Hóa hữu cơ đại cương

NGUYỄN THỊ MAHÓA HỌC HỮU CƠ Hà Nội 2022 I, ĐÀO QUANG LIÊM, LÊ THỊ THI HẠ MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ ix LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC HỮU CƠ 2 1 1 Hóa học hữu cơ 2 1 2 Hợp chất hữu cơ 2 1 2 1 Đặc điểm của chất hữu cơ và phản ứng hữu cơ 2 1 2 2 Phân loại hợp chất hữu cơ 3 1 2 3 Danh pháp hợp chất hữu cơ 4 1 3 Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ 5 1 3 1 Đồng phân cấu tạo 5 1 3 2 Đồng phân không gian 6 1 4 Liên kết trong hóa học hữu cơ 6 1 4 1 Liên kết ion 6 1 4 2 Liên kết c.

NGUYỄN THỊ MAI, ĐÀO QUANG LIÊM, LÊ THỊ THI HẠ HÓA HỌC HỮU CƠ Hà Nội - 2022 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ LỜI NĨI ĐẦU Cuốn sách “Hóa học Hữu cơ” dành cho sinh viên ngành Kỹ thuật môi trường trường Đại học Giao thơng vận tải với thời lượng tín Cuốn sách viết theo yêu cầu đổi chương trình giảng dạy đáp ứng việc nâng cao chất lượng đào tạo cho sinh viên Trường Đại học Giao thông vận tải nói chung sinh viên ngành Kỹ thuật mơi trường nói riêng Trong lần đầu xuất bản, sách trình khơng tránh thiếu sót, nhóm biên soạn mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp, sinh viên bạn đọc để giáo trình hồn thiện lần xuất sau Hà Nội, tháng năm 2022 Các tác giả Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC HỮU CƠ 1.1 Hóa học hữu Cacbon nguyên tố hóa học đặc biệt: nguyên tử cacbon kết hợp với với nguyên tử nguyên tố khác tạo nên mười triệu hợp chất khác nhau, hợp chất cacbon Trong đó, tất nguyên tố lại bảng tuần hồn tạo nên khoảng triệu hợp chất không chứa cacbon Hợp chất hữu hợp chất cacbon trừ số hợp chất đơn giản không chứa hiđro oxit cacbon, muối cabonat, cacbua cacbonyl Ngành hóa học hữu ngành nghiên cứu hợp chất hữu Vì hợp chất hữu bao gồm hiđrocacbon dẫn xuất chúng, nên coi hóa học hữu ngành hóa học nghiên cứu hiđrocacbon dẫn xuất hiđrocacbon 1.2 Hợp chất hữu 1.2.1 Đặc điểm chất hữu phản ứng hữu Chúng ta cần xét riêng hóa học cacbon chúng có đặc điểm sau đây: - Sở dĩ tồn số lượng lớn hợp chất hữu (trên 10 triệu chất) nguyên tử cacbon có khả đặc biệt, khơng liên kết với ngun tử ngun tố khác mà cịn liên kết với tạo thành mạch dài, mạch phân nhánh mạch vịng kín liên kết cộng hóa trị; mặt khác ngun tử cacbon cịn có khả tạo liên kết bội - Phần lớn chất hữu cháy được, bền nhiệt độ cao, không tan nước, dung dịch không phân li thành ion; đa số chất vơ không cháy, chịu nhiệt độ cao, tan nước phân li thành ion dung dịch - Một đặc điểm bật chất hữu xuất hiện tượng đồng phân, đồng đẳng, … tượng gặp chất vô - Các phản ứng hóa học vơ thường xảy nhanh theo hướng định đa số phản ứng hợp chất hữu đòi hỏi nhiều thời gian, xảy với tốc độ chậm theo nhiều hướng khác nhau, hiệu suất phản ứng nói chung khơng cao, phản ứng không tiến hành đến cùng, đạt tới cân thuận nghịch 1.2.2 Phân loại hợp chất hữu Hợp chất hữu phân loại theo nhóm chức theo mạch cacbon 1.2.2.1 Phân loại theo nhóm chức Các hợp chất hữu gồm hai loại hiđrocacbon (phân tử chứa hai nguyên tố cacbon hiđro) dẫn xuất hiđrocacbon Các dẫn xuất hiđrocacbon hợp chất có nhóm chức Nhóm chức nhóm nguyên tử (hoặc nguyên tử) định tính chất hóa học phân tử hữu Bảng 1.1 dẫn số nhóm chức lớp hợp chất hữu tương ứng Bảng 1.1 Một số nhóm chức lớp hợp chất hữu tương ứng Nhóm chức Cơng thức Tên lớp chất Công thức chung hợp chất Tên gọi Liên kết đôi Anken Liên kết ba Ankin -F, -Cl, -I (-Hal) Halogen Dẫn xuất halogen R-Hal -OH Hiđroxyl Ancol Phenol R-OH Ar-OH -O- Ete Ete R-O-R’ -NH2 Amino Amin (bậc một) R-NH2 -NO2 Nitro Hợp chất nitro R-NO2 Cacbonyl Anđehit xeton R-CH=O R-CO-R’ Cacboxyl Axit cacboxylic R-COOH -COOH R: gốc hiđrocacbon; Ar; gốc hiđrocacbon thơm Khi phân tử có nhóm chức nhất, ta có hợp chất đơn chức, thí dụ CH3CH2OH, CH3COOH, … Nếu có hai hay nhiều nhóm chức giống phân tử, ta có hợp chất đa chức, thí dụ HOCH 2CHOHCH2OH, HOOCCH2COOH, … Trong trường hợp có hai hay nhiều nhóm khác phân tử, ta có hợp chất tạp chức, thí dụ H2NCH2COOH, HOCH2CHOHCHO, … 1.2.2.2 Phân loại theo mạch cacbon Hiđrocacbon dẫn xuất hiđrocacbon phân loại theo mạch cacbon (mạch hở mạch vịng, mạch no mạch khơng no, …) Thí dụ: Các hợp chất khơng vịng hay mạch hở, mạch gồm nguyên tử cacbon nối với thành chuỗi hở khơng đóng vịng Hợp chất đồng vịng: mạch vịng gồm tồn ngun tử cacbon Nhóm hợp chất đồng vòng bao gồm hợp chất vòng thơm mà đại diện quan trọng benzen hợp chất vịng béo tức vịng khơng thơm Hợp chất dị vòng: mạch vòng gồm nguyên tử cacbon số dị nguyên tử nitơ, oxi lưu huỳnh, … Khi xem xét hợp chất hữu cơ, ta cần xem xét nhóm chức lẫn mạch cacbon; hai phận phân tử có liên quan chặt chẽ với 1.2.3 Danh pháp hợp chất hữu Trong giai đoạn phát triển hóa học, tên gọi hợp chất hữu thường dùng gắn liền với nguồn gốc tìm nó, tính chất đặc trưng hợp chất Bằng cách có tên gọi thường, tức tên gọi khơng theo hệ thống Chẳng hạn HCOOH, tức axit có thể lồi kiến Formica rufa gọi axit fomic, tên gọi axit axetic CH 3COOH xuất phát từ tên vi khuẩn Mycoderma aceta có khả phân giải số chất hữu (dung dịch rượu loãng dung dịch đường) thành axit axetic Đó tượng men dấm Tên gọi glixerin xuất phát từ chữ Hi Lạp glykys nghĩa Sau số lượng hợp chất hữu phân lập từ nguồn thiên nhiên tổng hợp tăng lên gấp bội, người ta phải tìm cách gọi tên hợp chất hữu theo hệ thống định Năm 1892, lần hội nghị quốc tế nhà hóa học Giơnevơ (Thụy Sĩ) xây dựng hệ thống cách gọi tên gọi danh pháp Giơnevơ, bao gồm 60 quy tắc để gọi tên hợp chất hữu Về sau quy tắc cải tiến bổ sung thêm Năm 1931, hiệp hội quốc tế nhà hóa học đề nghị danh pháp Liegiơ (Vương quốc Bỉ) từ năm 1957 có danh pháp IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemitry – Hiệp hội quốc tế hóa học ứng dụng) Theo danh pháp IUPAC, tên gọi hợp chất xây dựng xuất phát từ số tương đối tên gọi gốc dựa quy tắc chặt chẽ Danh pháp IUPAC giới thiệu tên gọi hầu hết hợp chất hữu Tuy vậy, xét số quy tắc chung - Tên gọi nhóm đặt tiếp đầu ngữ theo thứ tự chữ cái, vị trí nhóm đặc trưng chữ số Thí dụ: 4-Amino-3-brombut-1-ol - Tên gọi nhóm phức tạp đưa vào dấu ngoặc Thí dụ: 1-(2’,4’-đinitrophenyl)-3-metylnaphtalen - Nếu vài tiếp đầu ngữ có vần lấy chữ ngắn để trước Thí dụ: 1-Metyl-2-metylaminonaphtalen - Tên nhóm đồng phân xếp theo thứ tự chữ Thí dụ: Butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl - Nếu hợp chất có nhóm chức tên gọi nhóm đặc trưng phần Thí dụ: Axit 2-brom-3-etylhexacacboxylic 1.3 Cấu trúc phân tử hợp chất hữu Trong hợp chất hữu thường gặp nhiều hợp chất khác tính chất, song lại có cơng thức phân tử Hiện tượng công thức phân tử ứng với hai nhiều hợp chất khác gọi tượng đồng phân Sở dĩ có tượng đồng phân chất đồng phân có cấu trúc khác Dựa vào đặc điểm cấu trúc ta phân biệt hai loại đồng phân đồng phân cấu tạo đồng phân không gian 1.3.1 Đồng phân cấu tạo Các đồng phân cấu tạo phân biệt thứ tự xếp nguyên tử phân tử loại liên kết nguyên tử ấy, tức khác cấu tạo hóa học Đồng phân cấu tạo chia thành loại sau: a) Đồng phân mạch cacbon: đồng phân có mạch cacbon xếp khác Thí dụ: b) Đồng phân vị trí: phân biệt vị trí nhóm chức: 1,2-Đihiđroxibenzen 1,3-Đihiđroxibenzen 1,4-Đihiđroxibenzen c) Đồng phân nhóm chức: cơng thức C 2H6O có hai chất khác ancol ete; nghĩa có hai nhóm chức khác CH3CH2OH CH3OCH3 ancol ete d) Đồng phân liên kết: phân tử C4H8, nguyên tử liên kết với theo cách khác nhau, thí dụ but-1-en xiclobutan: Với C4H6 ta có: CH2=CH-CH=CH2 CH≡C-CH2-CH3 1.3.2 Đồng phân không gian Các đồng phân khơng gian (đồng phân lập thể) có cấu tạo khác phân bố không gian nguyên tử nhóm nguyên tử phân tử Hai loại đồng phân không gian chủ yếu đồng phân hình học đồng phân quang học 1.4 Liên kết hóa học hữu 1.4.1 Liên kết ion Nhằm mục đích giải thích khả dẫn điện chất, thí dụ natri clorua, năm 1916 nhà vật lý người Đức Koren (Walter Kossel, 1888 – 1967) đưa giả thuyết liên kết ion: Phân tử hợp chất hóa học tạo thành nhờ chuyển dịch electron hóa trị từ nguyên tử sang nguyên tử kia, nguyên tử ion thành ion dương (gọi cation) nguyên tử nhận electron thành ion âm (anion) Tương tác ion phân tử tương tác tĩnh điện Sự chuyển dịch electron từ nguyên tử natri đến nguyên tử clo tạo nên cation natri anion clorua; hai có cấu hình electron khí 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 Natri clorua thí dụ hợp chất ion Các hợp chất ion tạo thành nguyên tố bên trái bảng tuần hoàn (nguyên tố điện dương) phản ứng với nguyên tố bên phải bảng tuần hoàn 1.4.2 Liên kết cộng hóa trị Giả thuyết Koxen khơng giải thích hình thành số lớn phân tử tạo nên nguyên tử nguyên tố H 2, O2, Cl2 nguyên tố gần giống SO 2, CO2 Xuất phát từ quan niệm cho nguyên tử có xu hướng đạt đến cấu hình electron bền khí hiếm, Liuyt (G Lewis, 1916), nhà hóa học Hoa Kỳ đề giả thuyết liên kết cộng hóa trị, tạo thành cách nguyên tử đưa electron hóa trị để tạo thành một, hai hay ba cặp electron chung hai nguyên tử Như vậy, liên kết cộng hóa trị hình thành có dùng chung nhiều cặp electron hóa trị Hai nguyên tử flo làm đầy lớp vỏ cách dùng chung electron hóa trị khơng ghép đơi Liên kết cộng hóa trị Hai nguyên tử hiđro phản ứng tạo liên kết cộng hóa trị Bằng cách dùng chung cặp electron, hiđro có lớp vỏ lấp đầy (hai electron) Hiđro clo tạo liên kết cộng hóa trị cách electron dùng chung Nhưng hiđro làm lấp đầy lớp vỏ thứ clo làm lấp đầy lớp vỏ thứ ba Mặc dù tất liên kết cộng hóa trị có dùng chung electron, chúng khác rõ rệt mức độ dùng chung Liên kết cộng hóa trị chia làm hai loại: phân cực không phân cực, phụ thuộc vào khác độ âm điện hai nguyên tử liên kết Bảng 1.2 dẫn đánh giá tương đối mức độ ion liên kết hai nguyên tử Bảng 1.2 Sự phân loại liên kết hóa học 10 Bên cạnh đime vịng Axit cacboxylic cịn tồn dạng polime mạch thẳng: Do có liên kết hiđro hai phân tử, axit cacboxylic có nhiệt độ sôi cao hẳn nhiệt độ sôi dẫn xuất halogen nhiệt độ sôi ancol tương ứng Tất axit monocaboxylic chất lỏng rắn Nhiều axit cacboxylic tan tốt nước nhóm cacboxyl axit bị sonvat hóa nhờ có liên kết hiđro Vì gốc hiđrocacbon nối với nhóm cacboxyl gốc kị nước, tăng chiều dài tăng độ phân nhánh gốc đó, nhóm cacboxyl liên kết hiđro với nước khơng đủ sức giữ tồn phân tử axit nước, axit từ C1 đến C3 tan vô hạn nước; axit cao tan có hạn hồn tồn không tan Ở điều kiện thường: Ba axit béo đầu dãy chất lỏng, mùi xốc Axit fomic có mùi hắc; axit axetic có mùi giấm, khơng màu, tan tốt nước Axit có số nguyên tử cacbon từ C – C9: chất lỏng sánh dầu, axit cao chất rắn khơng mùi Nói chung số nguyên tử cacbon mạch axit tăng độ tan axit nước giảm Các axit cacboxylic thơm chất rắn, dễ thăng hoa 8.6 Tính chất hóa học Về hình thức, nhóm cacboxyl tổ hợp hai nhóm cacbonyl hiđroxil Ngồi ảnh hưởng lẫn nhóm cacbonyl hiđroxil ta cịn thấy ảnh hưởng nhóm cacbonyl gốc hiđrocacbon gặp hợp chất cacbonyl Phản ứng hóa học axit cacboxylic gồm bốn loại chính: phản ứng đứt liên kết O-H, phản ứng nhóm cacbonyl, phản ứng đecacboxil hóa phản ứng gốc hiđrocacbon 8.8.1 Phản ứng làm đứt liên kết O-H Sự phân ly axit Sự phân ly axit cacboxylic dung dịch nước xảy theo cân bằng: Axit cacboxylic axit yếu Hằng số phân ly axit khoảng 10-4 114 Thí dụ: pKa HCOOH CH3COOH C2H5COOH 3,77 4,76 4,88 Do có tính axit, axit cacboxylic tham gia phản ứng nguyên tử hiđro kim loại, với số oxit kim loại với hiđroxit kim loại kiềm Thí dụ: 2RCOOH + 2Na → 2RCOONa + H2 2RCOOH + MgO → (RCOO)2Mg + H2 8.8.2 Các phản ứng cộng nhóm cacboxil Phản ứng este hoá Phản ứng tạo halogenua axit Các tác nhân phản ứng PCl5, PCl3, SOCl2, photgen COCl2, 3RCOOH + PCl3 → 3ROCl + H3PO3 RCOOH + SOCl2 → ROCl + SO2 + HCl RCOOH + COCl2 → ROCl + CO2 + HCl Phản ứng tạo anhydrid axit Tác nhân hút nước P2O5 Phản ứng tạo amit Axit tác dụng với amoniac tạo muối, nhiệt phân muối tạo amit Phản ứng khử Axit cacboxylic hợp chất hữu khó khử nhất, có lithi- nhơm hyđrua khử chúng 8.8.3 Phản ứng đecacboxil hóa Axit cacboxylic muối cacboxilat bị loại nhóm CO 2, cách nhiệt phân axit hay muối nó: 115 8.8.4 Phản ứng gốc hiđrocacbon Phản ứng oxi hóa Nói chung nhóm cacboxil axit cacboxylic trơ chất oxi hóa (trừ trường hợp axit fomic), gốc ankyl bị oxi hóa tạo thành oxocacboxylic Dùng tác nhân oxi hóa SeO2, ta oxi hóa vị trí α axit cacboxylic: Trong oxi hóa nhờ enzym lại xảy vị trí β: Halogen hóa gốc ankyl axit cacboxylic Phản ứng gốc thơm 8.9 Phương pháp điều chế 8.9.1 Oxi hóa hiđrocacbon, ancol, anđehit xeton a) Oxi hóa ankan oxi khơng khí có xúc tác muối mangan khoảng 100oC Các ankan mạch dài đến 30C bị oxi hố mạch bị gãy tạo thành axit mạch ngắn từ 2C- 22C Phản ứng áp dụng sản xuất xà phịng b) Oxi hóa anken từ nối đơi phân tử bị đứt tạo thành hỗn hợp axit 116 xeton Chất oxi hoá thường dùng hỗn hợp K2Cr2O7/H2SO4 KMnO4/H2SO4 c) Oxi hóa hiđrocacbon thơm: Các ankyl, ankenylaren dễ bị oxi hoá tạo axit d) Oxi hóa xicloankan oxi khơng khí xúc tác cho axit e) Oxi hóa ancol bậc thành anđehit anđehit bị oxi hóa thành axit, giữ nguyên mạch cacbon g) Oxi hóa ancol bậc tạo xeton, xeton bị oxi hóa với chất oxi hóa mạnh đun nóng Mạch C xeton bị gãy bên nhánh cacbonyl cho hỗn hợp axit 8.9.2 Thuỷ phân hợp chất nitril, este, cloanhyric amit axit ROCl + H2O → RCOOH + HCl RCONH2 + H2O → RCOOH + NH3 8.9.3 Hợp chất kim với đioxit cacbon 117 Chú ý: Thường cho hợp chất kim vào “nước đá khô” nghiền nhỏ khuấy trộn mạnh, phản ứng xảy thuận nghịch ứng dụng rộng rãi 8.10 Một số axit tiêu biểu 8.10.1 Axit fomic HCOOH Axit fomic chất lỏng, khơng màu, có mùi xốc mạnh, gây bỏng da Axit có lồi kiến rừng, sâu róm, số gai lượng nhỏ động vật khác, Axit fomic axit tương đối mạnh (pKa=3,77), tan vô hạn nước, nhiệt độ sôi 101°C Trong công nghiệp, axit fomic sản xuất từ NaOH CO đun nóng 210°C áp suất từ 6-10 atm NaOH + CO → HCOONa → HCOOH Hoặc oxi hóa metanol, anđehit formic hay nhiệt phân axit oxalic glixerol Khác với axit khác dãy đồng đẳng có nhóm -CHO nên coi anđehit Vì axit fomic có tính khử mạnh: phản ứng tráng gương, Khi đun nóng đến 160°C áp suất có mặt iridi hay rodi bột, axit fomic bị phân hủy thành CO2 H2 Axit fomic dùng nhiều làm chất khử, dùng công nghiệp nhuộm vải sợi, công nghiệp thuộc da tổng hợp hữu 8.10.2 Axit axetic: CH3COOH Là chất lỏng khơng màu, có mùi vị chua xốc giấm, nhiệt độ sôi 118°C, tan vô hạn nước ancol, ete Dung dịch 6-10% nước giấm ăn Trong công nghiệp sản xuất từ axetanđehit CH3CHO + 1/2 O2 → CH3COOH + Cất khan gỗ + Lên men rượu giấm Axit axetic dùng làm dung môi, giấm ăn, điều chế nhiều hợp chất hữu cơ, chất diệt cỏ (ClCH2COONa), chất kích thích tăng trưởng thực vật, dược phẩm, cơng nghiệp dệt nhiều lĩnh vực khác 8.10.3 Axit benzoic: C6H5COOH Axit benzoic chất rắn kết tinh màu trắng, không mùi, dễ thăng hoa, khó tan nước Axit benzoic axit thơm tiêu biểu có thể động vật thực vật 118 Thí dụ: Axit benzoic có dầu thực vật, cánh kiến trắng, nhựa thơm, nước tiểu bò, ngựa, phân chim, Axit benzoic có tính sát trùng nên sử dụng y học công nghiệp thực phẩm Ngồi cịn sử dụng kĩ nghệ phẩm nhuộm thuốc diệt cỏ nông nghiệp 8.10.4 Axit béo cao Axit panmitic: C15H31COOH Axit stearic: C17H35COOH Hai axit có dầu, mỡ, sáp động vật thực vật dạng este glyxerit (axit stearic có dầu dừa cịn axit panmitic có dầu cọ) Khi thủy phân este thu glyxerol axit stearic, axit panmitic axit oleic Khi thủy phân este kiềm ta thu xà phịng glixerol Ứng dụng lớn axit dùng để sản xuất xà phòng dạng muối cacboxilat để trộn với parafin có số nguyên tử cacbon 20-28 để sản xuất nến 8.10.5 Dẫn xuất axit cacbonic Axit cacbonic, H2CO3 axit yếu, yếu axit cacboxylic, có pKa nấc 6,5 nấc 10,2; không bền, tồn trạng thái cân nhỏ nước CO2+H2O ↔ H2CO3 Dẫn xuất axit cacbonic có nhiều loại có nhiều ứng dụng thực tế Một số dẫn xuất quan trọng sau: a) Photgen: COCl2 Năm 1811, lần photgen điều chế cách tác dụng oxit cacbon với clo ánh sáng mặt trời CO + Cl2 → COCl2 Hoặc điều chế cách: 2CHCl3 + O2 → 2COCl2 + 2HCl Photgen chất khí có mùi, ngạt thở độc Nó tác dụng mạnh với niêm mạc quan hô hấp người động vật Vì dùng làm chất độc quân (hơi ngạt) Đại chiến Thế giới thứ b) Đisunfua cacbon CS2: S=C=S CS2 điều chế trực tiếp từ lưu huỳnh (hơi) cacbon (than nung nóng), kinh tế cho metan tác dụng với S (khí) có xúc tác silicagen CH4 + 4S → CS2 + 2H2S 119 - Đisunfua cacbon tinh khiết chất lỏng không mùi, mùi ete khơng khó ngửi Cịn khơng tinh khiết có mùi khó chịu Hơi đisunfua cacbon bắt lửa nhiệt độ thấp nên hóa chất nguy hiểm Đisunfua cacbon độc, đặc biệt động vật bậc thấp, dùng để trừ sâu bọ có hại Đisunfua cacbon dung môi hữu tốt Một lượng lớn CS dùng để sản xuất sợi Visco c) Ure (cacbamit): (NH2)2CO Ure hợp chất có vai trị quan trọng trình trao đổi chất thể động vật Ure có nhiều nước tiểu người động vật có vú Ure sử dụng nhiều nơng nghiệp làm phân bón Lần đầu Vole (1828) làm bay dung dịch xyanat amoni thu ure, giống ure lấy từ nước tiểu NH4−O−C N → H2N−CO−NH2 Hiện người ta sản xuất ure từ CO2 NH3 CO2 + 2NH3 → ( NH2)2CO + H2O Ure chất rắn kết tinh lăng trụ dễ tan nước ancol Trong nông nghiệp dùng làm phân bón đạm ure 8.11 Dẫn xuất axit cacboxylic (xà phòng chất tẩy rửa tổng hợp) 8.11.1 Xà phòng Khái niệm Xà phòng muối natri (hoặc muối kali) axit béo cao (thường có số nguyên tử cacbon từ 12 trở lên) Muối natri xà phòng cứng muối kali xà phòng mềm Sản xuất xà phòng Nguyên liệu: Hầu hết mỡ động vật dầu thực vật dùng để sản xuất xà phịng Tuy nhiên người ta thường dùng số loại nguyên liệu là: + Mỡ động vật: mỡ bò, mỡ cừu + Dầu thực vật: dầu dừa, dầu cọ dầu ngô, dầu bông, dầu lạc, dầu đậu tương, dầu thầu dầu, Các lọai mỡ bò, cừu, dầu dừa, dầu cọ chứa nhiều axit béo no cao cho xà phòng rắn Còn loại dầu chứa nhiều axit béo không no cho xà phịng mềm Muốn có xà phịng rắn loại dầu phải hiđro hóa trước sản xuất xà phịng Ngồi để tăng khả tạo bọt tẩy rửa tốt hơn, người ta thêm dầu dừa, dầu cọ chúng chứa nhiều axit lauric có hoạt tính Ngồi ngun liệu chất béo, người ta dùng thêm axit béo- axit sản phẩm thu từ oxi hóa hiđrocacbon từ dầu mỏ Sản xuất xà phòng: Người ta xà phịng hóa chất béo cách đun chất béo với dung dịch NaOH tới 100°C, thu keo xà phịng, có chứa glyxeryl nước Phản ứng xảy ra: 120 Sau xà phịng hóa, thêm muối ăn (NaCl), xà phòng tách khỏi glyxeryl nước, lên Để hạ giá thành, người ta thêm Na 2SiO3 vào xà phịng, thêm hương liệu, đóng bánh, trạng thái lỏng đóng vào chai, lọ Ngày người ta thuỷ phân chất béo nước nhiệt độ áp suất cao, sau cho Na2CO3 rắn để tạo xà phòng Xà phòng giặt chứa từ 62-64% axit béo Để sản xuất xà phòng thơm nguyên liệu dầu mỡ phải tẩy màu, khử mùi để nguyên liệu tinh khiết Hàm lượng axit béo xà phòng thơm phải đạt từ 80-85% Tính chất tẩy rửa xà phịng: Giữa vải chất bẩn có lực liên kết Tác dụng tẩy rửa xà phòng làm yếu lực liên kết này, phân cắt vết bẩn không bám vào quần áo tan vào nước Xà phịng chất hoạt động bề mặt Nó có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt chất bẩn vải quần áo, đồng thời xà phòng làm cho khả thấm ướt vải quần áo nhanh Phân tử xà phòng cấu tạo gồm phần: + Phần gốc -R phần kỵ nước (ưa dầu) tan tốt dầu mỡ không tan nước + Phần -COONa phần kỵ dầu (ưa nước) Khi giặt quần áo nước xà phịng phần kỵ nước -R hướng vào phần dầu mỡ, phần ưa nước hướng lên bề mặt phần dầu mỡ – tức phía trước làm sức căng bề mặt hạt bẩn giảm điện tích chúng dấu Khi sức căng bề mặt giảm hạt bị chia nhỏ ra, lực liên kết hạt bẩn vải quần áo yếu làm tăng khả thấm ướt hạt bẩn tan vào nước 8.11.2 Chất tẩy rửa tổng hợp Chất tẩy rửa tổng hợp chất có tác dụng tẩy rửa xà phịng khơng phải muối axit béo Chất tẩy rửa tổng hợp gồm nhóm chính: Chất tẩy rửa anion: gồm loại - Nhóm ankyl sunfat: R-O-SO3Na Trong số nguyên tử cacbon ankyl khoảng 18 Nguyên liệu từ việc chế hóa dầu mỏ hay khí thiên nhiên thành ancol sau sunforic hóa kiềm hố - Nhóm ankyl sunforat: RSO3Na Loại tổng hợp từ dầu mỏ hay khí thiên nhiên - Nhóm ankyl benzensunforat R-C6H4-SO3Na, số nguyên tử C ankyl khoảng 16 Chất tẩy rửa cation Chất tẩy rửa loại thường có nhóm amoni bậc liên kết với mạch C dài có số nguyên tử cacbon từ 12-18 121 Thí dụ: Chất tẩy rửa khơng có cấu tạo ion Chất tẩy rửa khơng phân cực, gồm có ngun tử oxi dạng ete nhóm -OH mạnh Chất gọi xà phịng bột hay bột giặt tổng hợp Thí dụ: R−O−(CH2−CH2−O)n−CH2OH với R = C18H37, n = 10 Ar−O−(CH2−CH2−O)m−CH2−CH2−OH Ar = C6H5, m = 20 R-COO(CH2-CH2-O)x-CH2-CH2-OH este axit béo với x = 30 Nhược điểm chất tẩy rửa tổng hợp sản xuất sử dụng gây ô nhiễm môi trường, chất tẩy rửa có mạch nhánh thường làm chết số vi sinh vật khó bị phân hủy mơi trường 8.12 Hợp chất dị vòng - alkaloid 8.12.1: Khái niệm hợp chất dị vòng a) Khái niệm dị tố: Nguyên tử nguyên tố cacbon có khung phân tử chất hữu gọi dị tố Phổ biến quan trọng dị tố N, O, S b) Khái niệm hợp chất dị vòng: Hợp chất dị vòng hợp chất hữu mạch vịng, ngồi cacbon cịn chứa hay nhiều dị tố Thí dụ: c) Phân loại: Trong hợp chất dị vòng chia thành hai loại dị vịng thơm dị vịng khơng thơm Thí dụ: Dị vịng khơng thơm (no, chưa no) Orixan: Đơn vòng, dị vòng no, ba cạnh chứa dị tố oxi Thietan: Đơn vòng, dị vòng no bốn cạnh chứa dị tố lưu huỳnh Furan: Đơn vòng, dị vòng thơm, năm cạnh, chứa dị tố oxi Pyridin: Đơn vòng, dị vòng thơm, cạnh,chứa dị tố nitơ 122 Quinolin: Đa vòng, dị vòng thơm ngưng tụ dị vòng chứa dị tố nitơ vòng benzen 8.12.2 Alkaloid a) Khái niệm alkaloid Alkaloid nhóm hợp chất thiên nhiên mà hầu hết dị vịng chứa N, có tính bazơ, chủ yếu có số cối định Tên gọi alkaloid có nghĩa “giống như” (oid), chất kiềm (alkali) Chú ý: Trong cây, alkaloid luôn dạng muối với axit hữu họ thường có dãy alkaloid nhóm, có alkaloid (hàm lượng lớn) alkaloid phụ (hàm lượng nhỏ) Hàm lượng alkaloid thay đổi mùa năm b) Một số alkaloid tiêu biểu Alkaloid loại piperidin: coniin piperin Coniin: có nấm Conium maculatum L, độc, gây tê liệt thần kinh hô hấp Công thức cấu tạo: Piperin alkaloid chính, có vị cay mạnh hạt hồ tiêu Công thức cấu tạo: Alkaloid loại piridin- Nicotin Nicotin alkaloid thuốc lá, coi alkaloid loại piridin Công thức phân tử C10H14N2 Cấu tạo nicotin sau: Nicotin chất lỏng sánh mùi hắc, vị nồng cay, không màu, không khí chuyển sang màu nâu Nicotin alkaloid bay mạnh tan nước dung môi hữu Với lượng ít, nicotin kích thích thần kinh làm tăng huyết áp Người lớn chết thể hấp thụ 15-20g nicotin trẻ cần vài gam nicotin 123 chết, làm tăng bệnh tim mạch ung thư Nicotin chất độc mạnh côn trùng Nicotin bị hấp phụ mạnh than hoạt tính đầu lọc loại Alkaloid loại Tropan * Atropin: có loại cà độc dược Atropa belladonna Datura Stramonium, chất kết tinh hình lăng trụ, nóng chảy 115°C Là chất độc Có tính chất làm dãn mắt (dãn đồng tử) nên dùng làm thuốc dãn đồng tử để soi khám mắt Mặt khác, cà độc dược sử dụng làm thuốc để điều trị bệnh đường ruột, chữa phong thấp, hen suyễn Cơng thức atropin: * Cocain: alkaloid coca mọc Nam Mỹ đảo Java (Indonesia), chất kết tinh, nóng chảy 98°C, có tác dụng kích thích hệ thần kinh trung ương giảm đau cục nên thường dùng làm thuốc giảm đau với lượng thấp độc Cơng thức cấu tạo: • Alkaloid loại isoquinolin: có nhiều nhóm, có nhóm: papaverin, Beberin (chữa bệnh tiêu chảy) Morphin Loại Papaverin: tách từ nhựa vỏ Papaverin Souniferum (cây thuốc phiện) – Là chất rắn, nóng chảy 147°C, có tác dụng dãn vành nên dùng để chữa bệnh co thắt đại tràng, mạch máu Cơng thức cấu tạo Morphin: alkaloid tìm thấy sớm (năm 1806) chất kết tinh hình lăng trụ, vị đắng, có tác dụng gây ngủ, quên đau, gây nghiện làm người cảm giác lâm vào trạng thái hỗn loạn, nhân tính 124 Cơng thức cấu tạo Từ morphin điều chế heroin, loại gây nghiện mạnh gấp lần morphin Cây ngón: tên gọi khác đoạn trường thảo, thuộc họ mã tiền Phân bố : Mọc hoang vùng núi phía bắc nước ta Là loại dây leo, bóng, dài từ tới 12 m, hoa màu vàng Thành phần hóa học : Hoạt chất hóa học chủ yếu loại alkaloid có tên gelsemin (C19H24O3N2) vài loại khác, đắng Tính độc : độc nước ta, người ta nói ăn ngón chết Chất độc tác dụng vào men hô hấp, gây rối loạn tế bào, suy hô hấp, chết Cây trúc đào : tên gọi khác đào lê, giáp trúc đào Tên khoa học : Nerium oleander, thuộc họ trúc đào (apocynaceae) Mô tả : Cây nhỡ cao từ 4-5 m, hoa mầu hồng hay trắng Phân bố : Trồng làm cảnh nhiều nơi nước ta Thành phần hóa học: Hoạt chất chủ yếu loại glucozit, tập trung Tính độc : gây buồn nơn, chống váng, suy tim Có số trường hợp uống nước có lẫn trúc đào có biểu triệu chứng 125 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Hãy gọi tên chất sau theo danh pháp IUPAC: a) CH3CH2COCH(CH3)2 b) C6H5CH2CH2CHO c) CH3COCH2CH2CH2COCH2CH3 d) OHCCH2CH2CH2CHO e) CH3CH=CHCH2CH2CHO f) CH3CH2CH(CH3)CH(C2H5)COCH3 Viết cơng thức cấu tạo chất có tên sau: a) 3-Metylbutanal b) 4-Clopentan-2-on c) Phenylaxetanđehit d) 3-Metylbut-3-enal e) 3-Phenylprop-2-enal f) 2-(1-Cloroetyl)-5-metylheptanal Hãy gọi tên thông thường tên IUPAC cho axit cacboxylic mạch hở, không phân nhánh có số cacbon là: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10,12,16,18 Hãy viết công thức cấu tạo cho axit cacboxylic có tên gọi sau đây: a) Axit trimetylaxetic b) Axit ađipic c) Axit p-hiđroxibenzoic d) Axit phenylaxetic Viết công thức cấu tạo, gọi tên theo danh pháp thông thường danh pháp IUPAC cho đồng phân axit có cơng thức phân tử sau: a) C4H8O2 b) C4H6O2 c) C5H10O2 d) C8H8O2 (có vòng benzen) Hãy so sánh, xếp giải thích tính axit dãy sau: a) Axit butanoic, axit 2-brombutanoic, axit 3-brombutanoic, axit 4brombutanoic b) Axit axetic, axit sucxinic (HOOCCH2CH2COOH), axit maloic COOH) (HOOCCH2 c) Axit maloic, axit oxalic axit sucxinic d) Etan, axetilen, etanol, axit sufuric axit axetic Lấy 14,8 gam hỗn hợp hai este đồng phân bay thu thể tích thể tích 6,4 gam phân tử khí oxi điều kiện Khi đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hai este thu khí CO H2O theo tỷ lệ thể 126 tích 1:1 Hãy xác định cấu tạo gọi tên hai este 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Như Tại, Ngô Thị Thuận, 2014, Giáo trình Hóa học hữu tập 1, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Đặng Như Tại, Ngơ Thị Thuận, 2015, Giáo trình Hóa học hữu tập 2, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Trần Hữu Đĩnh, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Phạm Hữu Điển, Phạm Văn Hoan, 2015, Bài tập hóa học hữu cơ, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại, Giáo trình Cơ sở Hóa học Hữu cơ, tập 1, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liếu, Giáo trình Cơ sở Hóa học Hữu cơ, tập 2, Nhà xuất Đại học Sư phạm Hà Nội 128 ... hồn thiện lần xuất sau Hà Nội, tháng năm 2022 Các tác giả Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC HỮU CƠ 1.1 Hóa học hữu Cacbon nguyên tố hóa học đặc biệt: nguyên tử cacbon kết hợp với với nguyên tử nguyên... dẫn xuất chúng, nên coi hóa học hữu ngành hóa học nghiên cứu hiđrocacbon dẫn xuất hiđrocacbon 1.2 Hợp chất hữu 1.2.1 Đặc điểm chất hữu phản ứng hữu Chúng ta cần xét riêng hóa học cacbon chúng có... cộng hóa trị nên thực tế khơng tan nước, chúng tan nhiều dung môi hữu thân dẫn xuất halogen dung mơi hữu tốt 4.3 Tính chất hóa học Về tính chất hóa học, dẫn xuất halogen xếp vào loại hợp chất hữu