Người hướng dẫn: TS Hoàng Kim Vân Người thực hiện: Nhóm 1 Lớp: MT3Đ13 Khoa: Môi trường Nhóm 1: MT3Đ13 1. Đào thế anh 10. Nguyễn việt anh 11. Trần thị giang 3.
Nguyễn thành công 12. Nguyên hùng cường 13. Đinh trọng hiếu 5. Nguyễn ngọc hiếu 6.
Đinh công chính 7. Nguyễn thị dung Nội Dung Thảo Luận 1. Anđehit và axeton (hợp chất cacbonyl) 2. Axit cacboxylic và dẫn xuất 3.
Anđehit và xeton .1 Định nghĩa và cấu trúc : a) Định nghĩa * Anđehit: là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm CH=O liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon hoặc nguyên tử hiđro. Nhóm −CH=O là nhóm chức của anđehit, nó đựoc gọi là nhóm cacbanđehit. Thí dụ: HCH=O (fomanđehit), CH3CH=O (axetanđehit),. * Xeton: là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm >C=O liên kết trực tiếp với hai nguyên tử cacbon.
Thí dụ: b) Cấu trúc của nhóm cacbonyl * Nhóm >C=O được gọi là nhóm cacbonyl. Nguyên tử C mang liên kết đôi ở trạng thái lai hoá sp2. Liên kết đôi C=O gồm một liên kết α và một liên kết π kém bền. Góc giữa các liên kết ở nhóm >C=O giống với góc giữa các liên kết >C=C< tức là ≈1200.
Trong khi liên kết C=Chầu như không phân cực, thì liên kết >C=O bị phân cực mạnh: Nguyên tử O mang một phần điện tích âm δ−, nguyên tử C mang một điện tích dương δ+. Chính vì vậy các phản ứng của nhóm >C=O có những điểm giống và những điểm khác biệt so với nhóm >C=C<. Phân loại Dựa theo cấu tạo của gốc hiđrocacbon, người ta phân chia anđehit và xeton thành ba loại: no, không no và thơm. Thí dụ: CH3−CH=O thuộc loại anđehit no, CH2=CH−CH=O thuộc loại anđehit không no, C6H5CH=O thuộc loại anđehit thơm, CH3−CO−CH3 thuộc loại xeton no, CH3−CO−C6H5 thuộc loại xeton thơm,.
Danh pháp • * Anđehit: theo IUPAC, tên thay thế của anđehit gồm tên của hiđrocacbon theo mạch chính ghép với đuôi al, mạch chính chứa nhóm −CH=O, đánh số 1 từ nhóm đó. Một số anđehit đơn giản hay được gọi theo tên thông thường có nguồn gốc lịch sử. Thí dụ: * Xeton: Theo IUPAC, tên thay thế của xeton gồm tên của hiđrocacbon tuơng ứng ghép với đuôi on, mạch chính chứa nhóm >C=O. đánh số 1 từ đầu đến gần nhóm đó.
Tên gốc - chức của xeton gồm tên hai gốc hiđrocacbon đính với nhóm >C=O và từ xeton. Thí dụ: CH3-C-OH CH3-C-CH2-CH3 CH3-C-CH=CH2 O O O Tên thay thê propan-2-on buan-2-on but-3-en-2-on Tên gôc chuc etyl metyl xeton metyl vinyl xeton dimetyl xeton * Anđehit thơm đầu dãy, C6H5CH=O được gọi là benzanđehit (anđehit benzoic). * Xeton thơm đầu dãy C6H5COCH3 được gọi là axetonphenon (metyl phenyl xeton). Tính chất vật lí • Fomanđehit (ts:−190C) và axetanđehit (ts:210C) là những chất khí không màu, mùi xốc, tan rất tốt trong nước và trong các dung môi hữu cơ.
• Axeton là chất lỏng dễ bay hơi (ts:57%), tan vô hạn trong nước và hoà tan được nhiều chất hữu cơ khác. So với hiđrocacbon có cùng số nguyên tử C trong phân tử, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của anđehit và xeton cao hơn. Nhưng so với ancol có cùng số nguyên tử C thì lại thấp hơn. Mỗi anđehit hoặc xeton thường có mùi riêng biệt, chẳng hạn xitral có mùi sả, axeton có mùi thơm nhẹ, menton có mùi bạc hà, anđehit xinamic có mùi quế,.
5: Tính chất hóa học 5.1 Đặc điểm của nhóm cacbonyl Trong các phân tử anđehit và xeton, nguyên tử của nhóm cacbonyl ở trạng thái lai hóa sp2+ với các góc hóa trị 120o.Hai nguyên oxi nối nhau bằng 1 liên kết tử cacbon và 1,22A và 1 liênHkết C O H 120 Liên kết C=O luôn luôn phân cực về phía oxi vì oxi có độ âm điện lớn hơn cacbon.Sự phân cức đó biểu hiên ở giá trị momen lưỡng cực khá lớn của nhóm C=O (~2,7D) H + - C O H Những phản ứng của hợp chất cacbonyl rất phong phú và gồm ba loại chính: phản ứng cộng ở nhóm cacbonyl, phản ứng thế ở gốc hidrocacbon và phản ứng oxh- khử.2 Phản ứng cộng nucleophin Hợp chất cacbonyl có thể phản ứng với nhiều tác nhân nucleophin khác nhau tạo thành sản phẩm cộng theo sơ đồ tổng quát sau R OH R C O + H Y C R Hoac X Y R' Y trong đó HY là H-OH,H-OC2H5,H-CN,HSO3Na.còn XY thường là các hợp chất cơ kim như CH3MgBr,. ví dụ C6H5 OH C6H5 xuc tac bazo C O + HCN O H H CN Phản ứng gồm hai giai đoạn: giai đoạn cộng phần mang điện âm của tác nhân vào nguyên tử, cacbon mang điện dương của nhóm cacbonyl (chậm) và giai đoạn proton hóa sản phẩm trung gian R O- R OH R châm +H+ C O + H Y C C -H+ nhanh R Y R Y R' Vì giai đoạn chậm quyết định tốc độ của toàn bộ phản ứng cộng là sự tấn công cuẩ tác nhân nucleophin cho nên ta gọi là phản ứng cộng nucleophin, kí hiệu AN Khả năng phản ứng phụ thuộc vào điện tích dương ở nguyên tử cacbon của nhóm cacbonyl.vì thế gốc nối với nhóm cacbonyl có hiệu ứng -I làm tăng khả năng phản ứng,gốc có hiệu ứng +I làm giảm khả năng phản ứng của xeton nói chung kém hoạt động hơn so với các anđehit: ClCH2CHO > HCHO > CH3CHO > CH3COCH3 Anđehit và metylxeton tác dụng với natri hiđrosunfit tạo thành sản phẩm cộng ở trạng thái tinh thể gọi là hợp chất cộng hiddrosunfit. Ví dụ: OH C6H5CH=O + HS03Na C6H5CH S03Na CH3 OH C=O + HSO3Na (CH3)2C CH3 SO3Na Hợp chất cộng hiddrosooosunfit dễ bị d2 axit phaan tích thành hợp chất cacbonyl ban đầu và SO2.Vì vậy phản ứng cộng hidrosunfit được dùng để tách các andehit(xeton) ra khỏi dung h2 với các chất khác không tham gia phản ứng cộng này.3 Phản ứng thế oxi của nhóm cacbonyl (p/ư cộng có kèm theo tách Các dẫn xuất một lần thế của amoniac R''-NH2 tác dụng tương đối dễ dàng với anđehit tạo ra sản phẩm ngưng tụ có chứa nhóm azometin -CH=N- R R C=O + H2N R'' C=N R'' -H2O R R Thực chất đây là p/ứ cộng nucleophin vào nhóm cacbonyl,tạo ra sản phẩm trung gian rất không bền và bị tách nước ngay thành sản phẩm ngưng tụ hay là sản phẩm thế nguyên tử oxi của nhóm cacbonyl CO + H2N CH=N + H2 O Benzandehit Anilin Benzananilin Trong nhiều trường hợp,azometin là những chất kết tinh và được dùng để phân lập, tinh chế và nhận biết các anđehit Anđehit và xeton phản ứng với phenylhidrazin tạo thành các phenylhidrazon CH3CH3CH=O + H2N-NH-C6H5 CH3CH2CH=N-NH-C6H5 + H20 Andehit propionic Phenylhidrazin Phenylhidrazon cua proanandehit CH3 CH3 C=O + H2N-NH-C6H5 C=N-NH-C6H5 + H2O CH3 CH3 Axeton Phenylhidrazin Phenylhidrazon cua axeton 5.4 Phản ứng cộng • a) Phản ứng cộng hiđro (phản ứng khử) Khi có xúc tác Ni đun nóng, anđehit cộng với hiđro tạo ra ancol bậc I, xeton cộng với hiđro tạo thành ancol bậc II. Ni,t0 CH3OH=O + H2 CH3CH2-OH CH3-CO-CH3 + H2 CH3-CH-CH3 OH b) Phản ứng cộng nước, cộng hiđro xianua • * Liên kết đôi C=O ở fomanđehit có phản ứng cộng nước nhưng sản phẩm tạo ra có hai nhóm OH cùng dính vào một nguyên tử C nên không bền, không tách ra khỏi dung dịch được.
* Hiđro xianua cộng vào nhóm cacbonyl tạo thành sản phẩm bền gọi là xianohiđrin. Phản ứng cộng hiđro xianua vào nhóm cacbonyl xảy ra qua hai giai đoạn, anion N≡C− phản ứng ở giai đoạn đầu, ion H+ phản ứng ở giai đoạn sau. OH H2C=O + HOH H2 C OH CN CH3-C-CH3 + H-CN CH3-C-CH3 OH O CH3CH=O + N C- CH3CH-O- C N CH3CH-OH CH3CH-O- + H+ C N C N 5.5 Phản ứng Oxi Hóa • Anđehit và Axeton xử sự rất khác nhau đối với các chất OXH • Anđehit có thể dễ dàng bị oxh bởi các chất oxh như kali bicromat, kali pemanganat, hoặc các chất oxh yếu như thuốc thử Tolen, thuốc thử Felinh. • Sơ đồ chung của các phản ứng oxh là như sau: R OH C=O R-C H O Các phản ứng oxh bằng phức Ag+ hoặc Cu2+ là những phản ứng đặc trưng thường được dùng để nhận biết nhóm chức anđehit + R-CH=O + 2[Ag(NH3)2] OH - R-C-ONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O 0 guong bac R-CH=O + 2Cu(OH)2 R-C-OH + Cu2O + H20 xanh do gach O Phản ứng oxh bằng phức bạc-amoniac còn được dùng để tráng gương ,tráng phích nước.
Anđehit nói chung rất dễ tham gia phản ứng tự oxh khi tiếp xúc với không khí, để chuyển thành axit.Khác với anđehit,xeton chỉ bị oxh khi đun nóng với các chất oxh mạnh và phân tử bị đứt ra ở hai bên nhóm cacbonyl tạo thành hỗn hợp các axit cacboxylic 5.6 Phản ứng thế ở gốc hidrocacbon a) Phản ứng với sự tham gia của nguyên tử hidro ở vị trị α, Ví dụ: NaOH CH3CH=O + 3I2 CI3-CH=O CHI3 + HCOONa Axetandehit Iodofom • Phản ứng này được dùng để tổng hợp các halofom và xác định sự có mặt của các nhóm CH3CO- và CH3CHOH- trong các phân tử hữu cơ Nguyên tử Hα của xeton cũng dễ bị clo hóa và brom hóa: CH3-CH2-CH3 + Br2 CH3-C-CH2Br O O b) Phản ứng thế ở vòng thơm Nhóm cacbonyl là nhóm phản hoạt hóa và định hướng meta trong phản ứng thế electrophin vào vòng thơm CH=O CH=O SO3H 6: Phương pháp điều chế 1. Đehidro hóa hoặc oxh ancol bậc 1 cho anđehit và ancol bậc 2 xeton Ag 2CH3-OH + O2 2HCH=O + 2H2O 0 600 c 2. Nhiệt phân muối của axit cacboxylic(piria, 1856) 300O (R-COO)2Ca RCOR + CaCO3 Ví dụ: Nhiệt phân canxi axetat sinh ra axeton.Phương pháp này cũng có thể được dùng để điều chế những xeton không đối xứng hoặc điều chế những anđehit (RCOO)2Ca + (R'COO)2Ca 2R-CO-R' + 2CaCO3 • sản phẩm phụ là RCOR và R'COR'. (RCOO) 2Ca • sản phẩm + (HCOO)2Ca phụ là R-CO-R 2R-CHO + 2CaCO3 • Trong công nghiệp người ta cho hơi của các axit cacboxylic đi qua chất xúc tác (MnO,TiO2.) ở 3000c,và tùy theo cấu trúc của các axit mà ta nhận được anđehit hoặc xeton 3: Đi từ hidrocacbon • a) • Các anđehit và xeton thông dụng thường được sản xuất từ hiđrocacbon là sản phẩm của quá trình chế biến dầu mỏ.
* Oxi hóa không hoàn toàn metan là phương pháp mới sản xuất fomanđehit: xt,to CH4 + O2 HCH=O + H20 b) Hidrat hóa anlin tạo ra axetanđehit (từ axetilen) và xeton (từ đồng đẳng của axetilen) H2SO4 , Hg2+ , CH CH4 + H20 CH3CHO 4. Phương pháp tổng hợp anđehit và xeton thơm • a) Fomyl hóa aren( phương pháp Gattecman- Koc) • Cho khí CO và HCl tác dụng aren, có mặt chất xúc tác AlCl3 ta được anđehit thơm: H AlCl3 CO + HCL C=O Cl CH=O AlCl3 H-C-Cl + HCl + O • b) Axyl hóa aren theo Friden-Crap cho xeton COCH3 AlCl3 H-C-Cl + HCl + O 7. Giới thiệu các chất tiêu biểu • Fomanđehit,HCHO được tạo thành với lượng rất nhỏ khi đốt cháy không hoàn toàn hợp chất hữu cơ như gỗ, đường. • Trong công nghiệp ,fomanđehit được điều chế từ metanol hoặc từ metan.