CHUYÊN ĐỀ: ESTE VÀ LIPIT Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh – ĐT: 0979.817.885 – E_mail: admin@hoahoc.org - http://www.hoahoc.org - 1 - CẤU TẠO, DANH PHÁP, TÍNH CHẤT, ĐIỀU CHẾ, ỨNG DỤNG I. CẤU TẠO PHÂN TỬ 1. Khái niệm Este là sản phẩm của phản ứng este hoá giữa axit hữu cơ (este hữu cơ) hoặc axit vô cơ (este vô cơ) với rượu. Khi thay nhóm OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng nhóm OR' thì được este. '' H R COOH H O R R COO R HOH Este đơn giản có công thức cấu tạo như sau : R C O O R' Gèc R lµ: H hoÆc chøa nguyªn tö Cacbon Gèc R' lµ: B¾t buéc ph¶i chøa nguyªn tö Cacbon 2. Đồng phân: Este no, đơn chức, mạch hở: C n H 2n O 2 2n hay R-COO-R' + Bước 1: Chọn R là H + Bước 2: Dồn số nguyên tử Cacbon sang bên R' Nếu số C trong R' 3 => xuất hiện dạng mạch Cacbon (mạch thẳng; mạch nhánh) + Bước 3: Tăng số Cacbon bên phía R (chuyển C từ R' qua R) Nếu số C trong R 3 => xuất hiện dạng mạch Cacbon (mạch thẳng; mạch nhánh) O C C C O C C C O C C C C O C C C C O C C C C * Nếu như trong phân tử Este có chứa liên kết đôi, thì ta cần chú ý quan tâm tới vị trí của liên kết đôi trong dạng mạch Cacbon và đồng phân hình học (đồng phân cis – trans) Ví dụ: Viết công thức các đồng phân của este sau: a. C 4 H 8 O 2 b. C 3 H 6 O 2 c. C 3 H 4 O 2 d. C 4 H 6 O 2 e. C 7 H 6 O 2 (có vòng benzen) f. C 8 H 8 O 2 (có vòng benzen) II. DANH PHÁP Tên este gồm: tên gốc hiđrocacbon R' + tên anion gốc axit (đuôi "at"). * Tên một số axit cần ghi nhớ: * Tên gốc ankyl (phần R') Mỗi bài tập không chỉ đơn giản là tính toán, đằng sau đó là những ý tưởng Mỗi lời giải không chỉ là áp dụng phương pháp mà thực sự là một quá trình phân tích và sáng tạo III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ + Ax Ancol Es Hidrocacbon o o o o s it s s te s t t t t (Do este không có chứa liên kết hidro trong phân tử) + Các este thường là những chất lỏng, nhẹ hơn nước, rất ít tan trong nước, có khả năng hoà tan được nhiều chất hữu cơ khác nhau. Những este có khối lượng phân tử rất lớn có thể ở trạng thái rắn (như mỡ động vật, sáp ong, ). + Các este thường có mùi thơm dễ chịu, chẳng hạn : isoamyl axetat CH 3 COO-CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 có mùi chuối chín. benzyl propionat CH 3 -CH 2 -COO-CH 2 C 6 H 5 : có mùi hoa nhài. etyl butirat CH 3 -CH 2 -CH 2 -COO-C 2 H 5 có mùi dứa. etyl isovalerat : CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOC 2 H 5 : có mùi táo. Ví dụ: a. Hãy sắp xếp chiều tăng dần nhiệt độ sôi của các chất sau: Etanol; axit axetic; Etan; metyl fomat IV.TÍNH CHẤT HÓA HỌC a. Phản ứng ở nhóm chức Phản ứng thuỷ phân : Tính chất hoá học quan trọng nhất của este là phản ứng thuỷ phân (phản ứng với nước). Trong quá trình thuỷ phân được thực hiên trong dung dich axit hoặc bazơ. Trong dung dịch axit: 2 ''OO OOH + H R C R H O R C R OH Phản ứng theo chiều từ trái sang phải là phản ứng thuỷ phân este, phản ứng theo chiều từ phải sang trái là phản ứng este hoá. Vậy phản ứng thuỷ phân este trong dung dich axit là phản ưng thuận nghịch. Trong dung dich bazơ: ''OO NaOH OONa + H R C R R C R OH Ví dụ: Viết các phương trình phản ứng khi cho: Metyl axetat; Etyl axetat, Etyl fomat; vinyl axetat, metyl acrylat; metyl benzonat, phenyl axetat tác dụng lần lượt với NaOH. * Một số trường hợp lưu ý: Phản ứng thủy phân este có 4 trường hợp xảy ra + Trường hợp 1: tạo Ancol và muối ''OO NaOH OONa + H R C R R C R OH + Trường hợp 2: tạo Andehit và muối 2 ''OO-CH=CH NaOH OONa + H R C R R C R CH CHO + Trường hợp 3: tạo hai muối 66 'OO H - R NaOH OONa + H x x R C C R C R OH + Trường hợp 4: tạo Xeton và muối 3 2 3 ) ' 'OO-C(CH NaOH OONa + H R C CH R R C R CH CO CH CHUYÊN ĐỀ: ESTE VÀ LIPIT Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh – ĐT: 0979.817.885 – E_mail: admin@hoahoc.org - http://www.hoahoc.org - 3 - b. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon Este có thể tham gia phản ứng thế, cộng, tách, trùng hợp,… Sau đây chỉ xét phản ứng cộng và phản ứng trùng hợp. - Phản ứng cộng vào gốc không no: Gốc hiđrocacbon không no ở este có phản ứng cộng với H 2 , Br 2 , Cl 2 giống như hiđrocacbon không no. Thí dụ : Cho vinyl axetat tác dụng với H 2 0 ,t Ni CH 3 [CH 2 ] 7 CH=CH[CH 2 ] 7 COOCH 3 + H 2 0 t Ni CH 3 [CH 2 ] 16 COOCH Metyl oleat Metyl stearat - Phản ứng trùng hợp: Một số este đơn giản có liên kết C = C tham gia phản ứng trùng hợp giống như anken. Thí dụ : Trùng hợp các chất: Vinyl axetat; Metyl acrylat; metyl metacrylat c. Phản ứng cháy Este đơn chức cháy mà: 22 CO H O nn Este NO, ĐƠN CHỨC CTTQ: C n H 2n O 2 2n 0 2 2 2 2 2 32 2 t nn n C H O O nCO nH O Ví dụ: Đốt cháy este không no, đơn chức và một liên kết CTPT: Phản ứng cháy: Nhận xét: V.ĐIỀU CHẾ 1. Este của ancol Phương pháp thường dùng để điều chế este của ancol là đun hồi lưu ancol với axit hữu cơ, có H 2 SO 4 đặc xúc tác, gọi là phản ứng este hoá. Thí dụ : Phản ứng este hoá là phản ứng thuận nghịch. Để nâng cao hiệu suất của phản ứng có thể lấy dư một trong hai chất đầu hoặc làm giảm nồng độ các sản phẩm. Axit sunfuric vừa làm xúc tác vừa có tác dụng hút nước, do đó góp phần làm tăng hiệu suất tạo este. 2. Este của phenol: Để điều chế este của phenol không dùng axit cacboxylic mà phải dùng anhiđrit axit hoặc clorua axit tác dụng với phenol. Thí dụ : C 6 H 5 OH + (CH 3 CO) 2 O CH 3 COOC 6 H 5 + CH 3 COOH Andehit axetic Phenyl axetat 3. Este không no: 3 3 2 CH COOH CH CH CH COO CH CH VI. ỨNG DỤNG - Làm dung môi (butyl và amyl axetat được dùng để pha sơn tổng hợp) - Poli(metyl acrylat), poli(metyl metacrylat) dùng làm thủy tinh hữu cơ, poli(vinyl axetat) dùng làm chất dẻo hoặc thủy phân thành poli(vinyl ancol) dùng làm keo dán - Một số este có mùi thơm của hoa quả được dùng trong công nghiệp thực phẩm (bánh kẹo, nước giải khát) và mỹ phẩm (xà phòng, nước hoa…) Mỗi bài tập không chỉ đơn giản là tính toán, đằng sau đó là những ý tưởng Mỗi lời giải không chỉ là áp dụng phương pháp mà thực sự là một quá trình phân tích và sáng tạo B. LIPIT I – PHÂN LOẠI, KHÁI NIỆM VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN 1. Phân loại lipit - Lipit là những hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống, không hòa tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như êt, clorofom, xăng dầu… - Lipit được chia làm hai loại: lipit đơn giản và lipit phức tạp. + Lipit đơn giản: sáp, triglixerit và steroit + Lipit phức tạp: photpholipit Sáp: - Este của monoancol phân tử khối lớn với axit béo phân tử khối lớn - Là chất rắn ở điều kiện thường (sáp ong…) Steroit: - Este của axit béo có phân tử khối lớn với monoancol đa vòng có phân tử khối lớn (gọi là sterol) - Là chất rắn không màu, không tan trong nước Photpholipit : - Este hỗn tạp của glixerol với axit béo có phân tử khối cao và axit photphoric - Ví dụ: lexithin (trong lòng đỏ trứng gà)… 2. Khái niệm chất béo - Chất béo là trieste của glyxerol với các axit monocacboxylic có số chẵn nguyên tử C (thường từ 12C đến 24C) không phân nhánh, gọi chung là triglixerit. - Khi thủy phân chất béo thì thu được glyxerol và axit béo (hoặc muối) - Chất béo có công thức chung là: (R 1 , R 2 , R 3 là các gốc hiđrocacbon no hoặc không no, không phân nhánh, có thể giống nhau hoặc khác nhau) - Axit béo no thường gặp là: C 15 H 31 COOH (axit panmitic, t nc = 63 o C) C 17 H 35 COOH (axit stearic, t nc = 70 o C) - Axit béo không no thường gặp là: C 17 H 33 COOH (axit oleic, t nc = 13 o C) C 17 H 31 COOH (axit linoleic, t nc = 5 o C) - Tristearin (glixeryl tristearat) có t nc = 71,5 o C Tripanmitin (glixeryl panmitat) có t nc = 65,5 o C Triolein (glixeryl trioleat) có t nc = - 5,5 o C * Tên gọi của chất béo: Trong trường hợp các gốc hidrocacbon của axit béo giống nhau, tên của chất béo có thể được gọi tên một cách đơn giản như sau: Tên chất béo = Tri + tên thông thường của axit (đổi đuôi "IC" thành đuôi "IN" Ví dụ: (C 17 H 33 COO) 3 C 3 H 5 Triolein (lỏng) (C 17 H 33 COO) 3 C 3 H 5 Tristearin (rắn) 3. Trạng thái tự nhiên II – TÍNH CHẤT CỦA CHẤT BÉO 1. Tính chất vật lí - R 1 , R 2 , R 3 : Chủ yếu là gốc hiđrocacbon no thì chất béo là chất rắn. - R 1 , R 2 , R 3 : Chủ yếu là gốc hiđrocacbon không no thì chất béo là chất lỏng. Không tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ không cực: benzen, clorofom,… Nhẹ hơn nước, không tan trong nước. - Các chất béo không tan trong nước do gốc hiđrocacbon lớn của các axit béo làm tăng tính kị nước của các phân tử chất béo - Dầu thực vật thường có hàm lượng axit béo chưa no (đều ở dạng –cis) cao hơn mỡ động vật làm cho nhiệt độ nóng chảy của dầu thực vật thấp hơn so với mỡ động vật. Thực tế, mỡ động vật hầu như tồn tại ở trạng thái rắn còn dầu thực vật tồn tại ở trạng thái lỏng CHUYÊN ĐỀ: ESTE VÀ LIPIT Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh – ĐT: 0979.817.885 – E_mail: admin@hoahoc.org - http://www.hoahoc.org - 5 - 2. Tính chất hóa học a) Phản ứng thủy phân trong môi trường axit: Triglixerit Glixerol Axit béo b) Phản ứng xà phòng hóa: Triglixerit Glixerol Xà phòng - Khi đun nóng chất béo với dung dịch kiềm thì tạo ra glixerol và hỗn hợp muối của các axit béo. Muối natri (hoặc kali) của axit béo chính là xà phòng - Phản ứng xà phòng hóa xảy ra nhanh hơn phản ứng thủy phân trong môi trường axit và không thuận nghịch c) Phản ứng hiđro hóa: Triolein (lỏng) Tristearin (rắn) Phản ứng hiđro hóa chất béo làm tăng nhiệt độ nóng chảy của chất béo d) Phản ứng oxi hóa: Nối đôi C=C ở gốc axit không no của chất béo bị ox hóa chậm bởi oxi không khí tạo thành peoxit, chất này bị phân hủy thành anđehit có mùi khó chịu. Đó là nguyên nhân của hiện tượng dầu mỡ bị ôi thiu II – VAI TRÒ CỦA CHẤT BÉO 1. Sự chuyển hóa của chất béo trong cơ thể 2. Ứng dụng - Thức ăn cho người, là nguồn dinh dưỡng quan trọng và cung cấp phần lớn năng lượng cho cơ thể hoạt động. - Là nguyên liệu để tổng hợp một số chất khác cần thiết cho cơ thể. Bảo đảm sự vận chuyển và hấp thụ được các chất hoà tan được trong chất béo. - Trong công nghiệp, một lượng lớn chất béo dùng để sản xuất xà phòng và glixerol. Sản xuất một số thực phẩm khác như mì sợi, đồ hộp,… Mỗi bài tập không chỉ đơn giản là tính toán, đằng sau đó là những ý tưởng Mỗi lời giải không chỉ là áp dụng phương pháp mà thực sự là một quá trình phân tích và sáng tạo C. CHẤT GIẶT RỬA I – KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT GIẶT RỬA 1. Khái niệm chất giặt rửa - Là những chất khi dùng cùng với nước thì có tác dụng làm sạch các chất bẩn bám trên các vật rắn mà không gây ra phản ứng hóa học với các chất đó - Các chất giặt rửa lấy trực tiếp từ thiên nhiên như bồ kết, bồ hòn,…và các chất giặt rửa tổng hợp 2. Tính chất giặt rửa a) Một số khái niệm liên quan: - Chất tẩy màu làm sạch các vết bẩn nhờ những phản ứng hóa học như nước Gia-ven, nước clo… - Chất ưu nước là chất tan tốt trong nước như etanol, axit axetic, … - Chất kị nước là những chất hầu như không tan trong nước như hiđrocacbon, dẫn xuất halogen. Chất kị nước thì ưa dầu mỡ, tức tan tốt vào dầu mỡ. Chất ưu nước thì thường kị dầu mỡ b) Đặc điểm cấu trúc phân tử muối natri của axit béo: (Công thức cấu tạo gọn nhất của phân tử muối natri stearat) - Gồm đầu ưa nước là nhóm COO – Na + nối với một đuôi kị nước, ưa dầu mỡ là nhóm – C x H y (thường x ≥ 15) - Cấu trúc hóa học gồm một đầu ưa nước gắn với một đuôi dài ưa dầu mỡ là hình mẫu chung cho phân tử chất giặt rửa c) Cơ chế hoạt động của chất giặt rửa: Lấy trường hợp natri stearat làm ví dụ, đuôi ưa dầu mỡ CH 3 [CH 2 ] 16 – thâm nhập vào vết bẩn, còn nhóm COO – Na + ưa nước lại có xu hướng kéo ra phía các phân tử nước. Kết quả là vết bẩn bị chia thành những hạt rất nhỏ được giữ chặt bởi các phân tử natri stearat, không bám vào vật rắn nữa mà phân tán vào nước rồi bị rửa trôi đi. II – XÀ PHÒNG VÀ CHẤT GIẶT RỬA TỔNG HỢP Xà phòng Chất giặt rửa tổng hợp Giống nhau Cùng kiểu cấu trúc, đuôi dài không phân cực ưa dầu mỡ kết hợp với đầu phân cực ưa nước Đuôi dài không phân cực ưa dầu mỡ Đầu phân cực ưa nước C 17 H 35 COO – Na + Natri stearat C 17 H 35 COONa (trong xà phòng) C 12 H 25 OSO 3 – Na + Natri lauryl sunfat C 12 H 25 OSO 3 Na (trong chất giặt rửa) Khác nhau - Đuôi là gốc hiđrocacbon của axit béo, đầu là anion cacboxylat - Khi gặp Ca 2+ , Mg 2+ trong nước cứng thì natri stearat cho kết tủa làm giảm chất lượng xà phòng - Đuôi là bất kì gốc hiđrocacbon dài nào, đầu có thể là anion cacboxylat, sunfat - Natri lauryl sunfat không có hiện tượng đó nên có ưu điểm là dùng được với nước cứng Phương pháp sản xuất - Đun dầu thực vật hoặc mỡ động vật với xút hoặc KOH ở nhiệt độ và áp xuất cao - Oxi hóa parafin của dầu mỏ nhờ oxi không khí, có xúc tác, rồi trung hòa axit sinh ra bằng NaOH: Oxi hóa parafin được axit cacboxylic, hiđro hóa axit thu được ancol, cho ancol phản ứng với H 2 SO 4 rồi trung hòa thì được chất giặt rửa loại ankyl sunfat Thành phần chính - Các muối natri (hoặc kali) của axit béo, thường là natri stearat (C 17 H 35 COONa), natri panmitat (C 15 H 31 COONa), natri oleat (C 17 H 33 COONa)… - Các phụ gia thường là chất màu, chất thơm… -Ngoài chất giặt rửa tổng hợp, chất thơm, chất màu, còn có thể có chất tẩy trắng như natri hipoclorit - Natri hipoclorit có hại cho da khi giặt bằng tay . nguồn dinh dưỡng quan trọng và cung cấp phần lớn năng lượng cho cơ thể hoạt động. - Là nguyên liệu để tổng hợp một số chất khác cần thiết cho cơ thể. Bảo đảm sự vận chuyển và hấp thụ được các