Chào các em học sinh yêu quý của lớp 11 Hóa! Hôm nay, cô trò chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập thú vị về đồng phân của C7H8O, liên quan đến phản ứng với NaOH và Na. Các em hãy mở sách giáo khoa Hóa học lớp 11 trang [số trang sách giáo khoa, ví dụ: 150] để cùng theo dõi nhé.

Trước tiên, chúng ta cần xác định công thức phân tử C7H8O.
Ta có: Số nguyên tử C là 7, số nguyên tử H là 8, số nguyên tử O là 1.

Để tìm các đồng phân, chúng ta cần xét đến các khả năng cấu tạo. Với công thức C7H8O, chúng ta sẽ tập trung vào các đồng phân chứa vòng benzen. Vòng benzen có công thức C6H6. Vậy phần còn lại của phân tử là C7H8O – C6H6 = CH2O.

Các đồng phân của C7H8O chứa vòng benzen sẽ có dạng: vòng benzen gắn với nhóm CH2O hoặc vòng benzen gắn với các nhóm thế mà khi kết hợp lại tạo thành C7H8O.

Chúng ta sẽ đi sâu vào phân tích các loại đồng phân có thể có:

Bước 1: Phân tích cấu trúc vòng benzen và nhóm thế.

Vòng benzen là C6H6. Công thức của chúng ta là C7H8O.
Nếu coi vòng benzen là nền, ta có thể gắn các nhóm thế sao cho tổng số nguyên tử là C7H8O.

Có hai trường hợp chính để hình thành đồng phân chứa vòng benzen:
Trường hợp 1: Gốc ankyl gắn với nhóm chức chứa O.
Trường hợp 2: Nhóm thế chứa O gắn trực tiếp với vòng benzen.

Ta xét các khả năng sau:

Khả năng 1: Nhóm ankyl trên vòng benzen và nhóm chức chứa O.
* Ta có gốc C6H5 (phenyl) và phần còn lại là CH2O. Nhưng CH2O không bền.
* Chúng ta sẽ xét các gốc ankyl C1, C2,… gắn với vòng benzen và nhóm chức O.
* Nếu gốc ankyl là CH3 (gốc metyl), ta có C6H5-CH3 là toluen (C7H8). Để có C7H8O, ta cần thêm O.
* Các vị trí thế trên vòng benzen của toluen: ortho (o), meta (m), para (p).
* Nhóm -OH có thể gắn vào vòng benzen (phenol) hoặc gắn vào nhóm ankyl (ancol).

Khả năng 1.1: Nhóm -OH gắn vào vòng benzen (dẫn xuất của phenol).
* Nếu gốc ankyl là metyl (CH3), ta có toluen C7H8. Thêm nhóm -OH vào vòng benzen.
* Vị trí của nhóm -OH và -CH3:
* o-crezol (2-metylphenol): Vòng benzen có nhóm -CH3 ở vị trí 1 và nhóm -OH ở vị trí 2. Công thức C7H8O.
* m-crezol (3-metylphenol): Vòng benzen có nhóm -CH3 ở vị trí 1 và nhóm -OH ở vị trí 3. Công thức C7H8O.
* p-crezol (4-metylphenol): Vòng benzen có nhóm -CH3 ở vị trí 1 và nhóm -OH ở vị trí 4. Công thức C7H8O.
* Như vậy, ta có 3 đồng phân loại crezol.

Khả năng 1.2: Nhóm -OH gắn vào mạch nhánh ankyl (dẫn xuất của ancol).
* Nếu gốc ankyl là metyl (CH3), ta có vòng benzen (C6H5) gắn với nhóm CH2OH.
* Benzyl alcohol (phenylmetanol): Vòng benzen gắn với nhóm -CH2OH. Công thức C7H8O.

Khả năng 2: Nhóm chức chứa O gắn trực tiếp với vòng benzen, không có gốc ankyl C1.
* Nhóm ankyl C2 gắn trực tiếp với vòng benzen, ví dụ C2H5-C6H5 (etylbenzen) thì không còn chỗ cho O.
* Chúng ta xét các trường hợp ether vòng benzen và ankyl:
* Vòng benzen gắn với nhóm OR.
* Anisole (metoxybenzen): Vòng benzen gắn với nhóm -OCH3. Công thức C7H8O.

Khả năng 3: Các đồng phân ether khác.
* Ta xét gốc ankyl C2 gắn với O rồi gắn với vòng benzen, ví dụ C2H5-O-C6H5 thì là C8H10O. Không phải C7H8O.

Tổng hợp lại các đồng phân tìm được:
1. o-crezol (2-metylphenol)
2. m-crezol (3-metylphenol)
3. p-crezol (4-metylphenol)
4. Benzyl alcohol (phenylmetanol)
5. Anisole (metoxybenzen)

Vậy, có tổng cộng 5 đồng phân của C7H8O chứa vòng benzen.

Bước 2: Xét tính chất hóa học của từng đồng phân.

Chúng ta cần xác định:
* Đồng phân tác dụng được với NaOH.
* Đồng phân tác dụng được với Na.
* Đồng phân không tác dụng với cả Na và NaOH.

Đồng phân tác dụng được với NaOH:
NaOH là một bazơ mạnh. Các hợp chất có tính axit hoặc có thể thủy phân trong môi trường bazơ sẽ tác dụng với NaOH.
Trong các đồng phân của C7H8O, nhóm -OH gắn trực tiếp vào vòng benzen (nhóm phenol) có tính axit yếu, có thể tác dụng với NaOH.
* o-crezol: Có nhóm -OH gắn vào vòng benzen. Tác dụng với NaOH.
* m-crezol: Có nhóm -OH gắn vào vòng benzen. Tác dụng với NaOH.
* p-crezol: Có nhóm -OH gắn vào vòng benzen. Tác dụng với NaOH.
* Benzyl alcohol: Có nhóm -OH gắn vào mạch cacbon no. Tính axit rất yếu, không tác dụng với NaOH trong điều kiện thông thường của hóa học phổ thông.
* Anisole: Là ether. Ether không tác dụng với NaOH trong điều kiện thông thường.

Phương trình phản ứng minh họa:
C7H7OH + NaOH -> C7H7ONa + H2O (với các đồng phân crezol)

Vậy có 3 đồng phân tác dụng được với NaOH (o-crezol, m-crezol, p-crezol). Do đó, a = 3.

Đồng phân tác dụng được với Na:
Na là một kim loại kiềm mạnh. Na có thể phản ứng với các hợp chất có nhóm -OH (trong ancol, phenol, axit cacboxylic) và nhóm -COOH (trong axit cacboxylic) để giải phóng khí H2.
* o-crezol: Có nhóm -OH trong cấu trúc phenol. Tác dụng với Na.
* m-crezol: Có nhóm -OH trong cấu trúc phenol. Tác dụng với Na.
* p-crezol: Có nhóm -OH trong cấu trúc phenol. Tác dụng với Na.
* Benzyl alcohol: Có nhóm -OH trong cấu trúc ancol. Tác dụng với Na.
* Anisole: Là ether. Không có nhóm -OH hay -COOH. Không tác dụng với Na.

Phương trình phản ứng minh họa:
2 C7H7OH + 2 Na -> 2 C7H7ONa + H2 (với các đồng phân crezol)
2 C7H7CH2OH + 2 Na -> 2 C7H7CH2ONa + H2 (với benzyl alcohol)

Vậy có 4 đồng phân tác dụng được với Na (o-crezol, m-crezol, p-crezol, benzyl alcohol). Do đó, b = 4.

Đồng phân không tác dụng được với cả Na và NaOH:
Chúng ta đã xác định được các đồng phân phản ứng với NaOH và Na. Đồng phân còn lại sẽ là đồng phân không phản ứng với cả hai.
* Anisole (metoxybenzen): Không có nhóm -OH phenol, không có nhóm -OH ancol, không có nhóm -COOH. Do đó, anisole không tác dụng với cả Na và NaOH trong điều kiện thông thường.

Vậy có 1 đồng phân không tác dụng với cả Na và NaOH (anisole). Do đó, c = 1.

Bước 3: Kiểm tra lại các giá trị a, b, c và đối chiếu với các đáp án.
Ta có: a = 3, b = 4, c = 1.
Chúng ta cần tìm giá trị của a, b và c lần lượt là 3, 4, 1.

Bây giờ, chúng ta cùng xem các đáp án:
A. 4, 3, 2. (Sai)
B. 3, 4, 1. (Đúng)
C. 4, 4, 1. (Sai)
D. 2, 3, 1. (Sai)

Vậy, đáp án chính xác là B.

Tóm lại, chúng ta đã phân tích chi tiết các đồng phân của C7H8O chứa vòng benzen, sau đó xem xét khả năng phản ứng của từng đồng phân với NaOH và Na để đưa ra các giá trị a, b, c.

Đáp án cuối cùng là: a = 3, b = 4, c = 1.

Chúc các em học tốt!