Giáo án Bài 23. Hợp chất carbonyl

Huy động kiến thức về nhóm chức đã học; giúp HS nhận ra không phải chất nào có C=O cũng là aldehyde hoặc ketone, từ đó xác định vấn đề cần giải quyết trong bài.

GV trình chiếu bốn công thức: $\mathrm{HCHO}$, $\mathrm{CH_3CHO}$, $\mathrm{CH_3COCH_3}$, $\mathrm{CH_3COOH}$. HS làm việc cá nhân trong 2 phút: (1) Khoanh tròn các chất có nhóm C=O; (2) Chỉ ra chất nào là aldehyde, chất nào là ketone; (3) Trả lời câu hỏi: vì sao $\mathrm{CH_3COOH}$ có C=O nhưng không phải aldehyde?

Dự kiến: $\mathrm{HCHO}$ và $\mathrm{CH_3CHO}$ là aldehyde vì nhóm –CHO còn nguyên tử H; $\mathrm{CH_3COCH_3}$ là ketone vì C=O nối hai gốc methyl; $\mathrm{CH_3COOH}$ có C=O nhưng thuộc nhóm carboxyl –COOH nên là acid. Kết luận nêu vấn đề: aldehyde và ketone đều có C=O nhưng khác nhau ở liên kết với H hoặc gốc hydrocarbon, dẫn đến khác nhau về phản ứng.

HS nêu được khái niệm aldehyde, ketone; gọi tên được một số chất đơn giản; giải thích được đặc điểm liên kết C=O và tính chất vật lí của các chất này.

HS hoạt động nhóm 4 người, hoàn thành Phiếu học tập số 1 gồm: (a) Viết khái niệm aldehyde và ketone; (b) Gọi tên các chất $\mathrm{CH_3CH_2CHO}$, $\mathrm{CH_3CH(CH_3)CH_2CHO}$, $\mathrm{CH_3COCH_2CH_3}$, $\mathrm{CH_3COCH(CH_3)CH_2CH_3}$; (c) Giải thích vì sao liên kết C=O phân cực về phía O và nêu hệ quả đối với phản ứng cộng, khử; (d) Giải thích vì sao aldehyde, ketone không tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử nhưng vẫn tan tốt trong nước khi phân tử nhỏ. Lưu ý: methanal độc, acetone dễ cháy; không suy độ an toàn từ tính tan.

Kiến thức HS rút ra: (1) Aldehyde là hợp chất có nhóm –CHO liên kết với H hoặc gốc hydrocarbon; ketone là hợp chất có nhóm C=O liên kết với hai gốc hydrocarbon. (2) Tên gọi: $\mathrm{CH_3CH_2CHO}$ là propanal; $\mathrm{CH_3CH(CH_3)CH_2CHO}$ là 3-methylbutanal; $\mathrm{CH_3COCH_2CH_3}$ là butan-2-one; $\mathrm{CH_3COCH(CH_3)CH_2CH_3}$ là 3-methylpentan-2-one. Quy tắc: aldehyde chọn mạch chứa CHO, carbon của CHO là C1, đuôi -al; ketone đánh số để vị trí C=O nhỏ nhất, đuôi -one; propanone không cần ghi chỉ số. (3) Liên kết C=O phân cực (O mang một phần điện tích âm, C mang một phần điện tích dương), carbon carbonyl dễ bị tấn công bởi tác nhân giàu electron như H⁻ hoặc CN⁻. (4) Không có –OH nên phân tử không tự tạo liên kết hydrogen, nhiệt độ sôi thường thấp hơn alcohol có phân tử khối gần nhau; O nhận liên kết hydrogen từ nước nên chất nhỏ tan tốt trong nước.

HS viết được phương trình khử aldehyde, ketone bằng [H] và bằng H₂/Ni; viết được phương trình cộng HCN ở mức lí thuyết; so sánh được hai loại phản ứng về sản phẩm và số nguyên tử carbon.

HS hoàn thành Phiếu học tập số 2 theo nhóm đôi: (A) Viết phương trình khử $\mathrm{CH_3CHO}$, $\mathrm{CH_3COCH_3}$ và $\mathrm{HCHO}$ bằng [H] (tác nhân như NaBH₄, LiAlH₄); viết phương trình $\mathrm{CH_3CHO + H_2}$ và $\mathrm{CH_3COCH_3 + H_2}$ (xúc tác Ni); xác định loại alcohol tạo thành. (B) Viết phương trình cộng HCN vào $\mathrm{CH_3CHO}$ và $\mathrm{CH_3COCH_3}$; so sánh số nguyên tử carbon của sản phẩm với chất đầu. Lưu ý: [H] là cách biểu diễn sự khử, tác nhân thực cần điều kiện chuyên môn; HCN cực độc, chỉ phân tích công thức trên giấy, không điều chế hay thực hành.

Đáp án Phiếu 2, phần A: $\mathrm{CH_3CHO + 2[H] \rightarrow CH_3CH_2OH}$ (alcohol bậc một); $\mathrm{CH_3COCH_3 + 2[H] \rightarrow CH_3CH(OH)CH_3}$ (alcohol bậc hai); $\mathrm{HCHO + 2[H] \rightarrow CH_3OH}$ (methanol); $\mathrm{CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3CH_2OH}$; $\mathrm{CH_3COCH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3CH(OH)CH_3}$. Phần B: $\mathrm{CH_3CHO + HCN \rightarrow CH_3CH(OH)CN}$; $\mathrm{CH_3COCH_3 + HCN \rightarrow (CH_3)_2C(OH)CN}$. Kết luận HS rút ra: khử chuyển C=O thành C–OH, thêm H, số carbon giữ nguyên; cộng HCN gắn nhóm CN vào carbon carbonyl, sản phẩm có thêm một carbon so với chất ban đầu. Cả hai phản ứng đều dựa trên tính phân cực của C=O.

HS nêu được phản ứng tráng bạc, phản ứng với Cu(OH)₂/OH⁻ và phản ứng iodoform; viết được phương trình và nhận biết aldehyde với ketone qua hiện tượng; nhận thức được giới hạn của phép thử.

GV chiếu mô phỏng 3D trong trang bài học NeoEdu: hai ống nghiệm thuốc thử Tollens trong cốc nước nóng (ống acetaldehyde và ống acetone), sau đó đổi sang Cu(OH)₂ trong kiềm. HS quan sát, ghi hiện tượng và viết phương trình: (1) Tollens: $\mathrm{CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]^+ + 3OH^- \rightarrow CH_3COO^- + 2Ag + 4NH_3 + 2H_2O}$; (2) Cu(OH)₂: $\mathrm{CH_3CHO + 2Cu(OH)_2 + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + Cu_2O\downarrow + 3H_2O}$ (đun nóng); (3) Iodoform với acetone: $\mathrm{CH_3COCH_3 + 3I_2 + 4NaOH \rightarrow CHI_3\downarrow + CH_3COONa + 3NaI + 3H_2O}$. Sau đó HS nhận xét: kết tủa vàng iodoform không xác nhận duy nhất acetone vì ethanal, methyl ketone và ethanol có thể cho phản ứng tương tự.

Hiện tượng: ống acetaldehyde xuất hiện lớp bạc sáng như gương, ống acetone trong suốt; với Cu(OH)₂ đun nóng, ống acetaldehyde tạo kết tủa đỏ gạch Cu₂O, ống acetone giữ màu xanh. Phương trình iodoform của acetone: $\mathrm{CH_3COCH_3 + 3I_2 + 4NaOH \rightarrow CHI_3\downarrow + CH_3COONa + 3NaI + 3H_2O}$ (kết tủa vàng CHI₃). Phương trình iodoform của ethanal: $\mathrm{CH_3CHO + 3I_2 + 4NaOH \rightarrow HCOONa + CHI_3\downarrow + 3NaI + 3H_2O}$. Kết luận HS rút ra: aldehyde dễ bị oxi hoá hơn ketone; Tollens và Cu(OH)₂ nhận biết aldehyde; nhóm $\mathrm{CH_3CO-}$ cho phản ứng iodoform; không coi màu đỏ gạch đơn lẻ là phép xác định duy nhất mọi aldehyde.

HS vận dụng phương trình phản ứng để tính toán, phân biệt đúng/sai các nhận định về aldehyde, ketone và kiểm tra cân bằng phương trình ion.

GV trình chiếu bốn bài tập và HS làm theo cặp đôi trong 12 phút, sau đó chữa chung trong 8 phút: (1) Chất nào là ketone? A. CH₃CHO; B. HCHO; C. CH₃COCH₃; D. CH₃COOH. (2) Khử ethanal bằng H₂/Ni tạo chất nào? A. Ethanol; B. Ethanoic acid; C. Methane; D. Ethene. (3) 0,10 mol ethanal phản ứng tráng bạc hoàn toàn theo tỉ lệ 1:2; tính khối lượng Ag thu được (Ag = 108). (4) Xét các nhận định: a) Acetone không có nhóm CHO; b) Mọi chất có C=O đều là aldehyde; c) Ethanal có thể tạo Cu₂O khi đun trong kiềm; d) Thuốc thử Tollens có thể được giữ lại dùng cho buổi sau. Đánh giá Đ/S. (5) Chất nào cho phản ứng iodoform: A. CH₃CHO; B. CH₃COCH₃; C. C₂H₅OH; D. CH₃CH₂CHO. (6) Hydrogen hoá hoàn toàn 0,20 mol acetone thành propan-2-ol cần bao nhiêu mol H₂? (7) Với ethanal, viết phương trình ion của phản ứng tráng bạc và kiểm tra điện tích.

Đáp án: (1) C; (2) A; (3) $n_{Ag}=2\times0{,}10=0{,}20$ mol; $m_{Ag}=0{,}20\times108=21{,}6$ g. (4) a) Đ; b) S (acid và ester cũng có C=O); c) Đ; d) S (thuốc thử Tollens phải pha mới và xử lí ngay). (5) A, B, C (ethanal, methyl ketone và ethanol có thể cho CHI₃; propanal không có nhóm CH₃CO- hay CH₃CH(OH)- phù hợp). (6) $n_{H_2}=0{,}20$ mol vì một C=O nhận một H₂. (7) $\mathrm{CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]^+ + 3OH^- \rightarrow CH_3COO^- + 2Ag + 4NH_3 + 2H_2O}$; điện tích vế trái $+2-3=-1$, vế phải $-1$; số C bảo toàn (2), số O hai vế đều bằng 4, H và N cũng bảo toàn.

HS vận dụng kiến thức về aldehyde, ketone để phân tích ứng dụng và nguy cơ của các chất trong đời sống, đề xuất cách sử dụng an toàn.

HS làm việc nhóm 4 theo kĩ thuật mảnh ghép, mỗi thành viên nhận một tình huống và cùng nhóm tổng hợp: Tình huống 1: Formalin (dung dịch formaldehyde) được dùng để bảo quản mẫu sinh vật trong phòng thí nghiệm. Tình huống 2: Acetone là thành phần của dung môi và chất tẩy sơn móng tay. Tình huống 3: Gương được tráng bạc bằng phản ứng khử ion bạc của aldehyde trong quy trình sản xuất. Tình huống 4: Một người nói formalin có thể dùng để bảo quản thực phẩm vì “đã có trong công thức hóa học”. Mỗi nhóm trả lời: (a) Chất nào trong tình huống thuộc aldehyde hay ketone và vì sao? (b) Ứng dụng nào hợp lí, nguy cơ nào cần tránh? (c) Đề xuất một quy tắc an toàn khi sử dụng. Nhiệm vụ về nhà: viết một đoạn ngắn 5 đến 7 câu giải thích vì sao không dùng formalin để bảo quản thực phẩm.

Kết quả dự kiến: Tình huống 1: HCHO là aldehyde, dùng làm nguyên liệu nhựa và bảo quản mẫu sinh vật trong phòng thí nghiệm, độc hại nên phải thao tác trong quy trình kiểm soát. Tình huống 2: CH₃COCH₃ là ketone, dung môi dễ cháy, cần tránh xa nguồn lửa và thông gió tốt. Tình huống 3: aldehyde khử ion bạc tạo lớp bạc kim loại (phản ứng tráng gương), đây là ứng dụng trong công nghiệp và không phải thao tác tại nhà. Tình huống 4: nhận định sai; formalin không được phép dùng bảo quản thực phẩm vì độc hại, có trong danh mục cấm; tính chất hóa học không quyết định độ an toàn. Quy tắc an toàn HS đề xuất: không dùng hóa chất phòng thí nghiệm để bảo quản thực phẩm; đọc nhãn, bảo quản kín, tránh tiếp xúc và xa nguồn nhiệt đối với dung môi dễ cháy.