trúc của vịng thơm 3.2. Hợp chất thơm khơng cĩ vịng benzen, chứa các hệ vịng 5 cạnh và 7 cạnh 3.3. Hợp chất thơm khơng cĩ vịng benzen, chứa các hệ vịng 6 cạnh, 8 cạnh và các vịng lớn CHƯƠNG V: NGUỒN HIĐROCACBON TRONG THIÊN NHIÊN (6 tiết gồm 4 tiết lý thuyết + 2 tiết bài tập) 1. Khí thiên nhiên và khí dầu mỏ 1.1. Trạng thái thiên nhiên 1.2. Thành phần 1.3. Ứng dụng 2. Dầu mỏ 2.1. Tính chất vật lí. Trạng thái thiên nhiên 2.2. Nguồn gốc của dầu mỏ. Quá trình hình thành và phát triển ngành dầu khí trên thế giới và ở Việt Nam 2.3. Thành phần dầu mỏ 2.4. Chưng cất dầu mỏ. Các sản phẩm chưng cất dầu mỏ. Chỉ số octan 2.5. Chế biến hĩa học các phân đoạn dầu mỏ: cracking, rifominh 3. Than mỏ 3.1. Các loại than mỏ. Sự chưng cất than mỏ 3.2. Các sản phẩm thu được từ khí lị cốc 3.3. Các sản phẩm thu được từ nhựa than mỏ 3.4. Sự chuyển hĩa than mỏ thành nhiên liệu lỏng 1.2.1.3. Hướng dẫn thực hiện chương trình 1. Học phần " Cơ sở hĩa học hữu cơ 1" cần được thực hiện sau các học phần về Hĩa đại cương và Hĩa vơ cơ để vận dụng các kiến thức hĩa vơ cơ – đại cương vào hĩa hữu cơ. Học phần này đặt cơ sở cho việc học các phần khác như Cấu tạo chất, Hĩa học cơng nghệ và mơi trường, Hĩa sinh học, v.v… và đặc biệt cần thiết cho việc học các học phần Cơ sở hĩa hữu cơ 2, 3 và 4. 2. Cấu trúc chương trình học phần này được xây dựng theo các nguyên tắc chính sau đây: - Hình thành các khái niệm và phát triển các loại đối tượng khảo sát từ đơn giản đến phức tạp. - Việc nghiên cứu từng loại hiđrocacbon tuân theo một trình tự logic: cấu trúc – tính chất – ứng dụng – điều chế, nhằm thể hiện rõ mối liên hệ chặt chẽ giữa các khái niệm hoặc các chủ đề. - Những vấn đề khĩ hoặc trừu tượng như hiệu ứng cấu trúc, đồng phân lập thể, cơ chế phản ứng … được phân tán một cách hợp lí, vừa nâng cao hiệu quả dạy học vừa tránh nặng nề quá tải. 3. Nội dung của học phần mang tính cơ bản, tương đối hiện đại và gắn bĩ với thực tiễn giảng dạy hĩa học hữu cơ ở các trường phổ thơng cũng như thực tiễn sản xuất ở Việt Nam. Ngồi nội dung cốt lõi là chính, chương trình cĩ cả phần mềm và phần mở rộng (được in chữ nhỏ và đánh dấu *). 4. So với chương trình năm 1996, chương trình này cĩ một số điểm khác biệt như sau: - Phân định rõ phần cốt lõi và phần mềm. - Chuyển một số kiến thức sang phần mềm để giảm nhẹ nội dung. - Thêm một số ít kiến thức (khái niệm cộng hưởng) vào phần mềm. - Đưa danh pháp hữu cơ theo hai vịng (vịng 1: những nguyên tắc chung nhất, vịng 2: cách gọi tên cụ thể) để tiết kiệm thời gian và tăng hiệu quả dạy học. - Điều chỉnh sự phân bố thời lượng (các chương I, II, VI). 5. Nội dung cơ bản của tất cả 5 chương trong chương trình cĩ liên quan trực tiếp với nội dung chương trình hĩa học hữu cơ ở THCS và THPT. Vì vậy, trong quá trình thực hiện chương trình học phần này cần thường xuyên liên hệ với các chương trình và sách giáo khoa hĩa học hữu cơ ở bậc phổ thơng. 1.2.2. Chương trình hĩa hữu cơ 2 [8], [20], [21] Chương trình Cơ sở hĩa học hữu cơ 2 hệ Cao đẳng Sư phạm cĩ thời lượng là 60 tiết, gồm 40 tiết lý thuyết, 20 tiết thực hành. 1.2.2.1. Mục tiêu của chương trình Học xong học phần "Cơ sở hĩa học hữu cơ 2", sinh viên phải đạt được các yêu cầu sau đây: 1. Nắm được các kiến thức cơ bản và hiện đại về các loại hợp chất hữu cơ đơn chức và đa chức, đặc biệt là các chất hữu cơ cĩ trong chương trình hĩa học hữu cơ THCS và THPT ở nước ta. Đĩ là những kiến thức về cấu trúc, tính chất, ứng dụng và điều chế các loại dẫn xuất quan trọng của hiđrocacbon. 2. Nhận rõ sự liên quan chặt chẽ giữa học phần này với học phần "Cơ sở hĩa học hữu cơ 1" và các học phần Hĩa học đại cương đã học. Biết vận dụng các kiến thức đã học, nhất là kiến thức thuộc học phần 1, vào việc học học phần này. Mặt khác, cần cĩ được cơ sở vững chắc để cĩ thể học tốt các học phần 3 và 4 của chương trình hĩa hữu cơ. 3. Cĩ khả năng giải các loại bài tập về dẫn xuất của hiđrocacbon, nhất là các bài tập cĩ liên quan trực tiếp với các kiến thức thuộc chương trình hĩa học hữu cơ THCS. 4. Biết vận dụng những kiến thức tiếp thu được ở học phần này vào việc đào sâu và mở rộng nội dung của những bài liên quan ở THCS; trên cơ sở đĩ tránh được những sai phạm về nội dung khoa học và phương pháp tư duy. 5. Cĩ khả năng dạy tốt chương trình hĩa học hữu cơ THCS, nhất là bài "Dẫn xuất của hiđrocacbon". 6. Cĩ ý chí và khả năng tự bồi dưỡng để nâng cao trình độ về hĩa học hữu cơ và các mơn học cĩ liên quan, tiến tới đạt trình độ đại học và cĩ thể cao hơn nữa. 1.2.2.2. Nội dung chương trình Chương trình Cơ sở hĩa học hữu cơ 2 gồm cĩ 6 chương, được đánh số thứ tự nối tiếp theo chương trình Cơ sở hĩa học hữu cơ 1 (cĩ 5 chương). Nội dung cụ thể gồm: CHƯƠNG VI: DẪN XUẤT HALOGEN CỦA HIĐROCACBON – HỢP CHẤT CƠ NGUYÊN TỐ (10 tiết gồm 7 tiết lý thuyết + 3 tiết bài tập) 1. Dẫn xuất halogen của hiđrocacbon 1.1. Danh pháp và đồng phân 1.2. Tính chất vật lí 1.3. Tính chất hĩa học: phản ứng thế và cơ chế thế; phản ứng tách và cơ chế tách; phản ứng với kim loại 1.4. Điều chế: từ hiđrocacbon và từ ancol 1.5. Đặc tính hĩa học của các dẫn xuất flo 1.6. Giới thiệu riêng về một số dẫn xuất halogen quan trọng 1.7. Ứng dụng thực tiễn và tác hại của một số dẫn xuất halogen đối với mơi trường 2. Hợp chất cơ nguyên tố 2.1. Hợp chất cơ magie 2.2. Một số loại hợp chất cơ kim khác 2.3. Hợp chất photpho 2.4. Một số loại hợp chất cơ phi kim khác CHƯƠNG VII: ANCOL – PHENOL – ETE (11 tiết gồm 7 tiết lý thuyết + 4 tiết bài tập) 1. Monoancol 1.1. Danh pháp và đồng phân 1.2. Tính chất vật lí 1.3. Tính chất hĩa học: phản ứng làm đứt liên kết O-H; phản ứng làm đứt liên kết C-OH; phản ứng oxi hĩa 1.4. Điều chế: từ anken, từ dẫn xuất halogen, từ hợp chất cacbonyl 1.5. Giới thiệu riêng về metanol và etanol 1.6. Một số ancol cĩ trong tinh dầu (geraniol, mentol…) 2. Poliancol 2.1. Danh pháp 2.2. Tính chất vật lý 2.3. Tính chất hĩa học: các phản ứng tương tự monoancol; các phản ứng tạo phức với Cu(OH)2 và H3BO3 2.4. Giới thiệu riêng về glixerol 3. Phenol 3.1. Danh pháp 3.2. Tính chất vật lý 3.3. Tính chất hĩa học: phản ứng ở nhĩm OH, phản ứng ở nhân thơm, phản ứng oxi hĩa khử 3.4. Giới thiệu riêng về phenol (C6H5OH) 3.5. Eugenol và naphtol 4. Ete 4.1. Danh pháp 4.2. Tính chất hĩa học: phản ứng với HI, phản ứng oxi hĩa 4.3. Giới thiệu riêng về đietylete 4.4. Khái niệm về epoxit CHƯƠNG VIII: ANĐEHIT – XETON (9 tiết gồm 6 tiết lý thuyết + 3 tiết bài tập) 1. Monoanđehit và monoxeton 1.1. Danh pháp 1.2. Tính chất vật lý 1.3. Tính chất hĩa học: Phản ứng cộng vào nhĩm C=O và cơ chế cộng; phản ứng thế nguyên tử oxi của nhĩm C=O; các phản ứng khử và oxi hĩa; các phản ứng ở gốc hiđrocacbon 1.4. Điều chế: các phương pháp điều chế chung; các phương pháp điều chế riêng anđehit – xeton thơm 1.5. Giới thiệu riêng fomanđehit và axeton 1.6. Một số anđehit và xeton cĩ trong tinh dầu (xitral, campho,…) 2. Đianđehit và đixeton Sơ lược về các hợp chất 1,2-đicacbonyl; hợp chất 1,3-đicacbonyl và quinon CHƯƠNG IX: AXIT CACBOXYLIC – DẪN XUẤT CỦA AXIT – LIPIT (12 tiết gồm 8 tiết lý thuyết + 4 tiết bài tập) 1. Axit cacboxylic 1.1. Danh pháp. Cấu tạo của nhĩm cacboxyl 1.2. Tính chất vật lý 1.3. Tính chất hĩa học: tính axit, phản ứng tạo thành dẫn xuất, cơ chế este hĩa, các phản ứng khử và đecacboxyl hĩa; các phản ứng ở gốc hiđrocacbon 1.4. Điều chế: tổng hợp giữ nguyên mạch, giảm mạch và tăng mạch cacbon 1.5. Giới thiệu riêng về một số axit monocacboxylic: axit fomic, axetic, acrilic, benzoic… 1.6. Giới thiệu riêng về một số axit đicacboxylic: các axit oxalic, malonic, phtalic… 2. Dẫn xuất của axit cacboxylic 2.1. Phân loại và danh pháp 2.2. Tính chất hĩa học: thủy phân và một số phản ứng tương tự, cơ chế thủy phân este AcA2 và AcB2; phản ứng với hợp chất cơ magie; phản ứng ở gốc hiđrocacbon; phản ứng khử 2.3. Giới thiệu riêng về một số este (etyl axetat, đietyl malonat…) 2.4. Khái niệm về một số dẫn xuất của axit cacbonic: ure, axit cacbamit, photgen… 3. Lipit 3.1. Triglixerit: cấu trúc, tính chất vật lý, tính chất hĩa học (thủy phân, hiđro hĩa, oxi hĩa); các chỉ số hĩa học của chất béo 3.2. Khái niệm về sáp và photpholipit 3.3. Khái niệm về xà phịng và các chất giặt rửa tổng hợp: cấu tạo, tính chất giặt rửa CHƯƠNG X: HỢP CHẤT CHỨA NITƠ (12 tiết gồm 8 tiết lý thuyết + 4 tiết bài tập) 1. Amin 1.1. Phân loại và danh pháp 1.2. Tính chất vật lý 1.3. Tính chất hĩa học: tính bazơ; phản ứng với axit nitrơ; phản ứng thế hiđro ở nhĩm amino; phản ứng thế hiđro ở nhân thơm của amin thơm 1.4. Điều chế: phương pháp thế, phương pháp khử 1.5. Giới thiệu riêng về metylamin và anilin 1.6. Khái niệm về hợp chất amoni bậc bốn 2. Muối arenđiazoni 2.1. Cấu trúc của ion benzenđiazoni 2.2. Tính chất hĩa học: các phản ứng thế nhĩm +2N , phản ứng ghép (tiếp vĩ) với phenol và amin thơm 3. Hợp chất màu azo và phẩm nhuộm 3.1. Khái niệm về màu, chất màu và phẩm nhuộm 3.2. Quan hệ giữa cấu trúc và màu 3.3. Các loại phẩm nhuộm quan trọng CHƯƠNG XI: HỢP CHẤT DỊ VỊNG (6 tiết gồm 4 tiết lý thuyết + 2 tiết bài tập) 1. Mở đầu về dị vịng 1.1. Định nghĩa và phân loại 1.2. Danh pháp 1.3. Tầm quan trọng của các dị vịng 2. Dị vịng thơm năm cạnh cĩ một dị tử 2.1. Cấu trúc của pirole, furan và thiophen 2.2. Tính chất hĩa học: phản ứng thế, phản ứng khử 2.3. Sơ lược về các dị vịng thơm năm cạnh cĩ hai dị tử: imiđazole, thiazole và oxazole 3. Dị vịng thơm 6 cạnh cĩ một dị tử 3.1. Cấu trúc của piriđin 3.2. Tính chất hĩa học: tính bazơ, các phản ứng thế, các phản ứng khử và oxi hĩa 3.3. Sơ lược về các dị vịng thơm sáu cạnh cĩ hai dị tử: pirimiđin và purin cùng các dẫn xuất hiđroxi và amino của chúng 4. Sơ lược về ancaloit 1.2.2.3. Hướng dẫn thực hiện chương trình 1. Học phần " Cơ sở hĩa học hữu cơ 2" cần được thực hiện ngay sau học phần "Cơ sở hĩa học hữu 1" để đảm bảo sự kế tiếp liên tục, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành những khái niệm mới trên cơ sở vận dụng và phát triển những hiểu biết mà sinh viên tiếp thu được qua học phần 1. Học phần này đặt cơ sở cho việc học các học phần Hĩa học cơng nghệ - mơi trường, Hĩa sinh học,.. và đặc biệt khơng thể thiếu được cho việc học các học phần Cơ sở hĩa học hữu cơ 3 và 4. 2. Cấu trúc của học phần này được xây dựng theo nguyên tắc phát triển các nhĩm chức từ đơn giản đến phức tạp, từ hợp chất đơn chức đến hợp chất đa chức. Mỗi loại chức được khảo sát theo trình tự logic như khi khảo sát các hiđrocacbon ở học phần trước; cụ thể là: cấu trúc – tính chất - ứng dụng – điều chế. Các vấn đề lí thuyết khĩ, như cơ chế phản ứng, hiệu ứng cấu trúc… được phân tán một cách hợp lí ở các chương thích hợp. 3. Nội dung của học phần này mang tính cơ bản, tương đối hiện đại và gắn với thực tiễn giảng dạy hĩa học hữu cơ ở trường phổ thơng (các lớp 9, 11 và 12) cũng như thực tiễn sản xuất (tecpen, tinh dầu, cơng nghiệp hĩa chất, bảo vệ mơi trường, v.v…) ở Việt Nam. Ngồi nội dung cốt lõi là chủ yếu, chương trình học phần này cĩ cả phần mềm và phần mở rộng (được in chữ nhỏ và đánh dấu *). 4. Chương trình này về cơ bản tương tự chương trình năm 1996, song cĩ một số điều khác biệt như sau: - Phân định rõ phần cốt lõi và phần mềm. - Tinh giản bớt một số kiến thức, mặt khác chuyển bớt một số kiến thức khác sang phần mềm để giảm nhẹ nội dung. - Tăng cường tính thực tiễn. - Chỉnh lí đơi chút về cấu trúc và điều chỉnh sự phân bổ thời lượng của các chương. 5. Nội dung cơ bản của hầu hết các chương trong chương trình học phần này đều cĩ liên quan trực tiếp với nội dung chương trình hĩa học hữu cơ ở THCS và THPT. Vì vậy, trong quá trình thực hiện chương trình này cần thường xuyên liên hệ với chương trình và sách giáo khoa ở bậc phổ thơng. 1.3. Một số phản ứng hĩa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm [18], [19], [20], [21], [22], [24], [30] 1.3.1. Phản ứng thế ở nguyên tử cacbon no (Substitution at saturated cacbon atom) 1.3.1.1. Cơ chế phản ứng thế nucleophin Trong hợp chất no, phản ứng thế theo cơ chế Nucleophin là quan trọng và phổ biến nhất. Sơ đồ phản ứng thế nucleophin (Nucleophilic substitution) Y + R X R Y + X Y : OH-, RO-, RCOO-, I-, H2O, ROH, NR3.... X: I, Cl, Br, OH, OR, OSO2Ar... 1. Cơ chế SN2 a. Đặc điểm cơ chế Cơ chế lưỡng phân tử, một giai đoạn đi qua trạng thái chuyển tiếp. Y + XX Y . . . . . . X  Y + ttct Ví dụ: HO- + CH3 – Br  HO-…CH3… Br-  HO – CH3 + Br- Sơ đồ trên áp dụng trực tiếp cho trường hợp X là halogen. Khi X = OH hoặc OR, trước khi thực hiện phản ứng SN2 cần hoạt hĩa nhĩm OH hoặc OR Ví dụ: CH3OH HI nhanh CH3OH2 I I SN 2 I CH3 OH2  CH3OH2 I CH3 H2O Khi tác nhân nucleophin trung hịa điện (R3N, ROH, H2O) cặp electron tự do là tác nhân nucleophin. ttct H3CNH2 CH3 Br  H3C N C Br H H H H H H3C N H H CH3 Br b. Tiến trình lập thể Xét về ảnh hưởng khơng gian cũng như độ ổn định của trạng thái chuyển tiếp trong phản ứng SN2; Y- tấn cơng C+ từ phía khơng cĩ X thuận lợi hơn từ phía cĩ X. + Y(-) -X(-) -X(-) quay cấu hình giữ nguyên cấu hình Y  X  C ttct kém bền Y  X C ttct bền Y C XC YC c. Dẫn chứng - Phản ứng cĩ bậc 2 (bậc 1 đối với chất phản ứng và tác nhân phản ứng). - Tốc độ v = k[RX][Y(-)]. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ, tính chất của chất phản ứng và tác nhân phản ứng. - Nếu xuất phát từ RX cấu hình R sẽ thu được RY cĩ cấu hình S và ngược lại. Ví dụ: (S) – MeCHBrBu và NaOH trong hỗn hợp rượu – nước cho (R) - MeCHOHBu (S) + OH (-) HO CBrC Bu Me H Bu H Me (R) + Br(-) 2. Cơ chế SN1 a. Đặc điểm cơ chế Phản ứng đơn phân tử, hai giai đoạn tạo ra sản phẩm trung gian là cacbocation R+ ở giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng. Sơ đồ: C X chậm C + X C + Y nhanh C Y Ví dụ: Me3C - Br chậm + BrMe3C Me3C + OH nhanh Me3C - OH Khi X là OH hay OR cần hoạt hĩa bằng H+ hoặc ZnCl2: Me3C - OH + H+ nhanh Me3C - OH2 Me3C - OH2 Me3C + OH2 chậm Me3C + Cl nhanh Me3C - Cl Me3C - OH ZnCl2 Me3C O H ZnCl2   chậm Me3C + Zn(OH)Cl2 Me3C + Cl nhanh Me3C - Cl b. Tiến trình lập thể Cacbocation R(+) cĩ cấu hình phẳng hay gần như phẳng nên xác suất tiến cơng của Y(-) từ hai phía vào C(+) là tương đương nhau. Cho nên, nếu xuất phát từ RX quang hoạt (dạng R hoặc S) sau phản ứng phải thu được hỗn hợp raxemic. BrC chậm C hỗn hợp Raxemic + Y(-) quay cấu hình Y C giữ nguyên cấu hình YC nhanh c. Dẫn chứng - Phản ứng cĩ bậc 1. - Tốc độ phản ứng v = k[RX]. Tốc độ phản ứng khơng phụ thuộc vào tác nhân, chỉ phụ thuộc vào bản chất và nồng độ của chất phản ứng. - Khi độ bền của cacbocation càng tăng thì tỉ lệ đồng phân giữ nguyên cấu hình tăng. Ví dụ: Thủy phân bằng rượu – nước thu được ancol tương ứng gồm 66% dạng S và 34% dạng R, S. Trong điều kiện tương tự R - phCHBrMe cho 95% sản phẩm (R, S) và chỉ 5% sản phẩm S. * 6 13 3(R)-n-C H C HBrCH 1.3.1.2. Phản ứng thế theo cơ chế gốc tự do (SR) Sơ đồ phản ứng theo cơ chế gốc tự do: R – H + X – Y  RX + HY X – Y: Hal2, SO2Cl2, R3C-O-Cl, CCl3Br, CF3I,… Phản ứng xảy ra cĩ chiếu sáng hoặc cĩ chất khơi mào. a. Đặc điểm cơ chế Phản ứng dây chuyền tạo ra sản phẩm trung gian là gốc cacbo tự do R .Cĩ 3 bước chính. Ví dụ phản ứng halogen hĩa: - Bước khơi mào: X hvX 2X . (1) - Bước phát triển: + RH HX . X + (2a) (2b) n lần + X X RX + X . R . R . - Tắt mạch: R - R + (3a) (3b) (3c) X2 R . R . R . . X + + XR . X . X Bước quyết định tạo thành sản phẩm là bước phát triển mạch, trong đĩ (2a) là giai đoạn chậm. Cấu trúc của giai đoạn (2a) như sau: σ+ σ-[R ....H...X ] b. Tiến trình lập thể Giai đoạn quyết định cấu hình của sản phẩm là 2b, vì cĩ cấu trúc phẳng hay gần như phẳng nên X2 tiến cơng R R   từ hai phía với sác xuất gần như nhau, vậy tương tự phản ứng SN1 phản ứng SR dẫn đến sự raxemic hĩa. 1.3.2. Phản ứng tách tạo liên kết bội cacbon - cacbon Những phản ứng tách  - quan trọng đều là những phản ứng nucleophin xảy ra trong dung dịch (cơ chế E1, E2). 1.3.2.1. Cơ chế E2 (Bimolecular elimination) a. Đặc điểm cơ chế E2 là phản ứng lưỡng phân tử, một giai đoạn, tạo thành trạng thái chuyển tiếp tương tự SN2 và thường xảy ra song song với SN2. Y + Y- - H - - - C C - - -X- - - -  + X YH + C CH C C X  ttct X: Cl, Br, I, OSO2Ar Y- : OH-, RO-, NR3 Ví dụ: C2H5O- + C C Br H HH3C H H C2H5O C Br H HH3C H H C   - C2H5OH - Br HH3C H C C H b. Tiến trình lập thể Về mặt lý thuyết cĩ thể tách theo 2 kiểu: Tách trans (hay anti) (X và H bị tách ở khác phía) Tách cis (hay syn) (X và H bị tách ở cùng phía) Tách trans (hay anti) Hợp chất chưa no Hợp chất no H X X H CC XH CC Hợp chất chưa no Hợp chất no H X Tách cis (hay syn) Các trạng thái chuyển tiếp tạo ra từ các kiểu tách trans (anti) hay cis ( syn). X H CC ttct bền hơn Y   H X Y  ttct ttct ttct ít bền hơn H CC Y  X HY  X ttct ttct Trạng thái chuyển tiếp tạo ra từ kiểu tách trans (anti) cĩ 2 nhĩm cùng bản chất điện X, Y ở xa nhau nên tránh được tương tác đẩy. Trạng thái chuyển tiếp tạo ra từ kiểu tách cis (syn) cĩ 2 nhĩm cùng bản chất điện X, Y ở gần nhau làm cho tương tác đẩy giữa các nhĩm này mạnh, do đĩ Ea lớn, trạng thái chuyển tiếp khơng bền. Mặt khác trạng thái chuyển tiếp anti cĩ các nhĩm thế ở vị trí đối xứng nhau từng đơi một nên orbital  dễ tạo thành hơn. X HR H R CHẤT ĐẦU ANKEN YHX HR H R  + HY + X R HR H Phản ứng tách E2 xảy ra theo kiểu trans (anti) tức 4 trung tâm phản ứng (H – C – C – H) ở trên một mặt phẳng, trong đĩ các nguyên tử hay nhĩm nguyên tử bị tách (H và X) ở vị trí anti với nhau. c. Dẫn chứng - Phản ứng tách H-Hal từ dẫn xuất R-Hal cĩ bậc 2. - Tốc độ phản ứng v = k[R-Hal][Y-] 1.3.2.2. Cơ chế E1 a. Đặc điểm cơ chế Tương tự SN1, E1 là phản ứng hai giai đoạn tạo sản phẩm trung gian là R+ Sơ đồ cơ chế: C CH X + XC CH C CH C C + H Chậm Nhanh X: Cl, Br, OSO2Ar, OH2 Ví dụ: (CH3)3 Br (CH3)3C+ + Br Chậm Nhanh (CH3)2C CH3 + (CH3)2C CH2 + H + b. Tiến trình lập thể E1 khơng cĩ tính đặc thù lập thể như E2 vì R+ cĩ cấu trúc phẳng hoặc gần như phẳng. Khi R+ sinh ra cĩ thể quay về cấu dạng bền, thì cấu hình của anken sinh ra phụ thuộc vào cấu dạng của R+ như sau: - H+ NL N' L' H NL N' L' c. Dẫn chứng - Tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng: v = k[RX]. - Những yếu tố làm thuận lợi cho SN1 cũng làm thuận lợi cho E1. 1.3.3. Phản ứng cộng vào liên kết bội cacbon - cacbon 1.3.3.1. Cơ chế phản ứng cộng electrophin (AE) a. Đặc điểm cơ chế Phản ứng qua nhiều giai đoạn trong đĩ giai đoạn tấn cơng của tác nhân electrophin tạo cacbocation R+ là giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng. Sơ đồ cơ chế: C C X + -+ +C = C X Y C C Y X +δ+ δ- chậm + Y- C C XY nhanh X-Y: Hal-Hal, Hal-Hal’, H-Hal, Ha-OH, H2SO4, H2O - Trước khi tạo cacbocation cĩ thể cịn tạo ra phức  giữa anken và tác nhân X – Y X Y+ C C C C δ+ δ- X Y - Trong một số trường hợp cacbocation tồn tại dưới dạng vịng 3 cạnh. Ví dụ: C C δ- + Br Br δ+ C C Br + + Br- Ion bromoni Cơ chế cộng AE vào nối ba tương tự cơ chế AE vào nối đơi b. Tiến trình lập thể Về mặt lý thuyết, phản ứng cĩ thể xảy ra theo 2 kiểu cộng là: cộng cis (syn) hoặc cộng trans (hay anti). Cộng cis (syn): tác nhân X-Y tấn cơng vào cùng phía của nối đơi. H H X Y R R cộng cis cộng cis H H X Y R R Y R H X R R H X H R H Y D,L-Erytro Cis - anken Cộng trans (anti): tác nhân X-Y tấn cơng vào hai phía của nối đơi. H D,L-Treo trans cộng trans cộng Y H X RR H Y H X RR H H R R X Y Trans - anken H H R R X Y Phản ứng cộng trans tạo ra sản phẩm cĩ các nhĩm thế giống nhau ở xa nhau nên tránh được tương tác đẩy. Vì thế phản ứng cộng AE xảy ra theo kiểu cộng trans là chủ yếu, nhất là khi tạo được cacbocation vịng 3 cạnh thì phản ứng cĩ tính đặc thù lập thể là cộng trans. Ví dụ: Phản ứng cộng Br2 vào anken, khi Br+ tấn cơng anken tạo ion bromoni là vịng 3 cạnh án ngữ một phía nên bắt buộc tác nhân Y- phải vào phía đối diện. C Br + Br 2 1 Br Br Br Br (1) (2) +C = C  Br Br chậm Br C c. Dẫn chứng Phản ứng qua nhiều giai đoạn, tạo cacbocation là sản phẩm trung gian Ví dụ: Cho etylen tác dụng với Br2 cĩ mặt các muối NaCl, NaNO3 và CH3OH thu được một hỗn hợp sản phẩm gồm CH2BrCH2Br, CH2BrCH2Cl, CH2BrCH2ONO2 và CH2BrCH2OCH3. Kết quả trên chỉ cĩ thể giải thích như sau: CH2 = CH2 +   chậm Br Br sptg + CH2 CH2Br + Br + CH2 CH2Br + CH2Br - CH2Br CH2Br - CH2Cl CH2Br - CH2ONO2 CH3OH CH2Br -CH2OCH3 Cl ONO2 nhanh Br nhanh nhanh H+ nhanh Khi cho axit maleic tác dụng với Br2 thu được cặp D, L – 2,3 – dibrom succinic axit, trong khi đĩ axit fumaric tác dụng với Br2 cho hợp chất meso. Kết quả đĩ chỉ cĩ thể giải thích bằng phản ứng cộng trans. COOH H HHOOC H COOHCOOH + Br H axit fumaric hợp chất meso  Br Br Br Br Br Br COOH H COOH H Br Br (1) (2) COOH H H COOH D, L - treo H H COOH COOH (2) (1) + Br axit maleic COOH COOH H H Br Br BrH COOH H COOH  Br Br Br 1.3.3.2. Cơ chế phản ứng cộng AE vào hệ đien liên hợp Các đien liên hợp cĩ khả năng phản ứng AE cao hơn các đien khơng liên hợp. Sau phản ứng thu được 2 sản phẩm: sản phẩm cộng 1, 2 và sản phẩm cộng 1, 4. Tùy vào điều kiện cụ thể của phản ứng, một trong hai sản phẩm chiếm ưu thế. a. Sơ đồ phản ứng cộng 1,2 cộng 1,4 (sp cộng 1,2) (sp cộng 1,4) - C = C - C = C - + X - Y 4 23 1 + - Y - C = C - C - C - X - C - C = C - C - X Y Cơ chế: Y - C = C - C - C - X cộng 1,4 cộng 1,2 X - C C - C C..... ..... (+) Y (sp cộng 1,2) (sp cộng 1,4) Y - C = C - C - C - X - C - C = C - C - Y X - C C - C C..... ..... (+) - C = C - C = C - + X - Y 4 23 1 +  - X b. Tỷ lệ sản phẩm cộng 1,2 và 1,4  Bản chất tác nhân XY: XY là Br2 và I2 cho sản phẩm cộng 1,4 là chính. 2 ộng 1,4.  Nhiệt độ: ấp cho sản phẩm cộng 1,2 là chính. Nhiệt độ cao cho sản phẩm cộng 1,4 là chính. Tỷ lệ này phụ thuộc vào các yếu tố sau: XY là Cl cho sản phẩm cộng 1,2 bằng sản phẩm c Nhiệt độ th cộng 1,2 cộng 1,4 - 800C 400C CH2 = CH - CH - CH3 80% Br CH2 - CH = CH - CH3 80% Br + HBr 4 23 1 CH2 = CH - CH = CH2 1.3.4. Phản ứng cộng và thế của hợp chất cacbonyl 1.3.4.1. Phản ứng cộng nucleophin AN vào nhĩm C=O Phản ứng cộng nucleophin AN vào nhĩm C=O của hợp chất cacbonyl xảy ra theo sơ đồ: - C - C = O + X - Y  +  + -- - C - OX Y X – Y: H – OH, H – CN, H – SO3Na, R – Li, R – MgHal, LiAlH4. a. Đặc điểm cơ chế Phản ứng lưỡng phân tử, hai giai đoạn sản phẩm trung gian là một anion. - C = O + X - Y chậm + nhanh - X- + - X+ - C - O Y - C - OX Y - C - O Y Phản ứng được xúc tác bởi axit hoặc bazơ Xúc tác axit hoạt hĩa nhĩm C = O H+ -- C OH - C=O + nhanh - H+ chậm+ ROH .. OH- C .... - C H OH O-R OH OR - C Xúc tác bazơ hoạt hĩa tác nhân R-OH OH - RO - + H2O RO -+ - C=O + RO - chậm O - OR - C ROHnhanh OH OR - C b. Tiến trình lập thể Khi cộng X – Y vào R1R2C=O thường khơng cĩ tính đặc thù lập thể vì nhĩm C=O cĩ cấu tạo phẳng. Nếu trong phản ứng tạo ra sản phẩm cĩ cacbon bất đối thì sản phẩm đĩ phải là hỗn hợp raxemic, vì xác xuất tấn cơng của Y- từ hai phía vào cacbon cacbonyl là như nhau: hỗn hợp raxemicC R1 R2 OX Y C= O + R1 R2 Y - X  - + Khi cacbon của nhĩm C=O nối với cacbon bất đối thì sẽ ưu tiên tạo ra một đồng phân quang học khơng đối quang nào đĩ theo qui tắc Cram. Tác nhân Y – X cộng vào nhĩm C=O từ phía ít bị án ngữ khơng gian và tạo ra trạng thái chuyển tiếp ổn định hơn. c. Dẫn chứng Động học: Phản ứng cộng HCN vào Me2C=O được xúc tiến bằng OH và tốc độ phản ứng sẽ giảm khi cho thêm H+. HCN H+ + CN- (*). CN - chậm C= O + Me Me C CN O- CN-: là tác nhân tấn cơng ở giai đoạn chậm. Thêm OH- làm cho cân bằng (*) dịch chuyển về bên phải, làm tăng nồng độ CN- . Thêm H+ làm cho cân bằng dịch chuyển về bên trái, làm giảm nồng độ CN- 1.3.4.2. Cơ chế phản ứng este hĩa Về mặt lý thuyết dự đốn cĩ thể xảy ra theo 4 cơ chế: Cách phân cắt Xúc tác axit Cắt Ac – O (Cắt Acyl – oxi) H + R - C - O - R' O Ac – A2 Ac – A1 Cắt Al – O (Cắt Alkyl – oxi) H + R - C - O - R' O Al – A2 Al – A1 - Thực nghiệm chưa tìm thấy A1 – A2 - Rất ít gặp Ac – A1 - Phổ biến nhất là Ac – A2 - Sau đĩ là Al – A1 a. Đặc điểm cơ chế Ac – A2 Thực chất là cơ chế SN2 (CO) H+ hoặcR - C - OH O + R - C - OH O 2 R - C - OH + OH +R'OH -H+R - C - OH O+ H R' OH R - C - OH2 + OR' OH R-C OR' OH + R-C-OR' O -H2OR - C - OH + OH + H2O + H + Tất cả các giai đoạn đều thuận nghịch. Chiều thuận là phản ứng este hĩa. Chiều nghịch là phản ứng thủy phân este. b. Dẫn chứng - Phương pháp nguyên tử đánh dấu: 18 Ph-C-OH + CH3OH O Ph-C-O-CH3 + H2O 18 O Chứng tỏ trong phản ứng cĩ sự phân cắt acyl – oxi. - Phương pháp hĩa lập thể: Nếu xuất phát từ ancol cĩ cấu hình (S), sau khi este hĩa và thủy phân ta nhận lại ancol vẫn cĩ cấu hình (S). R - C - OH O + HO-R' (S) R-C-OR' O +H2O RCOOH + R'OH (S) Chứng tỏ liên kết R’ – O khơng bị phân cắt. - Phương pháp động học: Tốc độ phản ứng thủy phân este: v = k [RCOOR’][H2O][H+]. Nồng độ nước trong dung dịch khơng thay đổi nên v = k [RCOOR’][H+]. 1.3.4.3. Cơ chế phản ứng thủy phân este trong mơi trường kiềm Về mặt lý thuyết dự đốn cĩ 4 cơ chế. Cách phân cắt Xúc tác axit Cắt Ac – O (cắt Acil – oxy) R - C - O - R' O Ac – B2 Ac – B1 Cắt Al – O (cắt Alkyl – oxy) R - C - O - R' O Al – B2 Al – B1 Thực nghiệm: - Chưa thấy Ac – B1 - Rất ít gặp A1 – B2 - Phổ biến nhất là Ac – B2 - Sau đĩ đến A1 – B1 a. Đặc điểm cơ chế Ac – B2 Thực chất là cơ chế SN2 (CO) chậm R'OH+ +R'O RCOO nhanh + HOR-C-OR' O R - C - OH O R-C-OR' O OH Đây là phản ứng một chiều vì giai đoạn cuối là bất thuận nghịch. b. Dẫn chứng - Phản ứng cĩ bậc 2: v = k [RCOOR’][OH-]. - Thủy phân CH3COOC5H11 trong 182H O được 18 3 - và C5H11OH. CH CO O + CH3-C-O-C5H11 + H-OH CH3C-OC5H11 CH3-C-O-H + C5H11OH 1818 O 18 O OH2 O CH3COOH + OH CH3COO + H2O 18 18 1.3.5. Phản ứng thế ở nhân thơm 1.3.5.1. Cơ chế phản ứng thế electrophin Phản ứng giữa hợp chất thơm Ar – H và tác nhân E+ tạo ra sản phẩm Ar-E và H+ cĩ thể xảy ra theo 3 cơ chế khác nhau: - Cơ chế một giai đoạn: tương tự cơ chế SN2 ở dãy no E+ + Ar – H E-Ar + H+ δ+ δ+ E .......Ar......H   - Cơ chế hai giai đoạn đơn phân phân tử: tương tự cơ chế SN1 ở dãy no. Ar - H Ar + H+ cacbanion chậm - Ar + E+ Ar - Enhanh- - Cơ chế hai giai đoạn lưỡng phân tử: (Cơ chế phức  ) Ar - H + E Ar - H + H+nhanh chậm Ar H E phức  Kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm cho thấy hầu hết các phản ứng thế electrophin ở nhân thơm đều xảy ra theo cơ chế 2 giai đoạn lưỡng phân tử. Cịn gọi là cơ chế phức  hay cơ chế SE2 Ar.  Cơ chế SE2 Ar a. Đặc điểm cơ chế Phản ứng lưỡng phân tử, nhiều giai đoạn, sản phẩm trung gian là một cacbocation vịng gọi là phức  . RR + E + E + R + E H R E H+ R E H++ Phức Sản phẩmPhức III Phức  Nếu bỏ qua phức I và II ta cĩ: chậm nhanhR + E + R + E H B R E BH+ Phức  E+ là tác nhân electrophin trực tiếp tấn cơng vào vịng thơm. E+ cĩ thể là một ion dương thực sự , R+, hoặc chỉ mang một phần điện tích dương như: + 2N O δ+ δ- δ- 3S O I CI , I Br.... b. Cấu tạo của phức  - Là sản phẩm trung gian khơng bền. - Là một cacbocation vịng khơng no trong đĩ 4e  được phân bố ở 5 nguyên tử cacbon, cịn nguyên tử cacbon thứ 6 ở trạng thái lai tạo sp3 . hoặc 1 3  + 1 3  1 3  hoặc EE HH + E H sp3 sp3 H - Sự cĩ mặt của phức  : Trong một số phản ứng, người ta đã tách được phức  . Thí dụ: C2H5F xt BF3 , 80 0C H3C C2H5H CH3 Menilen [BF4] -HF -BF3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 C2H5 H3C Phức  Phức  là một chất rắn, Tnc = - 150C. Bằng nhiều phản ứng khác nhau, người ta đã chứng minh sự cĩ mặt của tác nhân E+ như … + +2N O , Br , R + Thí dụ: Người ta đã tách được muối nitronipeclorat , ClO2N O  4  , Trên phổ khuếch tán tổ hợp của hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đ cĩ vạch 1400cm-1 đặc trưng cho ion . 2N O  1.3.5.2. Cơ chế phản ứng halogen hĩa Halogen hay dùng là Cl2, Br2, xúc tác là bột Fe hoặc các muối AlBr3, AlCl3, ZnCl2…. Thí dụ: phản ứng Brom hĩa xúc tác là bột Fe. 2Fe + 3Br2 = 2FeBr3 FeBr3 + Br – Br  …. , FeBr3. δ+B r δ -B r Hoặc: + 4Br[FeBr ] Hoặc: Br+ + [FeBr4]- + Br+..... -Br.FeBr3 HBr FeBr3 chậm + FeBr4 - + + Phức  H Br nhanh + FeBr4 - H Br Br + + 1.3.5.3. Phản ứng thế nucleophin - Cơ chế SN2Ar Cơ chế SN2Ar xảy ra khi ở vị trí ortho hoặc para trong nhân thơm cĩ nhĩm thế Z với hiệu ứng – C mạnh: NO2, CN, COR… a. Đặc điểm cơ chế Phản ứng lưỡng phân tử, hai giai đoạn sản phẩm trung gian là một anion vịng tương tự phức  nhưng mang điện tích âm. X Z Z X + Y Y X Z + X -- Anion trung gian Nhĩm Z cĩ tác dụng làm giảm điện tích âm nên làm tăng độ bền của anion trung gian. Thí dụ: Khi Z = NO2, X = Cl, Y- = C2H5O-, anion trung gian cĩ cấu tạo như sau: Cl OC2H5 N O O b. Dẫn chứng - Phản ứng cĩ bậc hai: v = k[ArX][Y-] - Trong một số trường hợp, đã tách được sản phẩm trung gian. NO2 Anion trung gian OCH3 NO2 C2H5O - - O2N CH3O OC2H5 NO2 -CH3O - O2NO2N OC2H5 NO2 NO2 NO2 2,4,6 - trinitro anizol Khi đưa thêm nhĩm thế cồng kềnh vào vị trí ortho đối với nhĩm Z, khả năng phản ứng giảm vì hiệu ứng SII. Thực nghiệm đã xác nhận điều đĩ. có knpư 27 lần>O2N Br CH3 O2N Br CH3 c. Ảnh hưởng của cấu trúc đến khả năng phản ứng - Bản chất của Z: Z hút electron càng mạnh thì khả năng phản ứng càng cao. - Bản chất của X: X hút electron càng mạnh thì khả năng phản ứng càng cao: Ar-F >> Ar-Cl >> Ar-Br >> Ar-I. 1.4. Thực trạng dạy học phần cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ ở các trường Cao đẳng Sư phạm 1.4.1. Mục đích điều tra Để gĩp phần khảo sát, phân tích đánh giá đúng thực trạng việc dạy học phần cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ ở các trường Cao đẳng Sư phạm chúng tơi đã đề ra một số mục đích cụ thể của việc điều tra như sau: a. Cĩ cơ sở để nhận định và đánh giá một cách khách quan về thực trạng dạy và học phần cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ ở các trường Cao đẳng Sư phạm hiện nay. b. Thơng qua quá trình điều tra, đi sâu phân tích các phương pháp dạy phần cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ mà các giảng viên đang sử dụng và việc tiếp thu phần kiến thức này ở sinh viên. Tìm ra ưu, nhược điểm của phương pháp dạy và học. Nguyên nhân? c. Nắm được mức độ ứng dụng cơng nghệ thơng tin trong việc dạy học phần cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ ở các trường Cao đẳng Sư phạm hiện nay. 1.4.2. Nội dung, đối tượng, phương pháp điều tra a. Nội dung điều tra - Điều tra về tình hình dạy học phần kiến thức cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ trong phân phối chương trình mơn học này ở hệ Cao đẳng Sư phạm mà các giảng viên đang thực hiện. - Điều tra thái độ, khả năng tiếp thu của sinh viên đối với phần kiến thức cơ chế phản ứng trong phân mơn Hĩa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm. - Điều tra việc sử dụng phương pháp dạy học phù hợp với nội dung dạy học phần cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm. - Điều tra khả năng và thái độ của các giảng viên trong việc ứng dụng cơng nghệ thơng tin nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy phần cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm. b. Đối tượng điều tra Chúng tơi đã tiến hành điều tra: - 23 giảng viên trực tiếp giảng dạy bộ mơn Hĩa hữu cơ ở các trường Cao đẳng Sư phạm Đồng Nai, Đà Lạt, Bà Rịa Vũng Tàu, Bình Dương, Đắk Lắk, Cần Thơ, Long An, Nha Trang. - 78 sinh viên học năm 2, năm 3 ở các trường Cao đẳng Sư phạm Đồng Nai, Đà Lạt, Bà Rịa Vũng Tàu. c. Phương pháp điều tra - Gặp gỡ trực tiếp, trao đổi qua email, điện thoại và phỏng vấn các giảng viên dạy Hĩa hữu cơ ở các trường Cao đẳng Sư phạm Đồng Nai, Đà Lạt, Bà Rịa Vũng Tàu, Bình Dương. - Gặp gỡ trực tiếp, phỏng vấn các sinh viên ở các trường Cao đẳng Sư phạm Đồng Nai, Đà Lạt, Bà Rịa Vũng Tàu. - Phát phiếu thu thập ý kiến (phụ lục 1) cho 23 giảng viên ở các trường Cao đẳng Sư phạm Đồng Nai, Đà Lạt, Bà Rịa Vũng Tàu, Bình Dương, Đắk Lắk, Cần Thơ, Long An, Nha Trang. - Phát phiếu thu thập ý kiến (phụ lục 2) cho 78 sinh viên ở ở các trường Cao đẳng Sư phạm Đồng Nai, Đà Lạt, Bà Rịa Vũng Tàu. 1.4.3. Kết quả điều tra 1.4.3.1. Kết quả điều tra giảng viên a. Về độ khĩ của bài truyền đạt kiến thức về cơ chế phản ứng Phần lớn giảng viên (95,65%) cho rằng việc truyền đạt kiến thức về cơ chế phản ứng cho sinh viên hệ CĐSP là khĩ. Mặt khác, khi phỏng vấn trực tiếp các giảng viên cho biết thêm: Phần cơ chế phản ứng trong chương trình Hĩa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm được lồng chung vào bài dạy của từng chương, chứ khơng tách riêng ra thành một mơn như mơn Cơ sở lý thuyết Hĩa hữu cơ ở hệ Đại học. Với thời gian ít, khối lượng kiến thức nhiều, giảng viên khơng thể nào truyền đạt chi tiết nội dung của từng cơ chế. Mặt khác, trình độ của sinh viên hệ Cao đẳng cũng hạn chế nên việc tiếp thu mảng kiến thức này gặp khĩ khăn. b. Về thái độ tiếp thu của sinh viên đối với kiến thức về cơ chế phản ứng Phần lớn giảng viên (91,3%) cho biết sinh viên khơng tập trung chú ý hoặc chú ý hời hợt. Theo giải thích của các giảng viên khi được phỏng vấn, nguyên nhân là đa số các sinh viên đều cho phần kiến thức này khĩ, trừu tượng nên thái độ tiếp thu hời hợt, khơng tập trung. Mặt khác, như trên đã nĩi, với việc phân bố chương trình khơng hợp lý (lồng ghép vào các chương về các chất cụ thể chứ khơng tách riêng thành phần cơ chế phản ứng, thời gian hạn hẹp), giảng viên khơng thể dạy kỹ nên sinh viên cũng cĩ thái độ xem nhẹ phần kiến thức này. Thêm vào đĩ, trình độ đầu vào của sinh viên hệ Cao đẳng Sư phạm cịn thấp nên khả năng tiếp thu phần cơ chế phản ứng cịn kém. c. Về việc sử dụng phương pháp dạy học phù hợp với nội dung dạy học phần cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ Mức độ thường xuyên sử dụng các phương pháp dạy học trong bài giảng về cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ được thống kê qua bảng 1.2: Bảng 1.2. Mức độ thường xuyên sử dụng các phương pháp dạy học trong bài giảng về cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ STT Phương pháp Rất thường xuyên Thường xuyên Thỉnh thoảng Khơng sử dụng 1 Diễn giảng, mơ tả cơ chế bằng các hình vẽ trên bảng 100% 0% 0% 0% 2 Dùng giáo án điện tử, sử dụng các phần mềm mơ phỏng để mơ tả các cơ chế. 0% 0% 13% 87% Qua bảng 1.2 cĩ thể nhận thấy 100% giảng viên rất thường xuyên sử dụng phương pháp diễn giảng thơng thường, mơ tả bằng lời nĩi và hình vẽ trên bảng đen để truyền đạt cho sinh viên. Phương pháp này cĩ ưu điểm là chủ động nhưng lại cĩ nhược điểm là tốn thời gian, trừu tượng, khơng trực quan. Cịn phương pháp dùng giáo án điện tử, sử dụng các phần mềm mơ phỏng để mơ tả các cơ chế thì chỉ cĩ 13% giảng viên thỉnh thoảng cĩ sử dụng, cịn lại phần lớn giảng viên (87%) khơng sử dụng phương pháp này. Phương pháp này địi hỏi giảng viên phải cĩ trình độ cơng nghệ thơng tin tốt để cĩ thể chủ động thiết kế và điều khiển bài giảng của mình. d. Về khả năng và thái độ của các giảng viên trong việc ứng dụng cơng nghệ thơng tin nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy phần cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ Để khảo sát thực trạng ứng dụng CNTT vào trong giảng dạy cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ ở trường CĐSP, chúng tơi điều tra mức độ thường xuyên và khả năng sử dụng các phần mềm powerpoint, các phần mềm hĩa học, các phần mềm đồ họa trong giảng dạy cơ chế phản ứng. Mức độ thường xuyên sử dụng các phần mềm powerpoint, các phần mềm hĩa học và đồ họa trong giảng dạy cơ chế phản ứng được thống kê qua bảng 1.3: Bảng 1.3. Mức độ thường xuyên sử dụng các phần mềm powerpoint, các phần mềm hĩa học và đồ họa trong bài giảng về cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ STT Phần mềm Rất thường xuyên Thường xuyên Thỉnh thoảng Khơng sử dụng 1 Powerpoint 0% 0% 34,8% 65,2% 2 Các phần mềm hĩa học (Chemwin, Chemdraw, Chem 3D…) 0% 0% 8,7% 91,3% 3 Các phần mềm đồ họa (Flash, Corel draw…) 0% 0% 0% 100% Qua bảng 1.3 cĩ thể nhận thấy phần lớn giảng viên thỉnh thoảng (34,8%) hoặc khơng sử dụng (65,2%) phần mềm powerpoint, đa số giảng viên (91,3%) khơng sử dụng các phần mềm hĩa học (Chemwin, Chemdraw, Chem 3D…) và 100% giảng viên khơng sử dụng các phần mềm đồ họa (Flash, Corel draw…) trong bài giảng về cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ của mình. Về khả năng sử dụng các phần mềm hĩa học và đồ họa trong giảng dạy, cĩ 8,7% giảng viên cho biết cĩ khả năng sử dụng thành thạo, 26% khơng thành thạo và 65,21% khơng biết sử dụng. Qua các kết quả khảo sát trên cĩ thể thấy đa số (65,21% - 91,3%) giảng viên chưa ứng dụng CNTT trong giảng dạy cơ chế phản ứng, đồng thời cũng thấy được trình độ CNTT của các giảng viên cịn yếu. Tuy nhiên, 100% giảng viên đều cho rằng việc thiết kế một hệ thống các flash mơ phỏng cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ dùng cho giảng dạy là cần thiết hoặc rất cần thiết. 1.4.3.2. Kết quả điều tra sinh viên a. Về độ khĩ của kiến thức về cơ chế phản ứng Theo kết quả khảo sát sinh viên, cĩ 87,18% sinh viên cho rằng kiến thức về cơ chế phản ứng rất khĩ hiểu nên khĩ tiếp thu. Cĩ 57,69% sinh viên cho biết kiến thức về cơ chế phản ứng được dạy sơ lược; 12,82% sinh viên cho biết họ khơng được dạy phần kiến thức này. Mặt khác, khi phỏng vấn trực tiếp các sinh viên cho biết thêm: Phần cơ chế phản ứng được dạy rất sơ lược, khơng cĩ tính hệ thống. Một số giảng viên khơng dạy phần này mà chỉ tập trung vào các phần: danh pháp, đồng phân, tính chất vật lí, tính chất hĩa học hoặc chỉ nhắc tới tên cơ chế phản ứng cĩ liên quan đến bài học, sinh viên cĩ thắc mắc thì hỏi thêm. Nếu khơng hỏi thêm, sinh viên nghe giảng biết tên cơ chế đĩ và về nhà tự tham khảo giáo trình. Một số giảng viên cĩ dạy phần cơ chế này thì cũng dạy ở một mức độ chung chung: mơ tả, cho ví dụ chứ khơng đào sâu thêm để sinh viên cĩ thể tự vận dụng để giải thích cơ chế đĩ ở các bài tập nâng cao. b. Về tầm quan trọng của việc học kiến thức cơ chế phản ứng Chỉ cĩ 2,56% sinh viên cho rằng việc học cơ chế phản ứng là rất quan trọng, 17,95% ý kiến cho là quan trọng và 76,92% sinh viên cho là khơng quan trọng. Điều này cũng phù hợp với số liệu khảo sát về mức độ hứng thú và mức độ tập trung của sinh viên trong giờ học về cơ chế phản ứng. c. Về mức độ hứng thú đối với giờ học về cơ chế phản ứng Chỉ cĩ 6,41% ý kiến hứng thú với giờ học về cơ chế phản ứng, phần lớn ý kiến (64,10%) khơng hứng thú và 29,49% ý kiến chán. d. Về mức độ tập trung trong giờ học về cơ chế phản ứng Chỉ cĩ17,95% sinh viên tập trung chú ý trong giờ học về cơ chế phản ứng. Phần lớn sinh viên khơng tập trung chú ý (51,28%) hoặc chỉ chú ý một cách hời hợt (30,77%). e. Về khả năng giải bài tập sau khi được học các bài về cơ chế phản ứng Phần lớn sinh viên cho biết họ chỉ giải được bài tập dễ (61,54%) hoặc khơng giải được bài tập (15,38%), chỉ cĩ 12,82% sinh viên giải được bài tập ở mức độ trung bình và 5,13% sinh viên giải được bài tập ở mức độ khĩ. f. Về mức độ thường xuyên được học bài về cơ chế phản ứng bằng giáo án điện tử cĩ sử dụng mơ phỏng Phần lớn ý kiến cho biết khơng được học (97,43%), chỉ cĩ 2,56% ý kiến cho biết thỉnh thoảng được học và khơng cĩ ý kiến nào (0%) cho biết việc học theo phương pháp này được diễn ra thường xuyên. Từ kết quả khảo sát trên cĩ thể thấy rằng việc dạy và học cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ ở trường CĐSP chưa được chú trọng nên chất lượng dạy và học chưa cao. Qua đĩ, cĩ thể thấy nhu cầu cĩ một hệ thống các mơ phỏng cơ chế phản ứng để nâng cao chất lượng ứng dụng CNTT trong bài giảng điện tử của giảng viên là rất lớn. Vì vậy việc thiết kế hệ thống các mơ phỏng cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ là rất cần thiết. Kết luận chương 1 Trong chương này, chúng tơi đã trình bày những vấn đề thuộc về cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài luận văn. 1. Trước hết chúng tơi trình bày về vai trị của cơng nghệ thơng tin và truyền thơng trong dạy học hĩa học. Đồng thời trình bày về phần mềm Macromedia Flash, là phần mềm được sử dụng để thiết kế các cơ chế phản ứng của đề tài luận văn. 2. Chúng tơi đã nghiên cứu và trình bày chương trình Hĩa hữu cơ hệ Cao đẳng Sư phạm về các mặt: mục tiêu chương trình, nội dung chương trình và những yêu cầu khi thực hiện chương trình. Đây là phần cơ sở để giúp việc thiết kế giáo án giảng dạy được hợp lý và đúng chuẩn. 3. Với tư cách là sơ sở lý luận trực tiếp của đề tài, nội dung của các cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ sẽ thiết kế trong đề tài đã được chú trọng đi sâu nghiên cứu theo các nội dung: đặc điểm cơ chế (sơ đồ mơ tả cơ chế), tiến trình lập thể, dẫn chứng. Các cơ chế được nghiên cứu bao gồm: Cơ chế phản ứng thế ở nguyên tử cacbon no (SN1, SN2, SR); Cơ chế phản ứng tách tạo liên kết bội cacbon-cacbon (E1, E2); Cơ chế phản ứng cộng vào liên kết bội Cacbon- cacbon (AE); Cơ chế phản ứng cộng vào hợp chất cacbonyl (AN); Cơ chế phản ứng thế ở nhân thơm (SE2Ar, SN2Ar). 4. Phần cuối của chương 1 là kết quả điều tra thực trạng dạy học phần cơ chế phản ứng Hĩa hữu cơ ở các trường Cao đẳng Sư phạm hiện nay. Kết quả điều tra cho thấy rằng việc dạy và học cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ ở trường CĐSP hiện nay chưa được chú trọng nên chất lượng dạy và học chưa cao. Phương pháp dạy học chủ yếu hiện nay là diễn giảng thơng thường (100%), cịn việc dùng giáo án điện tử sử dụng các mơ phỏng trong giảng dạy cịn ít (13%). Thực tế địi hỏi rất cần thiết cĩ một hệ thống các mơ phỏng cơ chế phản ứng đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng dạy và học mơn hĩa hữu cơ ở trường CĐSP. Tất cả những vấn đề trên là cơ sở lý luận và thực tiễn giúp chúng tơi quyết định sử dụng phần mềm Macromedia Flash thiết kế mơ phỏng các cơ chế phản ứng áp dụng vào dạy học mơn Hĩa hữu cơ ở trường Cao đẳng Sư phạm. Đĩ chính là nội dung chương 2 mà chúng tơi sẽ trình bày sau đây. Chương 2 THIẾT KẾ CÁC MƠ PHỎNG CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HĨA HỮU CƠ Ở TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM 2.1. Qui trình chung khi thiết kế mơ phỏng cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ 2.1.1. Nguyên tắc chung Cơ chế phản ứng hĩa học là tồn bộ các trạng thái xảy ra nối tiếp nhau hay là con đường chi tiết mà hệ các chất phải đi qua để tạo ra sản phẩm. Vì vậy, để mơ hình hĩa một cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ thì cần đảm bảo các nguyên tắc chung sau:  Hiểu rõ cơ chế phản ứng: chất tham gia, chất tạo thành, các chất trung gian, chất xúc tác, các giai đoạn, tốc độ phản ứng của từng giai đoạn…  Nắm được cấu trúc hợp lý của các chất, các ion …trong từng giai đoạn của phản ứng. Từ đĩ, sử dụng các cơng cụ của Flash để thiết kế các đối tượng (symbol) và mơ hình phân tử của các chất cĩ liên quan đến cơ chế phản ứng cần thiết kế.  Chuyển từng đối tượng đã vẽ (hình cầu nguyên tử, các liên kết, các biểu tượng điện tích, các đoạn text…) vào từng layer riêng rẽ, mỗi đối tượng là một layer.  Sử dụng thế mạnh của Flash để tạo hoạt hình thể hiện cơ chế dựa trên các biến đổi hợp lý của các giai đoạn phản ứng đã tìm hiểu. Đối với luận văn này, chúng tơi sử dụng chủ yếu dạng biến hình chuyển động (motion tween): sử dụng các cơng cụ trong Flash tạo các trạng thái khác nhau của hệ phân tử chất ở hai frame khác nhau trên cùng một layer, sau đĩ chọn motion tween giữa hai frame này ta sẽ tạo ra một hoạt hình chuyển động. 2.1.2. Các bước tiến hành trên Flash 2.1.2.1. Chuẩn bị các đối tượng để tạo hoạt hình Các đối tượng cần chuẩn bị ở đây là mơ hình các nguyên tử như: cacbon, hiđro, oxi, nitơ, brom, Fe, Clo…. Các nguyên tử này được vẽ bằng cơng cụ oval, chế độ màu radial, cĩ hiệu chỉnh độ bĩng bằng cơng cụ Gradient transform. Bằng cách hiệu chỉnh hợp lý các màu trên thanh màu trong bảng Color mixer, ta sẽ tạo ra các quả cầu cĩ dạng khơng gian 3D. Hình 2.1. Mơ hình 3D các nguyên tử cacbon, hiđro, brom, oxi Ngồi ra cịn cĩ các đối tượng là các thanh liên kết. Các thanh này được vẽ bằng cơng cụ Rectangle tool, chọn loại phối màu là Type: linear. Hình 2.2. Mơ hình 3D thanh liên kết giữa các nguyên tử 2.1.2.2. Phối hợp các đối tượng thành một cấu trúc hợp lý Mỗi một nguyên tử và liên kết đều cĩ một trật tự sắp xếp trong khơng gian. Do đĩ, để vẽ một cấu trúc phân tử hợp lý cần cĩ kiến thức về phân bố khơng gian của phân tử. Để đảm bảo khoa học, chính xác, trong luận văn này, chúng tơi sử dụng thêm phần mềm Chem3D Ultra 9.0 để vẽ cấu trúc của các hệ phân tử cần mơ phỏng, chọn các gĩc quay cho hệ phân tử, sau đĩ copy hình vẽ trong Chem3D qua Flash và sử dụng các cơng cụ vẽ của Flash để vẽ lại. Ví dụ: Hình 2.3. Mơ hình phân tử metan trong Chem 3D 2.1.2.3. Chuyển các đối tượng về từng layer riêng rẽ Một hệ phân tử gồm nhiều đối tượng. Muốn hoạt hình cho một phân tử thì phải hoạt hình cho từng đối tượng. Để làm được điều đĩ, ta chọn tồn bộ hệ phân tử đã vẽ, click phải chuột, dùng lệnh distributed to layers để chuyển từng đối tượng về từng layer riêng rẽ. Ví dụ: Phân tử CH4 cĩ 9 đối tượng: 4 liên kết, 4 nguyên tử H và 1 nguyên tử C. Ta sẽ chuyển 9 đối tượng này về 9 layer như sau: Hình 2.4. Mơ hình 3D phân tử metan trong Flash trên một layer Hình 2.5. Mơ hình 3D phân tử metan trong Flash trên các layer 2.1.2.4. Chuẩn bị kịch bản để tạo hoạt hình Sau khi đã vẽ các đối tượng cần thiết cho một mơ phỏng, chuyển các đối tượng về từng layer, ta cần chuẩn bị một "kịch bản" để làm hoạt hình cho cơ chế đĩ. Nghĩa là, phải phác thảo ra ý tưởng về những hoạt cảnh sẽ diễn ra trong cơ chế đĩ, cần những hoạt hình nào, đối tượng nào sẽ biến đổi ra sao, thứ thự biến đổi vị trí như thế nào…. Cĩ được một kịch bản tốt sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian cho việc tạo hoạt hình. Bởi vì, một hoạt hình trong Flash cần rất nhiều thao tác, lệnh…chỉ cần nhầm lẫn một vài chỗ sẽ khĩ tìm ra để chỉnh sửa, cĩ khi phải làm lại từ đầu. Do đĩ, việc lên sẵn ý tưởng cho một kịch bản mơ phỏng cơ chế phản ứng là điều cần thiết phải làm. Ví dụ: Kịch bản cho mơ phỏng phản ứng thế của Cl2 vào CH4 sẽ chứa đựng nhiều đoạn hoạt hình. Sau đây chỉ mơ tả một đoạn hoạt hình đầu tiên. Hoạt hình 1: Cl2 bị tách ra thành 2 nguyên tử Cl. dưới tác dụng của ánh sáng: Gồm các hành động sau:  Ánh sáng xuất hiện, tác động vào liên kết Cl – Cl.  Liên kết Cl – Cl bị mờ dần và biến mất, thay vào đĩ là 2 nguyên tử •Cl xuất hiện.  2 nguyên tử •Cl chuyển động ra xa trung tâm màn hình để chuẩn bị cho hoạt hình 2: xuất hiện phân tử CH4. …. 2.1.2.5. Tạo hoạt hình cho từng đối tượng Sử dụng lệnh Insert keyframe (hay F6) để tạo ra các vị trí mới cho từng đối tượng cần tạo hoạt hình trên thanh Timeline. Sau đĩ, tại vị trí mới này, ta thay đổi vị trí, hoặc kích thước, hoặc các giá trị màu sắc, alpha của đối tượng. Cuối cùng, chọn lệnh Create Motion Tween để tạo một hoạt hình cho đối tượng đĩ. Hình 2.6. Hộp thoại thiết lập lệnh insert keyframe cho phân tử metan Hình 2.7. Hộp thoại thiết lập lệnh motion tween cho phân tử metan Như vậy, ta đã tạo ra được một hoạt hình cho đối tượng cần mơ phỏng trong cơ chế phản ứng. 2.1.3. Yêu cầu đối với một mơ phỏng cơ chế phản ứng 2.1.3.1. Đảm bảo tính khoa học Cơ chế được mơ phỏng phải chính xác, khoa học, đúng theo giáo trình chuẩn của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Phải đảm bảo mơ phỏng chính xác, hợp lý các cấu trúc trong khơng gian của phân tử, hệ các chất trung gian … Mỗi phản ứng cĩ những giai đoạn nhanh, giai đoạn chậm cần phải mơ phỏng rõ ràng, cĩ thể phân biệt được. 2.1.3.2. Đảm bảo tính thẩm mỹ Cơ chế được mơ phỏng cần đáp ứng các yêu cầu về thẩm mỹ sau: - Mơ hình các chất trong cơ chế phải được thiết kế hài hịa về bố cục, màu sắc, đúng trật tự phân bố trong khơng gian (đảm bảo qui luật xa, gần, che khuất, ẩn hiện…). - Hoạt hình phải lưu lốt, nhịp nhàng, đều đặn, liền mạch, khơng bị nhịe hình. - Hình ảnh rõ nét, dễ phân biệt giữa các chất, các giai đoạn phản ứng. 2.1.3.3. Đảm bảo tính sư phạm Cơ chế được mơ phỏng cần đáp ứng các yêu cầu về sư phạm sau: - Rõ ràng, dễ hiểu. - Dễ sử dụng trong dạy học: giảng viên, sinh viên cĩ thể chủ động trong việc điều khiển mơ phỏng, phục vụ cho việc dạy và học của mình. 2.2. Thiết kế các mơ phỏng cơ chế phản ứng hĩa hữu cơ 2.2.1. Mơ phỏng cơ chế phản ứng thế ở nguyên tử cacbon no 2.2.1.1. Cơ chế SN1 a. Sơ đồ phản ứng Hình 2.8a Hình 2.8b Hình 2.8c Hình 2.8d Hình 2.8e Hình 2.8f Hình 2.8(a→f). Mơ phỏng diễn tiến sơ đồ phản ứng cơ chế SN1 b. Ví dụ minh họa cơ chế SN1 Hình 2.9a Hình 2.9b Hình 2.9c Hình 2.9d Hình 2.9e Hình 2.9f Hình 2.9(a→f). Mơ phỏng diễn tiến ví dụ minh họa cơ chế SN1 2.2.1.2. Cơ chế SN2 Hình 2.10a Hình 2.10b Hình 2.10c Hình 2.10d Hình 2.10(a→d). Mơ phỏng diễn tiến sơ đồ phản ứng cơ chế SN2 Hình 2.11a Hình 2.11b Hình 2.11c Hình 2.11d Hình 2.11(a→d). Mơ phỏng diễn tiến ví dụ minh họa cơ chế SN2 2.2.1.3. Cơ chế SR Hình 2.12a Hình 2.12b Hình 2.12c Hình 2.12d Hình 2.12e Hình 2.12(a→e). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế SR (giai đoạn khơi mào) Hình 2.13a Hình 2.13b Hình 2.13c Hình 2.13d Hình 2.13e Hình 2.13f Hình 2.13(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế SR (giai đoạn phát triển mạch) Hình 2.14a Hình 2.14b Hình 2.14c Hình 2.14d Hình 2.14e Hình 2.14f Hình 2.14(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế SR (giai đoạn tắt mạch) 2.2.2. Mơ phỏng cơ chế phản ứng tách tạo liên kết bội cacbon-cacbon 2.2.2.1. Cơ chế E1 Hình 2.15a Hình 2.15b Hình 2.15c Hình 2.15d Hình 2.15e Hình 2.15f Hình 2.15(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế E1 2.2.2.2. Cơ chế E2 a.Tách theo qui tắc Zaytsev Hình 2.16a Hình 2.16b Hình 2.16c Hình 2.16d Hình 2.16e Hình 2.16f Hình 2.16(a→f). Mơ phỏng diễn tiến sơ đồ phản ứng cơ chế E2 (theo qui tắc Zaytsev) Hình 2.17a Hình 2.17b Hình 2.17c Hình 2.17d Hình 2.17e Hình 2.17f Hình 2.17(a→f). Mơ phỏng diễn tiến ví dụ minh họa cơ chế E2 (theo qui tắc Zaytsev) b. Tách theo qui tắc Hofmann Hình 2.18a Hình 2.18b Hình 2.18c Hình 2.18d Hình 2.18e Hình 2.18f Hình 2.18(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế E2 (theo qui tắc Hofmann) 2.2.3. Mơ phỏng cơ chế phản ứng cộng vào liên kết bội cacbon-cacbon 2.2.3.1. Cơ chế cộng X2 vào anken Hình 2.19a Hình 2.19b Hình 2.19c Hình 2.19d Hình 2.19e Hình 2.19f Hình 2.19(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế cộng X2 vào anken 2.2.3.2. Cơ chế cộng HX vào anken Hình 2.20a Hình 2.20b Hình 2.20c Hình 2.20d Hình 2.20e Hình 2.20f Hình 2.20(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế cộng HX vào anken 2.2.3.3. Cơ chế cộng HX vào hợp chất đien (Cộng 1,2 và cộng 1,4) Hình 2.21a Hình 2.21b Hình 2.21c Hình 2.21d Hình 2.21(a→d). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế cộng HX vào hợp chất đien (Cộng 1, 2) Hình 2.22a Hình 2.22b Hình 2.22c Hình 2.22d Hình 2.22(a→d). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế cộng HX vào hợp chất đien (Cộng 1, 4) 2.2.4. Mơ phỏng cơ chế phản ứng cộng và thế vào hợp chất cacbonyl 2.2.4.1. Cơ chế cộng H2O vào xeton Hình 2.23a Hình 2.23b Hình 2.23c Hình 2.23d Hình 2.23e Hình 2.23f Hình 2.23(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế cộng H2O vào xeton 2.2.4.2. Cơ chế phản ứng este hĩa Hình 2.24a Hình 2.24b Hình 2.24c Hình 2.24d Hình 2.24e Hình 2.24f Hình 2.24(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế phản ứng este hĩa (giai đoạn cộng H+) Hình 2.25a Hình 2.25b Hình 2.25c Hình 2.25d Hình 2.25e Hình 2.25f Hình 2.25(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế phản ứng este hĩa (giai đoạn tách H2O) 2.2.4.3. Cơ chế phản ứng thủy phân este trong mơi trường kiềm Hình 2.26a Hình 2.26b Hình 2.26c Hình 2.26d Hình 2.26e Hình 2.26f Hình 2.26(a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế phản ứng thủy phân este trong mơi trường kiềm 2.2.5. Mơ phỏng cơ chế phản ứng thế ở nhân thơm 2.2.5.1. Cơ chế phản ứng thế halogen vào benzen (SE2-Ar) Hình 2.27a Hình 2.27b Hình 2.27c Hình 2.27d Hình 2.27e Hình 2.27f Hình 2.27 (a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế phản ứng thế halogen vào benzen (SE2-Ar) 2.2.5.2. Cơ chế phản ứng thế halogen vào phenol (SE2-Ar) Hình 2.28a Hình 2.28b Hình 2.28c Hình 2.28d Hình 2.28e Hình 2.28f Hình 2.28 (a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế phản ứng thế halogen vào phenol (SE2-Ar) 2.2.5.3. Cơ chế phản ứng thế nucleophin vào nhân thơm (SN2Ar) Hình 2.29a Hình 2.29b Hình 2.29c Hình 2.29d Hình 2.29e Hình 2.29f Hình 2.29 (a→f). Mơ phỏng diễn tiến cơ chế phản ứng thế nucleophin vào nhân thơm (SN2Ar) 2.3. Thiết kế bài giảng điện tử chương “Dẫn xuất halogen” 2.3.1. Các cơ chế phản ứng được sử dụng trong chương “Dẫn xuất halogen” Trong chương này, chủ yếu giới thiệu 4 cơ chế phản ứng: SN1, SN2, E1, E2. - Cơ chế SN1cĩ hai mơ phỏng: một mơ phỏng về sơ đồ phản ứng và một mơ phỏng về cơ chế với chất cụ thể. - Cơ chế SN2 cĩ một mơ phỏng, mơ phỏng này bao gồm cả mơ phỏng về sơ đồ phản ứng và mơ phỏng về cơ chế với chất cụ thể. - Cơ chế E1 cĩ một mơ phỏng: mơ phỏng về cơ chế với chất cụ thể. - Cơ chế E2 cĩ hai mơ phỏng: một mơ phỏng về sơ đồ phản ứng và một mơ phỏng về cơ chế với chất cụ thể. Các mơ phỏng này được sử dụng dưới dạng file *.exe nên cĩ thể sử dụng ở tất cả các máy tính nếu khơng cĩ cài chương trình Flash player. 2.3.2. Ứng dụng các cơ chế đã thiết kế để xây dựng giáo án chương “Dẫn xuất halogen” Các mơ phỏng cơ chế đã nêu ở trên được đưa vào giáo án điện tử soạn bằng phần mềm powerpoint. Ở những slide cần minh họa, các cơ chế này sẽ được hyperlink đến các mơ phỏng đã thiết kế. Sau đây là hai giáo án điện tử về các cơ chế phản ứng trong chương “Dẫn xuất halogen”. 2.3.2.1. Giáo án 1: Cơ chế phản ứng thế nucleophin Original slide prepared for the PHẢN ỨNG THẾ NUCLEOPHIN Original slide prepared for the CƠ CHẾ PHẢN ỨNG THẾ NUCLEOPHIN • Sơ đồ phản ứng: Y + R X R Y + X X : I, Cl, Br, OH, OR, OSO2Ar, … Y : OH-, RO-, RCOO-, I-, H2O, ROH, NR3 Original slide prepared for the CƠ CHẾ PHẢN ỨNG THẾ NUCLEOPHIN Gồm 2 loại: 1. Cơ chế SN2 ( Bimolecular nucleophilic substitution) 2. Cơ chế SN1 ( Unimolecular nucleophilic substitution) Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN2 Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN2 • Đặc điểm cơ chế: CƠ CHẾ SN2 Đi qua trạng thái chuyển tiếp Lưỡng phân tử Một giai đoạn Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN2 • Đặc điểm cơ chế: Y + + X X Y  X  Y ttct Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN2 • Ví dụ minh họa: HO- + CH3 – Br  HO-…CH3… Br-  HO – CH3 + Br- Khi X = OH hoặc OR, trước khi thực hiện phản ứng SN2 cần hoạt hĩa nhĩm OH hoặc OR Ví dụ: CH3OH HI nhanh CH3OH2 I CH3OH2 I SN2 I CH3 OH2   I CH3 H2O Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN2 • Khi tác nhân nucleophin trung hịa điện (R3N, ROH, H2O) cặp electron tự do là tác nhân nucleophin. H3CNH2 CH3 Br  H3C N C Br H H H H H ttct H3C N H H CH3 Br Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN2 • Tiến trình lập thể: Y- tấn cơng C+ từ phía khơng cĩ X thuận lợi hơn từ phía cĩ X. + Y(-) -X(-) -X(-) quay cấu hình giữ nguyên cấu hình Y X C ttct kém bền Y XC ttct bền Y C XC YC Original slide prepared for the Ví dụ: (S) – MeCHBrBu và NaOH trong hỗn hợp rượu – nước cho (R) - MeCHOHBu (S) + OH (-) HO CBrC Bu Me H Bu H Me (R) + Br(-) Original slide prepared for the hydroxyl với etylbromua CH3CH2Br + OH- CH3CH2OH + Br-(aq) Ví dụ minh họa CH3CH2I (etanol) + CN-(aq) CH3CH2CN + I- ion cyanua với etylIodua ammoniac với etylbromua CH3CH2Br + NH3 CH3CH2NH22 + NH4+Br- Cơ chế Cơ chế Cơ chế Original slide prepared for the + - CH3 H BrC H -OH CH3 H OHC H Br - CƠ CHẾ PHẢN ỨNG THẾ NUCLEOPHIN etanol hydroxyl với etylbromua PTPỨ Original slide prepared for the + - CH3 H BrC H CN- CH3 H CNC H Br - propannitril CƠ CHẾ PHẢN ỨNG THẾ NUCLEOPHIN cyanua ion với etylIodua PTPỨ Original slide prepared for the aminoetan CƠ CHẾ PHẢN ỨNG THẾ NUCLEOPHIN + - CH3 H BrC H Br- H CH3 H NH2C H + CH3 H NH2C H NH3 H NH3+Br- NH3 ammoniac với etylbromua PTPỨ Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN1 Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN1 • Đặc điểm cơ chế: CƠ CHẾ SN1 Đơn phân tử Hai giai đoạn Tạo sản phẩm trung gian R+ ở giai đoạn chậm Original slide prepared for the • Đặc điểm cơ chế: C X chậm C + X C + Y nhanh C Y CƠ CHẾ SN1 Original slide prepared for the CƠ CHẾ SN1 • Ví dụ minh họa: Me3C - Br chậm + BrMe3C Me3C + OH nhanh Me3C - OH Original slide prepared for the • Khi X là OH hay OR cần hoạt hĩa bằng H+ hoặc ZnCl2: Me3C - OH + H+ nhanh Me3C - OH2 Me3C - OH2 Me3C + OH chậm Me3C + Cl nhanh Me3C - Cl Me3C - OH ZnCl2 Me3C O H ZnCl2   chậm Me3C + Zn(OH)Cl2 Me3C + Cl nhanh Me3C - Cl CƠ CHẾ SN1 Original slide prepared for the • Tiến trình lập thể: R+ cĩ cấu hình phẳng hay gần như phẳng nên xác suất tiến cơng của Y- từ hai phía vào C+ là tương đương nhau. Cho nên, nếu xuất phát từ RX quang hoạt (dạng R hoặc S) sau phản ứng thu được hỗn hợp raxemic. Khi độ bền của cabocation càng tăng thì tỷ lệ đồng phân giữ nguyên cấu hình tăng. CƠ CHẾ SN1 Original slide prepared for the • Tiến trình lập thể: BrC chậm + Y (-) quay cấu hình Y C giữ nguyên cấu hình YC nhanhC hỗn hợp Raxemic CƠ CHẾ SN1 Original slide prepared for the Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng SN1, SN2 1. Cấu trúc gốc hiđrocacbon 2. Bản chất của nhĩm được thay thế 3. Bản chất và nồng độ tác nhân necleophin 4. Dung mơi Original slide prepared for the 1. Gốc no 2. Gốc khơng no và gốc thơm Ảnh hưởng của cấu trúc gốc hiđrocacbon Original slide prepared for the Gốc no Bậc của gốc R trong RX càng cao Khả năng pứ SN2 càng giảm Khả năng pứ SN1 càng tăng Ảnh hưởng của cấu trúc gốc hiđrocacbon no Original slide prepared for the Ảnh hưởng của cấu trúc gốc hiđrocacbon no • SN2: + trên nguyên tử cacbon trung tâm càng lớn, Y(-) tấn cơng càng mạnh. Xét các ttct: 1+ > 2+ > 3+ > 4+ Y C X  - - X + CY + CH3 H3C X > H3C H3CCH2 X > CH X > CH3 H3C X CH3 C 1+  2 ++ 3+ 4 Original slide prepared for the Ảnh hưởng của cấu trúc gốc hiđrocacbon no • SN2: Ở ttct cacbon trung tâm liên kết với 5 nhĩm thế. Các nhĩm thế càng cồng kềnh tương tác đẩy giữa các nhĩm càng lớn, năng lượng hoạt hĩa (Ea) càng lớn và ttct càng khơng bền. Y C X R1 R2 R3  -  - Original slide prepared for the Ảnh hưởng của cấu trúc gốc hiđrocacbon no • SN1: – Giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng càng bền pứ xảy ra càng dễ dàng, tốc độ càng tăng. càng bền khi liên kết nhiều nhĩm thế đẩy e. RX R + X R R C CH3 CH3 CH3 < H3C CH2 < H3C CH CH3 < H3C Original slide prepared for the Ảnh hưởng của cấu trúc gốc hiđrocacbon khơng no và thơm Gốc khơng no và thơm Gốc anlyl và benzyl Khả năng pứ SN2 và SN1 tăng Gốc vinyl và phenyl Khả năng pứ SN2 và SN1 giảm Original slide prepared for the Ảnh hưởng của cấu trúc gốc hiđrocacbon khơng no và thơm • Dẫn xuất alyl và benzyl: – dễ tham gia phản ứng SN2 vì ttct được ổnđịnh hĩa nhờ hiệu ứng +C của nối đơi hoặc vịng benzen. – dễ phản ứng SN1 vì cacbocation CH2=CH-CH2+ và phCH2+ cĩ độ ổn định cao nhờ hiệu úng +C của CH2=CH – và vịng thơm. Original slide prepared for the Ảnh hưởng của cấu trúc gốc hiđrocacbon khơng no và thơm • Dẫn xuất vinyl và phenyl: – rất khĩ tham gia phản ứng cả SN1 và SN2 vì hiệu ứng +C của X làm cho liên kết C – X ngắn lại, cĩ bậc > 1 và kém phân cực. H2C CH X CH2 CH X X Original slide prepared for the Bản chất của nhĩm được thay thế • Khi R khơng thay đổi khả năng phản ứng thế nucleophin của X trong RX giảm theo thứ tự sau: X: phSO2O- > I > Br  +OH2 > Cl > ONO2 > F > OH • Nhận xét: trong dãy các dẫn xuất halogen: I > Br > Cl >> F đĩ là do sự giảm độ dài liên kết và độ phân cực hĩa (từ I F). Nếu cho thêm Ag+ vào dẫn xuất halogen thì khả năng phản ứng tăng mạnh vì Ag+ làm cho sự phân cắt liên kết C – Hal trở nên dễ dàng: R – Hal + Ag+  R – Hal ---Ag+  R+  R – Y -AgCl + Y- Original slide prepared for the X: phSO2O- > I > Br  +OH2 > Cl > ONO2 > F > OH Trong dãy các ancol, do liên kết C – O kém phân cực nên khả năng tách của nhĩm OH rất kém vì thế phải proton hĩa tạo thành để tăng độ phân cực của liên kết C – O. R OH2 Bản chất của nhĩm được thay thế Original slide prepared for the Bản chất và nồng độ tác nhân nucleophin • Phản ứng SN1 khơng phụ thuộc tác nhân nucleophin. • Phản ứng SN2 phụ thuộc vào tác nhân nucleophin. • Tốc độ SN2 tăng theo nồng độ và lực nucleophin của tác nhân Original slide prepared for the Lực nucleophin phụ thuộc vào cấu trúc của tác nhân theo qui luật • Anion cĩ tính nucleophin cao hơn phân tử trung hịa tương ứng: • Lực nucleophin của anion càng cao nếu nguyên tử mang độ âm điện càng nhỏ. • Lực nucleophin tăng theo kích thước của nguyên tử trung tâm Bản chất và nồng độ tác nhân nucleophin Original slide prepared for the • Lực nucleophin được biểu thị một cách định lượng bằng số nucleophin, lí hiệu là Nu (tương tự kb đối với bazơ) Ví dụ: 3,6C5H5N5,0I- 3,9Br-5,1CN- 4,2HO-5,1HS- NuNhĩmNuNhĩm Bản chất và nồng độ tác nhân nucleophin Original slide prepared for the Ảnh hưởng của dung mơi • Khơng cĩ dung mơi các phản ứng SN1, SN2 khĩ cĩ thể xảy ra. • Khi chuyển từ dung mơi này sang dung mơi khác khơng những tốc độ phản ứng biến đổi mà đơi khi biến đổi cả cơ chế phản ứng. Ví dụ: Phản ứng của các dẫn xuất halogen bậc 1: – Trong axeton – nước là SN2 – Trong axit fomic là SN1 Original slide prepared for the • Khi tăng độ phân cực của dung mơi, tốc độ phản ứng tăng hay giảm tùy thuộc điện tích ở trạng thái chuyển tiếp tập trung hơn hay phân tán hơn so với hệ các chất đầu. Ảnh hưởng của dung mơi Original slide prepared for the Tăng nhiều Giảm ít Tập trung hơn Phân tán Pứ SN1 ttct R – X  R+….X- R – X +  R+….X+ Độ phân cực của dung mơi tăng dần Tốc độ phản ứng Điện tích ở ttct Giảm ít Tăng Giảm nhiều Phân tán Tập trung hơn Phân tán Pứ SN2 ttct Y- + R-X Y-….R...X- Y + R-X Y-…R+...X- Y- + R-X+ Y-…R+...X- Original slide prepared for the Ví dụ • Khi độ phân cực của dung mơi tăng lên, tốc độ phản ứng: – Thủy phân MeCl ( SN2) và t-BuCl (SN1