CHƯƠNG 6. HỢP CHẤT CARBONYL – CARBOXYLIC ACID

BÀI 23: HỢP CHẤT CARBONYL

(19 câu)

1. NHẬN BIẾT (6 câu)

Câu 1: Cho biết khái niệm hợp chất carbonyl?

Trả lời:

Hợp chất carbonyl là các hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm chức carbonyl. Nhóm chức carbonyl có trong aldehyde, ketone,…

Aldehyde là hợp chất hữu cơ có nhóm –CHO liên kết với nguyên tử carbon (trong gốc hydrocarbon hoặc –CHO) hoặc nguyên tử hydrogen.

Ketone là hợp chất hữu cơ có nhóm C=O liên kết với hai gốc hydrocarbon.

Câu 2: Trình bày danh pháp của hợp chất hydrocarbon?

Trả lời:

1. a) Danh pháp thay thế

Tên gọi theo danh pháp thay thế của aldehyde đơn chức và ketone đơn chức:

+ Tên aldehyde: Tên hydrocarbon (bỏ e ở cuối) al

+ Tên ketone: Tên hydrocarbon (bỏ e ở cuối)- vị trí nhóm C=O-one

1. b) Tên thông thường

Một số aldehyde, ketone đơn giản được gọi theo tên thông thường có nguồn gốc lịch sử. Tên thông thường của các aldehyde có nguồn gốc từ tên của acid tương ứng.

Câu 3: Tính chất vật lý của hợp chất hydrocarbon?

Trả lời:

Các aldehyde, ketone có nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon có khối lượng phân

tử tương đương do trong phân tử chứa nhóm carbonyl phân cực làm cho phân tử

aÍdehyda, ketone phân cực nên có nhiệt độ sôi cao hơn.

Ở nhiệt độ thường, các aldehyde có phân tử khối nhỏ (methanal, ethanal) ở trạng thái

khí, các hợp chất carbonyl thông dụng khác ở trạng thái lỏng.

Các aldehyde, ketone có mạch carbon ngắn tan tốt trong nước. Khi số nguyên tử

carbon tăng thi độ tan của hợp chất carbonvl giảm dần.

Câu 4: Trình bày đặc điểm cấu tạo của hợp chất carbonyl?

Trả lời:

Liên kết đôi C=O phân cực về phía nguyên tử oxygen.

Câu 5: Hợp chất carbonyl có tham gia những loại phản ứng hóa học nào?

Trả lời:

- Phản ứng khử.

- Phản ứng oxi hóa aldehyde.

- Phản ứng cộng.

- Phản ứng tạo iodoform

Câu 6: Trình bày một số ứng dụng của aldehyde và ketone?

Trả lời:

2. THÔNG HIỂU (6 câu)

Câu 1: Viết các công thức cấu tạo và gọi tên theo danh pháp thay thế của hợp chất carbonyl có công thức phân tử C₄H₈O.

Trả lời:

Aldehyde C₄H₈O

Ketone C₄H₈O

Câu 2. Cho biết các hợp chất dưới đây có khối lượng phân tử gần tương đương nhau và có nhiệt độ sôi như sau:

So sánh nhiệt độ sôi của hợp chất carbonyl với alkane và alcohol có khối lượng phần tử tương đương. Dựa vào khả năng tạo liên kết hydrogen và sự phân cực của phân tử để giải thích.

Trả lời:

Nhiệt độ sôi của hợp chất alkane < carbonyl < alcohol có khối lượng phân tử tương đương.

• Alcohol có nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon, dẫn xuất halogen carbonyl có phân tử khối tương đương và dễ tan trong nước do các phân tử alcohol có thể tạo liên kết hydrogen với nhau và với nước.
• Các aldehyde, ketone có nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon có khối lượng phân tử tương đương do trong phân tử chứa nhóm carbonyl phân cực làm cho phân tử aldehyde, ketone phân cực nên có nhiệt độ sôi cao hơn.

Câu 3: Khử các hợp chất carbonyl sau bởi NaBH₄, hãy viết công thức cấu tạo của các sản phẩm:

1. a) propanal;
2. b) 2-methylbutanal;
3. c) butanone;
4. d) 3-methylbutan-2-one.

Trả lời:

1. a) CH₃-CH₂-CHO + 2[H] → CH₃-CH₂-CH₂OH
2. b) CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CHO + 2[H] → CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂OH
3. c) CH₃-CO-CH₂-CH₃+ 2[H] → CH₃-CH(OH)-CH₂-CH₃
4. d) CH₃-CO-CH(CH₃)-CH₃+ 2[H] → CH₃-CH(OH)-CH(CH₃)-CH₃

Câu 4: Phản ứng của aldehyde với thuốc thử Tollens

Chuẩn bị: dung dịch CH₃CHO 5%, dung dịch AgNO₃ 1%, dung dịch NH₃ 5%, cốc nước nóng, ống nghiệm.

Tiến hành:

- Cho khoảng 1 mL dung dịch AgNO₃ 1% vào ống nghiệm.

- Thêm từ từ dung dịch NH₃ 5% vào ống nghiệm và lắc đều đến khi kết tủa tan hoàn toàn.

- Nhỏ vài giọt dung dịch CH₃CHO 5% vào ống nghiệm, lắc đều.

- Đặt ống nghiệm vào cốc chứa nước nóng (khoảng 70 – 80 °C), để yên khoảng 5 phút.

Giải thích hiện tượng quan sát được và viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

Trả lời:

Thêm từ từ dung dịch NH₃ 5% vào ống nghiệm chứa 1 mL dung dịch AgNO₃ 1%.

Có kết tủa xám xuất hiện

PTHH: AgNO₃  +  NH₃ +  H₂O → AgOH + NH₄NO₃

Sau đó kết tủa tan dần, tạo dung dịch trong suốt

PTHH: AgOH +  2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]OH

Nhỏ vài giọt dung dịch CH₃CHO 5% vào ống nghiệm, lắc đều. Đặt ống nghiệm vào cốc chứa nước nóng (khoảng 70 – 80 °C), để yên khoảng 5 phút.

Hiện tượng là tạo kết tủa màu trắng xám của kim loại bạc, bám vào thành ống nghiệm, có thể soi gương được.

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

Câu 5: Phản ứng oxi hoá aldehyde bằng copper(II) hydroxide

Thí nghiệm oxi hoá CH₃CHO bằng Cu(OH)₂ được tiến hành như sau:

- Cho khoảng 0,5 mL dung dịch CuSO₄ 5% và khoảng 1 mL dung dịch NaOH 10% vào ống nghiệm, lắc đều hỗn hợp.

- Thêm khoảng 1 mL CH₃CHO 5% vào ống nghiệm, lắc đều ống nghiệm.

- Đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn. Hỗn hợp phản ứng chuyển dần từ màu xanh lam sang màu đỏ gạch.

Trả lời câu hỏi và thực hiện yêu cầu sau:

1. Khi cho dung dịch CuSO₄vào dung dịch NaOH, hỗn hợp tạo kết tủa màu xanh lam, kết tủa đó là chất gì?
2. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm trên.

Trả lời:

1. Khi cho dung dịch CuSO₄vào dung dịch NaOH, hỗn hợp tạo kết tủa màu xanh lam, kết tủa đó là Cu(OH)₂(copper(II) hydroxide).
2. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm trên.

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

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

Câu 6: Phản ứng tạo iodoform từ acetone

Phản ứng tạo iodoform từ acetone được tiến hành như sau:

- Cho khoảng 2 mL dung dịch I₂ bão hoà trong KI vào ống nghiệm.

- Thêm khoảng 2 mL dung dịch NaOH 2 M.

- Thêm tiếp khoảng 0,5 ml acetone vào hỗn hợp trên và lắc đều ống nghiệm, quan sát thấy xuất hiện kết tủa màu vàng.

Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

Trả lời:

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

3. VẬN DỤNG (5 câu)

Câu 1: Viết phương trình hoá học của phản ứng giữa HCHO với các tác nhân sau:

1. a) Thuốc thử Tollens;
2. b) Cu(OH)₂/NaOH.

Trả lời:

1. a) HCHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH → (NH₄)₂CO₃+ 4Ag + 2H₂O + 6NH₃
2. b) HCHO + 4Cu(OH)₂+ 2NaOH → 2Cu₂O + Na₂CO₃+ 6H₂O

Câu 2:  Hoàn thành các phản ứng sau:

1. a) HCHO + HCN →
2. b) CH₃COCH(CH₃)₂+ I₂+ NaOH →

Trả lời:

1. a) HCHO + HCN → HCH(OH)-CN
2. b) CH3COCH(CH3)2 + 3I2 + 4NaOH → (CH3)2CHCOONa + CHI₃+ 3NaI + 3H₂O

Câu 3: Trong các hợp chất sau, hợp chất nào tham gia phản ứng iodoform?

1. a) methanal;
2. b) ethanal;
3. c) butanone;
4. d) pentan-3-one.

Trả lời:

1. c) butanone.

Các hợp chất aldehyde, ketone có nhóm methyl cạnh nhóm carbonyl có thể phản ứng với I₂ trong môi trường kiềm.

Câu 4: Cho ba chất hữu cơ A, B, C có cùng công thức phân tử là C₃H₆O. Chất A có phản ứng tráng bạc; chất B không có phản ứng tráng bạc nhưng có phản ứng tạo 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.

Trả lời:

Chất A có phản ứng tráng bạc => A có là aldehyde.

Chất B không có phản ứng tráng bạc nhưng có phản ứng tạo iodoform => B có nhóm methyl ketone.

Chất C làm mất màu nước bromine, hydrogen hoá C rồi oxi hoá sản phẩm thì được A => C có liên kết đôi và là alcohol bậc 1.

Câu 5: Biết 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.

Trả lời:

Công thức có thể có của A là: 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

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

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

4. VẬN DỤNG CAO (2 câu)

Câu 1. 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 (về khối lượng). Trên phổ MS của X, người ta thấy có peak ion phân tử [M⁺] với giá trị m/z bằng 58. Trên phổ IR của X có một tín hiệu đặc trưng trong vùng 1 670 – 1 740 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.

Trả lời:

Phần trăm khối lượng O là: 

100% - 62,07% - 10,34% = 27,59%

Gọi công thức đơn giản nhất của X là C_xH_yO_z.

Ta có: x:y:z =   = 3:6:1

Công thức đơn giản nhất của X là: C₃H₆O

Phân tử khối của X là 58 vì giá trị m/z của peak [M+] bằng 58.

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

Công thức phân tử của X là: C₃H₆O.

Trên phổ IR của X có một tín hiệu đặc trưng trong vùng 1 670 – 1 740 cm−1 => X có liên kết C=O trong phân tử.

X không có phản ứng với Cu(OH)₂ trong môi trường kiềm để tạo ra kết tủa màu đỏ gạch => X không thể là aldehyde, X là ketone.

Vậy công thức cấu tạo của X là CH₃-CO-CH₃.

Câu 2. Hai chất hữu cơ X và Y, thành phần nguyên tố đều gồm C, H, O, có cùng số nguyên tử cacbon (MX<MY). Khi đốt cháy hoàn toàn mỗi chất trong oxi dư đều thu được số mol H2O bằng số mol CO2. Cho 0,1 mol hỗn hợp gồm X và Y phản ứng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3, thu được 28,08 gam Ag. Thành phần phần trăm khối lượng của X trong hỗn hợp ban đầu là?

Trả lời:

Do đốt cháy hoàn toàn X và Y thu được nCO₂=nH₂O
Cho 0,1 mol hỗn hợp gồm X và Y phản ứng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO₃ trong NH₃ , thu được Ag mà 2n_X < n_Ag = 0,26 mol < 4n_Ag
⇒ Xét 2TH
+ TH1: hỗn hợp có x mol HCHO(X) và y mol HCOOH(Y)
⇒ x + y = 0,1 mol; 4x + 2y = 0,26 mol
⇒ x = 0,03; y = 0,07 mol
⇒ %m_X= %m_HCHO = 21,84%
+ TH2: hỗn hợp có 1 chất có 2 nhóm -CHO và 1 chất không có liên kết π với số mol bằng nhau là 0,05 mol
⇒ n_{Ag tạo ra} = 2n_CHO = 4 × 0,05 = 0,2 mol < n_Ag đề cho ⇒ Loại
⇒ TH1 thỏa mãn : %m_X = %m_HCHO =21,84%