LÝ THUYẾT ESTEESTE I. Định nghĩa – Công thức tổng quát – Tên gọi: 1. Định nghĩa: Khi thay nhóm OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng nhóm OR thì được este. ROH + R’COOH H 2 SO 4 , t o R’COOR + H 2 O 2. Công thức tổng quát của este: * Este no đơn chức: C n H 2n+1 COOC m H 2m+1 (n ≥ 0, m ≥ 1) Nếu đặt x = n + m + 1 thì C x H 2x O 2 (x ≥ 2) * Este đa chức tạo từ axit đơn chức và rượu đa chức: (RCOO) n R’ * Este đa chức tạo từ axit đa chức và rượu đơn chức R(COOR’) n 3. Tên gọi của este hữu cơ: R C O O R' gốc axit gốc rượu Tên este = tên gốc rượu + tên gốc axit + at Vd: H – C – OCH 2 CH 3 Ety fomat || O CH 3 C – OCH 3 Metyl axetat || O CH 3 – C – O – CH – CH 3 Isopropyl axetat || | O CH 3 CH 2 = C – C – O – CH 3 Metyl metacrylat | || CH 3 O CH 3 – C – O – CH = CH 2 Vinyl axetat || O II. Tính chất vật lý: * Các este thường là chất lỏng rất ít tan trong nước, nhẹ hơn nước. * Giữa các phân tử este không có liên kết hidro vì thế nhiệt độ sôi của các este thấp hơn axit và rượu có cùng số nguyên tử cacbon. * Nhiều este có mùi thơm hoa quả. III. Tính chất hoá học: 1. Phản ứng thuỷ phân: a. Thuỷ phân trong môi trường axit (phản ứng thuận nghịch): Este + HOH H 2 SO 4 , t o axit + rượu R – C – O + R’ + HOH H 2 SO 4 , t o RCOONa + R’OH || O b. Thuỷ phân trong môi trường kiềm (phản ứng xà phòng hóa): LÝ THUYẾT ESTE RCOOR’ + NaOH 0 t → RCOONa + R’OH c. Phản ứng khử Este bị khử bởi liti nhôm hiđrua (LiAlH 4 ), khi đó nhóm RCO- (gọi là nhóm axyl) trở thành ancol bậc I : R - COO - R’ 0 4 ,LiAlH t → R - CH 2 - OH + R’- OH 2. Phản ứng ở gốc hiđro cacbon: a. Phản ứng cộng : (H 2 , Cl 2 , Br 2 …). CH 2 = CH – C – OCH 3 + H 2 0 ,Ni t → CH 3 – CH 2 – C – OCH 3 || || O O b. Phản ứng trùng hợp: CH 2 C COOCH 3 CH 3 CH 2 C n COOCH 3 CH 3 xt, t o n Polimetylmetacrylat: thủy tinh hữu cơ 3. Phản ứng cháy: C n H 2n O 2 + 3 2 2 n − O 2 → CO 2 + nH 2 O IV. Điều chế: a ) 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, phản ứng này được gọi là phản ứng este hóa. CH 3 COOH + (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 OH CH 3 COOCH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 + H 2 O * Phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch. Để nâng cao hiệu suất của phản ứng (tức chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành este) có thể lấy dư một trong hai chất đầu hoặc làm giảm nồng độ của sản phẩm. Axit sunfuric vừa làm xúc tác vừa có tác dụng hút nước, do đó góp phần làm tăng hiệu suất tạo este. b) Este của phenol Để điều chế este của phenol không dùng axit cacboxylic mà phải dùng anhiđric axit hoặc clorua axit tác dụng với phenol. C 6 H 5 – OH + (CH 3 CO) 2 O CH 3 COOC 6 H 5 + CH 3 COOH anhiđric axetic phenyl axetat phương pháp giải bài tập 1. Đốt cháy một este mà thu được 2 2 CO H O n n = thì este đó là este no đơn chức. VD1 : Đốt cháy hoàn toàn 0,1 gam một chất hữu cơ X cần 4,48 lít khí oxi (đkc) thu được 2 2 1 1 CO H O n : n := . Biết rằng X tác dụng với NaOH tạo ra hai chất hữu cơ. Tìm X . HD giải: X tác dụng với NaOH tạo ra hai chất hữu cơ ⇒ X là este. Đốt X → 2 2 1 1 CO H O n : n := ⇒ X là este no đơn chức mạch hở CTTQ của X là C n H 2n O 2 Ta có: 4 48 0 2 22 4 oxi , n , mol , = = H 2 SO 4 , t 0 LÝ THUYẾT ESTE 2 2 2 3 2 2 n 2n 2 n C H O ( )O nCO nH O − + → + Theo đề bài, ta có: 3 2 0 2 2 2 1 0 1 oxi X ( n ) n , n n , − = = ⇒ = Vậy X là C 2 H 4 O 2 có CTCT HCOOCH 3 VD2: Đốt cháy hoàn toàn 7,4 gam một este X thu được 13,2 gam CO 2 và 5,4 gam nước. Biết rằng X tráng gương được. Xác định CTCT của X. HD giải: 2 2 2 13 2 5 4 0 3 0 3 44 18 CO H O CO , , n , mol; n , mol n= = = = = ⇒ X là este no đơn chức mạch hở có CTTQ C n H 2n O 2 2 2 ®èt n 2n 2 C H O nCO nH O→ + (14n + 32) gam n mol 7,4 gam 0,3 mol Ta có tỉ lệ: 3 0 3 14n + 32 n n 7,4 , = ⇒ = Vậy CTPT của X là: C 3 H 6 O 2 Vì X tráng gương được ⇒ X có CTCT HCOOC 2 H 5 - Đốt cháy một este không no (1 nối đôi C = C) đơn chức. C n H 2n-2 O 2 → n este = 2 2 CO H O n n− 2. Xác định công thức cấu tạo este hữu cơ đơn chức : Este đơn chức có CTPT là : C x H y O 2 ⇔ R-COOR’ ĐK : y ≤ 2x Ta có 12x + y + 32 = R + R’ + 44. Khi giải bài toán về este ta thường sử dụng cả hai công thức trên. - Công thức C x H y O 2 dùng để đốt cháy . VD : Đốt cháy hoàn toàn 1 mol este X thu được 3 mol khí CO 2 . Mặt khác khi xà phòng hóa 0,1 mol este trên thu được 8,2 gam muối chứa natri. Tìm CTCT của X . HD giải: Đốt 1 mol este → 3 mol CO 2 ⇒ X có 3C trong phân tử ⇒ X là este đơn chức. CTTQ của este là ' RCOOR ' ' RCOOR NaOH RCOONa R OH+ → + 0,1 mol 0,1 mol Ta có: 8 2 82 67 15 0 1 muèi muèi muèi m , M ®vc R R n , = = = = + ⇒ = ⇒ R là –CH 3 ⇒ ' R phải là –CH 3 Vậy CTCT của X là CH 3 COOCH 3 - Công thức R-COOR’ dùng để phản ứng với NaOH ⇒ CT cấu tạo của este. VD1 : Thủy phân một este X có tỉ khối hơi đối với hiđrô là 44 thì được một muối Natri có khối lượng bằng 41 44 khối lượng este. Tìm CTCT của este . HD giải: Ta có: 44 88 2 este hi®r« gèc coo M M ®vc M − = × = = × ⇒ X là este đơn chức CTTQ của este là ' RCOOR ' ' RCOOR NaOH RCOONa R OH+ → + Ta có: 41 41 88 82 67 15 44 44 este muèi M M ®vc R R= = × = = + ⇒ = ⇒ R là – CH 3 Ta có: 44 88 29 ' ' este M R R R= + + = ⇒ = LÝ THUYẾT ESTE Đặt ' R là C x H y – ⇒ 12x +y = 29 ⇒ y = 29 – 12x Lập bảng biến thiên: x1 2 3 y 17 5 âm nhận ⇒ ' R là –C 2 H 5 Vậy X là CH 3 COOC 2 H 5 3.Cho hai chất hữu cơ đơn chức (mạch hở) tác dụng với kiềm tạo ra a. Hai muối và một ancol thì 2 chất hữu cơ đó có thể là: (1) 1 ' ' RCOOR R COOR hoặc 1 'RCOOR R COOH (2) - n ancol = n NaOH hai chất hữu cơ đó công thức tổng quát (1) - n ancol < n NaOH hai chất hữu cơ đó công thức tổng quát (2) VD1: Một hỗn hợp X gồm hai chất hữu cơ. Cho hỗn hợp X phản ứng vừa đủ với dung dịch KOH thì cần hết 100 ml dung dịch KOH 5M. Sau phản ứng thu được hỗn hợp hai muối của hai axit no đơn chức và được một rượu no đơn chức Y. Cho toàn bộ Y tác dụng với Natri được 3,36 lít H 2 (đktc). Hai hợp chất hữu cơ thuộc loại chất gì? HD Theo đề ta có: n KOH = 0,1.5 = 0,5 mol Ancol no đơn chức Y: C n H 2n+1 OH C n H 2n+1 OH + Na → C n H 2n+1 ONa + 1 2 H 2 0,3 mol ¬ 0,15 mol Thuỷ phân hai chất hữu cơ thu được hỗn hợp hai muối và một ancol Y với n Y < n KOH Vậy hai chất hữu cơ đó là: este và axit VD2: Hỗn hợp M gồm hai hợp chất hữu cơ mạch thẳng X và Y chỉ chứa (C, H, O) tác dụng vừa đủ hết 8 gam NaOH thu được rượu đơn chức và hai muối của hai axit hữu cơ đơn chức kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng. Lượng rượu thu được cho tác dụng với natri dư tạo ra 2,24 lít khí H 2 (đktc). X, Y thuộc laọi hợp chất gì? HD n NaOH = 0,2 mol n Ancol = 0,2 mol Thuỷ phân hai chất hữu cơ X, Y và thu được số mol n Ancol = n NaOH . Vậy X, Y là hai este. b. Một muối và một ancol thì hai chất hữu cơ đó có thể là: - Một este và một ancol có gốc hidrocacbon giống rượu trong este: RCOOR 1 và R 1 OH - Một este và một axit có gốc hidrocacbon giống trong este: RCOOR 1 và RCOOH - Một axit và một ancol. c. Một muối và hai ancol có khả năng hai chất hữu cơ đó là: 1 ' '' RCOOR R COOR hoặc ' '' RCOOR R OH 4. Xác định công thức cấu tạo este hữu cơ hai chức: a. Một ancol và hai muối : R 1 C O O R O C O R 2 + 2NaOH R 1 COONa + R 2 COONa + R(OH) 2 OH n − = 2n este = ∑ n muối ; n ancol = n este b. Hai ancol và một muối : R 1 O C O 2NaOH R 1 OH + R 2 OH + R(COONa) 2 C O R O R 2 + n OH - = 2n muối = 2n este ; n OH - = 2 ∑ n rượu . 5.Khi xác định công thức cấu tạo este hữu cơ ta nên chú ý : LÝ THUYẾT ESTE - Tỉ lệ mol: este NaOH n n = số nhóm chức este. - Cho phản ứng: Este + NaOH 0 t → Muối + Rượu Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m este + m NaOH = m muối + m rượu Cô cạn dung dịch sau phản ứng được chất rắn khan, chú ý đến lượng NaOH còn dư hay không. 6.Một số este khi thuỷ phân không tạo ancol: - Este + NaOH → 1 muối + 1 anđehit ⇒ este này khi phản ứng với dd NaOH tạo ra rượu có nhóm -OH liên kết trên cacbon mang nối đôi bậc 1, không bền đồng phân hóa tạo ra anđehit. VD: R-COOCH=CH 2 + NaOH → o t R-COONa + CH 2 =CH-OH VD : Đốt cháy hoàn toàn 1mol este X thu được 3 mol CO 2 . Khi X tác dụng với NaOH tạo ra một anđehit. Tìm CTCT của X. HD giải: Đốt 1 mol este → 3 mol CO 2 ⇒ X có 3C trong phân tử. X tác dụng với NaOH tạo ra một anđehit. Vậy X là HCOOCH=CH 2 . - Este + NaOH → 1 muối + 1 xeton ⇒ este này khi phản ứng tạo rượu có nhóm -OH liên kết trên cacbon mang nối đôi bậc 2 không bền đồng phân hóa tạo xeton. + NaOH → o t R-COONa + CH 2 =CHOH-CH 3 - Este + NaOH → 2muối + H 2 O ⇒ Este này có gốc rượu là phenol hoặc đồng đẳng phenol + 2NaOH → o t RCOONa + C 6 H 5 ONa + H 2 O ( do phenol có tính axit nên phản ứng tiếp với NaOH tạo ra muối và H 2 O) - Este + NaOH → 1 sản phẩm duy nhất ⇒ Este đơn chức 1 vòng +NaOH → o t CH 3 -CH=O Đp hóa RCOOC=CH 2 CH 3 CH 3 -CO-CH 3 Đp hóa RCOO R C O O R COONa OH . định công thức cấu tạo este hữu cơ ta nên chú ý : LÝ THUYẾT ESTE - Tỉ lệ mol: este NaOH n n = số nhóm chức este. - Cho phản ứng: Este + NaOH 0 t → Muối. của este. VD1 : Thủy phân một este X có tỉ khối hơi đối với hiđrô là 44 thì được một muối Natri có khối lượng bằng 41 44 khối lượng este. Tìm CTCT của este