Hóa học 11 CTST Bài 1: Khái niệm về cân bằng hoá học

1.1. Khái niệm, đặc điểm liên kết

a. Khái niệm, đặc điểm cấu tạo hợp chất carbonyl

Hình 18.1. Cấu trúc phân tử của một số hợp chất carbonyl

 

- Hợp chất carbonyl là các hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm C=O (nhóm carbonyl). Aldehyde, ketone thuộc loại hợp chất carbonyl.

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

+ Ketone là hợp chất hữu cơ có nhóm carbonyl liên kết với 2 gốc hydrocarbon.

Hình 18.2. Cấu trúc của nhóm chức carbonyl

 

- Aldehyde, ketone đơn chức trong phân tử chỉ chứa 1 nhóm carbonyl. Các gốc hydrocarbon có thể no, không no, thơm.

Ví dụ:

- Methanal (HCHO), ethanal (CH₃CHO), propanal (C₂H₅CHO), ... là những chất đầu tiên trong dãy đồng đẳng của aldehyde no, đơn chức, mạch hở; chúng có công thức chung là C_nH_2nO (n ≥ 1).

- Acrolein (CH₂=CHCHO) là aldehyde không no; benzaldehyde (C₆H₅CHO) là aldehyde thơm.

- Acetone (CH₃COCH₃), ethyl methyl ketone (CH₃CH₂COCH₃) là những ketone no.

- Aldehyde, ketone đa chức trong phân tử có 2 hay nhiều nhóm carbonyl.

Ví dụ: ethanedial (O=CH-CH=O) là aldehyde đa chức.

1.2. Danh pháp

Bảng 18.1. Công thức cấu tạo và tên của một số aldehyde, ketone

 

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

 

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

 

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

 

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

1.3. Tính chất vật lí

– 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.

– 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 thì độ tan của hợp chất carbonyl giảm dần.

1.4. Tính chất hoá học

Nhóm C=O quyết định tính chất hoá học đặc trưng của aldehyde, ketone.

 

a. Phản ứng khử

– Các hợp chất carbonyl bị khử bởi các tác nhân khử như NaBH₄, LiAlH₄,... (kí hiệu: [H]) tạo thành các alcohol tương ứng: aldehyde bị khử tạo thành alcohol bậc I, ketone bị khử tạo thành alcohol bậc II.

Ví dụ:

 

b. Phản ứng oxi hoá aldehyde

– Aldehyde dễ bị oxi hoá bởi các tác nhân oxi hoá thông thường như: Br₂/H₂O, [Ag(NH₃)₂OH], Cu(OH)₂/OH^–....

Oxi hoá aldehyde bởi nước bromine

– Aldehyde bị oxi hoá bởi nước bromine tạo thành carboxylic acid.

Ví dụ: CH₃CHO + Br₂ + H₂O → CH₃COOH + 2HBr

Oxi hoá aldehyde bởi thuốc thử Tollens

– Thuốc thử Tollens là phức chất của ion Ag⁺ với ammonia, có công thức [Ag(NH₃)₂]OH. Ion Ag⁺ trong thuốc thử Tollens đóng vai trò là chất oxi hoá:

Ví dụ: 

RCHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) RCOONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O

CH₃CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) CH₃COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O

– Phản ứng tạo thành lớp bạc sáng bóng bám vào bình phản ứng, vì vậy phản ứng này còn được gọi là phản ứng tráng bạc.

Ketone không bị oxi hoá bởi thuốc thử Tollens, vì vậy có thể dùng thuốc thử Tollens để phân biệt aldehyde với ketone và các hợp chất khác.

 

Oxi hoá aldehyde bằng copper(II) hydroxide

– Aldehyde có thể bị oxi hoá bởi copper(II) hydroxide Cu(OH)₂ trong môi trường kiềm khi đun nóng tạo thành kết tủa copper(I) oxide (Cu₂O) màu đỏ gạch

RCHO + 2Cu(OH)₂ + NaOH \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) RCOONa + Cu₂O +3H₂O

c. Phản ứng cộng

Hợp chất carbonyl có thể tham gia phản ứng cộng với HCN vào liên kết đôi C=O.

 

Ví dụ: 

 

d. Phản ứng tạo iodoform

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

Hình 18.3. Phản ứng tạo iodoform

 

Ví dụ:

Hình 23.7. Phản ứng iodoform

 

Phản ứng tạo sản phẩm kết tủa iodoform nên phản ứng này được gọi là phản ứng iodoform và được dùng để nhận biết các aldehyde, ketone có nhóm methyl cạnh nhóm carbonyl.

 

1.5. Ứng dụng và điều chế

a. Ứng dụng

 

b. Điều chế

Một số hợp chất carbonyl được tổng hợp trong công nghiệp bằng phương pháp oxi hoá các hydrocarbon, oxi hoá ethylene thành acetaldehyde, oxi hoá cumene thành acetone (quy trình cumene, xem Bài 21. Phenol).

Ví dụ: