BÀI 18. HỢP CHẤT CARBONYL

MỞ ĐẦU

Cinnamaldehyde là hợp chất carbonyl có trong tinh dầu quế, được sử dụng làm hương liệu, dược liệu, … Vậy hợp chất carbonyl là gì?

Giải nhanh:

Phân tử hợp chất hữu cơ chứa nhóm >C=O được gọi là hợp chất carbonyl. 

I. KHÁI NIỆM VÀ DANH PHÁP

Luyện tập 1: Cho các hợp chất có công thức sau:

Trong các hợp chất trên, hợp chất nào là hợp chất carbonyl, hợp chất nào thuộc loại aldehyde, ketone?

Giải nhanh:

Hợp chất carbonyl: (B), (D).

- Aldehyde: (B).

- Ketone: (D).

Câu hỏi 1: Hãy mô tả hình dạng phân tử methanal và ethanal

Giải nhanh:

- Methanal: 1 nguyên tử C liên kết với 1 nguyên tử O và 2 nguyên tử H đều nằm trên một mặt phẳng.

- Ethanal: 2 nguyên tử C liên kết với nhau, trong đó 1 nguyên tử C nằm ở tâm hình tứ diện liên kết với 3 nguyên tử H, nguyên tử C còn lại liên kết với 1 nguyên tử O và 1 nguyên tử H.

Luyện tập 2: Viết công thức cấu tạo và gọi tên thay thế, tên thông thường (nếu có) các hợp chất carbonyl có cùng công thức C₄H₈O.

Giải nhanh:

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CHO: butanal (tên thông thường: butylic aldehyde).

: 2 – methylpropanal;

: butanone.

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Câu hỏi 2: Dựa vào đặc điểm cấu tạo của hợp chất carbonyl, giải thích vì sao các aldehyde đơn giản như formic aldehyde và acetic aldehyde lại là các chất khí ở nhiệt độ thường.

Giải nhanh:

Vì chúng là các aldehyde phân tử khối nhỏ, không tạo được liên kết hydrogen.

Luyện tập 3: Cho các chất có công thức sau: C₂H₆, C₂H₅OH, HCH = O, CH₃CH = O, CH₃CH₂CH=O và các dữ liệu nhiệt độ sôi là 78,3 ^oC, -89 ^oC, 21 ^oC, -21 ^oC, 49 ^oC (không theo thứ tự). Hãy dự đoán nhiệt độ sôi tương ứng với mỗi mẫu chất trên. Giải thích.

Giải nhanh:

Nhiệt độ sôi: hydrocarbon < carbonyl < alcohol có phân tử khối tương đương.

Những chất có phân tử khối càng lớn thì độ sôi càng cao.

Câu hỏi 3: Vì sao các hợp chất carbonyl mạch ngắn như formaldehyde, acetaldehyde, acetone lại tan tốt trong nước?

Giải nhanh:

Vì chúng tạo liên kết hydrogen với nước. 

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Câu hỏi 4: Dựa vào giá trị độ âm điện của carbon và oxygen, nhận xét về sự phân cực của liên kết C = O trong các hợp chất carbonyl.

Giải nhanh:

Δχ = 3,44 - 2,55 = 0,89 (0,4 ≤ Δx < 1,7) => Liên kết cộng hóa trị có cực.

Liên kết C=O trong hợp chất carbonyl phân cực về phía nguyên tử oxygen.

Câu hỏi 5: Viết sơ đồ phản ứng của các hợp chất carbonyl có công thức phân tử là C₄H₈O với LiAlH₄.

Giải nhanh:

CH₃–CH₂–CH₂–CHO  LiAlH4→  CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–OH

CH₃–CH(CH₃)CHO LiAlH4→ CH₃–CH(CH₃)–CH₂–OH

CH₃–CH₂–CO–CH₃ LiAlH4→ CH₃–CH₂–CHOH–CH₃ 

Luyện tập 4: Viết phương trình hoá học (nếu có) của phản ứng giữa propanal và propanone với:

a) Thuốc thử Tollens.

b) Cu(OH)₂/OH^-.

Giải nhanh:

a) CH₃-CH₂-CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH → CH₃-CH₂-COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O

b) CH₃-CH₂-CHO + 2Cu(OH)₂ + NaOH → CH₃-CH₂-COONa + Cu₂O + 3H₂O

Luyện tập 5: Hãy trình bày cách phân biệt acetaldehyde và acetone.

Giải nhanh:

Dùng thuốc thử Tollens hoặc Cu(OH)₂ trong môi trường kiềm. PTHH: 

CH₃-CH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH →to CH₃-COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O

CH₃-CH=O + 2Cu(OH)₂ + NaOH →to CH₃-COONa + Cu₂O + 3H₂O

Thực hành: Thí nghiệm 1. Phản ứng oxi hoá aldehyde bằng thuốc thử Tollens

Chuẩn bị: Dung dịch AgNO₃ 1%, dung dịch NH₃ 5%, dung dịch CH₃CHO 5%; ống nghiệm.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 1 mL dung dịch AgNO₃ 1% và nhỏ từ từ từng giọt dung dịch NH₃ 5% và lắc nhẹ cho đến khi vừa hoà tan hết kết tủa silver oxide, thu được thuốc thử Tollens (thuốc thử Tollens sẽ kém nhạy nếu dư dung dịch NH₃).

Nhỏ vài giọt dung dịch acetaldehyde 5% vào dung dịch thuốc thử Tollens, lắc đều ống nghiệm. Đun nóng nhẹ hỗn hợp trong ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng xảy ra và giải thích.

Giải nhanh:

- Có kết tủa xám xuất hiện

PTHH: AgNO₃  +  NH₃ +  H₂O → AgOH + NH₄NO₃

- Kết tủa tan dần, tạo dung dịch trong suốt

PTHH: AgOH +  2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]OH

- Xuất hiện kết tủa màu trắng xám của kim loại bạc, bám vào thành ống nghiệm.

PTHH: CH₃CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH →to CH₃COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O

Câu hỏi 6: Vì sao trong phản ứng tráng bạc, người ta không đun sôi hỗn hợp chất phản ứng?

Giải nhanh:

Vì nếu đun sôi, aldehyde sẽ bay hơi, [Ag(NH₃)₂]OH cũng bị phân hủy.

Thực hành: Thí nghiệm 2. Phản ứng oxi hoá aldehyde bằng Cu(OH)₂

Chuẩn bị: Dung dịch CuSO₄ 2%, dung dịch NaOH 10%, dung dịch CH₃CHO 5%; ống nghiệm.

Tiến hành: Cho khoảng 1 mL dung dịch CuSO₄ 2% vào ống nghiệm, rồi cho tiếp khoảng 1 mL dung dịch NaOH 10%. Lắc ống nghiệm, nhỏ từ từ khoảng 1 mL dung dịch CH₃CHO vào ống nghiệm. Đun nóng nhẹ hỗn hợp trong ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng xảy ra và giải thích.

Giải nhanh:

Hỗn hợp kết tủa màu xanh lam chuyển sang màu đỏ gạch.

PTHH: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

CH₃CHO + 2Cu(OH)₂ → CH₃COONa + Cu₂O + 3H₂O

Thực hành: Thực nghiệm 3. Phản ứng tạo iodoform

Chuẩn bị: Dung dịch I₂ trong KI, dung dịch NaOH 10%, acetaldehyde; ống nghiệm.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 1 mL dung dịch I₂ trong KI và khoảng 1 mL dung dịch NaOH 10%. Nhỏ từ từ 5 – 7 giọt acetaldehyde vào ống nghiệm. Lắc đều.

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng xảy ra trong ống nghiệm và giải thích.

Giải nhanh:

Xuất hiện kết tủa màu vàng.

PTHH: CH₃COCH₃ + 3I₂ + 4NaOH ⟶  CH₃COONa  + CHI₃ + 3NaI + 3H₂O 

IV. ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ

Câu hỏi 7: Tìm hiểu và trình bày các ứng dụng của formaldehyde, acetaldehyde và acetone.

Giải nhanh:

- Formaldehyde: sản xuất nhựa, sản xuất phẩm nhuộm, chất nổ và dược phẩm. Dung dịch 37 – 40% formaldehyde trong nước (formalin) dùng để ngâm xác động thực vật, tẩy uế, tiệt trùng.

- Acetaldehyde: tổng hợp hữu cơ để điều chế nhiều dược phẩm hoặc các chất có ứng dụng trong thực tiễn. 

- Acetone: làm dung môi...

BÀI TẬP

Bài 1: Công thức cấu tạo của acetone là

A. CH₃COCH₂CH₃. B. CH₃CH₂COCH₂CH₃.

C. CH₃COCH₃. D. CH₃CHO.

Giải nhanh:

Chọn Giải nhanh C.

Bài 2: Khử CH₃COCH₃ bằng LiAlH₄ thu được sản phẩm là

A. ethanal. B. acetone. C. propan – 1 – ol. D. propan – 2 – ol.

Giải nhanh:

Chọn Giải nhanh D.

Bài 3: Viết công thức cấu tạo và gọi tên thay thế các aldehyde có cùng công thức C₅H₁₀O.

Giải nhanh:

Bài 4: Viết công thức cấu tạo của các chất carbonyl có công thức phân tử là C₃H₆O. Trình bày tối thiểu hai phương pháp hoá học để phân biệt các chất đó. Lập sơ đồ (hoặc bảng), ghi rõ hiện tượng và viết các phương trình hoá học để giải thích.

Giải nhanh:

CTCT: CH₃–CH₂–CHO và CH₃–CO–CH₃.

Phương pháp hóa học:

• Aldehyde phản ứng với thuốc thử Tollens tạo kết tủa xám bạc.
• Aldehyde phản ứng với Cu(OH)₂ trong môi trường kiềm tạo kết tủa đỏ gạch (Cu₂O).
• Hợp chất chứa nhóm methyl ketone (CH₃CO-R) phản ứng với iodine trong môi trường kiềm tạo kết tủa iodoform màu vàng.

PTHH: CH₃-CH₂-CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH → CH₃-CH₂-COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O

CH₃COCH₃ + 3I₂ + 4NaOH ⟶  CH₃COONa  + CHI₃ + 3NaI + 3H₂O 

Bài 5*: Hợp chất hữu cơ X được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ. Bằng phương pháp phân tích nguyên tố, người ta xác định được X chứa 62,07%C; 10,34%H; còn lại là O. Trên phổ MS của X, người ta thấy có peak ion phân tử [M⁺] có giá trị m/z bằng 58. Trên phổ IR của X có một peak trong vùng 1 670 – 1740 cm^-1. Chất X không có phản ứng với Cu(OH)₂ trong môi trường kiềm để tạo ra kết tủa màu đỏ gạch. Xác định công thức cấu tạo của X.

Giải nhanh:

%O = 100% - 62,07% - 10,34% = 27,59%

Gọi CTĐGN của X là C_xH_yO_z.

Ta có: x:y:z  = 3:6:1

CTPT của X là: (C₃H₆O)_n mà M_x = 58

=> (12.3 + 1.6 + 16).n = 58.n = 58 => n = 1.

X là: C₃H₆O => CTCT: CH₃-CO-CH₃.

Bài 6: Cho ba chất hữu cơ A, B, C có cùng công thức phân tử là C₃H₆O. Chất A có mạch carbon và có phản ứng tráng bạc; chất B không có phản ứng tráng bạc nhưng có phản ứng iodoform; chất C làm mất màu nước bromine. Khi hydrogen hoá C rồi oxi hoá sản phẩm thì được A. Xác định công thức cấu tạo và gọi tên A, B, C theo danh pháp thay thế.

Giải nhanh: