Bài 44: Anđehit

Nội dung bài học trình bày các khái niệm, định nghĩa về Anđehit - Xeton cũng như các tính chất vật lí, hóa học, ứng dụng thực tiễn của nó.

Tóm tắt lý thuyết

1.1. ANĐEHIT

1.1.1. Định nghĩa, Phân loại, Danh pháp

a. Định nghĩa

Là hợp chất hữu cơ phân tử có chứa nhóm –CH=O liên kết trực tiếp với gốc hidrocacbon hay nguyên tử H
Nhóm-CHO là nhóm chức của andehit, được gọi là nhóm cacbandehit.
Ví dụ: HCH=O,CH₃CH=O

b. Phân loại

Dựa vào đặc điểm cấu tạo của gốc Hidrocacbon và số nhóm chức -CH=O chia thành:

Anđehit no, mạch hở, đơn chức như HCHO; CH₃CHO,...Có công thức tổng quát: C_nH_2n+1CHO (x $\geq$ 0) hay C_nH_2nO (n $\geq$ 1)
Anđehit không no
Anđehit thơm

c. Danh pháp

Cách gọi tên Anđehit bằng tên thay thế:

Bước 1: Chọn mạch C dài nhất chứa nhóm -CHO làm mạch chính.
Bước 2: Đánh số từ Cacbon ở nhóm chức -CHO
Bước 3: Hidrocacbon tương ứng + al

Ví dụ: 3-metylbutanal

tên thay thế của một số Anđehit

1.1.2. Đặc điểm cấu tạo. Tính chất vật lí.

a. Đặc điểm cấu tạo

nhóm chức anđehit

Liên kết C=O gồm 1 liên kết xích ma( $σ$ ) bền và 1 liên kết pi ( $π$ ) kém bền hơn ⇒ Có tính chất giống anken (tham gia phản ứng cộng, phản ứng oxi hóa)

b. Tính chất vật lí

HCHO, CH₃CHO là chất khí, tan tốt trong nước, có nhiệt độ sôi thấp.
Các anđehit tiếp theo là chất lỏng hoặc chất rắn, độ tan trong nước giảm dần theo chiều tăng của phân tử khối.
Dung dịch nước của anđehit fomic được gọi là fomon. Dung dịch HCHO (37-40%) được gọi là fomalin.
Do anđehit không có liên kết H nên nhiệt độ sôi thấp hơn ancol tương ứng.

1.1.3. Tính chất hóa học

a. Phản ứng cộng Hidro

CH₃–CH=O + H₂ điều kiện để cộng hết H2 vào liên kết pi CH₃ – CH₂ – OH

(anđehit axetic) (ancol etylic)

b. Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn.

Các em tiến hành quan sát thí nghiệm tráng bạc của anđehit fomic sau:

Hiện tượng: Có kết tủa trắng. Khi ngâm dung dịch trong cốc nước nóng một thời gian thì thấy trên thành ống nghiệm có bám một lớp kim loại trắng sáng, có thể soi gương được.
Giải thích: HCHO + 2AgNO₃ + H₂O + 3NH₃ → HCOONH₄ + 2NH₄NO₃ + 2Ag $↓$
Nhận xét: Anđehit vừa thể hiện tính oxi hóa vừa thể hiện tính khử.
- Khi bị khử, anđehit chuyển thành ancol bậc I tương ứng.
- Khi bị oxi hóa, anđehit chuyển thành axit cacboxylic (hoặc muối của axit cacboxylic) tương ứng.

1.1.4. Điều chế

a. Từ ancol

R – CH₂OH + CuO $\overset{t^{0}}{\to}$ R – CHO + Cu + H₂O

Ví dụ: CH₃–CH₂OH + CuO $\overset{t^{0}}{\to}$ CH₃CHO + Cu + H₂O

b. Từ Hidrocacbon

Từ Metan: CH₄ + O₂ $\overset{x t, t^{0}}{\to}$ H-CH=O + H₂O

(Fomanđehit)

Từ Etilen: 2CH₂ = CH₂ + O₂ $\overset{x t, t^{0}}{\to}$ 2 CH₃ – CH=O

(Axetanđehit)

1.1.5. Ứng dụng

Là nguyên liệu sản xuất nhựa phenol - formanđehit, nhựa urê - formanđehit
Nước của formanđehit (fomon) dùng để tẩy uế, làm chất sát trùng...
Anđehit axetic dùng sản xuất axit axetic làm nguyên liệu cho nhiều ngành sản xuất

1.2. XETON

1.2.1. Định nghĩa

Là hợp chất hữu cơ có chứa nhóm >C=O liên kết trực tiếp với 2 gốc hidrocacbon
Ví dụ: CH₃COCH₃(đimetylxeton hoặc axeton)_, CH₃COC₆H₅(Metyl phenyl xeton hoặc axeton phenon)

1.2.2. Tính chất hóa học

CH₃–CO–CH₃+ H₂ điều kiện để cộng hết H2 vào liên kết pi CH₃–CH(OH)– CH₃

Khác với anđehit, xeton không tham gia phản ứng tráng bạc.

1.2.3. Điều chế

a. Từ ancol

R – CH(OH) – R’ + CuO $\overset{t^{0}}{\to}$ R – CO – R’ + Cu + H2O

Ví dụ: CH₃–CO–CH₃ +CuO $\overset{t^{0}}{\to}$ CH₃–CHOH–CH₃+ Cu+ H₂O

b. Từ Hidrocacbon

Oxi hóa không hoàn toàn Cumen thu được axeton và Phenol theo sơ đồ:

sơ đồ điều chế axeton từ cumen

1.2.4. Ứng dụng

Axeton làm dung môi hoà tan được nhiều chất hữu cơ.

Bài tập minh họa

2.1. Bài tập Anđehit - Xeton - Cơ bản

Bài 1:

Cho andehit no, mạch hở, có công thức C_nH_mO₂. Mối quan hệ giữa n với m là:

Hướng dẫn:

Andehit no mạch hở C_nH_mO₂ có hai nhóm -CHO $\Rightarrow \sum n l k π = 2$
$Δ = \frac{2 x + 2 - y}{2} \Rightarrow 2 \frac{2 n + 2 - m}{2} 4 = 2 n + 2 - m \Rightarrow m = 2 n - 2$

Bài 2:

Chia hỗn hợp X gồm hai andehit no, đơn chức, mạch hở thành hai phần bằng nhau:
- Phần 1: Đem đốt cháy hoàn toàn thu được 0,54 gam H₂O.
- Phần 2: Cho tác dụng hết với H₂ dư (Ni, t0) thu được hỗn hợp Y. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y, thu được V lít CO₂ (đktc).
Giá trị của V là:

Hướng dẫn:

Gọi CTTQ: $C_{\bar{n}} H_{2 \bar{n} + 1} C H O$
TN1: $C_{\bar{n}} H_{2 \bar{n} + 1} C H O + O_{2} \to (\bar{n} + 1) H_{2} O$
TN2: $C_{\bar{n}} H_{2 \bar{n} + 1} C H O \to_{2 + O_{2}}^{1 + H_{2}} (\bar{n} + 1) C O_{2}$
$\Rightarrow n_{C O_{2}} = n_{H_{2} O} = 0, 03 m o l$
$\Rightarrow V_{C O_{2}} = 0, 672 (l)$

Bài 3:

Cho 14,6 gam hỗn hợp 2 andehit đơn chức, no, đồng đẳng kế tiếp tác dụng hết với H₂ tạo ra 15,2 gam hỗn hợp hai ancol.Vậy công thức hai ancol là:

Hướng dẫn:

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

$n_{H_{2}} = \frac{15, 2 - 14, 6}{2} = 0, 3 (m o l)$

Anđehit no, đơn chức cộng hidro theo tỉ lệ 1:1 nên :

$n_{a n d e h i t} = n_{H_{2}} = 0, 3 (m o l)$

$\Rightarrow M = \frac{14, 6}{0, 3} \approx 48, 67$

→ Hai andehit là CH₃CHO và C₂H₅OH

Bài 4:

Cho hỗn hợp HCHO và H₂ đi qua ống đựng bột Ni nung nóng, thu được hỗn hợp X. Dẫn toàn bộ sản phẩm thu được vào bình đựng nước lạnh thấy khối lượng bình tăng 11,8 gam.Lấy toàn bộ dung dịch trong bình cho tác dụng dung dịch AgNO₃ trong dung dịch NH₃ dư tạo ra 21,6 gam Ag. Khối lượng ancol có trong X là:

Hướng dẫn:

Ancol thu được là CH₃OH

Khối lượng bình nước tăng bao gồm khối lượng của CH₃OH và HCHO dư

Khi cho toàn bộ dung dịch trong bình vào AgNO₃/NH₃ chỉ có HCHO tác dụng

$n_{H C H O} = \frac{1}{4} n_{A g} = 0, 05 g a m$

$\Rightarrow m_{H C H O} = 1, 5 g a m$

$m_{C H_{3} O H} = 11, 8 - 1, 5 = 10, 3 g a m$

2.2. Bài tập Anđehit - Xeton - Nâng cao

Bài 1:

Hỗn hợp T gồm hai andehit no mạch hở:
Thí nghiệm 1: Đốt cháy hoàn toàn a mol hỗn hợp T thu được a mol H₂O
Thí nghiệm 2: Hidro hóa a mol hỗn hợp T cần 1,4a mol H₂
Nếu cho m gam T tác dụng với một lượng dung dịch AgNO₃/NH₃ thu được 1 mol Ag thì m có giá trị:

Hướng dẫn:

T: 2 andehit no, mạch hở
$C_{\overset{―}{x}} H_{\overset{―}{y}} O_{\overset{―}{z}} \overset{}{\to} \frac{\overset{―}{y}}{2} H_{2} O a \to \frac{a \overset{―}{y}}{2} = a \overset{―}{y} = 2$
$\begin{matrix} H C H O \\ x \end{matrix} \begin{matrix} H O C - C H O \\ y \end{matrix}$
$H C H O + H_{2} \to C H_{3} O H x \to y H O C - C H O + 2 H_{2} \to H O - C H_{2} - C H_{2} - O H y \to 2 y \begin{matrix} x + y = a \\ x + 2 y = 1, 4 a \end{matrix}} \frac{x}{y} = \frac{3}{2} H C H O \to 4 A g 3 t \to 12 t H O C - C H O \to 4 A g 2 t \to 8 t n_{A g} = 1 m o l = 20 t t = \frac{1}{20} = 0, 05 m o l m = 30.3 .0, 05 + 58.2 .0, 05 = 10, 3 g a m$

Bài 2:

Hỗn hợp X gồm H₂và 2 anđehit (no, đơn chức, mạch hở, M < 88). Tỉ khối của X so với Heli là 5,1534. Đun nóng hỗn hợp X (có xúc tác thích hợp) đến phản ứng hoàn toàn, thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với Heli là 10,3068. Nếu cho 0,88 mol X phản ứng với dung dịch AgNO₃/NH₃ dư, thu được m gam kết tủa. Giá trị lớn nhất của m là:

Hướng dẫn:

${\overset{―}{M}}_{h h X} = 5, 1534 .4 = 20, 6136 {\overset{―}{M}}_{h h Y} = 10, 3068.4 = 41, 2272 \frac{d_{X}}{M_{Y}} = \frac{n_{Y}}{n_{X}} = \frac{1}{2}$
⇒ Giả sử ban đầu có 0,88 mol hỗn hợp X thì sau phản ứng còn lại 0,44 mol hỗn hợp Y
⇒ ngiảm $= n_{X} - n_{Y} = n_{H_{2}} = 0, 44 m o l$
Mặt khac, vì andehit no, đơn chức, mạch hở, phản ứng xảy ra hoàn toàn
$\Rightarrow \sum n_{C H O} = 0, 44 m o l n_{h h X} = 0, 88.20, 6136 = 18, 139968 g a m m_{a n d e h i t} = 17, 259968 g a m \Rightarrow {\overset{―}{M}}_{h h a n d e h i t} = 39, 2272$
⇒ Hỗn hợp chứa HCHO (M = 30)
Đặt nHCHO = x mol; nandehit còn lại = y mol
⇒ Có hệ phương trình: ${\begin{matrix} x + y = 0, 44 \\ 30 x + M_{y} = 17, 259968 \end{matrix}$
Ta có bảng sau:

Để lượng Ag kết tủa là cực đại. chọn M = 86 (C₅H₁₀O)
m = 0,3675.108.4 + 0,0725.2.108 = 174,42 gam