Trả lời nhanh
Sơ đồ benzene → chlorobenzene → … được hoàn thành như sau: C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl (xúc tác Fe, đun nóng); C₆H₅Cl + 2NaOH (đặc) → C₆H₅ONa + NaCl + H₂O (nhiệt độ và áp suất cao); C₆H₅ONa + CO₂ + H₂O → C₆H₅OH + NaHCO₃. Từ phenol có thể tiếp tục tạo 2,4,6-tribromophenol với nước bromine.
Sơ đồ chuyển hoá cần hoàn thành
Đề thường cho chuỗi bắt đầu bằng benzene và chlorobenzene, phần sau thay đổi theo từng đề. Dưới đây là chuỗi điển hình nhất; em chọn các bước phù hợp với sơ đồ trong đề của mình.
Bước 1: Benzene → chlorobenzene
C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl (xúc tác bột Fe, đun nóng)
- Loại phản ứng: thế nguyên tử H ở vòng benzene bằng nguyên tử Cl.
- Điều kiện: có bột sắt (thực chất FeCl₃ sinh ra làm xúc tác), đun nóng, chlorine khan. Nếu thay bằng bromine, ta có phản ứng tương tự tạo bromobenzene.
- Hiện tượng: màu vàng lục của chlorine nhạt dần, có khí HCl thoát ra, làm quỳ tím ẩm hoá đỏ.
Cần phân biệt: nếu chiếu ánh sáng và dùng dư chlorine, benzene chỉ xảy ra phản ứng cộng tạo hexachlorocyclohexane (C₆H₆Cl₆), không phải chlorobenzene: C₆H₆ + 3Cl₂ → C₆H₆Cl₆ (ánh sáng).
Bước 2: Chlorobenzene → sodium phenolate
C₆H₅Cl + 2NaOH (đặc) → C₆H₅ONa + NaCl + H₂O (nhiệt độ cao, áp suất cao)
- Nguyên tử Cl gắn trực tiếp vào vòng benzene rất bền nên không thể bị thuỷ phân bằng NaOH loãng hay đun thường. Phải dùng NaOH đặc, nhiệt độ khoảng 300 °C và áp suất cao.
- Cần 2 phân tử NaOH: một phân tử thế Cl, một phân tử trung hoà phenol vừa sinh ra tạo muối sodium phenolate và nước.
Kiểm tra cân bằng: vế trái có C₆, H₇, O₂, Na₂, Cl; vế phải cũng C₆, H(5 + 2) = 7, O(1 + 1) = 2, Na₂, Cl. Phương trình đã cân bằng.
Bước 3: Sodium phenolate → phenol
C₆H₅ONa + CO₂ + H₂O → C₆H₅OH + NaHCO₃
Phenol là axit rất yếu, yếu hơn cả axit carbonic nên CO₂ (cùng nước) đẩy được phenol ra khỏi muối. Hiện tượng: dung dịch trong suốt chuyển đục do phenol ít tan trong nước lạnh. Em cũng có thể dùng axit mạnh: C₆H₅ONa + HCl → C₆H₅OH + NaCl.
Bước 4: Phenol → 2,4,6-tribromophenol
C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr
Phenol phản ứng với nước bromine ngay ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác, tạo kết tủa màu trắng. Nhóm –OH làm vòng benzene hoạt động mạnh hơn, nên 3 nguyên tử Br thế vào các vị trí 2, 4, 6. Đây cũng là phản ứng dùng để nhận biết phenol.
Một hướng khác từ chlorobenzene: Phản ứng nitro hoá
C₆H₅Cl + HNO₃ (đặc) → O₂N–C₆H₄–Cl + H₂O (xúc tác H₂SO₄ đặc, đun nóng). Nguyên tử Cl là nhóm định hướng thế vào vị trí ortho và para, nên sản phẩm chính gồm 2-chloronitrobenzene và 4-chloronitrobenzene.
Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp
- Nhớ cặp “vòng benzene + halogen: thế cần Fe; nhánh ankyl + halogen: thế cần ánh sáng”.
- Quên hệ số 2 của NaOH ở bước 2 là lỗi rất hay mất điểm. Hãy ghi rõ NaOH đặc, nhiệt độ và áp suất cao.
- Viết sản phẩm là phenol (C₆H₅OH) ngay ở bước 2. Với NaOH dư thì sản phẩm là muối C₆H₅ONa.
- Dùng nước bromine với benzene: benzene không phản ứng với nước bromine, chỉ phản ứng với bromine khan khi có Fe.
Bài tập luyện tập
- Viết phương trình điều chế chlorobenzene từ benzene và nêu hiện tượng. Đáp án: C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl (Fe, t°); màu vàng lục của Cl₂ nhạt dần, khí HCl thoát ra.
- Từ 1 mol chlorobenzene cần bao nhiêu mol NaOH để thu được sodium phenolate? Đáp án: 2 mol NaOH.
- Vì sao chlorobenzene không phản ứng với NaOH loãng, đun thường? Đáp án: liên kết C–Cl gắn vào vòng benzene bền hơn nhiều so với liên kết C–Cl trong dẫn xuất halogen no, nên cần điều kiện khắc nghiệt (NaOH đặc, t° và p cao).
Câu hỏi thường gặp
Phương trình điều chế chlorobenzene từ benzene là gì?
C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl, điều kiện xúc tác bột Fe và đun nóng. Đây là phản ứng thế ở vòng benzene.
Vì sao chlorobenzene phản ứng với NaOH cần điều kiện khắc nghiệt?
Liên kết C–Cl gắn trực tiếp vào vòng benzene rất bền, nên phải dùng NaOH đặc, nhiệt độ khoảng 300 °C và áp suất cao mới tạo được sodium phenolate.
Hiện tượng khi phenol phản ứng với nước bromine?
Nước bromine mất màu và xuất hiện kết tủa trắng của 2,4,6-tribromophenol.
Cần bao nhiêu mol NaOH cho 1 mol chlorobenzene?
Cần 2 mol NaOH để tạo sodium phenolate: một mol thế Cl, một mol trung hoà phenol sinh ra.