Phản ứng iodoform

Phản ứng iodoform chỉ được đề cập ở mức độ cần thiết trong chương trình trung học phổ thông. Sau đây là một số điểm cần chú ý thêm.

A. Phản ứng iodoform xảy ra với chất nào?

Trên nguyên tắc, phản ứng iodoform xảy ra khi có nhóm methyl ketone CH₃CO–, nghĩa là xảy được với

1. Methyl ketone:
   

   
   
   Ví dụ: 
   
   
   
2. Ethanal: do cũng có nhóm CH₃CO– tuy không phải là methyl ketone:

B. Ngoài các trường hợp trên, phản ứng iodoform còn có thể xảy ra với chất nào khác?

• Alcohol bậc II (2° alcohol) có nhóm methyl ở vị trí alpha (α), trong đó có alkan-2-ol:
  
  
  
  Ví dụ: 
  
  
  
• Alcohol bậc I (1° alcohol) duy nhất có thể cho phản ứng iodoform là ethanol:
  
  
  

Vậy tại sao các alcohol bậc II (2° alcohol) có nhóm methyl ở vị trí alpha cũng như ethanol có thể cho phản ứng iodoform? Đó là do chúng có thể bị oxi hóa bởi I₂ trong NaOH thành methyl ketone (hoặc ethanal), hệ quả là sản phẩm trung gian tạo thành cho được phản ứng iodoform.

Thật vậy, như ta đã biết, halogen có thể phản ứng với base ttheo một phản ứng tự oxi hóa tự khử (phản ứng bất quân hóa):

Sodium hypochlorite, NaOCl, sodium hypoiodite, NaOI, là những chất oxi hóa và sẽ oxi hóa alcohol bậc II thành ketone, alcohol bậc I thành aldehyde:

Gom các phản ứng (2) và (3), (2) và (4) ta được:

Vì các sản phẩm trung gian này mà các alcohol bậc II có nhóm methyl ở vị trí alpha, cũng như ethanol có thể cho phản ứng iodoform:

Gom các phản ứng (5) và (7), (6) và (8) cho:

Đó là các phản ứng iodoform của ethanol và các alcohol bậc II (2° alcohol) có nhóm methyl ở vị trí alpha.

Dựa trên đặc điểm này, người ta có thể dùng phản ứng iodoform để phân biệt các cặp chất, hoặc đồng phân, sau:

C. Acetic acid hoặc muối acetate có phản ứng iodoform không?

Về mặt cấu tạo, có thể thấy acetic acid cũng có nhóm methyl –CH₃ gắn vào nhóm carbonyl:

Điểm khác biệt ở đây là nhóm hydroxy –OH cũng gắn vào nhóm carbonyl. Nhóm này, sẽ mất H⁺ trong môi trường kiềm, chuyển thành acetate ion, và thông qua hiệu ứng liên hợp sẽ ngăn cản khả năng lấy H⁺ trên nhóm –CH₃ alpha để tạo chất trung gian enolate cần thiết cho phản ứng iodoform (Cơ chế đầy đủ của phản ứng iodoform xem ở đây: phản ứng iodoform).

Với methyl ketone: I có thể thay thế H trong nhóm methyl kế cận nhóm carbonyl:

Phản ứng không xảy ra trong trường hợp acetic acid (chuyển thành acetate ion trong môi trường kiềm của phản ứng này) do:

Acetic acid (và carboxylic acid nói chung) khó bị enol hóa ngay ở giai đoạn I do khả năng tách ra (ra đi) của hydrogen kế cận C=O kém hơn so với acetone chẳng hạn. Từ các giá trị pKₐ theo bảng Bordwell ta tính được Kₐ của H trong nhóm CH₃ của acetone và của ethyl acetate

 

Nói cách khác, H thứ nhất của nhóm CH₃ kế cận C=O trong acetic acid hoặc ethyl acetate tách ra khó hơn aceton cả ngàn lần, nói gì đến tách H thứ hai và thứ ba để chuyển nhóm –CH₃ thành –CI₃.

Giả sử vẫn cứ tách được hết cả 3 nguyên tử H trong –CH₃ để có nhóm –CI₃ chăng nữa, thì vẫn tiếp tục gặp trở ngại. Thứ nhất là sản phẩm trung gian của acid rất không bền do có 2 nhóm –OH và 1 –O⁻ gắn trên cùng một nguyên tử carbon. Thứ hai là khả năng tách I₃C⁻: 

• Nếu là acetone:

• Nếu là acetic acid, có 3 khả năng khác nhau của chất trung gian, trong đó tách I₃C⁻ không thuận lợi so với tách nhóm hydroxide (hoặc alcoholate trong trường hợp ester) do giá trị pKₐ của cả hai acid liên hợp (chưa kể là chất trung gian đó rất không bền như đã nêu trên):

Cũng cần lưu ý thêm là bất luận với acetic acid hay acetate ester, trong môi trường kiềm của phản ứng iodoform chúng đều chuyển thành acetate anion, và anion này ngăn cản mọi phản ứng kế tiếp. 

[có thể là do không thể tạo thành enolate trung gian như trong trường hợp methyl ketone (?)]

Vậy acetic acid, hoặc muối acetate, không cho phản ứng iodoform vì không phải là methyl ketone.

Nếu các bạn tham khảo các tài liệu trên mạng cũng nên thận trọng vì có những trang mạng nghiêm túc (như các trang của các nhà hóa học đáng tin cậy, các trường đại học, các tổ chức nghiên cứu hoặc chuyên về hóa học, các nhà xuất bản có uy tín, ...), và tất nhiên cũng rất nhiều những trang dạy học, cả thu phí lẫn không thu phí, trong đó cũng nhiều trang có nội dung có khi đáng ngờ. 

Ví dụ ta đọc được nội dung sau tại một trang web dạy học từ Ấn độ:

Tạm dịch một số nội dung phần 2:

"2. Phản ứng với iodine

Một khi methyl ketone bị oxi hóa, acetate ion tạo thành phản ứng với iodine (I2) trong môi trường kiềm .... tạo thành iodoform (CHI3) cùng với iodide ion (I-)

Phản ứng có thể biểu diễn như sau:

CH3COO- + 3I2 + 4OH- → CHI3 + 3I- + 2H2O + 2CO2" 

Các bạn có thể thấy nội dung vừa cẩu thả (các công thức hóa học không đúng quy tắc), vừa không chính xác (phương trình hoá học có đủ hệ số nhưng cân bằng sai cả về nguyên tố lẫn điện tích) và tự mâu thuẫn: ở đây thì ghi acetate cho phản ứng iodoform, song xuống dưới một chút lại xác định acetic acid không cho phản ứng iodoform (acetic acid trong môi trường kiềm tất nhiên chuyển thành acetate ion rồi).

Tóm lại, các chất sau có thể cho phản ứng iodoform:

1. Methyl ketone
2. Ethanal
3. Ethanol
4. Alcohol bậc II có nhóm methyl ở vị trí alpha
   
   
   
   
   

Nguyễn Trọng Thọ 

HọcHóa.TT