Bài 14.19 trang 65

1. Nội dung câu hỏi

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.
2. Phương pháp giải
Quy luật thế vào vòng benzene: Khi trong vòng benzene đã có sẵn một nhóm alkyl, như $–CH_3$ (hay các nhóm $–OH, –NH_2$, ....), 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 $–NO_2$ (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.

3. Lời giải chi tiết
a) Chlorobenzene có 2 vị trí ortho, 2 vị trí meta và 1 vị trí para nên:
- Phần trăm sản phẩm thế ortho là $\frac{2 \times 0,03 \times 100}{0,03+0,03+0,14}=30 \%$.
- Phần trăm sản phẩm thế meta là $0 \%$.
- Phần trăm sản phẩm thế para là $\frac{0,14 \times 100}{0,03+0,03+0,14}=70 \%$.

Methyl benzoate cũng có 2 vị trí ortho, 2 vị trí meta và 1 vị trí para nên:
- Phần trăm sản phẩm thế ortho là

$\frac{2\times 0,0025\times 100}{0,0025+0,0025+0,008+0,008+0,001}=22,73\%\text{. }$
- Phần trăm sản phẩm thế meta là
$\frac{2\times 0,008\times 100}{0,0025+0,0025+0,008+0,008+0,001}=72,73\%.$

- Phần trăm sản phẩm thế para là
$\frac{0,001\times 100}{0,0025+0,0025+0,008+0,008+0,001}=4,55\%\text{. }$

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 $–CH_3$ (hay các nhóm $–OH, –NH_2$, ....), 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 $–NO_2$ (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.