Bài học

Phản ứng thế của aniline với nước bromine — nhận biết

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em viết đúng và cân bằng phương trình aniline tác dụng với nước brom tạo kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline, dùng phản ứng này để nhận biết aniline, và giải được bài toán tính khối lượng chất liên quan đến phản ứng này.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước đã giải thích vì sao vòng benzen của aniline giàu electron hơn benzen thường, đặc biệt ở vị trí ortho và para so với nhóm $-NH_2$ (same-grade bridge). Bài này viết cụ thể phản ứng thế xảy ra tại chính những vị trí đó.

Khởi động

Chỉ cần nhỏ vài giọt nước brom vào ống nghiệm chứa aniline, một lớp kết tủa trắng đục xuất hiện gần như ngay lập tức, không cần đun nóng hay thêm xúc tác. Phản ứng nhanh và rõ ràng đến mức nó trở thành phép thử nhận biết aniline tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm.

Kiến thức trọng tâm

Nhờ vòng benzen của aniline giàu electron ở cả hai vị trí ortho và vị trí para so với nhóm $-NH_2$ (ba vị trí: 2 ortho + 1 para), phản ứng thế electrophin với nước brom xảy ra đồng thời ở cả ba vị trí đó, không dừng lại ở việc thế 1 nguyên tử H như benzen thường:

$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \to C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$

Sản phẩm 2,4,6-tribromoaniline là chất rắn, kết tủa màu trắng, không tan trong nước — đây chính là dấu hiệu quan sát được bằng mắt thường, dùng để nhận biết aniline: cho mẫu thử tác dụng với nước brom, nếu xuất hiện kết tủa trắng ngay ở điều kiện thường (không cần đun nóng, không cần xúc tác) thì mẫu thử chứa aniline.

Phản ứng này giúp phân biệt aniline với hai nhóm chất khác: amine béo (như $CH_3NH_2$ ) không có vòng thơm nên không phản ứng thế kiểu này với nước brom; và benzen — dù cũng là hợp chất thơm — chỉ phản ứng với $Br_2$ khi có xúc tác $FeBr_3$ , tạo sản phẩm lỏng brombenzen (thế 1 nguyên tử H, không kết tủa), khác hẳn về cả điều kiện phản ứng lẫn hiện tượng quan sát được so với aniline.

Ba đặc điểm cùng lúc — không cần xúc tác, xảy ra tức thời, và cho kết tủa dễ quan sát — khiến phản ứng này trở thành một trong những phép thử định tính đáng tin cậy nhất của cả chương trình hữu cơ lớp 12, thường xuất hiện trong các câu hỏi yêu cầu phân biệt hỗn hợp nhiều chất chỉ bằng một vài thuốc thử đơn giản. Khi gặp dạng bài "chỉ dùng tối đa hai thuốc thử để phân biệt các chất", nước brom gần như luôn là ứng cử viên đầu tiên nếu trong danh sách có aniline.

Nhờ vòng benzen của aniline giàu electron ở cả hai vị trí ortho và vị trí para so với nhóm $-NH_2$ (ba vị trí: 2 ortho + 1 para), phản ứng thế electrophin với nước brom xảy ra **đồng thời ở cả ba vị trí** đó, không dừng lại ở việc thế 1 nguyên tử H như benzen thường: $$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \to C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$$ Sản phẩm 2,4,6-tribromoaniline là chất rắn, **kết tủa màu trắng**, không tan trong nước — đây chính là dấu hiệu quan sát được bằng mắt thường, dùng để **nhận biết aniline**: cho mẫu thử tác dụng với nước brom, nếu xuất hiện kết tủa trắng ngay ở điều kiện thường (không cần đun nóng, không cần xúc tác) thì mẫu thử chứa aniline. Phản ứng này giúp phân biệt aniline với hai nhóm chất khác: **amine béo** (như $CH_3NH_2$) không có vòng thơm nên không phản ứng thế kiểu này với nước brom; và **benzen** — dù cũng là hợp chất thơm — chỉ phản ứng với $Br_2$ khi có xúc tác $FeBr_3$, tạo sản phẩm lỏng brombenzen (thế 1 nguyên tử H, không kết tủa), khác hẳn về cả điều kiện phản ứng lẫn hiện tượng quan sát được so với aniline. Ba đặc điểm cùng lúc — không cần xúc tác, xảy ra tức thời, và cho kết tủa dễ quan sát — khiến phản ứng này trở thành một trong những phép thử định tính đáng tin cậy nhất của cả chương trình hữu cơ lớp 12, thường xuất hiện trong các câu hỏi yêu cầu phân biệt hỗn hợp nhiều chất chỉ bằng một vài thuốc thử đơn giản. Khi gặp dạng bài "chỉ dùng tối đa hai thuốc thử để phân biệt các chất", nước brom gần như luôn là ứng cử viên đầu tiên nếu trong danh sách có aniline.

Ví dụ

Viết và cân bằng phương trình phản ứng aniline với nước brom

1
Viết phương trình hoá học của phản ứng aniline tác dụng với nước brom dư, chỉ rõ vị trí thế trên vòng và cân bằng đầy đủ hệ số.
2
Nhóm $-NH_2$ hoạt hoá vòng mạnh nhất ở hai vị trí ortho (số 2, 6) và một vị trí para (số 4) — cả ba vị trí này đều bị thế bởi $Br$ .
Nhóm $-NH_2$ hoạt hoá vòng mạnh nhất ở hai vị trí ortho (số 2, 6) và một vị trí para (số 4) — cả ba vị trí này đều bị thế bởi $Br$.
3
Mỗi vị trí thế cần 1 phân tử $Br_2$ (giải phóng 1 $HBr$ ), ba vị trí cần 3 phân tử $Br_2$ : $C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \to C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$ .
Mỗi vị trí thế cần 1 phân tử $Br_2$ (giải phóng 1 $HBr$), ba vị trí cần 3 phân tử $Br_2$: $C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \to C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$.
4
Phương trình đã cân bằng đúng: 6 carbon, 3 Br thế vào vòng (giữ nguyên 2 H còn lại trên vòng ở vị trí meta), nhóm $-NH_2$ không đổi, giải phóng 3 phân tử $HBr$ .
Phương trình đã cân bằng đúng: 6 carbon, 3 Br thế vào vòng (giữ nguyên 2 H còn lại trên vòng ở vị trí meta), nhóm $-NH_2$ không đổi, giải phóng 3 phân tử $HBr$.

Ví dụ

Tính khối lượng kết tủa trắng thu được từ một lượng aniline cho trước

1
Cho 4,65 gam aniline phản ứng hoàn toàn với nước brom dư. Tính khối lượng kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline thu được.
2
$n(C_6H_5NH_2) = \dfrac{4{,}65}{93} = 0{,}05$ mol.
$n(C_6H_5NH_2) = \dfrac{4{,}65}{93} = 0{,}05$ mol.
3
$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \to C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$ . Tỉ lệ mol aniline : kết tủa là $1:1$ , nên $n(C_6H_2Br_3NH_2) = 0{,}05$ mol.
$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \to C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$. Tỉ lệ mol aniline : kết tủa là $1:1$, nên $n(C_6H_2Br_3NH_2) = 0{,}05$ mol.
4
$M(C_6H_2Br_3NH_2) = 12\times6 + 1\times4 + 80\times3 + 14 = 72+4+240+14 = 330$ g/mol. $m = 0{,}05 \times 330 = 16{,}5$ gam.
$M(C_6H_2Br_3NH_2) = 12\times6 + 1\times4 + 80\times3 + 14 = 72+4+240+14 = 330$ g/mol. $m = 0{,}05 \times 330 = 16{,}5$ gam.
5
Vậy khối lượng kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline thu được là $16{,}5$ gam.
Vậy khối lượng kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline thu được là $16{,}5$ gam.

Ví dụ

Phân biệt ba lọ mất nhãn bằng nước brom và quỳ tím

1
Trình bày cách phân biệt ba lọ mất nhãn chứa benzen, aniline, và methylamin, chỉ dùng nước brom và quỳ tím.
2
Nhúng quỳ tím vào từng dung dịch/chất lỏng. Lọ làm quỳ tím hoá xanh là methylamin (tính base mạnh hơn $NH_3$ ). Hai lọ còn lại (benzen, aniline) không làm quỳ tím đổi màu vì benzen không có tính base, còn aniline base quá yếu.
Nhúng quỳ tím vào từng dung dịch/chất lỏng. Lọ làm quỳ tím hoá xanh là methylamin (tính base mạnh hơn $NH_3$). Hai lọ còn lại (benzen, aniline) không làm quỳ tím đổi màu vì benzen không có tính base, còn aniline base quá yếu.
3
Nhỏ nước brom vào hai lọ chưa phân biệt được. Lọ xuất hiện kết tủa trắng ngay là aniline (phản ứng thế ở ortho, para không cần xúc tác). Lọ không có hiện tượng gì rõ rệt ở điều kiện thường là benzen (cần xúc tác $FeBr_3$ mới phản ứng).
Nhỏ nước brom vào hai lọ chưa phân biệt được. Lọ xuất hiện kết tủa trắng ngay là aniline (phản ứng thế ở ortho, para không cần xúc tác). Lọ không có hiện tượng gì rõ rệt ở điều kiện thường là benzen (cần xúc tác $FeBr_3$ mới phản ứng).
4
Vậy chỉ với hai thuốc thử đơn giản — quỳ tím và nước brom — kết hợp đúng thứ tự, ta phân biệt được cả ba chất dựa trên hai tính chất đặc trưng đã học: tính base (quỳ tím) và khả năng phản ứng thế của vòng thơm (nước brom).

Ví dụ

Xác định phần trăm khối lượng aniline trong hỗn hợp với benzen

1
Hỗn hợp X gồm aniline và benzen có tổng khối lượng 15,5 gam. Cho X tác dụng với nước brom dư ở điều kiện thường (không xúc tác) thu được 3,3 gam kết tủa trắng. Tính phần trăm khối lượng mỗi chất trong X.
2
Ở điều kiện thường, không xúc tác, chỉ aniline phản ứng với nước brom; benzen không phản ứng (cần $FeBr_3$ ). Vậy toàn bộ kết tủa sinh ra chỉ từ aniline trong hỗn hợp.
Ở điều kiện thường, không xúc tác, chỉ aniline phản ứng với nước brom; benzen không phản ứng (cần $FeBr_3$). Vậy toàn bộ kết tủa sinh ra chỉ từ aniline trong hỗn hợp.
3
$n(\text{kết tủa}) = 3{,}3/330 = 0{,}01$ mol $= n(C_6H_5NH_2)$ (tỉ lệ mol $1:1$ ).
$n(\text{kết tủa}) = 3{,}3/330 = 0{,}01$ mol $= n(C_6H_5NH_2)$ (tỉ lệ mol $1:1$).
4
$m(C_6H_5NH_2) = 0{,}01 \times 93 = 0{,}93$ gam. $m(\text{benzen}) = 15{,}5 - 0{,}93 = 14{,}57$ gam.
$m(C_6H_5NH_2) = 0{,}01 \times 93 = 0{,}93$ gam. $m(\text{benzen}) = 15{,}5 - 0{,}93 = 14{,}57$ gam.
5
$\%m(C_6H_5NH_2) = \dfrac{0{,}93}{15{,}5} \times 100\% = 6\%$ . $\%m(\text{benzen}) = 100\% - 6\% = 94\%$ .
$\%m(C_6H_5NH_2) = \dfrac{0{,}93}{15{,}5} \times 100\% = 6\%$. $\%m(\text{benzen}) = 100\% - 6\% = 94\%$.
6
Vậy trong hỗn hợp X, aniline chiếm $6\%$ và benzen chiếm $94\%$ về khối lượng. Chính vì benzen "trơ" với nước brom ở điều kiện thường mà phản ứng này tách bạch được rạch ròi lượng aniline có trong hỗn hợp, không cần tách riêng hai chất trước khi định lượng.
Vậy trong hỗn hợp X, aniline chiếm $6\%$ và benzen chiếm $94\%$ về khối lượng. Chính vì benzen "trơ" với nước brom ở điều kiện thường mà phản ứng này tách bạch được rạch ròi lượng aniline có trong hỗn hợp, không cần tách riêng hai chất trước khi định lượng.

Sai lầm thường gặp

Lỗi hay gặp nhất là quên hệ số 3 trước $Br_2$ và $HBr$ khi cân bằng phương trình, viết thành $C_6H_5NH_2 + Br_2 \to C_6H_4BrNH_2 + HBr$ như một phản ứng thế benzen thông thường — trong khi thực tế phản ứng xảy ra đồng thời ở CẢ BA vị trí ortho, para chứ không chỉ một vị trí.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \to C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$ — phản ứng xảy ra ngay ở điều kiện thường, không cần xúc tác, tạo kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline. Đây là phản ứng nhận biết đặc trưng của aniline, phân biệt aniline với cả amine béo lẫn benzen.

Chương cuối cùng hệ thống lại toàn bộ kiến thức amine đã học và luyện tập theo đúng cấu trúc đề thi tốt nghiệp THPT 2025: trắc nghiệm nhiều lựa chọn, đúng/sai từng ý, và trả lời ngắn.