Bài 14.19 trang 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66 SBT Hóa 11 - Chân trời sáng tạo: Trong phản ứng nitro hoá benzene và các hợp chất có vòng benzene...

Trong phản ứng nitro hoá benzene và các hợp chất có vòng benzene, nếu quy ước tốc độ phản ứng tại một trong các carbon bất kì của benzene là 1,0 thì tỉ lệ tốc độ phản ứng tương đối của các vị trí trong vòng benzene ở một số hợp chất được cho như sau:

Cũng từ dữ liệu đã cho trên, hãy cho biết:

a) Phần trăm sản phẩm thế ở các vị trí ortho, meta, para khi nitro hoá chlorobenzene và methyl benzoate.

b) So sánh khả năng nitro hoá của chlorobenzene và methyl benzoate với khả năng nitro hoá của toluene và tert-butylbenzene. Rút ra kết luận.

c) Phát biểu quy luật thế vào vòng benzene.

Phương pháp giải :

Quy luật thế vào vòng benzene: Khi trong vòng benzene đã có sẵn một nhóm alkyl, như –CH₃ (hay các nhóm –OH, –NH₂, ....), phản ứng thế vào vòng sẽ dễ dàng hơn, với hướng thế ưu tiên vào các vị trí ortho và para. Ngược lại, nếu vòng benzene đã có sẵn một nhóm –NO₂ (hay –COOH, —COOR, —CHO, ...), phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và hướng thế ưu tiên vào các vị trí meta. Nhóm –Cl làm khả năng phản ứng thế trong vòng benzene khó hơn, nhưng hướng thế lại ưu tiên thế vào các vị trí ortho và para.

Lời giải chi tiết:

a) - Khi nitro hóa chlorobenzene, nhóm thế nitro thế vào các vị trí ortho, meta, para trên nhân benzene. Trong đó có 2 vị trí ortho, 2 vị trí meta và 1 vị trí para.

Tỉ lệ phần trăm của sản phẩm thế vào vị trí ortho: \[\frac{{0,03 \times 2}}{{0,03 \times 2 + 0 \times 2 + 0,14}} \times 100\% = 30\% \]

Tỉ lệ phần trăm của sản phẩm thế vào vị trí meta: \[\frac{{0 \times 2}}{{0,03 \times 2 + 0 \times 2 + 0,14}} \times 100\% = 0\% \]

Tỉ lệ phần trăm của sản phẩm thế vào vị trí para: \[100\% - 30\% = 70\% \]

- Khi nitro hóa methyl benzoat, nhóm thế nitro thế vào các vị trí ortho, meta, para trên nhân benzene. Trong đó có 2 vị trí ortho, 2 vị trí meta và 1 vị trí para.

Tỉ lệ phần trăm của sản phẩm thế vào vị trí ortho: \[\frac{{0,0025 \times 2}}{{0,0025 \times 2 + 0,008 \times 2 + 0,001}} \times 100\% \approx 22,73\% \]

Tỉ lệ phần trăm của sản phẩm thế vào vị trí meta: \[\frac{{0,008 \times 2}}{{0,0025 \times 2 + 0,008 \times 2 + 0,001}} \times 100\% \approx 72,73\% \]

Tỉ lệ phần trăm của sản phẩm thế vào vị trí para: \[100\% - (22,73\% + 72,73\% ) = 4,54\% \]

b) Khả năng nitro hoá của chlorobenzene và methyl benzoate giảm hơn so với khả năng nitro hoá của toluene và tert-butylbenzene. Tuy nhiên hướng thế của chlorobenzene ưu tiên vào các vị trí ortho và para, trong khi hướng thế của methyl benzoate ưu tiên vào vị trí meta.

c) Quy luật thế vào vòng benzene: Khi trong vòng benzene đã có sẵn một nhóm alkyl, như –CH₃ (hay các nhóm –OH, –NH₂, ....), phản ứng thế vào vòng sẽ dễ dàng hơn, với hướng thế ưu tiên vào các vị trí ortho và para. Ngược lại, nếu vòng benzene đã có sẵn một nhóm –NO₂ (hay –COOH, —COOR, —CHO, ...), phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và hướng thế ưu tiên vào các vị trí meta. Nhóm –Cl làm khả năng phản ứng thế trong vòng benzene khó hơn, nhưng hướng thế lại ưu tiên thế vào các vị trí ortho và para.