hóa học đại cương

chuyen de axit cacboxylic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN ====== HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG Chuyên đề : AXIT CACBOXYLIC Lớp: Bảo vệ thực vật K13 Họ và tên: Nguyễn Văn Thanh MSSV: 13302050 Đỗ Phụng Nam Sơn MSSV: 13302049 NĂM 2014 LỜI NÓI ĐẦU Để thuận tiện và đạt hiệu quả cao cho quá trình học tập và nghiên cứu về chuyên đề axit cacboxylic, tập thể tác giả chúng tôi đã biên soạn ra cuốn hóa học đại cương với chuyên đề axit cacboxylic. Đây là tài liệu giúp học sinh, sinh viên nắm vững kiến thức về axit cacboxylic và hoàn thiện kỹ năng về bài tập chương axit cacboxylic. cuốn Hóa Học Đại Cương gồm có 2 phần: phần 1: lý thuyết phần 2: bài tập Mặc dù các tác giả đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn như do cuốn sách này được thực hiện trong điều kiện tương đối gấp rút và khả năng của người viết còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc để chuyên đề ngày càng hoàn thiện hơn. tập thể tác giả 2 Phần I: LÝ THUYẾT 1) Định nghĩa, phân loại và tên gọi các axit: a) Định nghĩa: - Axit cacboxylic là những hợp chất hữu cơ có chứa nhóm cacboxyl -COOH liên kết với gốc hiđrocacbon hoặc với nguyên tử H. ( ) ( , , ) n n k m m n n k m m k C H COOH C H CO C H O m n m n + − − + − − ⇔ ⇔ = + ≥ ≥ 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 0 - Khác với trường hợp rượu nhóm OH không liên kết trực tiếp với nguyên tử C có liên kết π, nhóm -COOH có thể liên kết trực tiếp với các liên kết π mà phân tử vẫn bền vững. - Hơn nữa nhóm -COOH có thể liên kết với một nguyên tử H tạo ra axit fomic rất đặc biệt. Hai nhóm -COOH có thể liên kết với nhau tạo ra một axit hai chức axit Ôxalic. b) Phân loại: - Tuỳ theo gốc hiđrocacbon mà người ta phân loại các axit thành: + axit no: axit fomic (HCOOH); axit axêtic (CH 3 COOH); axit panmitic (C 15 H 31 COOH), axit Stearic (C 17 H 35 COOH) + axit không no: acrylic (CH 2 =CH-COOH); axit metacrylic (CH 2 =C(CH 3 )-COOH), axit Ôleic (C 17 H 33 COOH), axit Linoleic (C 17 H 31 COOH) + axit thơm: axit benzoic (C 6 H 5 COOH) - Tuỳ theo số lượng nhóm chức -COOH người ta chia thành axit đơn chức và axit đa chức. Axit đa chức bé nhất là axit ôxalic (COOH) 2 , axit Malonic HOOCCH 2 COOH, axit Adipic HOOC-(CH 2 ) 4 -COOH; axit phtalic (các đồng phân octo; meta và para) c) Tên gọi: - Tên gọi quốc tế của axit gồm có: Axit + Tên của hiđrocacbon tương ứng + oic 3 Thí dụ: CH 3 COOH gọi là axit etanoic; C 4 H 9 COOH: axit pentanoic; (CH 3 ) 2 CHCOOH: axit 2 - metylpropanoic - Trong chương trình phổ thông ít có đề cập các axit có cấu tạo phức tạp nên khi gọi tên các axit người ta hay sử dụng tên thông thường: + Tên axit do nguồn gốc tìm thấy: axit fomic tìm thấy từ kiến đỏ; axit axetic tìm thấy trong dấm ăn + Tên từ gốc hiđrocacbon: axit propionic(CH 3 CH 2 COOH); axit n - butiric (CH 3 CH 2 CH 2 COOH), d) Cấu tạo phân tử: - Nhóm COOH trong phân tử axit là tổ hợp của nhóm cacbonyl phân cực mạnh về phía nguyên tử ôxi và nhóm OH cũng phân cực mạnh về phía ôxi. - Do sự liên hợp π giữa liên kết C=O và đôi electron p của ôxi nên electron dịch chuyển về phía nhóm CO nên nguyên tử H liên kết với nguyên tử ôxi trở nên linh động. Hiệu ứng hút e về phía ôxi là nguyên nhân làm cho H liên kết với nguyên tử ôxi trở nên rất linh động đến mức thể hiện tính axit. - Nếu lấy axit HCOOH làm chất để so sánh với giả định rằng nguyên tử H không làm cho nguyên tử H linh động hơn. Các nhóm ankyl là các nhóm đẩy e nên H sẽ kém linh động dần trong dãy đồng đẳng của axit axetic khi gốc R càng lớn. Do liên hợp π nên axit không no thường mạnh hơn axit no có cùng số nguyên tử C. - Nguyên tử H trong axit đủ điều kiện để tạo ra liên kết H giữa các phân tử. Điều đó thể hiện qua tính axit và độ tan trong nước của các axit cũng như nhiệt độ sôi của các axit cao hơn các hợp chất có khối lượng phân tử tương đương. - Ảnh hưởng của gốc R đến nhóm - COOH:  Nếu R là gốc ankyl có hiệu ứng cảm ứng +I (đẩy electron) thì làm giảm tính axit. Gốc R càng lớn hay bậc càng cao. +I càng lớn, thì tính axit càng yếu. Ví dụ: Tính axit giảm dần trong dãy sau. 4  Nếu trong gốc R có nhóm thế gây hiệu ứng cảm ứng I (như F > Cl > Br > I hay NO 2 > F > Cl > OH) thì làm tăng tính axit. Ví dụ: Tính axit tăng theo dãy sau.  Nếu trong gốc R có liên kết bội Ví dụ: .Nếu có 2 nhóm -COOH trong 1 phân tử, do ảnh hưởng lẫn nhau nên cũng làm tăng tính axit. - Ảnh hưởng của nhóm -COOH đến gốc R: Nhóm -COOH hút electron gây ra hiệu ứng -I làm cho H đính ở C vị trí α trở nên linh động, dễ bị thế. Ví dụ: 2) Tính chất vật lí của các axit thông dụng: - Axit fomic sôi ở 100,5 o C, có hằng số axit bằng K a = 10 -2 ; có mùi xốc, gây ngứa (như kiến đốt), gây đông tụ protit. - Axit axetic có nhiệt độ sôi bằng 118 o C, K a = 1,8 10 -5 , vị chua của dấm. 5 - Axit acrylic CH 2 =CH-COOH đại diện cho các axit không no. - Axit lactic CH 3 CH(OH)COOH xuất hiện trong cơ thể khi có dấu hiệu mệt mỏi. - Axit Benzoic C 6 H 5 COOH không tan trong nước, diệt nấm mốc là đại diện cho axit thơm, ngoài ra còn có các axit thơm khác như axit o - phtalic, axit m - phtalíc (hay còn gọi là iso - phtalic) và p - phtalic (hay tere -phtalic). - Axit Panmitic C 15 H 31 COOH dầu cọ, dầu dừa. - Axit Stearic C 17 H 35 COOH dàu bông gai lanh trẩu - Axit Oleic C 17 H 33 COOH dầu thực vật có 1 liên kết đôi CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH, dạng cis có tên là oleic còn dạng trans có tên là axit elaidic. - Axit Linoleic C 17 H 31 COOH có 2 liên kết đôi: CH 3 (CH 2 ) 4 CH=CH CH 2 CH=CH(CH 2 ) 4 COOH - Axit oxalic HOOC-COOH; Malonic HOOCCH 2 COOH; Sucinic HOOCCH 2 CH 2 COOH, Glutaric HOOC- (CH 2 ) 3 -COOH; Adipic HOOC-(CH 2 ) 4 -COOH; HOOC CH=CH- COOH dạng cis có tên là axit maleic còn dạng trans có tên là axit fumaric; Butendioic HOOC-CH=CH-COOH. - Các axit cacboxylic có nhiệt độ sôi cao hơn hẳn các rượu có cùng số nguyên tử C hay các phân tử có cùng khối lượng phân tử khác do tạo thành liên kết H bền vững (H linh động hơn) giữa hai hay nhiều phân tử axit. Tương tự các rượu ba axit đầu dãy tan vô hạn trong nước, axit có 4, 5 nguyên tử C tan được. Các axit có từ 6 nguyên tử C trở lên hầu như không tan trong nước. 3) Tính chất hóa học: a, Phản ứng ở nhóm chức - COOH ( tính axit) - Trong dung dịch nước điện li ra ion H + (H 3 O), làm đỏ giấy quỳ (axit yếu). R càng nhiều C, axit điện li càng yếu. - Phản ứng trung hoà - Hoà tan kim loại đứng trước H trong dãy Bêkêtôp. 6 - Đẩy mạnh axit yếu hơn ra khỏi muối: 2CH 3 -COOH + CaCO 3 → (CH 3 -COO) 2 Ca + CO 2 ↑ +H 2 O b, Phản ứng do nhóm OH của - COOH - Phản ứng este hoá với rượu: + Phản ứng giữa axit axetic và rượu etylic là phản ứng thuận nghịch. CH 3 COOH + C 2 H 5 OH  CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O H + ; t 0 + Phương trình tổng quát phản ứng giữa axit cacboxylic và ancol (Chiều thuận là chiều este hóa , chiều nghịch là phản ứng thủy phân). c, Phản ứng tạo thành anhiđrit axit: - Phản ứng ở gốc R Dễ thế halogen ở vị trí : d, Đặc biệt: - Khi có H 2 SO 4 đặc làm xúc tác và có đun nóng axit tham gia phản ứng este hóa với các chất có nhóm OH. Khi không có xúc tác phản ứng xảy ra theo cả hai chiều thuận nghịch vì thế cần H 2 SO 4 đặc để lấy bớt nước đồng thời nếu tách sản phẩm este ra khỏi khu vực phản ứng sẽ đạt hiệu suất cao. CH 3 COOH + C 2 H 5 OH H 2 SO 4 đ, to CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O - Các phản ứng của phần gốc hiđrocacbon như phản ứng cộng (vào liên kết π) và trùng hợp; phản ứng thế (nếu là gốc no và thơm). 7 CH 2 =CH-COOH + Br 2 CH 2 Br-CHBr-COOH CH 3 -(CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH + H 2 Ni, to CH 3 (CH 2 ) 14 COOH n CH 2 =CH-COOH (-CH 2 -CH-) n  COOH CH 3 COOH + Cl 2 a’s’k’t’ Cl-CH 2 COOH + HCl - Axit monocloaxetic có tính axit mạnh hơn axit axetic khoảng 80 lần (do liên kết Cl- C phân cực về phía Clo). Muối của axit cloaxetic thường có tác dụng diệt cỏ và làm rụng lá cây. Tuy nhiên ứng dụng của nó thường được sử dụng để tổng hợp các chất 2, 4 - D là axit 2,4 - điclophenoxiaxetic hay 2,4,5 - T là axit 2,4,5 - triclophenoxiaxxetic. Các chất này nếu sử dụng ở lượng nhỏ có tac dụng kích thích sinh trưởng ở thực vật nhưng ở nồng độ lớn có tác dụng diệt cỏ và làm rụng lá cây (Chất độc da cam chứa 50% là 2, 4 - D và 50% 2, 4, 5 - T ở dạng este n -butilic. Trong sản phẩm 2, 4, 5 - T có lẫn tạp chất Dioxin). - Nhóm COOH là nhóm thế loại 2 định hướng meta khi thực hiện phản ứng thế vào vòng benzen. C 6 H 5 COOH + HNO 3 H 2 SO 4 đ, to m - NO 2 - C 6 H 4 - COOH + H 2 O - HCOOH có thể tham gia phản ứng tráng gương, phản ứng với Cu(OH) 2 /kiềm (dung dịch Fehling). HCOOH + 2 AgNO 3 + 4 NH 3 + H 2 O (NH 4 ) 2 CO 3 + 2 Ag + 2 NH 4 NO 3 4) Điều chế và ứng dụng: a) Điều chế axit axetic: - Phương pháp hóa học: Có thể tổng hợp axit axetic từ etylen bằng phản ứng với ôxi với xúc tác là PdCl 2 /CuCl 2 ở 100 o C và 30 at hay từ axetylen bằng phản ứng hợp nước với xúc tác là HgSO 4 ở 80 o C rồi ôxi hóa bằng O 2 /Mn 2+ ở 70 o C). Một trong các phương pháp hiện đại nhất là phản ứng điều chế axit axetic bằng cách ôxi hóa n-Butan (một sản phẩm của công nghiệp dầu khí) bằng oxi của không khí và xúc tác. - Từ etylen: CH 2 =CH 2 + O 2 PdCl 2 /CuCl 2 , 100 o C, 30 at 2 CH 3 CH=O - Từ axetylen: 8 CH≡CH + H 2 O HgSO 4 ; 80 o C CH 3 CH=O - Oxi hoá andehit axetic: 2CH 3 CH=O + O 2 Mn(CH 3 COO) 2 , 70 o C 2 CH 3 COOH CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + 5/2O 2 180 o C, 50 at, xt 2 CH 3 COOH + H 2 O - Phương pháp lên men là phương pháp cổ điển nhất. Nguyên liệu được dùng là rượu nhạt (<10 o ) được ôxi hoá bằng ôxi không khí thành axit axetic nhờ tác dụng của men Mycoderma aceti. 2 CH 3 - CH 2 - OH + O 2 Men CH 3 -COOH + 2 H 2 O Con men Mycoderma Aceti cần ôxi để sống và hoạt động ôxi hoá rượu. Tuỳ thuộc vào cách bố trí thùng lên men, hoạt động thổi khí và lớp men mà có hai phương pháp: Phương pháp lên men Pastervà phương pháp Schutzenberg. Phương pháp Paster dùng cách cho lớp váng giấm nổi trên mặt dung dịch rượu và giấm, thổi khí ôxi. Rượu được cho cẩn thận từ trên xuống tận lớp dung dịch để khỏi lầm vỡ cái giấm. Phương pháp Schutzenberg dùng lớp vỏ bào để làm chất mang cái giấm. Rượu nhạt được thổi từ trên xuống còn không khí thổi ngược từ dưới lên. Có thể thấy ngay rằng phương pháp Schutzenberg có hiệu quả hơn. Nhân dân ta thường làm giấm bằng cách cho men giấm vào nước mía, nước mật vào các vại nhỏ. Trong trường hợp này đường được lên men thành rượu rồi mới thành giấm. Muốn giấm có mùi thơm người ta cho thêm quả chín như chuối dứa. Cần lưu ý rằng khi hết rượu thì con men lại tiêu huỷ giấm nên cần phải tính thời hạn sao cho nồng độ giấm đạt cực đại và loại bỏ con men và thu lấy giấm. - Phương pháp chưng gỗ: Người ta tiến hành chưng khan gỗ trong nồi kín ở 400 - 500 o C. Sản phẩm tạo ra là một chất nhựa đen (gọi là hắc ín hay gudron) và một hỗn hợp lỏng nhẹ hơn, gồm có nước, mêtanol, axit axetic và axeton. Cho vôi sống vào hỗn hợp lỏng, đun đến khan thu được muối canxi axetat. Cho chất rắn còn lại tác dụng với dung dịch axit sunphuric rồi chưng cất lấy axit axetic. - Các axit khác như axit acrylic, axit benzoic có thể điều chế bằng các phương pháp hoá học khác nhau. b) Ứng dụng: - Trong tổng hợp hữu cơ axit axetic được dùng để điều chế axeton, etylaxetat, i - amylaxetat, các dược phẩm, polime, chất diệt cỏ - Trong đời sống hàng ngày người ta sử dụng dung dịch CH 3 COOH nồng độ thấp (từ 3 đến 6 %) để làm dấm ăn và trong nấu nướng. 9 - Các muối axetat nhôm hay crôm được dùng làm chất cầm màu trong công nghiệp nhuộm. - Ngoài ra còn một số ứng dụng khác như: Axít axetic là nguyên liệu để tổng hợp polyme (Ví dụ như: polivinyl axetat, xenlulozơ axetat ), nông dược(thuốc diệt cỏ natri monocloaxetat, các chất kích thích tăng trưởng và làm rụng lá như 2,4-D; 2,4,5-T, ), công nghiệp nhuộm (nhôm axetat, crôm axetat, sắt axetat, ) và một số hóa chất hay dùng trong đời sống như axeton, etyl axetat, isoamyl axetat, v.v Dung dịch axit axetic 3-6% thu được khi lên men giấm cho dd đường, rượu etylic dùng làm giấm ăn. Các axit lauric n-C 11 H 23 COOH, panmitic n-C 15 H 31 COOH, stearic n-C 17 H 35 COOH và oleic cis-CH 3 [CH 2 ] 7 CH=CH[CH 2 ] 7 COOH có trong thành phần dầu mỡ động vật và thức vật dưới dạng trieste của glixerol. Muối natri của chúng được dùng làm xà phòng. Các axit panmitic và stearic được trộn với paraphin để làm nến. AXIT BENZOIC: (A. benzoic acid; cg. axit phenyl fomic, axit benzencacboxylic), C6H5COOH. Hợp chất thuộc loại axit cacboxylic thơm đơn giản nhất. Tinh thể hình kim hay hình vảy, màu trắng; tnc = 121,7 oC; ts = 249 oC; tthh = 100 oC. Tan trong dung môi hữu cơ và nước nóng. Điều chế bằng cách oxi hoá toluen bằng axit nitric hoặc axit cromic hoặc bằng oxi không khí (trong pha lỏng), đecacboxyl hoá anhiđrit phtalic trong pha khí ở 340 oC với chất xúc tác ZnO. Dùng để bảo quản thực phẩm, thuốc lá, keo dính; sản xuất phẩm nhuộm, dược phẩm và chất thơm. Trong y học, dùng làm thuốc sát trùng, diệt nấm. Axit oxalic khá phổ biến trong giới thực vật dưới dạng muối. Trong nước tiểu người và động vật có một lượng nhỏ canxi oxalat. Axit oxalic có tính khử; phản ứng oxi hóa axit oxalic thành CO 2 nhờ tác dụng vút KMnO 4 được dùng trong hóa phân tích. Axit malonic chứ nhóm metylen ling động, dễ tham gia phản ứng ngưng tụ kiểu croton, mặt khác dễ bị ddecaboxxyl hóa bởi nhiệt, sinh ra axit axetic. Este đietyl malonat CH 2 (COOC 2 H 5 ) 2 được dùng trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt là tổng hợp axit cacboxylic tăng 2 cacbon từ dẫn xuất halogen. 5) Tính chất hóa học của các muối: - Muối của axit hữu cơ là muối của các axít yếu nên bị axit mạnh đẩy ra khỏi muối (axit không bay hơi) đuiược sử dụng để điều chế axit hưũ cơ, trong tách chất hay tinh chế chất. - Muối Natri, Kali của axit cao (> 12 C) có tác dụng tẩy rửa nên dùng làm xà phòng. (Chú ý xà phòng sẽ mất tác dụng khi sử dụng với nước cứng vì tạo kết tủa muối với Ca 2+ và Mg 2+ ). 10 . BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN ====== HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG Chuyên đề : AXIT CACBOXYLIC Lớp: Bảo vệ thực vật K13 Họ và tên: Nguyễn. quá trình học tập và nghiên cứu về chuyên đề axit cacboxylic, tập thể tác giả chúng tôi đã biên soạn ra cuốn hóa học đại cương với chuyên đề axit cacboxylic. Đây là tài liệu giúp học sinh,. kiến thức về axit cacboxylic và hoàn thiện kỹ năng về bài tập chương axit cacboxylic. cuốn Hóa Học Đại Cương gồm có 2 phần: phần 1: lý thuyết phần 2: bài tập Mặc dù các tác giả đã rất cố gắng