Cho benzen (C₆H₆) làm nguyên liệu ban đầu. Hãy đề xuất một sơ đồ tổng hợp hợp chất 4‑aminophenol (HOC₆H₄NH₂), nêu rõ từng bước phản ứng, điều kiện phản ứng (t°/áp suất, thuốc thử, dung môi, xúc tác nế...

### Sơ đồ tổng hợp 4-aminophenol (HOC₆H₄NH₂) 1. **Nitration (Nitration của benzen):** - **Phản ứng:** C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ (Nitrobenzene) + H₂O - **Điều kiện:** T°: 50-60°C, dùng hỗn hợp HNO₃ và H₂SO₄ làm thuốc thử. - **Cơ chế:** 1. H₂SO₄ proton hóa HNO₃ tạo ra ion NO₂⁺. 2. Ion NO₂⁺ tấn công vào vòng benzen tạo ra carbocation. 3. Tái tạo vòng benzen và giải phóng H⁺. 2. **Tách chiết Nitrobenzene:** - **Phản ứng:** Sử dụng dung môi hữu cơ (chẳng hạn như ether) để tách chiết Nitrobenzene khỏi hỗn hợp. - **Điều kiện:** Dung môi hữu cơ, chiết xuất bằng phương pháp chiết tách lỏng-lỏng. 3. **Khử Nitro (Reduction của Nitrobenzene):** - **Phản ứng:** C₆H₅NO₂ + 3H₂ → C₆H₅NH₂ + 2H₂O - **Điều kiện:** Dùng H₂ khí và Ni hoặc Pt làm xúc tác, ở nhiệt độ 100-150°C. - **Cơ chế:** 1. Hydro hóa (tăng hydrogen) Nitrobenzene bằng H₂. 2. Nitro bị khử thành amin. 4. **Diazot hóa (Diazotization của amin):** - **Phản ứng:** C₆H₅NH₂ + HNO₂ → C₆H₅N₂⁺ + H₂O - **Điều kiện:** Dùng HNO₂ trong môi trường axit (HCl) và ở nhiệt độ thấp (0-5°C). - **Cơ chế:** 1. Axit proton hóa NH₂ tạo ra dạng ion. 2. Ion nitrit tác dụng với NH₃ để tạo ra muối diazonium. 5. **Thủy phân diazonium (Hydrolysis của muối diazonium):** - **Phản ứng:** C₆H₅N₂⁺ + H₂O → HOC₆H₄NH₂ + N₂ - **Điều kiện:** Nhiệt độ phòng, dung môi nước, không cần xúc tác. - **Cơ chế:** 1. Phân tử nước tấn công vào ion diazonium. 2. Tạo ra sản phẩm 4-aminophenol và khí N₂. ### Thách thức về độ chọn lọc và biện pháp thực nghiệm: **Thách thức:** Trong quá trình nitration, sản phẩm có thể tạo ra cả sản phẩm ortho và para. Điều này làm giảm độ chọn lọc cho sản phẩm mong muốn là 4-aminophenol. **Giải pháp thực nghiệm:** 1. **Kiểm soát nhiệt độ và thời gian:** Giảm nhiệt độ nitration có thể làm giảm sự hình thành sản phẩm ortho. Nên giữ nhiệt độ dưới 50°C để hạn chế phản ứng không mong muốn. 2. **Sử dụng chất xúc tác:** Có thể sử dụng các chất xúc tác có chọn lọc hơn để kiểm soát quá trình nitration, chẳng hạn như sử dụng H₂SO₄ có kiểm soát. 3. **Tối ưu hóa tỉ lệ thuốc thử:** Sử dụng tỉ lệ HNO₃/H₂SO₄ thấp hơn để hạn chế mức độ nitration, từ đó giảm thiểu sản phẩm không mong muốn. **Cơ sở hóa học:** - Các biện pháp này chủ yếu dựa vào việc giảm thiểu khả năng tấn công của các nhóm nitration vào vị trí ortho bằng cách điều chỉnh điều kiện phản ứng, từ đó nâng cao khả năng sản xuất sản phẩm mong muốn ở vị trí para.