Giáo án Hóa học Lớp 11 - Bài 58: Anđehit và Xeton (Bản hay)

anđehit và xeton Bài 58 (2 tiết) Bài 27 (1 tiết) I - Định nghĩa, cấu trúc, phân loại, danh pháp và tính chất vật lí 1. Định nghĩa và cấu trúc ã Anđehit là những hợp chất mà phân tử có nhóm –CH=O liên kết với gốc hiđrocacbon hoặc nguyên tử H. Nhóm –CH=O là nhóm chức của anđehit, nó được gọi là nhóm cacbanđehit. Thí dụ : H-CH=O (fomanđehit), CH3-CH=O (axetanđehit) ã Xeton là những hợp chất mà phân tử có nhóm >C=O liên kết với 2 gốc hiđrocacbon. Thí dụ : ; ã Nhóm >C = O được gọi là nhóm cacbonyl. Hình 9.1. Cấu trúc của nhóm cacbonyl (a) ; Mô hình phân tử anđehit fomic (b) và axeton (c) TL a) Đều có nhóm >C=O. b) Nhóm cacbonyl là nhóm >C=O, nó gồm nguyên tử C liên kết với nguyên tử O bằng liên kết đôi. Anđehit là những hợp chất mà phân tử có nhóm cacbonyl liên kết với 1 nguyên tử H và 1 nguyên tử C hoặc với 2 nguyên tử H. c) Như trong SGK 2. Phân loại Dựa theo cấu tạo của gốc hiđrocacbon, người ta phân chia anđehit và xeton thành 3 loại : no, không no và thơm. 3. Danh pháp Anđehit Tên thay thế Tên thông thường HCH=O metanal fomanđehit (anđehit fomic) CH3CH=O etanal axetanđehit (anđehit axetic) CH3CH2CH=O propanal propionanđehit (anđehit propionic) (CH3)2CHCH2CH=O 3-metylbutanal isovaleranđehit (anđehit isovaleric) CH3CH=CHCH=O but-2-en-1-al crotonanđehit (anđehit crotonic) Tên thay thế : propan-2-on butan-2-on but-3-en-2-on Tên gốc - chức : đimetyl xeton etyl metyl xeton metyl vinyl xeton 4. Tính chất vật lí 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, TL: b) Gọi tên thay thế của hiđrocacbon theo mạch chính chứa nhóm C=O, đánh số 1 từ đầu gần nhóm đó rồi ghép với đuôi al cho anđehit, đuôi on cho xeton. d) Các phân tử anđehit và xeton có nhóm C=O phân cực chúng hút nhau mạnh hơn so với các phân tử hiđrocácbon tương ứng, nên to nc và to sôi cao hơn. Chúng không tạo được liên kết hiđro với nhau như các phân tử ancol vì vậy to nc và to sôi thấp hơn. II - Tính chất hoá học 1. 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. b) Phản ứng cộng nước, cộng hiđro xianua ã Liên kết đôi C=O ở fomanđehit có phản ứng cộng nước nhưng sản phẩm tạo ra có 2 nhóm OH cùng đính vào 1 nguyên tử C nên không bền, không tách ra khỏi dung dịch được. ã Hiđro xianua cộng vào nhóm cacbonyl tạo thành sản phẩm bền gọi là xianohiđrin. Phản ứng xảy ra qua 2 giai đoạn, anion NºC- tấn công ở giai đoạn đầu, ion H+ phản ứng ở giai đoạn sau. 2. Phản ứng oxi hoá a) Tác dụng với brom và kali pemanganat ã Giải thích : Xeton khó bị oxi hoá. Anđehit rất dễ bị oxi hoá, nó làm mất màu nước brom, dung dịch kali pemanganat và bị oxi hoá thành axit cacboxylic, thí dụ : RCH = O + Br2 + H2O đ R-COOH + 2HBr b) Tác dụng với ion bạc trong dung dịch amoniac ã Giải thích : Amoniac tạo với Ag+ phức chất tan trong nước. Anđehit khử được Ag+ ở phức chất đó thành Ag kim loại : AgNO3 + 3NH3 + H2O đ [Ag(NH3)2]OH + NH4NO3 (phức chất tan) R-CH=O + 2[Ag(NH3)2]OH đ R-COONH4 + 2Ag ¯ + 3NH3 + H2O 3. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon III - Điều chế và ứng dụng 1. Điều chế a) Từ ancol ã Phương pháp chung để điều chế anđehit và xeton là oxi hoá nhẹ ancol bậc I, bậc II tương ứng bằng CuO (xem bài 54). ã Fomanđehit được điều chế trong công nghiệp bằng cách oxi hoá metanol: 2CH3 - OH + O2 2HCH = O + 2H2O b) Từ hiđrocacbon ã oxi hoá không hoàn toàn metan là phương pháp mới sản xuất fomanđehit : CH4 + O2 HCH = O + H2O ã oxi hoá etilen là phương pháp hiện đại sản xuất axetanđehit : 2CH2= CH2 + O2 2CH3-CH = O ã oxi hoá cumen rồi chế hoá với axit sunfuric thu được axeton cùng với phenol. 2. ứng dụng a) Fomanđehit : Fomanđehit được dùng chủ yếu để sản xuất poli(phenolfomanđehit) (làm chất dẻo) và còn được dùng trong tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm. b) Axetanđehit : axetanđehit chủ yếu được dùng để sản xuất axit axetic. c) axeton : axeton được dùng làm dung môi và làm nguyên liệu trong sản xuất nhiều chất hữu cơ quan trọng khác như clorofom, iođofom, bisphenol-A, ... BS Poliphenolfomanđehit Vào khoảng những năm 1907-1908 tiến sỹ Leo H. Baekeland đã nghiên cứu cách chế tạo vecni. ông trộn phenol, fomanđehit và cả mùn cưa rồi đun nóng và nén. ông tiến hành nghiên cứu kĩ phản ứng của phenol với fomanđehit dùng axit hoặc bazơ làm xúc tác. Thế là ông thu được chất nhựa mà khi gia nhiệt thì trở thành chất rắn không nóng chảy, bền chắc, cách điện, chịu nhiệt tốt. ông đăng kí bản quyền, đặt tên là bakelite, mở xưởng sản xuất và trở thành người sỏng lập một cụng ty kinh doanh bakelite nổi tiếng thời bấy giờ. Bakelite là polime tổng hợp đầu tiờn được sử dụng rộng rói trong đời sống và trong kỹ nghệ. Thời đó chưa có nhiều polime tổng hợp như ngày nay nên rất nhiều vật dụng được chế tạo từ bakelite. Bỏo chớ thời bấy giờ gọi Leo H. Baekeland là "cha đẻ của chất dẻo tổng hợp" và gọi bakelite là "chất ngàn ứng dụng". Khi cho fomanđehit tác dụng với phenol lấy dư, dùng xúc tác axit thì thoạt đầu phenol tác dụng với fomanđehit tạo thành các o-hiđrometylphenol và p- hiđrometylphenol. Các chất này bị trùng ngưng với phenol dư tạo ra polime mạch thẳng: Nhựa novolac dễ nóng chảy, hoà tan được trong nhiều dung môi hữu cơ và được dùng chế tạo sơn, vecni, keo dán gỗ. Khi cho fomanđehit (lấy dư) tác dụng với phenol, dùng xúc tác kiềm thì thoạt đầu phenol tác dụng với fomanđehit tạo thành 2,4-đihiđroymetylphenol. Chất này bị trùng ngưng tạo ra polime mạch thẳng có chứa các nhóm -CH2OH (hiđroymetyl) gọi là nhựa rezol : Khi đun nóng trên 1500C, nhựa rezol bị ngng tụ tạo ra "nhựa" rezit có cấu trúc dạng mạng không gian, đó chính là bakelite: Do có cấu trúc mạng không gian gồm các nhân thơm liên két với nhau bởi các liên kết s C-C bền vững nên bakelite không nóng chảy không tan , không dẫn điện, bền cơ học, bền nhiệt. Để chế tạo các đồ vật người ta cho nhựa rezol vào khuôn rồi gia nhiệt, khi đó nó biến thành bakelite rắn chắc. Ngày nay có nhiều vật liệu composit sử dụng nhựa rezol theo cách này. ở nước ta, poliphenolfomanđehit thường được sử dụng làm chất gắn kết trong sản xuất gỗ dán, cót ép,...Chắc chắn rằng nếu có sự nghiên cứu công phu thì từ tre nứa và poliphenolfomanđehit có thể thu được vật liệu composit với những ứng dụng tuyệt vời. Leo H. Baekeland (1863-1944) Nhà hoá học Mỹ, gốc Bỉ, người phát minh ra poliphenolfomanđehit (bakelit, 1907-1909), polime tổng hợp tiện dụng đầu tiên trên Thế giới. ĐT HS đọc định nghĩa và xem xét hình 9.1. H a) Hãy cho biết đặc điểm cấu tạo chung giữa anđehit và xeton. b) Nhóm cacbonyl là gì ? Hãy dùng nhóm cacbonyl để định nghũa anđehit. c) Hãy nêu đặc điểm cấu trúc electron và cấu trúc kgông gian của nhóm cacbonyl. GY ê Mục I.2 HS đọc và tự tóm tắt. ê Mục I.3 đàm thoại và viết công thức. ê Mục I.4 HS đọc và trả lời câu hỏi. H: a) Hãy gọi tên thay thế các anđehit và xeton có trong mục I.3 và cho biết từng chất thuộc loại nào. b) Hãy phát biểu quy tắc gọi têh thay thế chung cho anđehit và xeton (không tách riêng như trong SGK). c) Hãy điền các số liệu vào bảng sau rồi rút ra nhận xét: Nhiệt độ sôi (oC) C1 C2 C3 Ankan -162 ... ... Anđehit ... ... Xeton ... Ancol ... ... ... d) Hãy nêu nguyên nhân cho phép không cần dẫn chứng nhiều mà vẫn đưa ra được nhận định về nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của hiđrocacbon, anđehit, xeton, và ancol tương ứng. GY Rèn kĩ năng viết phương trình phản ứng ê Dựa theo phản ứng cộng H2 vào liên kết đôi C=C, yêu cầu HS viết phương trình phản ứng cộng H2 vào liên kết C=O ở dạng tổng quát: ê Dựa theo phản ứng cộng H-OH vào liên kết đôi C=C, hướng dẫn HS viết phương trình phản ứng cộng H-OH vào liên kết C=O (H đính vào O, OH đính vào C, giải thích vì sao fomanđehit tan tốt trong nước, đạt tới nồng độ 40%). ê Lưu ý HS rằng phản ứng cộng H-CN vào liên kết C=O tương tự cộng H-OH, yêu cầu HS viết phương trình phản ứng của axeton và axetanđehit với HCN. ê GV biểu diễn biểu diễn thí nghiệm tác dụng của nước brom và dung dịch thuốc tím với axetanddehit và axeton. HS quan sát và rút ra nhận xét. ê GV biểu diễn biểu diễn thí nghiệm tráng bạc HS quan sát và nhận xét. GV hướng dẫn viết phương trình phản ứng tráng bạc. ê Sau mỗi loại phản ứng, GV cần tóm tắt và nêu ra các ghi chú cần thiết như trong SGK. GT ở điều kiện thường, khi không có xúc tác, axeton không làm mất màu nước brom. Khi có mặt axit hoặc kiềm thì ngược lại, nó cho phản ứng thế nào gốc hiđrocacbon theo cơ chế như sau. Axit là xúc tác cho sự tạo thành enol: Brom cộng vào nhóm C=C tạo ra hợp chất có nhóm OH và Br cùng đính vào 1 nguyên tử C nên không bền, nó tự tách loại HBr tạo ra sản phẩm bền: Kiềm xúc tác cho sự tạo thành anion enolat làm cho phản ứng xảy ra nhanh hơn và cả 3 nguyên tử H ở nhóm metyl đều bị thế bởi halogen, thí dụ: Phản ứng trên được ứng dụng để điều chế iodofom. QT " Chất ngàn ứng dụng" Cách điện, rắn chắc và chịu nhiệt đã khiến bakelite được sử dụng rộng rãi trong ngành điện. ổ cắm, phích cắm, đui đèn, vỏ quạt, ... làm từ bakelite thường không bị biến dạng khi sử dụng. Trước kia bakelit được dùng để chế tạo thân và vỏ máy thu thanh, thu hình dùng đèn điện tử (toả nhiệt mạnh khi hoạt đông), vỏ maý điện thoại, ... vừa bền vừa đẹp. Bakelit còn "có tài bắt trước" ngọc ngà trong chế tạo đồ mỹ nghệ và trang sức.