Chào các em! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về những phản ứng hóa học thú vị của các hợp chất hữu cơ quen thuộc. Cô sẽ hướng dẫn các em chi tiết từng bước để quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra trong hai trường hợp sau đây.

a/ Toluen tác dụng với Cl₂ dưới ánh sáng (as)

Trước hết, chúng ta cần nhớ lại cấu tạo của toluen. Toluen là một hiđrocacbon thơm, có công thức phân tử là C₇H₈. Cấu trúc của toluen bao gồm một vòng benzen và một nhóm thế metyl (-CH₃) gắn vào vòng benzen.

Khi toluen tác dụng với khí clo (Cl₂) dưới điều kiện có ánh sáng khuếch tán (as), phản ứng sẽ xảy ra theo cơ chế thế gốc. Điều này có nghĩa là nguyên tử hiđro trong nhóm metyl sẽ bị thay thế bởi nguyên tử clo.

Chúng ta sẽ thực hiện thí nghiệm như sau: Lấy một lượng nhỏ toluen cho vào ống nghiệm. Sau đó, sục khí clo vào ống nghiệm. Đưa ống nghiệm ra ánh sáng (ví dụ: đặt dưới đèn chiếu sáng mạnh).

Hiện tượng quan sát được:

Ban đầu, các em sẽ thấy khí clo có màu vàng lục. Khi phản ứng xảy ra, màu vàng lục của khí clo sẽ dần biến mất. Đồng thời, chúng ta có thể thấy xuất hiện khói trắng trong ống nghiệm. Khói trắng này chính là hiđroclorua (HCl) khan, được tạo thành theo phương trình phản ứng.

Giải thích chi tiết:

Phản ứng thế trên toluen dưới ánh sáng xảy ra ở nhóm metyl, không phải ở vòng benzen. Đây là một điểm khác biệt quan trọng so với phản ứng của benzen với clo dưới điều kiện có xúc tác sắt (Fe).

Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

C₆H₅CH₃ + Cl₂ \(\xrightarrow{as}\) C₆H₅CH₂Cl + HCl

Sản phẩm đầu tiên của phản ứng thế là benzyl clorua (C₆H₅CH₂Cl). Nếu tiếp tục sục clo và chiếu sáng, phản ứng thế có thể tiếp tục xảy ra ở nhóm metyl, thay thế lần lượt các nguyên tử hiđro còn lại để tạo ra các sản phẩm như benzyliden diclorua (C₆H₅CHCl₂) và benzotriclorua (C₆H₅CCl₃). Tuy nhiên, trong điều kiện thông thường, sản phẩm chính thu được là benzyl clorua.

Khí HCl sinh ra có thể phản ứng với hơi nước có trong không khí tạo thành những hạt nhỏ axit clohiđric li ti, đó chính là hiện tượng khói trắng mà chúng ta quan sát được.

b/ Cho Glixerol tác dụng với Kali (K)

Glixerol, còn gọi là glixerin, có công thức phân tử là C₃H₈O₃. Glixerol là một ancol đa chức, có ba nhóm hiđroxit (-OH) gắn vào ba nguyên tử cacbon liên tiếp.

Khi glixerol tác dụng với kim loại kiềm mạnh như kali (K), các nguyên tử hiđro trong nhóm hiđroxit sẽ bị thay thế bởi nguyên tử kali.

Chúng ta tiến hành thí nghiệm như sau: Lấy một lượng nhỏ glixerol cho vào ống nghiệm khô. Cắt một mẩu kim loại kali nhỏ, dùng giấy lọc thấm khô bề mặt kim loại để loại bỏ lớp oxit bám bên ngoài. Cho mẩu kali vào ống nghiệm chứa glixerol.

Hiện tượng quan sát được:

Chúng ta sẽ quan sát thấy mẩu kim loại kali có phản ứng mạnh. Kim loại kali sẽ nóng chảy thành những hạt tròn lăn tròn trên bề mặt chất lỏng, đồng thời có khí không màu thoát ra. Nếu đun nóng nhẹ, phản ứng sẽ diễn ra nhanh hơn.

Giải thích chi tiết:

Phản ứng này tương tự như phản ứng của ancol đơn chức với kim loại kiềm. Mỗi nhóm -OH trong glixerol đều có khả năng phản ứng với kali.

Phương trình phản ứng tổng quát như sau:

2C₃H₅(OH)₃ + 2K \(\rightarrow\) 2C₃H₅(OH)₂OK + H₂\(\uparrow\)

Trong phản ứng này, một nguyên tử kali sẽ thay thế một nguyên tử hiđro trong nhóm -OH, tạo thành hợp chất kali glixerolat và khí hiđro (H₂). Khí hiđro thoát ra chính là nguyên nhân chúng ta quan sát thấy có khí không màu bay lên.

Nếu lượng kali dư, phản ứng có thể tiếp tục xảy ra, thay thế nhiều nhóm -OH hơn, ví dụ:

C₃H₅(OH)₃ + 2K \(\rightarrow\) C₃H₅(OH)(OK)₂ + 2H₂\(\uparrow\)

Và cuối cùng, nếu kali dư rất nhiều, tất cả các nhóm -OH đều có thể bị thay thế:

C₃H₅(OH)₃ + 3K \(\rightarrow\) C₃H₅(OK)₃ + \(\frac{3}{2}\)H₂\(\uparrow\)

Tuy nhiên, trong điều kiện thông thường với lượng kali vừa đủ hoặc dư một ít, phản ứng tạo ra kali glixerolat và khí hiđro là chủ yếu. Sự nóng chảy của kali là do nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình phản ứng.

Các em thấy đó, những phản ứng này tuy đơn giản nhưng lại mang đến những hiện tượng rất rõ ràng và giúp chúng ta hiểu sâu hơn về tính chất hóa học của các hợp chất hữu cơ. Bài tập này đã kết thúc phần hướng dẫn của cô. Các em về nhà ôn tập bài và làm thêm các bài tập tương tự nhé!