Chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài toán chuyển hóa hữu cơ khá quen thuộc trong chương trình Hóa học lớp 11. Bài toán yêu cầu chúng ta viết các phương trình phản ứng để thực hiện sơ đồ chuyển hóa sau: C4H10–>C2H4–>C2H6–>C2H5Cl.

Chúng ta sẽ đi qua từng bước một, tuân thủ theo đúng kiến thức đã học trong Sách giáo khoa nhé.

Bước 1: Chuyển hóa từ C4H10 thành C2H4

Chất ban đầu là C4H10, đây là ankan có 4 nguyên tử cacbon. Sản phẩm mong muốn là C2H4, một anken có 2 nguyên tử cacbon. Để giảm số nguyên tử cacbon từ 4 xuống 2, chúng ta cần thực hiện phản ứng cracking (bẻ gãy mạch).

Phản ứng cracking ankan là phản ứng nhiệt phân, trong điều kiện nhiệt độ cao và có xúc tác thích hợp, các phân tử ankan mạch dài sẽ bị bẻ gãy thành các phân tử ankan mạch ngắn hơn và anken.

Cụ thể với C4H10 (butan), phản ứng cracking có thể xảy ra như sau:

C4H10 –(nhiệt độ, xúc tác)–> C2H4 + C2H6

Trong phản ứng này, phân tử butan (C4H10) bị bẻ gãy thành một phân tử etilen (C2H4) và một phân tử etan (C2H6).

Bước 2: Chuyển hóa từ C2H4 thành C2H6

Ở bước này, chúng ta có C2H4 (etilen) và cần chuyển thành C2H6 (etan). C2H4 là một anken, còn C2H6 là một ankan tương ứng. Sự chuyển hóa từ anken sang ankan được thực hiện bằng phản ứng cộng hiđro.

Phản ứng cộng hiđro hay còn gọi là phản ứng hiđro hóa, là phản ứng hóa hợp giữa anken (hoặc ankin) với khí hiđro (H2) dưới tác dụng của xúc tác (thường là niken, platin hoặc paladi) ở nhiệt độ thích hợp. Liên kết pi trong anken sẽ bị bẻ gãy và nguyên tử hiđro sẽ cộng vào hai nguyên tử cacbon tạo thành ankan.

Phương trình phản ứng như sau:

C2H4 + H2 –(Ni, t°)–> C2H6

Trong phản ứng này, etilen (C2H4) tác dụng với hiđro (H2) với xúc tác niken (Ni) và đun nóng (t°) để tạo thành etan (C2H6).

Bước 3: Chuyển hóa từ C2H6 thành C2H5Cl

Cuối cùng, chúng ta có C2H6 (etan) và cần chuyển thành C2H5Cl (cloroetan). C2H6 là một ankan, còn C2H5Cl là một dẫn xuất halogen của ankan. Phản ứng để đưa nguyên tử halogen vào phân tử ankan là phản ứng thế.

Phản ứng thế nguyên tử halogen vào ankan được thực hiện bằng cách cho ankan tác dụng với halogen (như clo Cl2 hoặc brom Br2) dưới điều kiện ánh sáng (thường là ánh sáng tử ngoại) hoặc nhiệt độ cao. Phản ứng này là phản ứng thế gốc, trong đó một hoặc nhiều nguyên tử hiđro trong phân tử ankan sẽ bị thay thế bởi nguyên tử halogen.

Với C2H6 (etan), phản ứng thế với clo (Cl2) có thể xảy ra như sau:

C2H6 + Cl2 –(ánh sáng)–> C2H5Cl + HCl

Trong phản ứng này, một nguyên tử hiđro trong phân tử etan (C2H6) được thay thế bởi một nguyên tử clo (Cl) từ phân tử clo (Cl2), tạo thành cloroetan (C2H5Cl) và axit clohidric (HCl). Phản ứng này cần có ánh sáng để khởi đầu.

Như vậy, chúng ta đã hoàn thành sơ đồ chuyển hóa với các phương trình phản ứng chi tiết. Các em hãy xem lại và ghi nhớ các loại phản ứng này nhé. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô. Chúc các em học tốt!