Bài 23. Hợp chất carbonyl

Tên gọi theo danh pháp thay thế của aldehyde đơn chức và ketone đơn chức:

Tên aldehyde: Tên hydrocarbon (bỏ e ở cuối) + al
Ví dụ: $\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{O}$ propanal

Tên ketone: Tên hydrocarbon (bỏ e ở cuối) + vị trí nhóm $\mathrm{C}=\mathrm{O}$ + one
Ví dụ: $\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3-\mathrm{C}(=\mathrm{O})-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3$ pentan-2-one

Một số aldehyde, ketone đơn giản được gọi theo tên thông thường có nguồn gốc lịch sử. Tên thông thường của các aldehyde có nguồn gốc từ tên của acid tương ứng.

Liên kết đôi $\mathrm{C}=\mathrm{O}$ phân cực về phía nguyên tử oxygen (Hình 23.3).

Các aldehyde, ketone có nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon có khối lượng phân tử tương đương do trong phân tử chứa nhóm carbonyl phân cực làm cho phân tử aldehyde, ketone phân cực nên có nhiệt độ sôi cao hơn.
Ở nhiệt độ thường, các aldehyde có phân tử khối nhỏ (methanal, ethanal) ở trạng thái khí, các hợp chất carbonyl thông dụng khác ở trạng thái lỏng.
Các aldehyde, ketone có mạch carbon ngắn tan tốt trong nước. Khi số nguyên tử carbon tăng thì độ tan của hợp chất carbonyl giảm dần.

Nhiệt độ sôi và tính tan của một số hợp chất carbonyl (1)

Các hợp chất carbonyl bị khử bởi các tác nhân khử như $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{B}\mathrm{H}{\phantom{X}}_4$, $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{H}{\phantom{X}}_4$,... (kí hiệu: $[\mathrm{H}]$) tạo thành các alcohol tương ứng: aldehyde bị khử tạo thành alcohol bậc I, ketone bị khử tạo thành alcohol bậc II.

Aldehyde dễ bị oxi hoá bởi các tác nhân oxi hoá thông thường như: $\mathrm{B}\mathrm{r}{\phantom{X}}_2\mathrm{/}\mathrm{H}{\phantom{X}}_2\mathrm{O}$, $[\mathrm{A}\mathrm{g}(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3){\phantom{X}}_2]\mathrm{O}\mathrm{H}$, $\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{X}}_2\mathrm{/}\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{X}}^{-}$,...

Aldehyde bị oxi hoá bởi nước bromine tạo thành carboxylic acid.

Thuốc thử Tollens là phức chất của ion $\mathrm{A}\mathrm{g}{\phantom{X}}^{+}$ với ammonia, có công thức $[\mathrm{A}\mathrm{g}(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3){\phantom{X}}_2]\mathrm{O}\mathrm{H}$. Ion $\mathrm{A}\mathrm{g}{\phantom{X}}^{+}$ trong thuốc thử Tollens đóng vai trò là chất oxi hoá:
$\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}+2[\mathrm{A}\mathrm{g}(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3){\phantom{X}}_2]\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{\mathrm{t}{\phantom{X}}^o}{\to }\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{X}}_4+2\mathrm{A}\mathrm{g}+3\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3+\mathrm{H}{\phantom{X}}_2\mathrm{O}$
Ví dụ:
$\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}+2[\mathrm{A}\mathrm{g}(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3){\phantom{X}}_2]\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{\mathrm{t}{\phantom{X}}^o}{\to }\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{X}}_4+2\mathrm{A}\mathrm{g}+3\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3+\mathrm{H}{\phantom{X}}_2\mathrm{O}$

Phản ứng tạo thành lớp bạc sáng bóng bám vào bình phản ứng, vì vậy phản ứng này còn được gọi là phản ứng tráng bạc.
Ketone không bị oxi hoá bởi thuốc thử Tollens, vì vậy có thể dùng thuốc thử Tollens để phân biệt aldehyde với ketone và các hợp chất khác.

Aldehyde có thể bị oxi hoá bởi copper(II) hydroxide $\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{X}}_2$ trong môi trường kiềm khi đun nóng tạo thành kết tủa copper(I) oxide ($\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{X}}_2\mathrm{O}$) màu đỏ gạch:
$\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}+2\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{X}}_2+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}+\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{X}}_2\mathrm{O}+3\mathrm{H}{\phantom{X}}_2\mathrm{O}$

Hợp chất carbonyl có thể tham gia phản ứng cộng với $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{N}$ vào liên kết đôi $\mathrm{C}=\mathrm{O}$.
$>\mathrm{C}=\mathrm{O}+\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{N}\stackrel{}{\to }>\mathrm{C}(\mathrm{O}\mathrm{H})-\mathrm{C}\mathrm{N}$

Các hợp chất aldehyde, ketone có nhóm methyl cạnh nhóm carbonyl có thể phản ứng với $\mathrm{I}{\phantom{X}}_2$ trong môi trường kiềm.

Phản ứng tạo sản phẩm kết tủa iodoform nên phản ứng này được gọi là phản ứng iodoform và được dùng để nhận biết các aldehyde, ketone có nhóm methyl cạnh nhóm carbonyl.

Một số hợp chất carbonyl được tổng hợp trong công nghiệp bằng phương pháp oxi hoá các hydrocarbon, oxi hoá ethylene thành acetaldehyde, oxi hoá cumene thành acetone (quy trình cumene, xem Bài 21. Phenol).

Aldehyde là hợp chất hữu cơ có nhóm $-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$ liên kết với nguyên tử carbon (trong gốc hydrocarbon hoặc $-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$) hoặc nguyên tử hydrogen.
Ketone là hợp chất hữu cơ có nhóm $>\mathrm{C}=\mathrm{O}$ liên kết với hai gốc hydrocarbon.
Tên gọi theo danh pháp thay thế:
Aldehyde đơn chức: Tên hydrocarbon (bỏ e ở cuối) + al
Ketone đơn chức: Tên hydrocarbon (bỏ e ở cuối) + vị trí nhóm $\mathrm{C}=\mathrm{O}$ + one
Cấu trúc nhóm carbonyl: $\approx {120}^{\circ }$ $>\mathrm{C}=\mathrm{O}$ (${\delta }^{+}\mathrm{C}$, ${\delta }^{-}\mathrm{O}$)
Các aldehyde, ketone có nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon có phân tử khối tương đương. Các aldehyde, ketone có mạch carbon ngắn tan tốt trong nước.
Phản ứng khử:
Aldehyde + $2[\mathrm{H}]$ $\to$ Alcohol bậc I
Ketone + $2[\mathrm{H}]$ $\to$ Alcohol bậc II
Phản ứng oxi hoá aldehyde: Aldehyde $[\mathrm{O}]$, Carboxylic acid
Phản ứng cộng: $>\mathrm{C}=\mathrm{O}+\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{N}\stackrel{}{\to }>\mathrm{C}(\mathrm{O}\mathrm{H})-\mathrm{C}\mathrm{N}$
Phản ứng tạo iodoform:
$\mathrm{R}-\mathrm{C}(=\mathrm{O})-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3+3\mathrm{I}{\phantom{X}}_2+4\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{R}-\mathrm{C}(=\mathrm{O})-\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}+\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{I}{\phantom{X}}_3(\mathrm{k}\acute{\widehat{e}}\mathrm{t}\mathrm{t}\text{ủ}\mathrm{a}\mathrm{m}\grave{a}\mathrm{u}\mathrm{v}\grave{a}\mathrm{n}\mathrm{g})+3\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{I}+3\mathrm{H}{\phantom{X}}_2\mathrm{O}$
Ứng dụng của aldehyde và ketone: formaldehyde dùng để sản xuất vật liệu nhựa, keo dán, sơn, chất nổ, bảo quản mẫu sinh vật,....; acetaldehyde dùng để sản xuất acetic acid, acetic anhydride,...; acetone dùng làm dung môi, sản xuất chloroform, bisphenol-A,...
Điều chế aldehyde và ketone bằng cách oxi hoá hydrocarbon.

Vận dụng các kiến thức về hợp chất carbonyl để giải thích: các ứng dụng của các aldehyde, ketone trong cuộc sống như quá trình sản xuất gương, làm dung môi,...
Tìm hiểu về ứng dụng các hợp chất aldehyde, ketone có trong tự nhiên và vai trò của một số aldehyde, ketone quan trọng trong cơ thể người.

• Aldehyde là hợp chất hữu cơ có nhóm $-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$ liên kết với nguyên tử carbon (trong gốc hydrocarbon hoặc $-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$) hoặc nguyên tử hydrogen.

Ketone là hợp chất hữu cơ có nhóm $>\mathrm{C}=\mathrm{O}$ liên kết với hai gốc hydrocarbon.

• Tên gọi theo danh pháp thay thế:

\begin{array}{|l|l|l|l|}
\hline
\text{Aldehyde đơn chức:} & \text{Tên hydrocarbon} & \text{al} & \\
& \text{(bỏ e ở cuối)} & & \\
\hline
\text{Ketone đơn chức:} & \text{Tên hydrocarbon} & \text{vị trí nhóm } \ce{C=O} & \text{one} \\
& \text{(bỏ e ở cuối)} & & \\
\hline
\end{array}

• Cấu trúc nhóm carbonyl: $\sim {120}^{\circ }$ ${\phantom{X}}_{\phantom{}}^{\phantom{\delta +}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}\delta +}\mathrm{C}=\mathrm{O}{\phantom{X}}^{\delta -}$

• Các aldehyde, ketone có nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon có phân tử khối tương đương. Các aldehyde, ketone có mạch carbon ngắn tan tốt trong nước.

Phản ứng khử: $\text{Aldehyde}+2[\mathrm{H}]⟶\text{Alcohol bậc I}$
$\text{Ketone}+2[\mathrm{H}]⟶\text{Alcohol bậc II}$

Phản ứng oxi hoá aldehyde: $\text{Aldehyde}\stackrel{[\mathrm{O}]}{\to }\text{Carboxylic acid}$

Phản ứng cộng: ${\phantom{X}}_{\phantom{}}^{\phantom{\delta +}}{\phantom{X}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}\delta +}\mathrm{C}=\mathrm{O}{\phantom{X}}^{\delta -}+\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{N}⟶\mathrm{C}(\mathrm{O}\mathrm{H})-\mathrm{C}\mathrm{N}$

Phản ứng tạo iodoform:
$\mathrm{R}-\mathrm{C}(\mathrm{O})-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{X}}_3+3\mathrm{I}{\phantom{X}}_2+4\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶\mathrm{R}-\mathrm{C}(\mathrm{O})-\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}+\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{I}{\phantom{X}}_3+3\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{I}+3\mathrm{H}{\phantom{X}}_2\mathrm{O}$
Iodoform (kết tủa màu vàng)

• Ứng dụng của aldehyde và ketone: formaldehyde dùng để sản xuất vật liệu nhựa, keo dán, sơn, chất nổ, bảo quản mẫu sinh vật,....; acetaldehyde dùng để sản xuất acetic acid, acetic anhydride,...; acetone dùng làm dung môi, sản xuất chloroform, bisphenol-A,...

• Điều chế aldehyde và ketone bằng cách oxi hoá hydrocarbon.

• Vận dụng các kiến thức về hợp chất carbonyl để giải thích: các ứng dụng của các aldehyde, ketone trong cuộc sống như quá trình sản xuất gương, làm dung môi,...

• Tìm hiểu về ứng dụng các hợp chất aldehyde, ketone có trong tự nhiên và vai trò của một số aldehyde, ketone quan trọng trong cơ thể người.