Bài giảng Dẫn xuất halogen –ancol –phenol (tiếp)
1.1. Khái niệm
Khi thay thếmột hay nhiều nguyên tửhidro trong phân tửhidro bằng một hay nhiều nguyên tử
halogen ta được dẫn xuất của halogen của hidrocacbon, thường gọi là dẫn xuất hal ogen.
R –H R –X (X =F, Cl, Br, I)
1.2. Phân loại
1.2.1.Theo bản chất của nguyên tửhalogen X
- Dẫn xuất flo, thí dụ: CF2=CF2.
- Dẫn xuất clo, thí dụ: CH3Cl.
H O - Hỗn hợp các ancol đơn chức + hỗn hợp các axit đơn chức hỗn hợp các este đơn chức: o 2 4 ®ÆcH SO , t 2RCOOH + R'OH RCOOR' + H O - Hợp chất tạp chức chứa 1 nhóm OH và 1 nhóm COOH có thể tự phản ứng để tạo ra este vòng, hoặc trùng ngưng để tạo ra polime: OH CH2 CH2 COOH H2C H2C C H2 CH2 C O O + H2O OH CH2 CH2 COOH + nH2OO CH2 CH2 C O n n * Phản ứng của ancol đơn chức với axit cacboxylic đa chức: Nếu sản phẩm sau phản ứng vẫn có khả năng phản ứng với NaOH hoặc Na2CO3 chứng tỏ vẫn còn COOH chưa tham gia phản ứng este hóa. Nếu tất cả các nhóm COOH đã este hóa sẽ thu được số chức este bằng số chức axit của axit caboxylic: R(COOH)a + aR’OH o 2 4 ®ÆcH SO , t R(COOR’)a + aH2O Thí dụ: HOOC-COOH + CH3OH o 2 4 ®ÆcH SO , tHOOC-COOCH3 + H2O HOOC-COOH + 2CH3OH o 2 4 ®ÆcH SO , t CH3OOC-COOCH3 + 2H2O - C3H5(COOH)3 + ROH: CH2COOH CHCOOH CH2COOH + ROH CH2COOR CHCOOH CH2COOH CH2COOH CHCOOR CH2COOH CH2COOR CHCOOR CH2COOH CH2COOR CHCOOH CH2COOR CH2COOR CHCOOR CH2COOR - C3H5(COOH)3 + hỗn hợp ROH, R’OH, R’’OH Hỗn hợp 18 sản phẩm. * Phản ứng của ancol đa chức: Phản ứng este hóa của poliol có thể tạo ra monoeste hoặc polieste tùy thuộc lỉ lệ số mol giữa axit và poliol. Thí dụ: + Với axit vô cơ: C3H5(OH)3 + 3HNO3 20 C2 4 ®Æco H SO C3H5(ONO2)3 + 3H2O Glyxerol trinitrat Glyxerol trinitrat là một chất nổ quan trọng (thuốc nổ an toàn), thường được trộn với bột silic oxit xốp thu được sản phẩm có tên là điamit. E:\Mr He\GIAO AN\CHUYEN DE\DAN XUAT HALOGEN - ANCOL - PHENOL.doc 12 + Với axit hữu cơ: - Với axit đơn chức Thí dụ: CH3COOH + C2H4(OH)2 t C2 4 ®Æco H SO C2H4(OCOCH3)2 + 2H2O CH3COOC2H4OH + H2O RCOOH + t C2 4 ®Æco H SO H2C HC H2C OH OH OH H2C HC H2C OCOR OH OCORH2C HC H2C OH OCR OCOR H2C HC H2C OCOR OCOR OCOR H2C HC H2C OH OH OCOR H2C HC H2C OCOR OH OH Các este vẫn còn nhóm -OH trong phân tử vẫn có các phản ứng như một ancol. Khi cho poliol tác dụng với hỗn hợp các axit đơn chức sản phẩm tạo ra có thể là este hoặc hợp chất tạp chức. Trong đó este có thể là este do một gốc axit tạo ra cũng có thể là este do nhiều gốc axit tạo ra. Thí dụ 1: Hãy viết công thức các sản phẩm có thể có khi cho etylen glycol tác dụng với hỗn hợp gồm axit axetic và axit fomic. Thí dụ 2: Hãy viết công thức các trieste có thể có khi cho glyxerol tác dụng với hỗn hợp gồm 3 axit RCOOH, R’COOH và R”COOH. - Với axit đa chức: Sản phẩm có thể là hợp chất tạp chức, este vòng hoặc polime nếu trùng ngưng. Thí dụ 1: HCOOC - CH2 - COOH + CH2 CH2 OH OH CH2 CH2 OH OCOCH2 - COOH + H2O Sản phẩm tạo ra mang cả chức axit, chức rượu, chức este nên có thể phản ứng với cả muối, rượu, kiềm, kim loại kiềm, Thí dụ 2: CH2 CH2 OH OH H2C H2C + H2O COOH COOH + O O C C O O Thí dụ 3: nHOOC–C6H5–COOH + nHO–CH2–CH2–OH [-CO-C6H4-COOCH2–CH2–O-]n + 2nH2O c) Biện pháp làm tăng hiệu suất phản ứng este hóa: Đặc điểm của phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch, xảy ra khi có xúc tác là axit vô cơ. Phản ứng xảy ra chậm, nên người ta thường đun nóng hỗn hợp phản ứng nhằm gia tăng tốc độ phản ứng. E:\Mr He\GIAO AN\CHUYEN DE\DAN XUAT HALOGEN - ANCOL - PHENOL.doc 13 Để làm tăng hiệu suất phản ứng không thể dùng biện pháp thay đổi nhiệt độ phản ứng vì hiệu ứng nhiệt của phản ứng ∆H≈0. Mà có thể dùng các biện pháp sau: - Tăng nồng độ axit hoặc rượu (dùng dư một trong hai chất). - Giảm nồng độ este hoặc giảm nồng độ nước. Người ta thường dùng axit H2SO4 đặc làm xúc tác vì H2SO4 đặc vừa cung cấp H+ xúc tác cho phản ứng, lại vừa hút H2O làm giảm nồng độ H2O. 2.6.2.3. Phản ứng tách H2O Ancol có thể tách H2O tạo ra các sản phẩm khác nhau tùy thuộc vào cơ chế tách và cấu tạo của ancol. a) Hướng tách loại Hướng của phản ứng tách loại phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện phản ứng như nhiệt độ, xúc tác, * Tạo ete: -OH + HO- o 2 4 ®Æc, H SO 140 C -O- + H2O Cũng có thể dùng xúc tác là Al2O3 ở 2000C. * Tạo anken: – Cα – C – o 2 4 ®ÆcH SO ,170 C C = C + H2O H O Xúc tác có thể dùng là Al2O3 ở 4000C. b) Phản ứng tách loại H2O tạo ete từ hai phân tử ancol R –OH + HO – R o 2 4 ®Æc, H SO 140 C R-O-R + H2O - Đun nóng một ancol đơn chức thu được 1 ete đơn chức (đối xứng). - Đun nóng hỗn hợp 2 ancol đơn chức ROH và R’OH sẽ thu được hỗn hợp ete trong đó có 2 ete đối xứng và 1 ete không đối xứng. 2ROH o 2 4 ®Æc, H SO 140 C R-O-R + H2O 2R’OH o 2 4 ®Æc, H SO 140 C R’-O-R’ + H2O ROH+ R’OH o 2 4 ®Æc, H SO 140 C R-O-R’ + H2O - Đun nóng n ancol đơn chức với H2SO4 đặc ở 1400C sẽ thu được n(n +1) 2 ete, trong đó n ete đối xứng, còn lại là các ete không đối xứng. - Theo phương trình hóa học của phản ứng: 2ete H O ancol p1n = n = n2 . Và như vậy nếu thu được hỗn hợp các ete có số mol bằng nhau thì số mol của mỗi ancol phản ứng cũng bằng nhau. - Theo định luật bảo toàn khối lượng: 2ancol p ete H O m = m + m - Ta luôn có Mete > Mancol, nên eteete/ancol ancol M d = > 1 M . Có thể dùng dấu hiệu này để nhận biết sản phẩm của phản ứng tách nước. c) Phản ứng tách loại H2O tạo liên kết π từ một phân tử ancol Ancol phải có từ 2C trở lên và còn H ở Cα mới có phản ứng này. Mỗi nhóm chức –OH tách cùng một nguyên tử H ở Cα tạo thành 1 phân tử H2O. E:\Mr He\GIAO AN\CHUYEN DE\DAN XUAT HALOGEN - ANCOL - PHENOL.doc 14 * Ancol no, đơn chức bậc I: Tách nước chỉ tạo thành 1 anken duy nhất: Thí dụ: CH3-CH2-OH o 2 4 ®ÆcH SO ,170 C CH2=CH2 + H2O CH3-CH2-CH2-OH o 2 4 ®ÆcH SO ,170 C CH3-CH=CH2 + H2O (CH3)2CH-CH2OH o 2 4 ®ÆcH SO ,170 C (CH3)2C=CH2 + H2O * Ancol no, đơn chức bậc II: Nếu đối xứng thì cho 1 anken, nếu không đối xứng thì cho hỗn hợp các anken (chưa tính đồng phân hình học). Thí dụ: CH3 CH CH3 OH CH2 CH CH3 oH SO ,170 C2 4 ®Æc -H O2 oH SO ,170 C2 4 ®Æc -H O2 CH3 CH CH2 OH CH3 CH2 CH CH2 CH3 CH3 CH CH CH3 * Ancol no, đơn chức, bậc III: Nếu đối xứng sẽ cho 1 anken, nếu không đối xứng sẽ cho hỗn hợp 2 hoặc 3 anken (chưa tính đồng phân hình học). Thí dụ: oH SO ,170 C2 4 ®Æc -H O2 CH3 C CH3 OH CH3 CH3 C CH2CH3 oH SO ,170 C2 4 ®Æc -H O2 CH3 CH3 C CH3 OH CH2 CH2 CH3 CH3 CCH2 CH3 CH3 C CH3CH oH SO ,170 C2 4 ®Æc -H O2 CH3 CH2 C CH OH CH3 CH3 CH3 CH C CH CH3CH3 CH3CH CH2 C CH CH3CH3 CH3 CH3 CH2 C C CH3CH3 CH3 Phản ứng tách nước của các ancol bậc II, III không đối xứng tuân theo quy tắc Zaixep: Nhóm –OH ưu tiên tách cùng với nguyên tử H ở Cα có bậc cao hơn (tức có ít H hơn). * Các ancol không no hoặc ancol thơm vẫn cho phản ứng tách nước tạo ra sản phẩm có thêm một liên kết π: Thí dụ: CH2=CH-CH2-CH2-OH o 2 4 ®ÆcH SO ,170 C CH2=CH-CH=CH2 + H2O C6H5-CH(OH)-CH3 o 2 4 ®ÆcH SO ,170 C C6H5CH=CH2 + H2O Kết luận: 1- Một ancol tách nước tạo thành anken thì ancol đó là ancol no, đơn chức. Chứng minh: CnH2n+2-2k-a(OH)a o 2 4 ®ÆcH SO ,170 C CnH2n + aH2O Đồng nhất số nguyên tử H ở hai vế ta được: 2n+2-2k=2n+2a a = 1 – k > 0 k < 1. Mà k ≥ 0, nên k = 0 a = 1. E:\Mr He\GIAO AN\CHUYEN DE\DAN XUAT HALOGEN - ANCOL - PHENOL.doc 15 2- Khi một ancol tách nước chỉ thu được 1 anken thì ancol đó là no, đơn chức, bậc I hoặc bậc II, III đối xứng. 3- Khi một ancol mất nước thu được 2 anken (không tính đồng phân hình học) thì đó là ancol no, đơn chức bậc II hoặc bậc III không đối xứng và 2 anken đó là đồng phân cấu tạo của nhau. Ancol bậc II, hoặc III đối xứng vẫn có thể tạo ra 2 anken nếu tính cả đồng phân hình học. 4- Một anken mất nước cho 3 anken thì trong 3 anken đó có đồng phân hình học. 5- Hỗn hợp 2 ancol tách nước cho 1 anken thì 2 ancol đó là đồng phân của nhau số C > 2. 6- Hỗn hợp 2 ancol tách nước cho 3 anken thì có 2 anken là đồng phân của nhau. Chú ý: 1- Ancol metylic không tham gia phản ứng tách nước. Nên trong bài nếu cho hỗn hợp 2 ancol tách nước mà chỉ thu được 1 anken thì phải tính cả trường hợp hỗn hợp có ancol metylic. 2- Trong phản ứng luôn có: 2ancol p anken H O n = n = n Và: 2ancol p anken H O m = m + m 3- Ta luôn có: Mancol > Manken, nên ankensp/ancol ancol M d = < 1 M . 4- C2H5OH khi có xúc tác đặc biệt: Al2O3, 4500C thì vừa tách loại H2O vừa tách loại H2 tạo ra buta-1,3-đien: C2H5OH 2 3450o Al O CCH2=CH-CH=CH2 + H2O + H2 d) Nguyên tắc chuyển ancol bậc thấp thành ancol bậc cao hơn: Thực hiện liên tiếp hai phản ứng là phản ứng tách nước ancol bậc thấp (theo Zaixep) rồi cộng nước vào anken thu được (theo quy tắc Maccopnhicop). Thí dụ: Viết các phương trình hóa học để chuyển ancol 3-metyl-butan-1-ol thành 2-metyl- butan-2-ol. CH3 CH CH3 CH3 CH CH3 H C CH3 CH3 C CH3 H2C CH3 OH CH3 CH CH3 H C CH2CH2 CH2OH o 2 4 ®Æc 2 H SO ,170 C -H O 2 2 4 + H O H SO 2 2 4 + H O H SO CH3 CH CH3 H C CH3 OH o 2 4 ®Æc 2 H SO ,170 C -H O CH3 C CH3 H C CH3 HO e) Phản ứng tách nước của ancol đa chức: Dưới tác dụng của các chất hút nước mạnh như KHSO4, etylengylcol và glyxerol bị mất nước tạo thành axetandehit và propenal. H2C CH2 OHOH H2C CH OH CH2 = CH - CHO kém bên KHSO4 -H2O CH CH2 OHHO H2C OH KHSO4 -H2O C CH OH H2C f) Phản ứng phụ trong quá trình tách loại nước Khi dùng H2SO4 đặc làm xúc tác, do H2SO4 đặc có tính oxi hóa mạnh nên ngoài phản ứng đehidrat hóa còn có phản ứng oxi hóa ancol. Ancol có thể bị oxi hóa thành C (muội than), CO, CO2; còn H2SO4 bị khử thành SO2; cũng có thể xảy ra phản ứng este hóa ancol với axit H2SO4 theo 2 nấc. Vì vậy trong quá trình điều chế anken từ ankanol, người ta phải dẫn hỗn hợp sản phẩm lần lượt qua H2SO4 đặc (để loại bỏ hơi nước, làm khô khí) rồi qua bình đựng kiềm (để loại bỏ CO2, SO2). E:\Mr He\GIAO AN\CHUYEN DE\DAN XUAT HAL
File đính kèm:
- AncolPhenol.pdf