BÀI 18: HỢP CHẤT CARBONYL

(20 câu)

1. NHẬN BIẾT (5 câu)

Câu 1. Hợp chất carbonyl là gì?

Trả lời:

Hợp chất carbonyl là hợp chất chứa nhóm carbonyl trong phân tử.

Câu 2. Cấu trúc của nhóm chức carbonyl như thế nào?

Trả lời:

Trong nhóm carbonyl, nguyên tử carbon liên kết với nguyên tử oxygen bằng 1 liên kết σ bền và 1 liên kết π kém bền. Liên kết đôi C=O và 2 liên kết đơn nằm trên 1 mặt phẳng, góc liên kết khoảng 120o. Liên kết đôi C=O phân cực về phía nguyên tử oxygen.

Câu 3. Ứng dụng của hợp chất carbonyl?

Trả lời:

Formaldehyde: ứng dụng trong công nghiệp dệt, nhựa, chất dẻo, xây dựng, mỹ phẩm, keo đán, thuốc nổ, giấy than, mực máy photocopy, ... Ngoài ra, formaldehyde được sử dụng trong nông nghiệp và thuỷ sản.

Acetaldehyde được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ. Ví dụ sản xuất acetic acid, acetic anhydride, butanol,....

Acetone là dung môi tốt trong sản xuất tơ nhân tạo, thuốc súng không khói, dùng để pha loãng nhựa polyester và được sử dụng trong các chất tấy rửa. Acetone là nguyên liệu để tổng hợp nhiều chất hữu cơ như chloroform, iodoform, methyl methacrylate,

thuốc an thần sulfonal,....

Benzaldehyde được dùng để sản xuất phẩm nhuộm và nhiều hoá chất khác nhau.

Câu 4. Danh pháp của hợp chất carbonyl?

Trả lời:

- Aldehyde:

Theo danh pháp thay thế cuả aldehyde đơn chức mạch hở:

Tên hydrocacbon tương ứng (bỏ kí tự e ở cuối) al

Đánh số các nguyên tử carbon ở mạch chính bắt đầu ở nguyên tử carbon của nhóm –CHO.

- Ketone:

Tên theo danh pháp thay thế của ketone đơn chức mạch hở:

Tên hydrocacbon tương ứng (bỏ kí tự e ở cuối) – Số chỉ vị trí nhóm carbonyl – one

Đánh số các nguyên tử carbon ở mạch chính bắt đầu từ nguyên tử carbon gần nhóm >C=O nhất. 

Câu 5. Hợp chất carbonyl có những tính chất hóa học nào?

Trả lời:

- Phản ứng khử aldehyde, ketone:

   Với chất khử là LiAlH4 hoặc NaBH4 thì: 

+ Aldehyde bị khử tạo thành alcohol bậc I.

+ Ketone bị khử tạo thành alcohol bậc II.

- Phản ứng oxi hóa aldehyde: 

+ Khi tác dụng với nước bromine, aldehyde bị oxi hóa tạo thành acid.

+ Phản ứng với thuốc thử Tollens (phản ứng tráng bạc) và Cu(OH)2/OH— là phản ứng đặc trưng của aldehyde, thường dùng để nhận biết các aldehyde.

+ Ketone không tham gia các phản ứng trên.

- Phản ứng cộng và phản ứng tạo iodeform:

+ Aldehyde, ketone có phản ứng cộng với HCN tạo thành sản phẩm cyanohydrin.

+ Các aldehyde và ketone có nhóm metyl cạnh nhóm carbonyl (CH3CO-) tham gia được phản ứng tạo iodoform.

2. THÔNG HIỂU (6 câu)

Câu 1. Trình bày về phản ứng khử aldehyde, ketone tạo thành alcohol?

Trả lời:

* Phản ứng khử aldehyde và ketone được thực hiện bằng cách sử dụng một chất khử, như natri borohydride (NaBH4) hoặc lithium aluminum hydride (LiAlH4). Trong phản ứng, chất khử cung cấp electron để khử cho nhóm chức carbonyl trong aldehyde hoặc ketone, làm giảm lượng oxy hóa và tạo ra một liên kết C-O mới giữa carbon và hydrogen để tạo ra một phân tử alcohol => Phản ứng này thường được sử dụng để tổng hợp các alcohol, và được gọi là phản ứng Oxidation-Reduction (phản ứng Oxi-khử).

* PTHH:

H-CHO + NaBH4 + H2O → CH3OH + NaBO2 + 2H2

CH3-CHO + LiAlH4 → CH3-CH2-OH

Câu 2. Trình bày về phản ứng của aldehyde với nước bromine?

Trả lời:

Aldehyde dễ bị oxi hóa bởi một số tác nhân oxi hóa tạo thành carboxylic acid tương ứng.

Aldehyde bị nước bromine oxi hóa tạo thành carboxylic acid.

Câu 3. Trình bày về phản ứng oxi hóa aldehyde?

Trả lời:

* Phản ứng oxi hóa aldehyde được thực hiện bằng cách sử dụng một chất oxi hóa như oxit đồng (CuO), dung dịch KMnO4 hay H2O2 trong môi trường kiềm. Trong phản ứng, nhóm chức carbonyl trong aldehyde bị oxi hóa thành nhóm chức axit cacboxylic, tạo ra một liên kết C=O mới giữa carbon và oxy trong axit cacboxylic.

* PTHH:

1. Phản ứng giữa formaldehyde (HCHO) và KMnO4 trong môi trường kiềm để tạo thành axetate (CH3COOH):

HCHO + KMnO4 → CH3COOH + K2CO3 + MnO2 + H2O

2. Phản ứng của acetaldehyde với thuốc thử Tollens (phản ứng trắng bạc):

2 Ag(NH3)2+ + CH3CHO + 3 H2O → 2 Ag + CH3COO- + 4 NH3 + 4 H+

Câu 4. Trình bày về phản ứng cộng hydrogen cyanide?

Trả lời:

Hydrogen cyanide (HCN), cộng vào nhóm carbonyl tạo thành sản phẩm cyanohydrin (hydroxynitrile).

Câu 5. Trình bày về thí nghiệm tạo iodoform của carbonyl?

Trả lời:

Thí nghiệm Phản ứng tạo iodoform

Dụng cụ: ống nghiệm, đèn cồn, cốc thuỷ tính.

Hoá chất: dung dịch iodine trong potasium iodide (I2/KI), dung dịch sodium hydroxide 10% (NaOH), acetaldehyde 10% (CH,CHO).

Tiến hành:

Bước 1: Cho 2 mL dung dịch NaOH 10% và 2 mL dung dịch I2/KI vào ống nghiệm có chứa 0,5 mL CH3CHO 10%.

Bước 2: Lắc nhẹ ống nghiệm, hơ nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn hoặc đặt vào cốc nước nóng, sau đó làm nguội.

Sau phản ứng, thu được kết tủa vàng nhạt của CHI3. Phương trình hoá học của phản ứng:

Phản ứng xảy ra tương tự đối với acetone:

Câu 6. Trình bày một số phương pháp điều chế hợp chất carbonyl?

Trả lời

-  acetaldehyde

Từ ethane (ethylene):

-  acetone

Từ cumene (isopropylbenzene):

3. VẬN DỤNG (7 câu)

Câu 1. Hãy viết 3 phương trình hóa học giữa aldehyde và các hợp chất khác? 

Trả lời:

1. Phản ứng tráng gương với dung dịch Tollen: Aldehyde tác dụng với dung dịch Tollen để tạo ra một lớp bạc trên mặt gương, chứng tỏ tính khử của aldehyde.

PTHH: 2 Ag(NH3)2+ + RCHO + 3 H2O → 2 Ag + RCOOH + 4 NH3 + 2 H+

2. Phản ứng tráng gương với dung dịch Fehling: Aldehyde tác dụng với dung dịch Fehling để tạo ra một kết tủa đỏ bẩn của đồng(I) oxid, chứng tỏ tính khử của aldehyde.

PTHH: RCHO + 2 Cu2+ + 5 OH- → RCOO- + Cu2O + 3 H2O

3. Phản ứng xúc tác với NaBH4: Aldehyde tác dụng với natri borohydrid để tạo ra cồn thứ cấp (secondary alcohol).

PTHH: RCHO + NaBH4 → RCH(OH)BH3 → RCH(OH)R'

Câu 2.  Viết sơ đồ phản ứng của các hợp chất carbonyl có công thức phân tử là C4H8O với LiAlH4.

Trả lời:

CH3–CH2–CH2–CHO  CH3–CH2–CH2–CH2–OH

CH3–CH(CH3)CHO  CH3–CH(CH3)–CH2–OH

CH3–CH2–CO–CH3  CH3–CH2–CHOH–CH3

Câu 3. Viết các đồng phân aldehyde và ketone của C4H8O. Gọi tên các đồng phân?

Trả lời:

- Aldehyde: 

CH3CH2CH2CHO (butanal); 

CH3CH(CH3)CHO(2-metyl propan)

-Ketone: 

CH3COCH2CH3 (etyl metyl xeton)

Câu 4. Viết CTCT các andehit có tên gọi sau:

(1) Aldehyde acrylic; (4) 2, 2-dimethylbutanal;

(2) Aldehyde propionic; (5) 3, 4-dimethylpentanal; 

(3) 2-mehtylbutanal; (6) Aldehyde oxalic.

Trả lời:

(1) CH2=CH-CHO; (2) CH3-CH2-CHO; (3) CH3CH2CH(CH3)-CHO; 

(4) CH3CH2C(CH3)2-CHO; (5) CH3CH(CH3)CH(CH3)CH2-CHO; (6) (CHO)2

Câu 5. Viết phương trình hóa học (nếu có) của phản ứng giữa pronal và propanone với:

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

Trả lời:

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

CH3-CO-CH3 + 2[Ag(NH3)2]OH  không phản ứng.

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

CH3-CO-CH3 + NaOH không phản ứng.

Câu 6. 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 7. 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 CxHyOz.

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 2nX < nAg = 0,26 mol < 4nAg
⇒ 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
⇒ %mX= %mHCHO = 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
⇒ nAg tạo ra = 2nCHO = 4 × 0,05 = 0,2 mol < nAg đề cho ⇒ Loại
⇒ TH1 thỏa mãn : %mX = %mHCHO = 21,84%