Hoá hữu cơ

Ancol, phenol, ete, anđehit, xeton

Phân biệt các dãy hợp chất hữu cơ chứa oxygen qua vị trí oxygen, liên hệ cấu tạo với tính axit và tính bị oxi hoá, đồng thời so sánh các thuốc thử nhận biết trong phòng thí nghiệm.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: một nguyên tử oxygen, nhiều vai trò phân tử

Oxygen có thể kết thúc phân tử bằng nhóm –OH, làm cầu nối giữa hai mạch carbon trong ete, hoặc tạo carbonyl C=O ở đầu mạch (anđehit) hoặc trong mạch (xeton). Carbon mang oxygen và các nguyên tử gắn với nó quyết định phản ứng có thể xảy ra.

Ancol bậc một, bậc hai và bậc ba có hành vi khác nhau với tác nhân oxi hoá; hãy so sánh sản phẩm trong sơ đồ minh họa.

Phổ thôngKiến thức phổ thông: nhóm chức và tính chất cơ bản

Định nghĩa: Bốn kiểu cấu tạo

Ancol chứa –OH trên carbon còn gắn hydrogen hoặc nhóm carbon; phenol chứa –OH gắn trực tiếp vào vòng thơm; ete có oxygen nằm giữa hai nhóm carbon; anđehit và xeton chứa C=O, trong đó carbon carbonyl của anđehit mang ít nhất một hydrogen.

Dấu hiệu nhận biết và phản ứng
Dãy	Đặc trưng cấu tạo	Tính chất tiêu biểu
Ancol	R–OH trên carbon no	Tác dụng Na; dễ bị oxi hoá
Phenol	–OH gắn vòng thơm	Tính axit yếu
Ete	R–O–R′	Tương đối kém phản ứng
Anđehit	–CHO	Oxi hoá thành axit; thử nghiệm Tollens
Xeton	R–CO–R′	Tính chất nhóm carbonyl

Ví dụ: Oxi hoá ancol theo bậc

Lời giải

Ancol bậc hai tạo xeton. Ancol bậc ba không còn hydrogen trên carbon mang nhóm OH nên không thể oxi hoá thành carbonyl mà không phá vỡ liên kết C–C trong điều kiện này.

\ce{R-CH2OH ->[[O]] R-CHO ->[[O]] R-COOH}\qquad \ce{R2CHOH ->[[O]] R2C=O}

Liên kết hydrogen làm tăng nhiệt độ sôi và độ tan trong nước của các ancol nhỏ so với hiđrocacbon có khối lượng tương đương. Ete có thể nhận liên kết hydrogen nhưng không có hydrogen trên O để cho, nên tương tác liên phân tử và nhiệt độ sôi khác ancol đồng phân.

Đại họcĐại học: tính axit và số oxi hoá

Định nghĩa: Tính axit của ancol qua bazơ liên hợp

Phenol mất proton tạo ion phenoxide có điện tích được giải tỏa vào vòng thơm. Ion alkoxide tập trung điện tích chủ yếu trên oxygen, do đó axit tương ứng yếu hơn nhưng bazơ liên hợp mạnh hơn.

\ce{C6H5OH + H2O <=> C6H5O^- + H3O+},\qquad pK_a(\ce{C6H5OH})\approx 10

Ví dụ: Phân biệt anđehit và xeton

Lời giải

Gương bạc hoặc kết tủa bạc gợi ý anđehit có thể bị oxi hoá thành cacboxylat. Kết quả là bằng chứng hỗ trợ, không phải bằng chứng độc lập về danh tính; các chất khử tương tự có thể gây nhiễu nên cần thông tin cấu trúc bổ sung.

Oxi hoá và khử theo dõi thay đổi các liên kết quanh carbon. Chuyển ancol thành carbonyl làm tăng số oxi hoá của carbon; khử carbonyl hoặc chuyển anđehit thành axit cacboxylic có cách tính electron và oxygen/hydrogen khác nhau, nên thuốc thử và điều kiện rất quan trọng.

Nâng caoNâng cao: phổ học và chi tiết cơ chế

Phổ hồng ngoại phân biệt vùng hấp thụ O–H rộng với vạch C=O sắc, nhưng thế, liên kết hydrogen và chồng phổ làm phức tạp việc gán. Trong NMR proton, hydrogen aldehydic cộng hưởng ở trường thấp hơn rõ so với hydrogen alkyl; phổ thực còn chứa tách và tạp chất nên giải phổ là bài toán kết hợp nhiều dữ kiện chứ không chỉ tra một vạch.

Oxi hoá hoàn toàn một ancol bậc một cho:

So với etanol, phenol: