Trắc nghiệm Chân trời Hóa học 11 bài 15 Dẫn xuất halogen

Phản ứng tách (dehydrohalogen hóa) là phản ứng loại bỏ một phân tử hiđro halogenua (HX) khỏi phân tử dẫn xuất halogen để tạo thành anken. Phản ứng này thường xảy ra khi đun nóng dẫn xuất halogen với dung dịch kiềm mạnh (như KOH) trong etanol. Phản ứng CH3CH2Cl + KOH \xrightarrow{C2H5OH, t^0} CH2=CH2 + KCl + H2O là ví dụ điển hình của phản ứng tách HX, tạo ra etilen. Phản ứng 1 là phản ứng thế. Phản ứng 3 là phản ứng thế. Phản ứng 4 là phản ứng cộng. Kết luận phản ứng tách là CH3CH2Cl + KOH \xrightarrow{C2H5OH, t^0} CH2=CH2 + KCl + H2O.

Phản ứng thế nucleophin là phản ứng mà một nhóm nguyên tử hoặc nguyên tử được thay thế bằng một tác nhân nucleophin. Trong trường hợp dẫn xuất halogen, nhóm halogen (X) bị thay thế bởi tác nhân nucleophin. Phản ứng CH3CH2Cl + NaOH \rightarrow CH3CH2OH + NaCl là phản ứng thế nguyên tử clo bằng nhóm hiđroxyl (OH-) từ NaOH, trong đó OH- là tác nhân nucleophin. Phản ứng 1 là phản ứng tách. Phản ứng 2 là phản ứng coupling (ví dụ Wurtz). Phản ứng 4 là phản ứng thế gốc tự do. Kết luận phản ứng thế nucleophin là CH3CH2Cl + NaOH \rightarrow CH3CH2OH + NaCl.

Benzyl clorua là dẫn xuất halogen của hiđrocacbon thơm. Nguyên tử clo gắn vào nguyên tử cacbon no (cacbon metylen) của nhóm benzyl. Do đó, nó dễ dàng tham gia phản ứng thế nucleophin với các tác nhân nucleophin như ion OH-. Khi cho benzyl clorua tác dụng với dung dịch NaOH loãng, đun nóng, nguyên tử clo sẽ bị thay thế bởi nhóm hiđroxyl, tạo thành benzyl ancol (C6H5CH2OH). Phản ứng với C6H5OH (phenol) xảy ra trong điều kiện khắc nghiệt hơn. Phản ứng 3 là phản ứng coupling. Kết luận sản phẩm chính thu được là C6H5CH2OH.

Tính tan trong nước của các dẫn xuất halogen phụ thuộc vào khả năng tạo liên kết hiđro với nước và khối lượng phân tử. Các dẫn xuất halogen có khối lượng phân tử nhỏ, phân cực mạnh, có thể tạo liên kết hiđro với nước sẽ tan tốt hơn. Metyl florua (CH3F) có thể tạo liên kết hiđro yếu với nước và có khối lượng phân tử nhỏ, nên có thể tan tương đối. Các dẫn xuất halogen ankyl khác như CH3CH2Cl, CH3Br, CH3I có khối lượng phân tử lớn hơn, phân cực yếu hơn và không có khả năng tạo liên kết hiđro với nước, do đó chúng không tan hoặc tan rất ít trong nước. Trong các lựa chọn, CH3CH2Cl là một ví dụ điển hình của dẫn xuất halogen ankyl không tan trong nước. Kết luận CH3CH2Cl không tan trong nước.

Nhiệt độ sôi của các dẫn xuất halogen halogenoankan phụ thuộc vào khối lượng phân tử và lực liên phân tử. Với các halogen ankan cùng loại halogen, nhiệt độ sôi tăng khi khối lượng phân tử tăng (tức là tăng số nguyên tử cacbon). CH3CH2CH2Cl (1-clopropan) có khối lượng phân tử lớn nhất trong các chất được liệt kê, do đó có lực Van der Waals mạnh nhất và nhiệt độ sôi cao nhất. CH3CHClCH3 (2-clopropan) có nhiệt độ sôi thấp hơn 1-clopropan do cấu trúc phân tử phân nhánh hơn làm giảm hiệu quả tương tác giữa các phân tử. Kết luận CH3CH2CH2Cl có nhiệt độ sôi cao nhất.

Đồng phân là các hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về cấu tạo. 1-brompropan có công thức phân tử là C3H7Br. CH3CH2CH2Br là chính 1-brompropan, không phải đồng phân. CH3CHBrCH3 có công thức phân tử là C3H7Br, với nguyên tử brom gắn vào cacbon số 2, khác với 1-brompropan (brom gắn vào cacbon số 1). Do đó, CH3CHBrCH3 là đồng phân của 1-brompropan. CH2BrCH2CH2Br có công thức C3H6Br2, là đibrompropan. CH3CH2CH2OH có công thức C3H8O, là propanol. Kết luận CH3CHBrCH3 là đồng phân của 1-brompropan.

Etyl clorua (C2H5Cl) có thể được điều chế bằng nhiều phương pháp. Trong công nghiệp, phương pháp phổ biến là cho etilen (C2H4) tác dụng với axit clohiđric (HCl) theo phản ứng cộng: C2H4 + HCl \rightarrow C2H5Cl. Phản ứng 1 tạo ra metyl clorua. Phản ứng 3 là phản ứng thế nhóm OH bằng halogen, thường dùng để điều chế dẫn xuất halogen từ ancol. Phản ứng 4 là phản ứng thủy phân dẫn xuất halogen thành ancol. Kết luận phản ứng dùng để điều chế etyl clorua trong công nghiệp là C2H4 + HCl \rightarrow C2H5Cl.

Dẫn xuất halogen của hiđrocacbon no là hợp chất mà nguyên tử hiđro trong hiđrocacbon no được thay thế bởi nguyên tử halogen. Cấu trúc chung là R-X, với R là gốc hiđrocacbon no và X là halogen. Trong các lựa chọn, CH3Cl có gốc hiđrocacbon no là CH3 và halogen là Cl. CH3OH là ancol, CH3CHO là anđehit, CH3COOH là axit cacboxylic. Kết luận CH3Cl là dẫn xuất halogen của hiđrocacbon no.

Để chuyển từ iso-butyl clorua (CH3)2CHCH2Cl sang metyl isobutyl xeton ((CH3)2CHCH2COCH3), ta cần đưa một nhóm cacbonyl vào mạch. Một cách hiệu quả là thế nguyên tử clo bằng nhóm xyanua (-CN) để tạo thành (CH3)2CHCH2CN, sau đó thủy phân nhóm -CN này thành nhóm axit cacboxylic (-COOH). Tuy nhiên, để tạo xeton, ta cần một phương pháp khác. Một phương pháp khác là chuyển dẫn xuất halogen thành hợp chất Grignard, sau đó cho phản ứng với dẫn xuất axit cacboxylic hoặc ester. Tuy nhiên, câu hỏi có thể ám chỉ một phương pháp đơn giản hơn. Nếu xét đến việc tạo xeton từ dẫn xuất halogen, ta có thể chuyển dẫn xuất halogen thành hợp chất organometallic rồi cho phản ứng với dẫn xuất axit hoặc ester. Tuy nhiên, một phương pháp khác là chuyển dẫn xuất halogen thành axit cacboxylic (qua nitril hoặc Grignard) rồi chuyển hóa thành xeton. Tuy nhiên, câu hỏi có vẻ muốn hỏi về cách đưa nhóm cacbonyl. Một cách phổ biến để tạo xeton từ dẫn xuất halogen là thông qua phản ứng thế halogen bằng một nhóm có thể chuyển thành cacbonyl. Nếu ta thế halogen bằng nhóm CN rồi thủy phân thành axit, rồi este hóa và cho phản ứng với tác nhân Grignard hoặc dùng phản ứng Friedel-Crafts acyl hóa. Tuy nhiên, câu hỏi có vẻ đơn giản hơn. Có lẽ ý câu hỏi là chuyển dẫn xuất halogen thành hợp chất organometallic rồi phản ứng với dẫn xuất axit. Hoặc thế halogen bằng nhóm RCO- qua phản ứng với muối RCOONa. Tuy nhiên, nếu xét đến việc tạo ra metyl isobutyl xeton từ iso-butyl clorua, thì ta cần đưa nhóm CH3CO- vào. Một cách là chuyển iso-butyl clorua thành iso-butyl magie clorua ((CH3)2CHCH2MgCl), rồi cho phản ứng với anhydrit axetic hoặc clorua axetyl. Tuy nhiên, nếu xét đến các lựa chọn, phương án 3 là khả thi nếu ta chuyển hóa tiếp. Tuy nhiên, có một cách trực tiếp hơn để tạo xeton từ dẫn xuất halogen là dùng phản ứng thế halogen bằng nhóm R-CO-. Ví dụ, thế Cl bằng nhóm CH3CO- từ CH3COCl với sự có mặt của chất xúc tác. Nhưng lựa chọn không có điều này. Quay lại lựa chọn 3: thế bằng CN rồi thủy phân. (CH3)2CHCH2Cl + NaCN -> (CH3)2CHCH2CN + NaCl. Thủy phân: (CH3)2CHCH2CN + 2H2O + H+ -> (CH3)2CHCH2COOH + NH4+. Sau đó chuyển axit thành xeton là phức tạp. Có thể có cách khác. Dùng phản ứng thế halogen bằng nhóm cacboxylic ester, ví dụ với natri axetat. (CH3)2CHCH2Cl + CH3COONa -> (CH3)2CHCH2OCOCH3 + NaCl. Sau đó nhiệt phân este này sẽ tạo ra xeton. Tuy nhiên, lựa chọn không có điều này. Quay lại lựa chọn 3. Thủy phân nitril thành axit, rồi chuyển axit thành xeton. Có thể là một quá trình nhiều bước. Tuy nhiên, nếu xét các lựa chọn, và mục tiêu là tạo xeton. Một cách khác là dùng phản ứng thế halogen bằng gốc axit (RCOO-). Một cách khác nữa là dùng phản ứng thế halogen bằng gốc cacbonyl. Xem xét lại câu hỏi và lựa chọn. Có thể câu hỏi muốn nói đến việc chuyển dẫn xuất halogen thành một dạng có thể phản ứng với dẫn xuất cacboxylic. Phương án 3: thế bằng CN, thủy phân thành axit, rồi chuyển hóa thành xeton. Đây là một con đường có thể. Tuy nhiên, cần xem xét các phương án khác. Phản ứng thế halogen bằng nhóm RCO- thì không có trong lựa chọn. Phản ứng với Grignard và este thì không có lựa chọn tương ứng. Xem xét lại lựa chọn 3: thế bằng CN, thủy phân. (CH3)2CHCH2CN. Thủy phân nitril có thể cho axit hoặc amin tùy điều kiện. Nếu thủy phân hoàn toàn trong môi trường axit hoặc bazơ mạnh, sẽ cho axit cacboxylic. Từ axit cacboxylic, có thể tạo xeton. Ví dụ, cho axit tác dụng với organolithium hoặc Grignard. Hoặc chuyển axit thành clorua axit rồi phản ứng với organocuprate. Tuy nhiên, đây là một quá trình dài. Có thể có một cách đơn giản hơn để tạo metyl isobutyl xeton từ iso-butyl clorua. Có thể bằng cách thế halogen bằng nhóm acetyl (CH3CO-) trực tiếp hoặc gián tiếp. Lựa chọn 3 là khả thi nhất trong số các lựa chọn, mặc dù không trực tiếp tạo xeton. Có thể câu hỏi muốn nói đến việc tạo ra dẫn xuất có nhóm CN, rồi từ đó suy ra cách tạo xeton. Tuy nhiên, nếu phải chọn một bước, thì việc thế halogen bằng nhóm CN là bước đầu tiên. Sau đó thủy phân. Kết luận: Phản ứng thế nguyên tử halogen bằng nhóm CN sau đó thủy phân là một con đường dẫn đến axit cacboxylic, từ đó có thể chuyển thành xeton. Đây có thể là ý của câu hỏi.

Phản ứng thủy phân của dẫn xuất halogen là phản ứng mà nguyên tử halogen được thay thế bởi nhóm hiđroxyl (-OH), thường xảy ra khi đun nóng dẫn xuất halogen với dung dịch kiềm (NaOH hoặc KOH). Phản ứng CH3CH2Cl + NaOH \rightarrow CH3CH2OH + NaCl là phản ứng thủy phân etyl clorua, tạo ra etanol và muối natri clorua. Phản ứng 1 là phản ứng tách. Phản ứng 3 là phản ứng thế gốc tự do. Phản ứng 4 là phản ứng cộng. Kết luận phản ứng thủy phân là CH3CH2Cl + NaOH \rightarrow CH3CH2OH + NaCl.

Phản ứng thế clo vào metan xảy ra theo từng bước, với CH3Cl là sản phẩm thế nguyên tử hiđro đầu tiên. Dưới điều kiện phản ứng thích hợp, phản ứng có thể tiếp tục tạo ra CH2Cl2, CHCl3, và CCl4. Tuy nhiên, khi tỉ lệ mol CH4 : Cl2 là 1:1 và điều kiện phản ứng được kiểm soát, sản phẩm chính thu được là CH3Cl. Kết luận sản phẩm chính thu được khi cho metan tác dụng với clo dưới ánh sáng tử ngoại với tỉ lệ mol 1:1 là CH3Cl.

Phản ứng thế nguyên tử hiđro bằng nguyên tử halogen là phản ứng mà trong đó một hoặc nhiều nguyên tử hiđro trong phân tử hiđrocacbon được thay thế bằng nguyên tử halogen. Phản ứng CH4 + Cl2 \xrightarrow{as} CH3Cl + HCl là phản ứng thế clo vào metan dưới ánh sáng. Phản ứng 2 là phản ứng thế halogen bằng nhóm hydroxyl (phản ứng thủy phân). Phản ứng 3 là phản ứng tách HX (dehydrohalogen hóa). Phản ứng 4 là phản ứng cộng halogen vào anken. Kết luận phản ứng thế nguyên tử hiđro bằng nguyên tử halogen là CH4 + Cl2 \xrightarrow{as} CH3Cl + HCl.

Phản ứng với dung dịch AgNO3 trong NH3 (amoniac) dùng để nhận biết các dẫn xuất halogen có khả năng tạo kết tủa AgX (với X là halogen) trong môi trường amoniac. Các dẫn xuất halogen ankyl bậc 1, bậc 2 và benzyl halogenua dễ dàng tham gia phản ứng thế nucleophin với ion NH3, giải phóng ion halogenua (Cl-, Br-, I-) để tạo kết tủa AgCl, AgBr, AgI. CH3CH2Cl và CH3CHClCH3 là các dẫn xuất halogen ankyl, chúng sẽ phản ứng. Tuy nhiên, trong câu hỏi, chỉ có C6H5CH2Cl là benzyl halogenua, phản ứng này thường được dùng để phân biệt với các dẫn xuất halogen ankyl bậc 3 hoặc dẫn xuất halogen không no. Xét các lựa chọn, C6H5CH2Cl là một benzyl halogenua, nó sẽ phản ứng. Dẫn xuất halogen vinyl (CH2=CHCl) có liên kết C-Cl bền hơn, khó tham gia phản ứng thế nucleophin. Giữa CH3CH2Cl, CH3CHClCH3 và C6H5CH2Cl, cả ba đều có thể phản ứng. Tuy nhiên, câu hỏi ngụ ý về một phản ứng đặc trưng. Benzyl halogenua phản ứng dễ dàng. Nếu chỉ chọn 1, và xét đến các phản ứng nhận biết, thì C6H5CH2Cl là trường hợp điển hình. Tuy nhiên, nếu xét chung khả năng phản ứng thế, cả 1, 2, 3 đều có thể. Câu hỏi có thể hơi mơ hồ. Tuy nhiên, phản ứng của benzyl clorua với NH3/AgNO3 là một phản ứng quan trọng trong nhận biết. Với giả định câu hỏi muốn nhấn mạnh khả năng phản ứng thế nucleophin mạnh, thì C6H5CH2Cl là ứng viên tốt. CH2=CHCl có liên kết C-Cl rất bền. Để phân biệt, ta thường đun nóng CH3CH2Cl với NH3/AgNO3, còn CH2=CHCl thì không phản ứng. C6H5CH2Cl cũng phản ứng. Giả sử câu hỏi đang tìm một chất phản ứng. Tuy nhiên, để đảm bảo tính chính xác, ta cần xem xét khả năng phản ứng. Cả ba chất đầu tiên đều có thể phản ứng. Tuy nhiên, dẫn xuất halogen ankyl bậc 1 và benzyl halogenua phản ứng dễ dàng. Dẫn xuất halogen ankyl bậc 2 cũng phản ứng nhưng có thể chậm hơn. Dẫn xuất halogen vinyl thì rất khó phản ứng. Nếu xét theo thứ tự phản ứng dễ dàng thì C6H5CH2Cl và CH3CH2Cl là điển hình. Trong các lựa chọn, C6H5CH2Cl là benzyl halogenua, thường được dùng để minh họa khả năng phản ứng thế mạnh. Kết luận C6H5CH2Cl có thể tham gia phản ứng thế với dung dịch AgNO3 trong NH3.

Để gọi tên dẫn xuất halogen, ta đánh số mạch cacbon chính sao cho nguyên tử halogen có chỉ số nhỏ nhất. Mạch cacbon chính có 3 nguyên tử cacbon (propan). Nguyên tử brom gắn vào cacbon số 2. Do đó, tên gọi là 2-brompropan. Kết luận tên gọi của CH3CHBrCH3 là 2-brompropan.

Khi 2-brombutan tác dụng với dung dịch KOH trong etanol đun nóng, xảy ra phản ứng tách HBr. Theo quy tắc Zaitsev, nguyên tử hiđro bị tách ra ưu tiên ở nguyên tử cacbon bậc cao hơn liền kề với nguyên tử cacbon chứa halogen. Trong 2-brombutan, nguyên tử cacbon chứa brom là C2. Các nguyên tử cacbon liền kề là C1 (bậc 1) và C3 (bậc 2). Do C3 có bậc cao hơn C1, nên nguyên tử hiđro ở C3 sẽ ưu tiên bị tách ra cùng với Br ở C2, tạo thành but-2-en. Kết luận sản phẩm chính thu được là but-2-en.