CHUYÊN ĐỀ LIÊN KẾT HIDRO VÀ ỨNG DỤNG By: Hiền Pharmacist Đại cương: Liên kết hidro loại liên kết yếu hình thành lực hút tĩnh điện hidro (đã liên kết phân tử) với nguyên tử có độ âm điện lớn , có kích thước bé ( N, O, F…) phân tử khác phân tử Liên kết hidro biểu diễn dấu ba chấm (…) Liên kết hidro hình thành phân tử nội phân tử Năng lượng liên kết hidro bé (20-25 kJ/mol) ảnh hưởng lớn tới độ tan nhiệt độ sơi, tính acid hợp chất hữu Mơ hình chung liên kết hidro: X δ- ← Hδ+ ∙ ∙ ∙ Yδ(1) (2) (1): Liên kết cộng hóa trị phân cực (2): Liên kết hidro Điều kiện: X nguyên tố có độ âm điện lớn ( N, F, O…), Y cặp electron chưa chia Liên kết X-H phân cực liên kết hidro bền vững Có loại liên kết hidro: 1.Liên kết hidro nội phân tử: Là liên kết hidro hình thành hai nhóm nguyên tử phân tử, dẫn tới vịng khép kín(phức cua, phức chelat) Ví dụ: Liên kết hidro liên phân tử( ngoại phân tử): Là liên kết hidro hình thành phân tử riêng rẽ (giống khác nhau) Ví dụ: (1) : Liên kết hidro nội phân tử (2) , (3) (4): Liên kết hidro liên phân tử Hệ liên kết hidro: + Liên kết hidro làm tăng mạnh nhiệt độ sơi nhiệt độ nóng chảy so với chất có phân tử khối tương đương mà khơng có liên kết hidro có liên kết hidro nội phân tử Ví dụ: CH3-CH2-OH có nhiệt độ sơi cao CH3-O-CH3 etanol tạo liên kết hidro ngoại phân tử + Sự hình thành liên kết hidro chất tan dung môi làm tăng mạnh độ tan dung mơi Nhóm chức có khả tạo liên kết hidro với dung mơi độ tan lớn ngược lại gốc hidrocacbon lớn độ tan nhỏ Ví dụ: Độ tan C2H5OH 250C vơ hạn C4H7OH 7,4g/100 ml nước Độ tan C4H7OH thấp ảnh hưởng gốc hidrocacbon Ứng dụng liên kết hidro so sánh nhiệt độ sôi: Nhiệt độ sôi chất nhiệt độ mà áp suất chất lỏng áp suất khí bề mặt chất lỏng Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào yếu tố (xét phổ thông) : 1) Khối lượng phân tử chất khí: Khối lượng phân tử lớn khó bay hơi, nhiệt độ sơi cao 2) Liên kết hidro phân tử: Liên kết hidro bền nhiệt độ sơi cao 3) Diện tích bề mặt: Phân tử có cấu tạo phân nhánh diện tích bề mặt giảm dẫn đến nhiệt độ sôi giảm Một số điểm cần lưu ý so sánh nhiệt độ sôi: Những hợp chất khơng có liên kết hidro như: Hidrocacbon, dẫn xuất halogen, xeton,…thì nhiệt độ sơi tăng theo khối lượng phân tử Hợp chất hữu có liên kết ion muối amoni, muối amin với acid,…tan tốt nhiều so với hợp chất khơng có liên kết ion Trong dãy chất chất có cấu tạo phân nhánh có nhiệt độ sơi thấp Tât có liên kết hidro như: ancol, acid, phenol,…thì nhiệt độ sơi tăng theo độ bền liên kết hidro (tỉ lệ với khối lượng phân tử): Độ bền liên kết hidro tăng theo dãy: R-OH < C6H5-OH < R-COOH Những hợp chất có liên kết hidro nội phân tử có nhiệt độ sơi thấp chất có liên kết hidro ngoại phân tử Đồng phân cis có nhiệt độ sơi cao đồng phan trans BÀI TẬP CỦNG CỐ, ÁP DỤNG: Bài 1: So sánh nhiệt độ sôi : a) Pentan, hecxan, heptan,octan b) CH3CH2CH2-COOH (1) CH3CH(CH2)-COOH (2) c) đồng phân benzendiol C6H4(OH)2 d) C2H6, CH3NH2 CH3OH e) butan-1-ol, pentan-1-ol, hexan-1-ol Hướng dẫn: a) Vì chất khơng có liên kết hidro nên nhiệt độ sơi tăng theo khối lượng phân tử Vậy nhiệt độ sôi tăng dần từ pentan tới octan b) Cả hai chất có cơng thức phân tử có liên kết hidro nên ta xét tới độ phân nhánh Chất (2) có phân nhánh, diện tích bề mặt giảm nên nhiệt độ sơi giảm theo Vậy chất (2) có nhiệt độ sơi thấp chất (1) c) Các đồng phân có cơng thức phân tử có liên kết hidro nên ta xét nhiệt độ sôi dựa vào độ bền liên kết hidro Ta có thứ tự nhiệt độ sôi: Đồng phân ortho- < meta- < para Đồng phân ortho- có liên kết hidro nội phân tử nên có nhiệt độ sôi nhỏ Đồng phân meta- para- có liên kết hidro liên phân tử , liên kết đồng phân para- đòng meta- nên có nhiệt độ sơi cao d) Nhiệt độ sôi tăng theo thứ tự: C2H6 < CH3NH2 < CH3OH C2H6 khơng có liên kết hidro nên nhiệt độ sơi thấp Metylamin methanol có liên kết hidro, nhiên độ âm điện O lớn N nên liên kết hidro methanol bền nhiều nên có nhiệt độ sơi cao e) Nhiệt độ sơi tăng dần từ butan-1-ol tới hexan-1-ol khối lượng phân tử tăng (Đều có liên kết hidro) Bài 2: So sánh độ tan nước chất dãy sau: a) C3H8 (1); CH3NH2 (2); CH3COOH (3) b) CH3NH3NO3 (1), C2H4Cl (2), CH3OH (3) Hướng dẫn: a) (3) > (2) > (1) Do (3) (2) đề có liên kết hidro với nước, liên kết hidro chất (3) với nước mạnh nên tan tốt Chất (1) khơng có liên kết hidro với nước nê không tan nước b) (1) > (3) > (2) Chất hợp chất ion nên tan tốt nhất, chất có liên kết hidro với nước, chất khơng có nên khơng tan nước BÀI TẬP TỰ GIẢI: Bài 1: So sánh nhiệt độ sôi chất dãy sau: a) CH3COOH (1), CH3COCH3 (2), C2H5OH (3) b) CH3(CH2)2CH3 (A), CH3(CH2)2OH (B), CH3(CH2)NH2 (C), (CH3)CH (D), (CH3)3N (E) c) C2H5NH2 (1), (CH3)3N (2), C2H5-NH-CH3 (3) Đáp án: a) (1) > (3) > (2) b) (B) > (C) > (E) > (A) > (D) c) (1) > (3) > (2) Bài 2: So sánh độ tan nước chất: a) HO-(CH2)4-OH (1); HO-(CH2)3-CHO (2); C3H7CHO (3) b) C6H5NH3Cl (1); C6H5NH2 (2); C2H5NH2 (3) Đáp án : a) (1) > (2) > (3) b) (1) > (3) > (2) ... khối lượng phân tử): Độ bền liên kết hidro tăng theo dãy: R-OH < C6H5-OH < R-COOH Những hợp chất có liên kết hidro nội phân tử có nhiệt độ sơi thấp chất có liên kết hidro ngoại phân tử Đồng... cơng thức phân tử có liên kết hidro nên ta xét nhiệt độ sơi dựa vào độ bền liên kết hidro Ta có thứ tự nhiệt độ sôi: Đồng phân ortho- < meta- < para Đồng phân ortho- có liên kết hidro nội phân tử... meta- para- có liên kết hidro liên phân tử , liên kết đồng phân para- đòng meta- nên có nhiệt độ sơi cao d) Nhiệt độ sôi tăng theo thứ tự: C2H6 < CH3NH2 < CH3OH C2H6 khơng có liên kết hidro nên nhiệt