TIỂU LUẬN PHÂN TÍCH PHỔ HCHC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ    TIỂU LUẬN Môn: Phân tích hợp chất hữu cơ BÀI TẬP PHÂN TÍCH HỢP CHẤT HỮU CƠ Người hướng dẫn khoa học: Học viên thực hiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ

  

TIỂU LUẬN

Môn: Phân tích hợp chất hữu cơ

BÀI TẬP PHÂN TÍCH HỢP CHẤT HỮU CƠ

Người hướng dẫn khoa học: Học viên thực hiện:

Huế, Tháng 12 năm 2016

Phần I: Bài tập tách và tinh chế các chất hữu cơ ra khỏi hỗn hợp.

Câu 1 [1]: Một hỗn hợp khí gồm: propan, etilen, axetilen Hãy tách từng chất ra khỏi hỗn hợp.

Hướng dẫn giải:

- Cho hỗn hợp đi qua dung dịch AgNO3 trong NH3, axetilen bị giữ lại do phản ứng tạo axetilua bạc kết tủa màu vàng

Cho axetilua bạc tác dụng với dung dịch HCl loãng thu lại axetilen

- Cho hỗn hợp còn lại qua dung dịch nước brom, etilen bị giữ lại do xảy ra phản ứng:

Thu lại etilen bằng cách cho 1,2-đibrometan tác dụng với kim loại Zn, phản ứng xảy ra như sau:

- Propan không tác dụng với dung dịch nước brom, thoát ra ngoài

Câu 2 [1]: Một hỗn hợp gồm C6H5OH, CH3COOH và C2H5OH và H2O Hãy trình bày một phương pháp hóa học để tách từng chất C6H5OH, CH3COOH và C2H5OH ra khỏi hỗn hợp trên

Hướng dẫn giải:

- Phenol ít tan trong nước lạnh nên khi làm lạnh hỗn hợp, phenol không tan, nổi lên trên mặt nước Dùng phễu chiết được phenol

- Cho dung dịch còn lại gồm dung dịch CH3COOH và C2H5OH tác dụng với CaCO3 C2H5OH không tác dụng với CaCO3, CH3COOH tác dụng với CaCO3 tạo thành muối Đem chưng cất dung dịch hỗn hợp thu được C2H5OH

Câu 3 [1]: Có 3 hợp chất sau: C6H5NH3Cl, C6H5ONa, CH3COONa Hãy tìm cách tách riêng chúng

Hướng dẫn giải:

- Cho hỗn hợp vào dung dịch NaOH dư, chỉ có C6H5NH3Cl phản ứng:

C6H5NH3Cl + NaOH C6H5NH2 + NaCl + H2O Anilin không tan, lọc tách riêng anilin rồi cho tác dụng với axit HCl để thu lại được C6H5NH3Cl

C6H5NH2 + HCl C6H5NH3Cl

- Phần nước lọc cho tác dụng với dung dịch HCl dư cho phenol và axit axetic

C6H5ONa + HCl C6H5OH + NaCl

CH3COONa + HCl CH3COOH + NaCl

- Để tách riêng phenol ta lắc với dung dịch Na2CO3, khi đó chỉ có CH3COOH có phản ứng tạo thành muối tan trong nước

2CH3COOH + Na2CO3 2CH3COONa + CO2 + H2O

Phenol không tan, lọc được tách riêng ra và cho tác dụng với NaOH (vừa đủ) rồi cho bay hơi nước thu hồi được muối C6H5ONa

C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O

- Dung dịch nước lọc chứa CH3COONa và NaCl cho thêm H2SO4, chưng cất thu được

CH3COOH

2CH3COONa + H2SO4 2CH3COOH + Na2SO4

Cho CH3COOH tác dụng với NaOH vừa đủ, làm bay hơi nước thu hồi được CH3COONa

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

Phần II: Bài tập định tính, định lượng hợp chất hữu cơ.

Câu 1 [2]: Hỗn hợp khí X gồm anken M và ankin N có cùng số nguyên tử cacbon trong phân

tử Hỗn hợp X có khối lượng 12,4 gam và thể tích 6,72 lít (đktc) Xác định công thức phân tử M, N

và số mol tương ứng

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức phân tử của M, N lần lượt là CnH2n và CnH2n-2

Ta có: nX = 0,3 mol và mX = 12,4 gam

→ Mx = = 41,33

Ta có: 14n - 2 ≤ 41,33 ≤ 14n => n = 3

Vậy công thức phân tử của M, N là C3H6 (x mol) và C3H4 (y mol)

Ta có: mX = 42x + 40y = 12,4 (1)

nX = x + y = 0,3 (2)

Giải hệ hai phương trình (1) va (2) ta được: x = 0,2 và y = 0,1 mol

Vậy M là C3H6 0,2 mol và N là C3H4 0,1 mol

Câu 2 [3]: β-Caroten (chất hữu cơ có trong củ cà rốt) có màu da cam Nhờ tác dụng của enzim

trong ruột non, β-Caroten chuyển thành vitamin A nên nó còn được gọi là tiền vitamin A Oxi hóa hoàn toàn 0,67 gam β-Caroten rồi dẫn sản phẩm oxi hóa qua bình (1) đựng dung dịch H2SO4 đặc, sau đó qua bình (2) đựng dung dịch Ca(OH)2 dư Kết quả cho thấy khối lượng bình (1) tăng 0,63 gam; bình (2) có 5,00 gam kết tủa Tính thành phần phần trăm theo khối lượng các nguyên tố

Hướng dẫn giải:

- Khối lượng bình (1) tăng chính là khối lượng của H2O bị hấp thụ: mH 2 O = 0,63 gam

- Khối lượng kết tủa trong bình (2): mCaCO 3 = 5,00 gam

mH = = 0,07 gam

mC = = 0,6 gam

Vậy trong hợp chất β-Caroten không chứa oxi

Câu 3 [4] : Oxi hóa hoàn toàn 4,92 gam một hợp chất hữu cơ A Cho sản phẩm lần lượt qua

bình chứa H2SO4 đậm đặc, rồi bình chứa KOH thì thấy khối lượng bình chứa H2SO4 tăng thêm 1,8

mg, bình chứa KOH tăng thêm 10,56 mg Ở thí nghiệm khác, khi nung 6,15 mg hợp chất A với CuO thu được 0,56 ml (đktc) khí nitơ Hãy xác định khối lượng các nguyên tố có trong 4,92 mg A

Hướng dẫn giải:

- Khối lượng tăng lên của bình chứa H2SO4 là khối lượng của nước hấp thụ: mH 2 O = 1,8 mg

- Khối lượng tăng lên của bình chứa KOH là khối lượng của CO2 hấp thụ: mCO 2 = 10,56 mg

)

Câu 4 [5] : Cho 4,48 lít hỗn hợp X (ở đktc) gồm 2 hiđrocacbon mạch hở lội từ từ qua bình chứa

1,4 lít dung dịch Br2 0,5M Sau khi phản ứng hoàn toàn, số mol Br2 giảm đi một nửa và khối lượng bình tăng thêm 6,7 gam Xác định công thức phân tử của 2 hiđrocacbon

Hướng dẫn giải:

- Sau phản ứng không có khí thoát ra nên hồn hợp X không chứa ankan

nhh

nBr 2=CM V = 1,4 0,5 = 0,7 mol.

- Sau khi phản ứng hoàn toàn, khối lượng Br2 giảm đi một nửa nên số mol Br2 tham gia phản ứng: nBr2(pư) = 0,35 mol

- Vậy trong hỗn hợp X gồm có 1 anken CnH2n (x mol) và 1 ankin CmH2m-2 (y mol)

Ta có: nhh = x + y = 0,2 (1)

nBr2(pư) = x + 2y = 0,35 (2)

Giải hệ hai phương trình (1) và (2) ta được: x = 0,05 mol và y = 0,15 mol

- Khối lượng bình tăng chính là khối lượng của X:

mX = 6,7 gam

↔

Với n, m ≥ 2 và n, m nguyên ta có n = 4, m = 2

Vậy hai hiđrocacbon trong hồn hợp X là C4H8 và C2H2

Phần III: Phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ dựa vào các phương pháp phổ.

Câu 1 [6] : Xác định cấu tạo của một hợp hữu cơ có công thức phân tử là C4H8O2 Phổ IR cho đỉnh hấp thụ mạnh ở 2984, 1741, 1243 cm-1, phổ UV có cực đại hấp thụ ở 220 nm, phổ 1H-NMR cho δ= 1,25 (t); 4,25 (q) ppm, phổ 13C-NMR cho δ=12; 20; 170 ppm; phổ khối lượng cho ion phân

tử M=88

Hướng dẫn giải:

Phổ IR: ν = 2984 cm-1: dao động hóa trị của các gốc ankyl CH3, CH2

ν = 1741 cm-1: dao động hóa trị của liên kết C=O trong hợp chất este no

ν = 1243 cm-1: dao động hóa trị của liên kết C-O

Phổ UV: λmax = 220 nm: bước chuyển n → π* của hợp chất cacbonyl.

Phổ 1H-NMR: δ = 1,25 ppm (triplet) : độ chuyển dịch hóa học của H/CH3 trong -CH2-CH3

δ = 2,00 ppm (singlet): độ chuyển dịch hóa học của H/CH3 trong CH3-C=O

δ = 4,25 ppm (quartet): độ dịch chuyển hóa học của H/CH2 trong -CH2-O

Phổ 13C-NMR: δ = 12 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C/CH3

δ = 20 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C/CH2

δ = 170 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C trong O=C-O

Độ bất bão hòa: DEB =

Dựa vào các dữ liệu phố, công thức cấu tạo có 1 liên kết π

Công thức cấu tạo dự đoán: CH3COOC2H5

Phổ khối lượng:

Vậy công thức cấu tạo là: CH 3 COOC 2 H 5

Câu 2 [6] : Xác định cấu tạo của một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là C8H10O Phân tích phổ IR cho đỉnh hấp thụ mạnh ở 3300 và 1050 cm-1, đỉnh hấp thụ trung bình ở 700 và 760 cm-1, đỉnh hấp thụ yếu ở 1600, 1500 và 1460 cm-1 Phổ UV cho λmax = 260 nm Phổ 1H-NMR cho δ= 2,2 ppm (trao đổi với D2O); 2,8 (t); 3,8 (t) và 7,3 (s) ppm Phổ 13C-NMR cho δ=38 (s); 62 (s); 124(s); 126(d); 128(d) và 138(s) ppm Phổ khối lượng cho ion phân tử M=122

Hướng dẫn giải:

Phổ IR: ν = 3300 cm-1: dao động hóa trị của nhóm OH

ν = 1050 cm-1: dao động biến dạng của nhóm OH

ν = 3050 cm-1: dao động hóa trị của C-H trong vòng thơm

ν = 2900, 2850 cm-1: dao động hóa trị của C-H ankan

ν = 1600, 1500, 1460 cm-1: dao động hóa trị của C=C trong vòng thơm

ν = 760, 700 cm-1: dao động biến dạng của -CH vòng benzen một lần thế

Phổ UV: Cực đại hấp thụ 260 nm nhiều đỉnh đặc trưng cho vòng benzen có nhóm thế không

liên hợp

Phổ 1H-NMR:

δ = 7,25 ppm : độ dịch chuyển hóa học của H trong vòng benzen

δ = 3,8 ppm (triplet) và 2,9 ppm (triplet): độ dịch chuyển hóa học của H trong nhóm CH2

δ = 2,2 ppm (singlet, trao đổi D2O): độ dịch chuyển hóa học của H trong nhóm OH

Phổ 13C-NMR:

δ = 138 ppm: độ dịch chuyển của C bậc IV

δ = 128, 126, 124 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C trong vòng benzen

δ = 62 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C trong nhóm CH2 đính với vòng benzen

δ = 38 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C trong nhóm CH2

Độ bất bão hòa: DEB =

Dựa vào các dữ liệu phổ và độ bất bão hòa, công thức cấu tạo có 1 vòng và 3 liên kết π Công thức cấu tạo dự đoán:

Phổ khối lượng:

Vậy công thức cấu tạo là

Câu 3 [6] : Xác định cấu tạo của hợp chất có công thức phân tử C8H10O, phổ hồng ngoại cho đỉnh hấp thụ mạnh ở 3300 cm-1, hấp thụ trung bình ở 700 và 770 cm-1, hấp thụ yếu ở 3050, 2950,

1640, 1600, 1500, 1470 cm-1 Phổ 1H-NMR cho δ = 1,4 (d); 4,8(q); 7,4(s) ppm và đỉnh 2,7 ppm (trao đổi với D2O) Phổ 13C-NMR cho δ = 24 (q), 70(d), 125(d), 128(s) và 147(s) Phổ khối lượng cho ion phân tử M = 122

Hướng dẫn giải:

Phổ IR: ν = 3300 cm-1: dao động hóa trị của nhóm OH

ν = 1500, 1470 cm-1: dao động hóa trị C=C vòng benzen

ν = 770, 700 cm-1: dao động biến dạng =CH vòng benzen một lần thế

ν = 2950, 2900 cm-1: dao động hóa trị C-H của ankan

Phổ UV: λmax = 260 nm đặc trưng vòng benzen có nhóm thế không liên hợp

Phổ 1H-NMR: δ = 7,4 ppm (singlet): độ dịch chuyển hóa học của H trong nhóm phenyl C6H5

-δ = 4,8 ppm (quartet): độ dịch chuyển hóa học của H trong CH

δ = 1,4 ppm (doublet): độ dịch chuyển hóa học của H trong CH3

δ = 2,7 ppm (singlet, trao đổi D2O): độ dịch chuyển hóa học của H trong nhóm OH

Phổ 13C-NMR: δ = 24 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C trong CH3.

δ = 70 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C trong CH

δ = 125, 126, 128 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C trong CH vòng benzen

δ = 147 ppm: độ dịch chuyển hóa học của C trong C bậc IV.

Độ bất bão hòa: DEB =

Dựa vào các dữ liệu phổ và độ bất bão hòa, công thức cấu tạo có 1 vòng và 3 liên kết π Công thức cấu tạo dự đoán là:

Phổ khối lượng:

Vậy công thức cấu tạo là:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ngô Ngọc An - Nhận biết và tách các chất ra khỏi hỗn hợp ( tái bản lần thứ 5) (2010) - NXB

Giáo dục Việt Nam

[2] Đề thi tuyển sinh đại học môn hóa khối A năm 2009.

[3] Sách giáo khoa hóa học 11 cơ bản - NXB Giáo dục.

[4] Th.S Cao Thị Thiên An - Phân dạng và phương pháp giải bài tập hóa học 11- phần hữu cơ

(2007) - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.

[5] Đề thi tuyển sinh Đại học môn hóa học khối A năm 2007.

[6] Nguyễn Đình Triệu - Bài tập và thực tập các phương pháp phổ (tái bản lần 2) - NXB Đại

học Quốc gia Hà Nội