Lý thuyết ancol đầy đủ

Định nghĩa Ancol là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm hiđroxyl -OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C no là nguyên tử cacbon chỉ tạo liên kết đơn với các nguyên tử khác.. Phân lo

I- ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, ĐỒNG PHÂN, DANH PHÁP

1 Định nghĩa

Ancol là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm hiđroxyl (-OH) liên kết trực tiếp với nguyên tử C no ( là nguyên tử cacbon chỉ tạo liên kết đơn với các nguyên tử khác).

- CTTQ của ancol: R(OH) a hay C xHy(OH)a ( a ≥1, nguyên)

CTTQ của ancol mạch hở C n H 2n+2-2k O x ↔ Cn H 2n+2-2k-x (OH) x

(k là số liên kết π)

n ≥1, k≥0, n≥x≥1 ( điều kiện ancol bền)

CTTQ ancol no, đơn chức, hở C n H 2n+2 O hoặc C n H 2n+1 OH ( n≥ 1)

CTTQ ancol no, đa chức, hở C n H 2n+2 O x hoặc Cn H 2n+2-x (OH) x ( n≥ 1)

CTTQ ancol không no ( 1 nối đôi C=C),

đơn chức, hở

C n H 2n O hoặc C n H 2n-1 OH ( n≥ 3)

CTTQ ancol thơm (1 vòng benzen), đơn chức Cn H 2n-6 O hoặc C n H 2n-7 OH ( n≥ 7)

2 Phân loại

a) Theo số lượng nhóm hiđroxyl –OH

- Nếu ancol có 1 nhóm –OH gọi là ancol ĐƠN CHỨC

VD: CH3OH, CH2=CHCH2OH

- Nếu ancol có 2 nhóm –OH trở lên gọi là ancol ĐA CHỨC

VD: C2H4(OH)2 ( etylen glicol), C3H5(OH)3 (glixerol),…

- Nếu ancol có thêm nhóm chức khác gọi là ancol TẠP CHỨC

VD: HOCH2CHO

b) Theo cấu tạo gốc hiđrocacbon

- Nếu gốc hiđrocacbon chỉ có liên kết đơn gọi là ancol NO

VD: CH3OH, C2H5OH,…

- Nếu gốc hiđrocacbon có liên kết bội gọi là ancol KHÔNG NO

VD: CH2=CHCH2OH,…

- Nếu gốc hiđrocacbon có vòng benzen gọi là ancol THƠM

VD: C6H5CH2OH ( ancol benzylic),…

* Thực tế thường kết hợp cả hai cách phân loại trên để nói đến một ancol nào đó.

3 Đồng phân gồm: đồng phân mạch cacbon và vị trí nhóm chức -OH.

ANCOL

C3H8O: CH3-CH2-CH2OH (propan-1-ol) và CH3-CH(OH)-CH3 (propan-2-ol)

C4H10O: CH3-CH2-CH2-CH2OH (butan-1-ol)

CH3-CH2-CH(OH)-CH3 (butan-2-ol)

CH3-CH(CH3)-CH2OH (2-metylpropan-1-ol)

Cách tính nhanh số đồng phân của ankanol (ancol no, đơn chức, hở):

Bước 1: Chuyển CTPT ancol thành R-OH ( R là gốc ankyl: CnH2n+1)

Bước 2: Số đồng phân của ancol chính là số đồng phân của gốc R:

2 n-2 ( n ≤ 5)

HS xem thêm chuyên đề: TÍNH NHANH SỐ ĐỒNG PHÂN HCHC Aùp dụng: Tính nhanh số đồng phân các ancol C3H8O, C4H10O, C5H12O

Aùp dụng cách tính nhanh:

+ C3H8O → C3H7OH → gốc -C3H7 có 23-2 = 2 đồng phân → 2 đồng phân ancol

+ C4H10O → C4H9OH → gốc –C4H9 có 24-2 = 4 đồng phân → 4 đồng phân ancol

+ C5H12O → C5H11OH → gốc –C5H11 có 25-2 = 8 đồng phân → 8 đồng phân ancol

CHÚ Ý:

Bậc của ancol được tính bằng bậc của nguyên tử cacbon đó

liên kết với nhóm OH

4 Danh pháp

- Tên thông thường :

Ancol + tên gốc hiđrocacbon + IC

Ví dụ: CH3 OH ( ancol metylic), C 2H5 OH ( ancol etylic), C 3H7 OH (ancol propylic),

CH2=CH-CH2 OH ( ancol anlylic), C 6H5CH2 OH ( ancol benzylic),…

- Tên thay thế :

+ Chọn mạch chính: là mạch C dài nhất có chứa nhóm OH.

+ Đánh số cacbon trên mạch chính để vị trí nhóm –OH là nhỏ nhất.

+ Gọi tên:

Vị trí nhánh – Tên nhánh + Tên hiđrocacbon tương ứng mạch chính +

+ số chỉ vị trí nhóm -OH + OL

Ví dụ: Gọi tên các đồng phân trên và 2 ancol đa chức sau:

CHÚ Ý 1:

• Ete no, đơn chức, hở có CTTQ giống ancol no, đơn chức, hơ ûCnH2n+2O ( n≥ 2)

• Cấu trúc của ete: R1 – O – R2

• Gọi tên: Tên gốc R1, R2 + ETE

(theo alphabet)

Ví dụ : Viết các đồng phân và gọi tên ete: C2H6O, C3H8O, C4H10O

+ C2H6O có 1 đồng phân: CH3OCH3 (đimetyl ete)

+ C3H8O có 1 đồng phân: C2H5OCH3 (etyl metyl ete)

+ C4H10O có 3 đồng phân: C2H5OC2H5(đietyl ete);CH3CH2CH2OCH3 (metyl propyl ete);

CH3CH(CH3)OCH3 (isopropyl metyl ete)

CHÚ Ý 2:

MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP ANCOL KHÔNG BỀN

Trường hợp 1: Ancol có –OH gắn ở cacbon nối đôi có hiện tượng chuyển hóa (hỗ biến) về

anđehit hay xeton:

- Nếu –OH gắn với cacbon nối đôi đầu mạch → ANĐEHIT

CH2 = CH – OH → CH3CHO

- Nếu –OH gắn với cacbon nối đôi trong mạch → XETON

Trường hợp 2: Ancol có nhiều nhóm -OH gắn vào cùng một nguyên tử cacbon thì 2 nhóm –OH

sẽ tách đi 1 phân tử nước:

- Nếu 2 nhóm –OH gắn vào cacbon đầu mạch → ANĐEHIT

CH3- CH(OH)2→ CH3CHO + H2O

- Nếu 2 nhóm –OH gắn vào cacbon trong mạch → XETON

- Nếu 3 nhóm –OH gắn vào cacbon → AXIT CACBOXYLIC

II TÍNH CHẤT VẬT LÍ

1 Tính chất vật lí

- Tất cả ancol đều nhẹ hơn nước ( d < 1)

- Ancol có số nguyên tử cacbon từ 1 đến 12 là chất lỏng; lớn hơn 12 là chất rắn.

- Do có liên kết hiđro giữa các phân tử nên ancol có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy lớn hơn

các hợp chất không có liên kết hiđro có cùng KLPT ( như hiđrocacbon, dẫn xuất halogen, ete, ):

Do có liên kết hiđro với nước nên các ancol tan tốt trong nước( C1 đến C3 tan vô hạn trong nước, C4 trở lên độ tan giảm):

2 Độ rượu: Là số ml ancol nguyên chất có trong 100 ml dung d ch rượu (thường xét ancoli

C2H5OH)

Công thức: Độ rượu = ancol

dd ancol

V

Ví dụ: Dung d ch rượu etylic 45i o có nghĩa là trong 100 ml dung d ch rượu có chứa 45 ml rượui nguyên chất và 55 ml H2O

III TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Cấu tạo phân tử ancol:

δ+ δ- δ+

Do sự phân cực của các liên kết C-O và O-H , các phản ứng hoá học chủ yếu xảy ra ở nhóm

chức OH Đó là phản ứng thế nguyên tử H trong nhóm OH , phản ứng thế cả nhóm OH, phản ứng tách nhóm OH cùng với nguyên tử H trong gốc hiđrocacbon Ngoài ra ancol còn tham gia

các phản ứng oxi hoá.

1 Phản ứng thế H của nhóm OH ancol

a) Phản ứng chung của ancol

Ancol tác dụng với kim loại kiềm tạo ra ancolat và giải phóng H2

R(OH)a + aNa → R(ONa)a +a2 H2↑

Ancolat là chất rắn dễ bị thủy phân hoàn toàn:

R(ONa)a + aH2O → R(OH)a + aNaOH

NHẬN XÉT:

• Kim loại kiềm tác dụng với dung dịch rượu thì KLK tác dụng với ancol và nước đồng thời tạo ra khí

H 2

• Một ancol đơn chức khi: n = nH2 1 ancol

2

• Một ancol đa chức khi: n nH2 ≥ ancol

• Chứng minh một trong hai ancol là đa chức trong hỗn hợp: n > nH2 1 ancol

2

• Nếu n = 2 nH2 ancolthì có thể cả 2 ancol là nhị chức hoặc một ancol đơn chức còn ancol kia là tam

chức trở lên.

b) Phản ứng riêng của ancol đa chức (poliancol)

Poliancol có từ 2 nhóm OH gắn trực tiếp với các nguyên tử C kế cận trở lên thì hòa tan được Cu(OH)2 tạo thành dung d ch (phức chất tan) i màu xanh da trời.

CH -OH

CH -OH

CH -OH

2

2

+ HO-Cu-OH HO-CHHO-CH

HO-CH

2

CH -OH HO-CH

CH -O Cu O-CH

CH -OH HO-CH

2

2

2

2

+ 2HOH

Cu (II) glixerat, xanh da trời

Viết gọn: 2C3H8O3 + Cu(OH)2 → (C3H7O3)2Cu + 2H2O

Nhận xét:

• Phản ứng này dùng để nhận biết các poliancol có từ 2 nhóm OH liền nhau trở lên

• npoliancol = 2nCu(OH) 2

• Không phải phản ứng oxi hóa - khử

Ví dụ: Xác định CTCT đúng của ancol C3H8O2 Biết rằng nó không tác dụng với Cu(OH)2 Có 2 đồng phân ancol đa chức:

Đồng phân (II) có 2 nhóm –OH xa nhau nên không tác dụng với Cu(OH)2

2 Phản ứng thế nhóm OH ancol

a) Với axit vô cơ: Ancol tác dụng với các axit mạnh như axit H2SO4 đậm đặc, lạnh; HNO3 đậm đặc; HCl bốc khói thì nhóm OH của ancol bị thế bởi gốc axit

ROH + HA → RA + H2O

VD: CH3CH2OH + HBr → CH3CH2Br + H2O

C3H5(OH)3 + 3HNO3 → C3H5(ONO2)3 + 3H2O

b) Với axit hữu cơ ( Phản ứng este hóa): (HS xem phần tính chất axit cacboxylic)

3 Phản ứng tách nước

a) Tách nước liên phân tử tạo ete (xúc tác H2SO4 đặc, ở 140oC)

- Từ 1 ancol tạo thành 1 ete: 2ROH H SO 2 4

140 C

đặc

- Từ 2 ancol tạo thành 3 ete: ROH và R’OH H SO 2 4

140 C

đặc

Ví dụ: 2C2H5OH H SO 2 4

140 C

đặc

→C2H5OC2H5 + H2O

NHẬN XÉT:

• Số ete tạo nên từ n ancol tối đa là n(n+1)2 , trong đó có n ete đối xứng

• ete H O2 ancol phản ứng

1

2

=

∑

• Theo ĐL BTKL: mancol pư = mete + mH O 2

ete H O ancol phản ứng

1

b) Tách nước nội phân tử (xúc tác H2SO4 đặc, trên 170oC)

CnH2n+1OH H SO 2 4

170 C

đặc

≥

→ CnH2n + H2O

(Ankanol) (anken)

Ví dụ:

Qui tắc tách Zai-xép:

Nhóm OH ưu tiên tách ra cùng với H ở nguyên tử C bậc cao hơn bên cạnh

để tạo thành anken.

Trường hợp đặc biệt: ancol bậc I không cho phản ứng tách H 2 O tạo anken:

NHẬN XÉT:

• Nếu ancol bị loại nước cho anken thì ancol phải là no, đơn chức, hở (có số C ≥2 )

2

ancol anken H O

n = n = n

• Ancol X trong điều kiện H 2 SO 4 đặc ở nhiệt độ t o C tạo thành hợp chất hữu cơ Y:

Nếu d > 1 X/Y ⇒ Y là anken Nếu d < 1 X/Y ⇒ Y là ete

- TH 1: Hai ancol là đồng phân nhau ( ancol có tính đối xứng hoặc ancol bậc I)

xứng (nhớ trường hợp đặc biệt ở trên)

• Etilen glicol và glixerol cũng tách nước tạo anđehit:

CH 2 OH-CH 2 OH 4

2

KHSO

- H O

→ [CH2 = CH-OH] → CH3CHO( axetanđehit)

CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH 4

2

KHSO

- 2H O

→ CH2=CH-CHO (anđehit acrylic)

4 Phản ứng oxi hoá

a) Oxi hóa không hoàn toàn

• Với O 2 ; CuO/t o C

- Ancol bậc I tạo thành anđehit:

RCH 2OH + 12 O2 →t C, Cuo RCHO + H2O

RCH 2OH + CuO →t C, xt o RCHO + Cu + H2O

- Ancol bậc II tạo thành xeton:

Nhận xét:

• CuO màu đen chuyển thành Cu màu đỏ → dùng nhận biết ancol bậc I và II

• Khối lượng chất rắn giảm chính là khối lượng oxi trong oxit CuO phản ứng

• mhh khí sau = mancol ban đầu + m[O]

• Sản phẩm sau phản ứng tham gia phản ứng tráng gương → Ancol ban đầu bậc I

- Ancol bậc III không phản ứng với CuO

- Oxi hóa bằng xúc tác men:

CH3CH2OH + O2 men giấm→ CH3COOH + H2O

• Với KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 (trong môi trường axit)

Ancol bị oxi hóa tạo thành anđehit hoặc đi xa hơn thành axit

5CH3CH2OH + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5CH3CHO + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

5CH3CH2OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 → 5CH3COOH + 2K2SO4 + 4MnSO4 + 11H2O

b) Oxi hóa hoàn toàn ( phản ứng cháy)

CnH2n+2-2k-a (OH)a + (3n+1-k-a2 ) O2 →t C o nCO2 + (n + 1 –k) H2O

Nhận xét:

• nH O 2 > nCO 2→ ancol no đơn chức hoặc đa chức ( k = 0) và nancol = nH O 2 - nCO 2

• Khi n = 1,5 nO 2 CO 2→ ancol no, đơn chức, mạch hở hay ankanol( k = 0, a = 1)

CnH2n+2 O + 3n2 O2 →t C o nCO2 + (n + 1) H2O

5 Một số phản ứng đặc biệt

2C2H5OH 2 3

o

ZnO, Al O

450 C

ROH + CH≡CH →t C o R-O-CH=CH2 (ete)

IV ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1 Điều chế mono ancol

a) Phương pháp chung

Cách 1: Hiđrat hóa anken → Ancol (trong môi trường axit)

CnH2n + H2O →H ,t C + o CnH2n+1OH

Chú ý: Anken bất đối xứng cho hỗn hợp sản phẩm ancol Xác định sản phẩm chính dựa vào

quy tắc cộng Mac-cop-nhi-cop:

CH2=CH-CH3 + H2O→H ,t C + o CH3CH(OH)CH3 + CH2OH-CH2-CH3

Sản phẩm chính sản phẩm phụ

Cách 2: Thủy phân dẫn xuất halogen trong môi trường kiềm

RX + NaOH →t C o ROH + NaX

Cách 3: Anđehit/Xeton + H2→Ni, t C o Ancol bậc I hay bậc II

RCHO + H2 →Ni, t Co RCH 2OH (bậc I)

RCOR’ + H2 →Ni, t Co RCH(OH)-R’ (bậc II)

b) Phương pháp riêng

* Sản xuất metanol trong công nghiệp

- Oxi hoá không hoàn toàn metan:

CH4 + O2 CH3OH

200 , 100 at 0

- Từ CO và khí H2:

CO + 2H2

o 3 o

ZnO, CrO , t C

400 C, 200atm

** Sản xuất etanol trong công nghiệp

- Hiđrat hoá etilen có xúc tác axit:

2 4

H SO ,300 C

- Lên men tinh bột:

(C6H10O5)n + n H2O nCenzim 6H12O6

enzim

C6H12O6 C2 2H5OH + CO2 2

2 Điều chế poliancol

a) Điều chế glixerol C 3 H 5 (OH) 3

+ Xà phòng hóa chất béo:

−

−

−

1

2

| 2

| 3

2

R COO C H

R COO C H

+ 3NaOH → t C o C3H5(OH)3 + R1COONa + R2COONa + R3COONa

+ Từ propen (CH2 = CH – CH3)

CH2 = CH – CH3 + Cl2

o

500 C

→ CH2 = CH – CH2Cl + HCl

CH2 = CH – CH2Cl + Cl2 + H2O → CH2Cl-CHOH-CH2Cl + HCl

CH2Cl-CHOH-CH2Cl + 2NaOH→ CH2OH-CHOH-CH2OH + 2NaCl

b) Điều chế etilen glicol C 2 H 4 (OH) 2:

3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH2OH-CH2OH + 2MnO2 + 2KOH

CH2Cl – CH2Cl + 2NaOH → t C o CH2OH-CH2OH + 2NaCl

V- NGUYÊN TẮC CHUYỂN ANCOL BẬC THẤP ¬ → BẬC CAO

1 Nguyên tắc chung

a) Quy tắc Zaixep: tách ancol thành anken

b) Quy tắc cộng Mac-cop-nhi-cop: Cộng nước (hidrat hóa) vào anken thành ancol

2 Thí dụ

a) Tăng bậc ancol

2 4

+ o

I

H SO

II

H , t C

CH -CH -CH -OH CH -CH=CH + H O (1)

CH -CH=CH + H O CH -CHOH-CH (2)

đặc

≥

→

→

a) Giảm bậc ancol

2 4 o

o

H SO

500 C

Ni, t C

I

I

2

CH -CHOH-CH CH =CH-CH + H O (1)

CH =CH-CH + Cl CH =CH-CH Cl + HCl (2)

≥

→

→

→

đặc

o

t C

I 3

l (3)

CH -CH -CH Cl + NaOH→ CH -CH -CH OH + NaCl (4) Hoặc thay phương trình (2), (3) thành 1 phương trình:

peoxit

CH -CH=CH + HBr→ CH -CH -CH Br

Chú ý: Anken cộng với HBr khi có mặt peoxit cho ra sản phẩm ngược với quy tắc

Mac-cop-nhi-cop.

CÁC EM HỌC SINH THÂN MẾN!

Trong quá trình học, nếu các em có những thắc mắc về các nội dung Hóa học 10,11,12 & LTĐH cũng như các phương pháp giải nhanh bài tập trắc nghiệm, các em hãy mạnh dạn trao đổi trực tiếp với Thầy Thầy sẽ giúp các em hiểu rõ các vấn đề mà các em chưa nắm vững, cũng như giúp các em thêm yêu

thích bộ môn Hóa học

Rất mong sự quan tâm và đóng góp ý kiến của tất cả quý Thầy (Cô), học sinh và những ai quan tâm

đến Hóa học

ThS LƯU HUỲNH VẠN LONG (Giảng viên Trường ĐH Thủ Dầu Một- Bình Dương)

SĐT : 0986.616.225 (ngoài giờ hành chính)

Email : vanlongtdm@hoahoc.edu.vn HOẶC vanlongtdm@gmail.com

Website : www.hoahoc.edu.vn HOẶC www.daihocthudaumot.edu.vn

MỘT SỐ BÀI VIẾT CỦA THẦY VẠN LONG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ĐÃ ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ HÓA HỌC & ỨNG DỤNG CỦA

HỘI HÓA HỌC VIỆT NAM

1 Vận dụng định luật bảo toàn điện tích để giải nhanh một số bài toán hóa học dạng trắc nghiệm

(Tạp chí Hóa học và Ứng dụng số 12(84)/2008)

2 Phương pháp xác định nhanh sản phẩm trong các phản ứng của hợp chất photpho

(Tạp chí Hóa học và Ứng dụng số 6(90)/2009)

3 Phương pháp giải nhanh bài toán hỗn hợp kim loại Al/Zn và Na/Ba tác dụng với nước

(Tạp chí Hóa học và Ứng dụng số 12(96)/2009)

4 Phương pháp tính nhanh hiệu suất của phản ứng crackinh

(Tạp chí Hóa học và Ứng dụng số 18(102)/2009)

5 Phương pháp tìm nhanh CTPT FexOy

(Tạp chí Hóa học và Ứng dụng số 1(109)/2010)

6 Nhiều bài viết CHUYÊN ĐỀ, CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH và BÀI GIẢI CHI TIẾT tất cả các đề tuyển sinh ĐH – CĐ môn Hóa học các năm ( 2007-2013),

Được đăng tải trên WEBSITE :