Nguyễn Thế Hùng Chơng I. Đại cơng về hóa học hữu cơ Đ 1. Thành phần nguyên tố và công thức phân tử I. Khái niệm - Đặc điểm chung về hợp chất hữu cơ 1) khái niệm về hoá học hữu cơ, hợp chất hữu cơ - Hoá học hữu cơ là ngành hoá học chuyên nghiên cứu các hợp chất có chứa các bon ( trừ CO 2 , CO, muối CO 3 - ). - Hợp chất hữu cơ là những hợp chất chứa các bon đợc ngành hoá học hữu cơ nghiên cứu 2) Đặc điểm chung của các hợp chất hữu cơ. - Thành phần nguyên tố: Nhất thiết phải có Các bon, thờng gặp : H, O, N và sau đó là các halozen, P, S. - Liên kết hoá học: Chủ yếu là liên cộng hoá trị. - Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, kém bền bởi nhiệt, và dễ cháy - Các phản ứng hoá học hữu cơ thờng xảy ra chậm, và không hoàn toàn. 3) Phân loại: có 2 loại cơ bản a - Các hợp chất hyđrô - các bon : Có 3 loại chính . - H-C no: + Hợp chất H - C no mạch hở ( ankan hay Parafin) + . mạch vòng ( XiCloankan) - H - C không no : + Hợp chất H - C không no loại có 1 liên kết đôi ( anken hay Ôlêfin) + . 2 ( Ankađien hay Đi ôlefin ) + 1 ba ( Ankin ) - H -C thơm : là những hợp chất có chứa vòng Ben zen ( hay vòng thơm ) b - Các hợp chất có chứa nhóm chức: Là những hợp chất chứa một nhóm nguyên tử qui định tính chất hoá học đặc trng của hợp chất đó ví dụ: - Nhóm - OH qui định tính chất hoá học của rợu R - OH - Nhóm - COOH qui định tính chất hoá học của axít hữu cơ R - COOH R - là gốc hyđrocác bon. II. Công thức phân tử . 1) Các công thức hoá học của hợp chất hữu cơ . a - Công thức tổng quát: cho biết thành phần định tính các nguyên tố . Ví dụ: CxHyOz b - Công thức thực nghiệm: Cho biết tỉ lệ về số lợng các nguyên tố trong phân tử. Ví dụ ; ( CH 2 O )n n: nguyên và n 1 c - Công thức đơn giản: tơng tự công thức thực nghiệm ( không có n ). Ví dụ: CH 2 O d - Công thức phân tử: Cho biết số lợng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử. Có thể xác định công thức phân tử qua công thức thực nghiệm, khi biết giá trị n Ví dụ: Từ ( CH 2 O ) n khi n = 2 thì CTPT là C 2 H 4 O 2 . f - Công thức cấu tạo: + Cho biết số lợng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử. + . trình tự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử. ví dụ : CTPT C 2 H 4 O 2 Có các CTCT CH 3 COOH , HCOOCH 3 , CH 2 - CHO OH 2) Xác định khối lợng phân tử ( M A ) : Có các công thức tính M A - Dựa vào khối lợng riêng ở đktc: M A = 22,4D ( D là khối lợng riêng g/l ) - Dựa vào tỷ khối hơi của khí A so với khí B ( d A/B ) M A = d A/B . M B - khối lợng và số mol của hợp chất A M A = A A n m 3) Cách xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ: a - Dựa vào thành phần % các nguyên tố: Vì khối lợng mỗi nguyên tố trong phân tử tỉ lệ với thành phần phần trăm => C x % 12 = H y % = O z % 16 = N v % 14 = 100 141612 vzyx +++ = 100 A M Chuyên đề: hoá Hữu cơ 1 Nguyễn Thế Hùng x = 100.12 .% A MC , y = 100 .% A MH , z = 100.16 .% A MO , v = 100.14 .% A MN b - Tính trực tiếp từ khối lợng sản phẩm đốt cháy: Ta có PTPƯ: C X H Y O Z N V + (x + 4 y - 2 z ) O 2 xCO 2 + 2 y H 2 O + 2 z N 2 MA 44x 9y 14v a mCO 2 mH 2 O mN 2 => x = a mM COA 44 . 2 , y = a mM OHA 9 . 2 , v = a mM NA 14 2. , z = 16 )1412( vyxM A ++ Nếu lợng CO 2 , N 2 ( khí B ) cho theo thể tích thì tính theo công thức mB = 4,22 . BB MV Ví dụ: B là khí CO 2 mCO 2 = 4,22 44. 2CO V Bài toán 1: Đốt cháy hoàn toàn 18,6 gam hợp chất hữu cơ A ta thu đợc 26,88 lít CO 2 và 12,6g nớc. Bằng một thí nghiệm khác khi phân tích một lợng chất nh trên thì thu đợc 2,24(l) khí N 2 (thể tích các khí đều đo ở đktc). Biết khi hoá hơi 13,95g A thì thu đợc thể tích bằng thể tích của 4,8gOxi (Các thể tích đo trong cùng điều kiện) . Xác định công thức phân tử bộ giáo dục đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 thpt năm 2006 đề thi thức Môn: Hoá học Bảng A Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ hai: 24/2/2006 (Đề thi gồm trang) Câu I Hãy cho biết sản phẩm thủy phân môi trờng O axit chất CH3COOCH3 , CH3CONH2 , O N O CH3 Gọi tên đồng phân đối quang nhận đợc monoclo hoá metylxiclohexan dới tác dụng ánh sáng, giả thiết vòng xiclohexan phẳng Axit m-RC6H4COOH axit p-RC6H4COOH có tỉ lệ số phân li R : H CH 3S Kmeta/Kpara nh sau: CH3O Kmeta/Kpara : 1,87 2,50 Dựa vào số liệu trên, so sánh (có giải thích): a Hiệu ứng đẩy electron nhóm CH3S- v CH3O- b Tốc độ phản ứng thuỷ phân CH3SCH2Cl v CH3OCH2Cl c Tốc độ phản ứng cộng HCN vo p-CH3SC6H4CHO v pCH3OC6H4CHO Câu II Cho sơ đồ chuyển hoá chất sau: (CH3)2CHCH2COOH (CH3)2CHCOCOOH Cl O HOO Z B NH3 E C6H5CO3H CH2=CH-CH=CH2 Br2, P + H AlCl3 -HCl HO O NH3 D H2, Pt to, H2 X G LiA lH4 Cl K H2SO4 Y -HO Z O ; Z L + + H3O+ I Cl MnO4- M1 M2 Viết công thức cấu tạo sản phẩm hữu B, D, E, G, H, I, K, X, Y vẽ cấu trúc không gian Z, L, M1, M2 Câu III Từ hạt tiêu ngời ta tách đợc hợp chất A (C17H19NO3) chất trung tính Ozon phân A thu đợc hợp chất: etađial, B, D Thuỷ phân B thu đợc OHC-COOH v hợp chất dị vòng cạnh piperiđin (C 5H11N) Cho D tác dụng với dung dịch HI đặc thu đợc 3,4đihiđroxibenzanđehit Trang Hãy xác định công thức cấu tạo A, B, D Có đồng phân lập thể A? Hai hợp chất thơm đa vòng X Y có công thức phân tử l C14H10 Oxi hoá X K2Cr2O7 /H2SO4 cho sản phẩm D (C14H10O4), oxi hoá X oxi có xúc tác V2O5 nhiệt độ 340oC đến 390oC cho sản phẩm E (C14H8O2) Khi oxi hoá Y giống nh X (bằng K2Cr2O7 /H2SO4 oxi có xúc tác V2O5 nhiệt độ 340oC đến 390oC) thu đợc G (C14H8O2) Hãy xác định công thức cấu tạo X, Y, D, E, G Câu IV CHO Khi đun nóng -D-iđopiranozơ tới HO H OH 165oC với axit loãng tạo anhiđro (1,6) với H H HO hiệu suất cao nhiều so với -DOH H glucopiranozơ CH2OH Hãy giải thích điều v biểu -Ddiễn cấu dạng hai hợp chất anhiđro Iđopiranozơ Khi cho D-glucozơ phản ứng với hiđrazin hiđrat, glucozylhiđrazon tồn dạng mạch hở, song pH dễ dàng chuyển thành dạng vòng glucozylhiđrazin Hãy viết công thức cấu trúc dạng chuyển hoá glucozylhiđrazin v gọi tên Câu V Khí tổng hợp (CO H2) thu đuợc từ phản ứng nớc (H2O (k)) metan Metanol (CH3OH) đợc sản xuất công nghiệp từ khí tổng hợp Toàn trình sản xuất liên tục đợc minh họa theo sơ đồ dới đây: Bớc A điều chế khí tổng hợp Bớc B điều chế metanol Bộ Bộ Bộ phận Bộ phận phận phận điều điều chế ngng ngng chế khí tổng hợp tụ metanol tụ Nguyên liệu nạp vào phận điều chế khí tổng hợp (Bớc A) gồm khí metan tinh khiết (1) áp suất 250 kPa, nhiệt độ 25C nớc (2) áp suất 200 kPa, nhiệt độ 100C (giả thiết nớc tinh khiết) Tốc độ nạp nguyên liệu (1) (2) lần lợt 55,0 lít/giây 150,0 lít/giây (1 atm = 101,3 kPa) Thoát khỏi Bớc A hỗn hợp gồm khí tổng hợp lợng d chất phản ứng; hỗn hợp qua (3) vào phận ngng tụ, chất ngng tụ tách theo (5) 25C Những chất không ngng tụ qua (4) vào phận điều chế metanol (Bớc B) Metanol tạo thành chất tham gia phản ứng d qua (6) vào phận ngng tụ 25C, metanol tinh khiết tách theo (7), chất d tách riêng theo (8) Giả thiết khí coi khí lí tởng; phản ứng Bớc A, B tách riêng chất xảy hoàn toàn Cho số liệu sau: Trang Hợp chất Khối lợng mol phân tử (g.mol-1) CH4 (k) 16,04 -183 -161 H2O (l) 18,02 100 CO (k) 28,01 -205 -191,5 H2 (k) CH3OH (l) 2,016 -259,2 -252,8 32,04 -98 64,7 Nhiệt độ nóng chảy (C) Nhiệt độ sôi (C) Khối lợng riêng 25C 0,718 g.L-1 1,000 g.mL-1 1,250 g.L1 0,791 g.mL-1 Viết phơng trình hoá học Bớc A Bớc B Tính số mol chất d sau Bớc A sau Bớc B Tính tốc độ chuyển chất vị trí (5), (7), (8) 25C 101,3 kPa HếT qui định Thí sinh không đựợc sử dụng tài liệu Giám thị không giải thích thêm Trang Nguyễn Thế Hùng Chơng I. Đại cơng về hóa học hữu cơ Đ 1. Thành phần nguyên tố và công thức phân tử I. Khái niệm - Đặc điểm chung về hợp chất hữu cơ 1) khái niệm về hoá học hữu cơ, hợp chất hữu cơ - Hoá học hữu cơ là ngành hoá học chuyên nghiên cứu các hợp chất có chứa các bon ( trừ CO 2 , CO, muối CO 3 - ). - Hợp chất hữu cơ là những hợp chất chứa các bon đợc ngành hoá học hữu cơ nghiên cứu 2) Đặc điểm chung của các hợp chất hữu cơ. - Thành phần nguyên tố: Nhất thiết phải có Các bon, thờng gặp : H, O, N và sau đó là các halozen, P, S. - Liên kết hoá học: Chủ yếu là liên cộng hoá trị. - Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, kém bền bởi nhiệt, và dễ cháy - Các phản ứng hoá học hữu cơ thờng xảy ra chậm, và không hoàn toàn. 3) Phân loại: có 2 loại cơ bản a - Các hợp chất hyđrô - các bon : Có 3 loại chính . - H-C no: + Hợp chất H - C no mạch hở ( ankan hay Parafin) + . mạch vòng ( XiCloankan) - H - C không no : + Hợp chất H - C không no loại có 1 liên kết đôi ( anken hay Ôlêfin) + . 2 ( Ankađien hay Đi ôlefin ) + 1 ba ( Ankin ) - H -C thơm : là những hợp chất có chứa vòng Ben zen ( hay vòng thơm ) b - Các hợp chất có chứa nhóm chức: Là những hợp chất chứa một nhóm nguyên tử qui định tính chất hoá học đặc trng của hợp chất đó ví dụ: - Nhóm - OH qui định tính chất hoá học của rợu R - OH - Nhóm - COOH qui định tính chất hoá học của axít hữu cơ R - COOH R - là gốc hyđrocác bon. II. Công thức phân tử . 1) Các công thức hoá học của hợp chất hữu cơ . a - Công thức tổng quát: cho biết thành phần định tính các nguyên tố . Ví dụ: CxHyOz b - Công thức thực nghiệm: Cho biết tỉ lệ về số lợng các nguyên tố trong phân tử. Ví dụ ; ( CH 2 O )n n: nguyên và n 1 c - Công thức đơn giản: tơng tự công thức thực nghiệm ( không có n ). Ví dụ: CH 2 O d - Công thức phân tử: Cho biết số lợng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử. Có thể xác định công thức phân tử qua công thức thực nghiệm, khi biết giá trị n Ví dụ: Từ ( CH 2 O ) n khi n = 2 thì CTPT là C 2 H 4 O 2 . f - Công thức cấu tạo: + Cho biết số lợng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử. + . trình tự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử. ví dụ : CTPT C 2 H 4 O 2 Có các CTCT CH 3 COOH , HCOOCH 3 , CH 2 - CHO OH 2) Xác định khối lợng phân tử ( M A ) : Có các công thức tính M A - Dựa vào khối lợng riêng ở đktc: M A = 22,4D ( D là khối lợng riêng g/l ) - Dựa vào tỷ khối hơi của khí A so với khí B ( d A/B ) M A = d A/B . M B - khối lợng và số mol của hợp chất A M A = A A n m 3) Cách xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ: a - Dựa vào thành phần % các nguyên tố: Vì khối lợng mỗi nguyên tố trong phân tử tỉ lệ với thành phần phần trăm => C x % 12 = H y % = O z % 16 = N v % 14 = 100 141612 vzyx +++ = 100 A M Chuyên đề: hoá Hữu cơ 1 Nguyễn Thế Hùng x = 100.12 .% A MC , y = 100 .% A MH , z = 100.16 .% A MO , v = 100.14 .% A MN b - Tính trực tiếp từ khối lợng sản phẩm đốt cháy: Ta có PTPƯ: C X H Y O Z N V + (x + 4 y - 2 z ) O 2 xCO 2 + 2 y H 2 O + 2 z N 2 MA 44x 9y 14v a mCO 2 mH 2 O mN 2 => x = a mM COA 44 . 2 , y = a mM OHA 9 . 2 , v = a mM NA 14 2. , z = 16 )1412( vyxM A ++ Nếu lợng CO 2 , N 2 ( khí B ) cho theo thể tích thì tính theo công thức mB = 4,22 . BB MV Ví dụ: B là khí CO 2 mCO 2 = 4,22 44. 2CO V Bài toán 1: Đốt cháy hoàn toàn 18,6 gam hợp chất hữu cơ A ta thu đợc 26,88 lít CO 2 và 12,6g nớc. Bằng một thí nghiệm khác khi phân tích một lợng chất nh trên !"#$%&'( &)"*+, /, "0& 1&23 45678 9: 3 1+;< ,=>:"3)& ! "#$%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% &'()*+#,-./#*01234,55&* %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% ... -D-iđopiranozơ tới HO H OH 165oC với axit loãng tạo anhiđro (1,6) với H H HO hiệu suất cao nhiều so với -DOH H glucopiranozơ CH2OH Hãy giải thích điều v biểu -Ddiễn cấu dạng hai hợp chất anhiđro... hai hợp chất anhiđro Iđopiranozơ Khi cho D-glucozơ phản ứng với hiđrazin hiđrat, glucozylhiđrazon tồn dạng mạch hở, song pH dễ dàng chuyển thành dạng vòng glucozylhiđrazin Hãy viết công thức cấu... (Bớc B) Metanol tạo thành chất tham gia phản ứng d qua (6) vào phận ngng tụ 25C, metanol tinh khiết tách theo (7), chất d tách riêng theo (8) Giả thiết khí coi khí lí tởng; phản ứng Bớc A, B tách