Giáo trình Hóa hữu cơ (Dành cho cao đẳng dược)

Giáo trình Hóa hữu cơ (Dành cho cao đẳng dược) cung cấp cho người học những kiến thức như: Cấu tạo hợp chất hữu cơ; Đồng phân học; Các phương pháp tinh chế hợp chất hữu cơ; Hydrocarbon mạch hở; Hydrocarboncyclanic và dẫn xuất;...Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI   GIÁO TRÌNH HĨA HỮU CƠ Đối tượng: Dược cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Năm học: 2018 – 2019 MỤC LỤC Trang Bài CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ Bài ĐỒNG PHÂN HỌC Bài CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ HỢP CHẤT HỮU CƠ 24 Bài HYDROCARBON MẠCH HỞ 30 BÀI HYDROCARBONCYCLANIC VÀ DẪN XUẤT 54 BÀI HỢP CHẤT AMIN 58 BÀI ALCOL – PHENOL 68 BÀI ALDEHYD – CETON – QUINON 79 BÀI ACID CARBOXYLIC VÀ DẪN XUẤT 91 BÀI 10 HỢP CHẤT DỊ VÒNG 101 PHẦN THỰC HÀNH 121 Bài CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ Cách biểu diễn công thức cấu tạo hợp chất hữu Công thức cấu tạo phẳng biểu diễn cấu trúc phân tử quy ước mặt phẳng, thường mặt phẳng giấy 1.1 Công thức Lewis Công thức Lewis biểu diễn liên kết phân tử hay số electron hoá trị nguyên tử số electron Số electron tổng electron nguyên tử đóng góp vào nguyên tử có xu hướng tạo trạng thái electron lớn có để có vịng electron bền vững khí trơ Ví dụ: Các cơng thức mang điện tích, thường gọi điện tích hình thức hay quy ước: Khi tiểu phân khơng có đủ vịng bát tử thường tiểu phân trung gian khơng bền, có khả phản ứng cao phản ứng có xu hướng nhanh tạo thành cấu trúc electron bát tử Ưu điểm: Dễ kí hiệu, cho thấy chất q trình phân tích Nhược điểm: Phức tạp cho trình biểu diễn, dễ gây sai sót Trong số trường hợp khơng biểu diễn 1.2 Công thức Kekule Để đơn giản cách biểu diễn Lewis, người ta quy ước biểu diễn liên kết phân tử vạch ngang thay cho cặp electron liên kết Ví dụ: Trong hợp chất có mang điện tích thay kiên kết mũi tên từ chất chất nhận: Để đơn giản cách biểu diễn cơng thức, ẩn gạch liên kết, ẩn phần hay toàn phần tuỳ thuộc vào yêu cầu cách biểu diễn, đồng thời bỏ qua cặp electron không liên kết, gọi công thức rút gọn: CH3CH2 CH3 , CH3 – CH2 – CH3 , CH3CH2CH2 – H Ngồi ra, chất biểu diễn nhiều dạng công thức, chẳng hạn: Ưu điểm: Khắc phục nhược điểm công thức Lewis, đơn giản phản ánh thật chất liên kết Nhược điểm: Khơng thấy góp chung electron Trong trường hợp phân cắt dị ly khơng thấy tượng Chú ý: Trong số trường hợp đặc biệt hợp chất hữu mạch vịng, người ta thường khơng biểu diễn kí hiệu nguyên tử cacbon hidro Danh pháp hợp chất hữu Có loại danh pháp chủ yếu: 2.1 Danh pháp thông thường Là tên gọi theo nguồn gốc thu nhận chất đó, theo tên người tìm hay ý muốn người tìm nó, theo phương pháp thu nhận chất Ví dụ: Axit fomic: HCOOH (Fomica: Kiến) Axit axetic: CH3COOH (Acetus: Giấm) Mentol: C10 H20 O (Mentha piperita: Bạc hà) 2.2 Danh pháp hợp lý Lấy tên hợp chất hữu làm tên gọi đầu sau gọi tên hợp chất hữu khác tương tự theo tên chất hữu đầu Ví dụ: Nhược điểm: Đối với hợp chất phức tạp khơng thể gọi tên 2.3 Danh pháp thương mại Là tên hợp chất hoá học hữu sử dụng thị trường hãng sản xuất đặt tên Ví dụ: Các loại thuốc nhộm: Rongalit C (NaHSO2.CH2 O.2H2O): dùng để in hoa Rongal P (Dẫn xuất axit sunfonic): dùng để nhuộm huyền phù 2.4 Danh pháp IUPAC (Hiệp hội hoá học quốc tế: International Union Pine And Applycation Chemistry) Tên gốc - chức TÊN PHẦN GỐC TÊN PHẦN ĐỊNH CHỨC Ví dụ: CH3 CH2 – Cl clorua Etyl Tên thay CH3 CH2 –O– COCH3 Etyl axetat CH3CH2 –O– CH3 Etyl metyl ete - Tên không đầy đủ: TÊN THẾ PHẦN TÊN MẠCH CACBON CHÍNH TÊN PHẦN ĐỊNH CHỨC (bắt buộc phải có) (bắt buộc phải có) (có thể khơng có) Ví dụ: H3C – CH3 Etan H3C – CH2 Cl Cloetan H2C= CH2 Etan - Tên nhóm thế: Các nguyên tử nguyên tố gọi tên theo nguyên tố: -OH : Hiđroxyl -OR : Ancoxyl CH3 O- : Metoxyl C6H5O- : Phenolxyl CH3 CO- : Axetyl C6H5- : Phenyl C6H5CH2- : Benzyl -NO2 : Nitro -NH2 : Anmino -CN : Nitryl -SH : Mecaptan -SO3 H : Sunfonic R- : Ankyl 2.4.1 Chọn mạch chính: Chọn mạch cacbon dài chứa nguyên tử cacbon liên kết cacbon làm mạch Chọn nhóm chức có độ ưu tiên làm nhóm chức chính, chức lại phần Độ ưu tiên nhóm chức: -COOH > -COO- > -CHO > -CO- >-OH >-NH2 > -O2.4.2 Đánh số thứ tự: Ta đánh số thứ tự từ bên phải sang bên trái trái qua cho tổng số nhóm nhỏ Trường hợp đánh số từ đầu đến đầu mà thu số dãy số nhóm mạch nhánh khác phải xếp chúng lại theo thứ tự tăng dần Dãy có tổng số nhỏ xem dãy có số đầu nhỏ Ví dụ: * Tên phần định chức: An, en, in, ol, al, on, oic…  Tên đầy đủ: Cấu hình + dấu quang hoạt + tên gọi không đầy đủ Để gọi tên hợp chất hữu cơ, cần thuộc tên số đếm tên mạch cacbon sau: SỐ ĐẾM 1: mono MẠCH CACBON CHÍNH C met 2: 3: tri 4: tetra 5: penta 6: hexa C–C C–C–C C–C–C–C C–C–C–C–C C – C –C – C – C – C et prop but pent hex 7: hepta C–C–C–C–C–C–C 8: octa C–C–C–C–C–C–C–C 9: nona C–C–C–C–C–C–C–C–C 10: deca C–C–C–C–C–C–C–C–C–C Phân loại hợp chất hữu hep oct non dek Hợp chất hữu phân thành hidrocacbon dẫn xuất hidrocacbon - Hidrocacbon hợp chất tạo thành từ hai nguyên tố C H Gồm loại: + Hidrocabon no (Ankan): CH4, C2H6 + Hidrocacbon không no gồm anken: C2 H4 ankin: C2H2 + Hidrocacbon thơm (Aren): C6H6 - Dẫn xuất hidrocacbon hợp chất mà phân tử C, H cịn có hay nhiều ngun tử nguyên tố khác O, N, S, halogen…bao gồm: dẫn xuất halogen CH3Cl, ancol như: CH3OH, axit như: CH3COOH,… Bài ĐỒNG PHÂN HỌC Các hợp chất hữu cấu tạo theo trật tự xác định Công thức phân tử cho biết thành phần số lượng ngun tử có phân tử Cơng thức cấu tạo phản ảnh chất thứ tự xếp liên kết phân tử Một công thức phân tử có nhiều cơng thức cấu tạo khác chất khác Hiện tượng công thức phân tử ứng với hai nhiều công thức cấu tạo khác gọi tượng đồng phân (isomery) Thuật ngữ isomery xuất phát từ tiếng Hy Lạp "isos" có nghĩa "cùng" "meros"có nghĩa "phần" Dựa vào đặc điểm cấu trúc người ta chia thành loại đồng phân: đồng phân phẳng đồng phân lập thể (đồng phân không gian) ĐỒNG PHÂN PHẲNG Các nguyên tử nhóm nguyên tử phân tử chất hữu nằm mặt phẳng Các đồng phân khác vị trí thứ tự liên kết nguyên tử tạo thành phân tử Đồng phân phẳng có loại sau: 1.1 Đồng phân mạch carbon Có mạch carbon xếp khác Mạch thẳng phân nhánh 1.2 Đồng phân vị trí nhóm định chức Nhóm định chức mạch carbon vị trí khác Dùng chữ số vị trí nhóm chức mạch mạch carbon 1.3 Đồng phân nhóm chức Có nhóm chức khác 1.4 Đồng phân liên kết Các nguyên tử phân tử có cách liên kết khác ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ - ĐỒNG PHÂN KHƠNG GIAN Đồng phân lập thể hay cịn gọi đồng phân khơng gian có cơng thức cấu tạo khác phân bố không gian (phân bố lập thể) nguyên tử hay nhóm nguyên tử phân tử Tính chất phản ứng chất hữu liên quan chặt chẽ với phân bố không gian nguyên tử cấu trúc chúng Có loại đồng phân khơng gian: Đồng phân hình học Đồng phân quang học Đồng phân cấu dạng 2.1 Đồng phân hình học 2.1.1 Cấu tạo danh pháp đồng phân hình học Có thể biểu diễn công thức ethylen theo dạng không gian: Sự phân bố nguyên tử hydro nằm phía mặt phẳng chứa liên kết π (mặt phẳng π) Các nguyên tử carbon quay tự xung quanh liên kết δ cản trở mặt phẳng π Nếu thay nguyên tử hydro etylen nguyên tử nhóm ngun tử khác phân bố khơng gian chúng so với mặt phẳng π khác Sự phân bố phía mặt phẳng thường gặp hợp chất vịng Sự phân bố khơng gian nguyên tử hay nhóm nguyên tử phía mặt phẳng π hay mặt phẳng vịng làm xuất loại đồng phân Đó đồng phân hình học Đồng phân hình học hợp chất có cơng thức phân tử có vị trí khơng gian ngun tử hay nhóm nguyên tử khác mặt phẳng π mặt phẳng vịng 2.1.2 Phân loại đồng phân hình học − Có loại đồng phân hình học: Đồng phân cis đồng phân trans + Dạng cis để đồng phân có nguyên tử nhóm nguyên tử giống phía mặt phẳng π hay mặt phẳng vòng + Dạng trans đồng phân có nguyên tử nhóm nguyên tử khác phía với mặt phẳng π hay mặt phẳng vịng Có cơng thức tổng qt sau: abC=Cab, abC=Cac (a ≠ b, a>b) Cis Trans Cis Trans than hoạt hoạt tính tiến hành đun) Đun sơi dung dịch tiến hành lọc nóng, để yên cho nguội từ từ, acid benzoic kết tinh Quan sát tinh thể kết tinh Lọc máy lọc áp suất thấp, làm khơ 65-70 0C Đo nhiệt độ nóng chảy sản phẩm kết tinh (so sánh với giá trị ban đầu) Tính hiệu suất q trình kết tinh lại acid benzoic bẩn bàng nước? Lưu ý: sản phẩm thu cho vào chai để thu hồi lại 2.2 Thăng hoa acid salicylic Dùng máy đo nhiệt độ nóng chảy để đo nhiệt độ nóng chảy acid salicylic trước thăng hoa, ghi nhận kết Cho 0,5 gam acid chén sành, đậy chén sành tờ giấy lọc ( tờ giấy hình trịn có đục lỗ nhỏ khoảng 2mm, vị trí lỗ đục nhỏ nằm gọn bên tờ giấy so với úp phễu lên tờ giấy) úp phễu đuôi dài lên tờ giấy lọc, cuống phễu bít lại bơng gịn Tồn hệ thốngđược đặt chén có đựng cát, bếp điện Đun nóng bếp, tinh thể chất rắn bám vào mặt thành phễu Đun đến giấy lọc bắt đầu sẫm màu tắt bếp, để nguội Dùng đũa thủy tinh để gạt tinh thể vào tờ giấy Lưu ý: sinh viên không dùng giấy lọc để đựng sản phẩm Tính hiệu suất đo nhiệt độ nóng chảy sản phẩm Lưu ý: sản phẩm thu cho vào chai để thu hồi lại 2.3 Chưng cất 2.3.1 Chưng cất đơn để tách lấy ethanol hỗn hợp: Trong bình cầu đáy trịn cho 200ml dung dịch ethanol 20 đá bọt Đặt vào hệ thống chưng cất Diều chỉnh bếp khoảng 80 đến 90 C (khoảng số 30 bếp) Hứng lấy chất lỏng khoảng 50ml ngưng Đo số khúc xạ dung dịch thu 2.3.2 Chưng cất phân đoạn: Cho vào bình cầu 100ml, 50ml chất lỏng vừa chưng cất cho đá bọt Để vào hệ thống chưng cất phân đoạn, tiến hành chưng cất Chú ý phải quan sát nhiệt độ nhiệt kế ( không để vượt qua nhiệt độ sôi ethanol nguyên chất: 78 0C) cách điều chỉnh nút vặn bếp số 20 Hứng lấy chất lỏng ( khơng q trình chưng cất bị cạn kiệt) Lưu ý: chưng cất xong, dung môi thu phải cho vào chai thu hồi BÁO CÁO KẾT QUẢ Sinh viên viết bày báo cáo tóm tắt quy trình:  Kết tinh lại acid benzoic bẩn nước  Thăng hoa acid salicylic  Chưng cất đơn để tách lấy ethanol từ hỗn hợp 154 BÀI ĐỊNH TÍNH CÁC NHĨM CHỨC ALCOL –PHENOL MỤC TIÊU Nêu tượng đặc trưng, giải thích số tượng, viết phương trình phản ứng nhóm alcol, phenol Thao tác kỹ thuật thí nghiệm nhóm chức alcol, phenol Rèn luyện tác phong thận trọng, tỉ mỉ, xác phịng thí nghiệm NỘI DUNG CHUẨN BỊ: 1.1 Dụng cụ: ống nghiệm, đèn cồn, kẹp ống nghiệm 1.2 Hoá chất: ethanol 95%, tinh thể K2 CO3 , H2SO4 đặc, FeCl3, dd Br2, phenol, dd NaOH, HCl 7% Thí Nghiệm Thí Nghiệm 1: Thử tính tan ethanol  giọt ethanol 95% + giọt H2O  giọt ethanol 95% + giọt H2O + tinh thể K2CO3 Lắc, quan sát, so sánh tượng hai ống nghiệm kết luận Thí Nghiệm 2: Phản ứng oxi hố ethanol  10 giọt ethanol 95% + 10 giọt H2SO4 2N + tinh thể K2CO3 Lắc đun nhẹ hỗn hợp.Quan sát tượng xảy Ứng dụng: thực tế, để đo hàm lượng rượu máu nhằm hạn chế tan nạn giao thong người ta tạo test nhanh thong qua tượng chuyển màu Cr+6 thànhCr+3 Hàm lượng rượu xác định thông qua tốc độ chuyển màu khoảng chuyển màu ống test Thí Nghiệm 3: Phản ứng ethylenglicol glycerin đồng (II) hidroxit  giọt CuSO4 5% + giọt dd NaOH + giọtglycerin  giọt CuSO4 5% + giọt dd NaOH + giọtethylenglicol  giọt CuSO4 5% + giọt dd NaOH + giọtethanol Lắc nhẹ ba ống nghiệm, quan sát tượng so sánh biến đổi màu dung dịch Acid hoá dung dịch ống nghiệm sau thí nghiệm phần dung dịch HCl 7% quan sát màu dung dịch rút kết luận Thí Nghiệm 4: Phản ứng tác nước glycerin  giọtglycerin + tinh thể KHSO4 vào ống nghiệm khơ, đun nóng mạnh hỗn hợp, ý mùi Viết phương trình phản ứng Nếu khơng có KHSO4 thay KSO4 với cách tiến hành sau: cho vào hai ống nghiệm khô 0,5-0,6 gam bột KSO4 5-6 giọt dung dịch H2SO4 đặc, sau thêm giọt glycerin, tiến hành đun mạnh ống nghiệm Thí Nghiệm 5: Phản ứng với FeCl3 155  giọt phenol + giọt FeCl3  giọt cyclohexanol + giọt FeCl3 Lắc đều, quan sát giải thích tượng Thí Nghiệm 6: Phản ứng với dung dịch nước Brom  giọt phenol + giọt dung dịchBr2  giọt cyclohexanol + giọt dung dịchBr2 Lắc tay, quan sát giải thích tượng Thí Nghiệm 7: Phản ứng với dung dịch NaOH  giọt phenol + giọt ddNaOH 10%  giọt cyclohexanol + giọt dung dịch NaOH 10% Lắc đều, quan sát giải thích tượng BÁO CÁO KẾT QUẢ Sinh viên ghi kết thực hành vào bảng Mô tả chi tiết tượng xảy sau làm thí nghiệm nộp bảng báo cáo kết vào cuối buổi thực tập Họ tên học sinh: Tổ Lớp Ngày thực tập: Tên thực tập: TT THÍ NGHIỆM HIỆN TƯỢNG GIẢI THÍCH 156 BÀI ĐỊNH TÍNH CÁC NHÓM CHỨC ALDEHYD – CETON MỤC TIÊU Nêu tượng đặc trưng, giải thích số tượng, viết phương trình phản ứng nhóm chức aldehyd, ceton Thao tác kỹ thuật thí nghiệm nhóm chức aldehyd, ceton Rèn luyện tác phong thận trọng tỉ mỉ, xác phịng thí nghiệm NỘI DUNG Chuẩn bị: 1.1 Dụng cụ: ống nghiệm, đèn cồn, kẹp ống nghiệm 1.2 Hoá chất: HCHO, CH3CHO, AgNO3 0,1N, NH4OH 2N, CuSO4, dd NaOH, benzaldehyd, aceton, I2 , acetophenol, ethanol, phenylhydrazin, NaHSO3 , methanol, KOH, K2Cr2 O7 Thí Nghiệm Thí nghiệm 1: Oxi hố aldehyde AgNO3  giọt HCHO + giọt AgNO3 0,1N + giọtNH4OH 2N  giọt CH3CHO + giọt AgNO3 0,1N + giọtNH4 OH 2N Đun nóng nhẹ ống nghiệm đèn cồn (khơng lắc ống nghiệm) Quan sát tượng, viết phương trình phản ứng Thí nghiệm 2: Oxi hố aldehyde Cu(OH)2  giọt CuSO4 + giọt NaOH + giọt5 giọt HCHO 40%  giọt CuSO4 + giọt NaOH + giọt5 giọt CH3CHO 40% Đun nóng nhẹ ống nghiệm.Quan sát thay đổi màu sắc ống nghiệm Thí nghiệm 3: phép thử IODOFOM  giọt aceton + giọt H2 O + giọtI2 + giọt NaOH 10%  giọt benzaldehyd + giọt H2O + giọtI2 + giọt NaOH 10%  giọt acetophenol + giọt H2O + giọtI2 + giọt NaOH 10% Lắc đều, quan sát giải thích tượng Thí nghiệm 4: Phản ứng ngưng tụ andol aldehyde acetic  giọt NaOH 10% + giọt CH3CHO, đun nóng nhẹ hỗn hợp Lúc đầu phản ứng tạo andol (có mùi dễ chịu), sau andol chuyển thành aldehyde crotonic (có mùi khó chịu) Khi tiếp tục đun nóng lâu hơn, chuyển thành nhựa màu nâu Thí nghiệm 5: Phản ứng với phenylhydrazin  giọt aceton + giọt ethanol + giọt phenylhydrazin  giọt benzaldehyd + giọt ethanol + giọt phenylhydrazin  giọt acetophenol + giọt ethanol + giọt phenylhydrazin 157  giọt buthanol + giọt ethanol + giọt phenylhydrazin đun nhẹ ống nghiệm vòng vài phút, để nguội, quan sát giải thích tượng Thí nghiệm 6: Phản ứng với NaHSO3  giọt aceton + giọt NaHSO3 + giọt methanol  giọt benzaldehyd + giọt NaHSO3 + giọt methanol  giọt acetophenol + giọt NaHSO3 + giọt methanol Lắc khoảng 10 phút.Quan sát giải thích tượng Thí nghiệm 7: Phản ứng benzaldehyd với dung dịch kiềm  10 giọt KOH 10% (trong ethanol) + giọt C6H5 CHO Phản ứng phát nhiệt xuất khối đông đặc tinh thể sản phẩm (tinh thể kali benzoat) Lọc lấy phần tủa tinh thể, chuyển vào ống nghiệm Cho thêm 5-10 giọt H2O, lắc cho tan kết tủa, cho them giọt HCl loãng Theo dõi xuất kết tủa  Chuyển phần dung dịch lọc (sau lấy phần kalibenzoat phểu) vào ống nghiệm đun nồi nước sôi để làm bay phần lớn ethanol Cho 23 giọtH2O, bột kali bicromat vài giọt H2SO4 đặc vào phần lại ống nghiệm Đun hỗn hợp đến sôi lửa đèn cồn Quan sát tượng xảy BÁO CÁO KẾT QUẢ Sinh viên ghi kết thực hành vào bảng Mô tả chi tiết tượng xảy sau làm thí nghiệm -> nộp bảng báo cáo kết vào cuối buổi thực tập Họ tên học sinh: Tổ Lớp Ngày thực tập: Tên thực tập: TT THÍ NGHIỆM HIỆN TƯỢNG 158 GIẢI THÍCH 159 BÀI THỰC HIỆN VỀ CHỨC RƯỢU – PHẢN ỨNG ESTE HOÁ ĐIỀU CHẾ ESTE ACETATE ISOAMYL MỤC TIÊU Khảo sát phản ứng este hoá rượu acid qua việc sử dụng dụng cụ hoá hữu Luyện tập kỹ tinh chế, kiểm nghiệm sản phẩm, tinh khiết lại, xác định nhiệt độ nóng chảy sản phẩm Rèn luyện tác phong thận trọng tỉ mỉ, xác phịng thí nghiệm NỘI DUNG A LÝ THUYẾT Este, mọt hợp chất có nhóm chức, -COO-, đa số có thành phần hương liệu hoa este formiat etyl có mùi rượu rum, este acetate isoamyl có mùi chuối chín, este butyrate có mùi nho … Este tổng hợp phản ứng acid cacboxylic rượu với diện acid sulfuaric đậm đặc, hydro clorua, acid p-toluen sulfomic trao đổi ion Trong điều kiện phịng thí nghiệm, ta thực phản ứng ester hố phản ứng có số cân Kc =4 nhiệt độ phòng C2H5OH + CH3 COOH H2SO CH3 COOC2 H5 + H2 O Acetate ethyl Khi phản ứng cân bằng, có khoảng 2/3 acid rượu phản ứng tạo thành ester nước để tang hiệu suất phản ứng, dịch chuyển trạng thái cân bằng cách tang nồng độ rượu (hay acid) loại ester (hay nước) khỏi môi trường phản ứng (thường loại chất có nhiệt độ sơi thấp hơn) Ở nhiệt độ thường, tác dụng acid rượu xảy chậm nhóm carbonyl acid hoạt động Tuy nhiên, phản ứng xúc tiến mạnh sử dụng acid (khoảng 5-10% so với lượng rượu), riêng acid phần dung làm xúc tác, phần hấp thu nươc Tuy nhiên, dung nhiều acid làm giảm hiệu suất phản ứng acid tương tác với rượu Điều dẫn đến tạo thành ester olefin từ rượu.Ngồi phản ứng ester hố cịn chịu ảnh hưởng lớn hiệu ứng khơng gian.Khi tang thể tích gốc hydrocarbon acid rượu, tốc độ phản ứng ester giảm.phản ứng cho hiệu tốt với rượu bậc nhất, rượu bậc đạt 40%, rượu bậc đạt 3% 160 B THỰC HÀNH Chuẩn bị: 1.1 Dụng cụ: bếp đun, hệ thống đun hoàn lưu, nhiệt kế, bình nón 250ml, ống hút 1.2 Hố chất: rượu isoamylic, acid acetic, H2SO4 đđ, NaOH 10%, FeCl 10%, giấy quì, đá bọt (viên), hydroxylamine acid Thí nghiệm 2.1 Điều chế ester acetate isoamyl Cho hỗn hợp rượu isoamylic 10ml anhydride acetic vào bình cầu dung tích 100ml Sau đó, cho từ từ giọt (lắc kỹ) hết 1ml acid sulfuric đậm đặc, cho them đá bọt vào hỗn hợp trên.Gắn bình cầu vào hệ thống đun hồn lưu đun sôi nhẹ bếp cách thuỷ 45 phút Kết thúc q trình đun hồn lưu, để bình phản ứng nguội (nhớ đậy bình ester dễ bay hơi), thu hỗn hợp phản ứng gồm acetate isoamyl thơ lẫn rượu nước Hình 5.1 Hệ thống đun hoàn lưu 2.2 Tinh chế sản phẩm: Cho hỗn hợp vào bình chiết, thêm từ từ vào dung dịch NaHCO3 bão hồ hết bọt khí thoát ra, vừa cho vừa lắc đến dung dịch tách thành lớp rõ rệt Loại bỏ lớp nước dưới, lấy lớp ester cho vào bình tam giác 50ml them vào 1g Na2SO4 khan.Lắc nhẹ bình tam giác để yên 10 phút Dùng ống hút Pasteur thu sản phẩm Hình 5.2 Hệ thống chưng cất 2.3 Kiểm nghiệm sản phẩm 2.3.1 Lý tính Ghi nhận mùi sản phẩm Đo nhiệt độ sơi, tỷ trọng acetate isoamyl 2.3.2 Hố tính Nhận biết phản ứng hoá học: cho vài giọt ester vào ống nghiệm, them vài hạt tinh thể NH2OH.HCl trung hồ 1ml dung dịch NaOH 10% Đun sơi 1-2 phút.Làm lạnh them từ từ dung dich HCL lỗng đến giấy thảo lam xanh hố đỏ, them vài giọt FeCl3 -> màu tím hay đỏ Nhận biết phản ứng hố học Có ba lọ nhãn đánh số 1, 2, 3.Mỗi lọ chứa hợp chất hữu có ester.Dùng phản ứng hoá học, cho biết lọ chứa ester? Lưu ý: sản phẩm thu cho vào chai thu hồi BÁO CÁO KẾT QUẢ Sinh viên viết báo cáo tóm tắt “quy trình điều chế ester acetate isoamyl tinh chế phẩm” 161 BÀI PHẢN ỨNG VỀ CHỨC ACID-AMIN ĐIỀU CHẾ PARACETAMOL MỤC TIÊU Thực acyl hố nhóm chức amin tạo hợp chất amid, qua việc tổng hợp phydroxy acetanilide từ p-hydroxy anilin Phản ứng tạo với amin bậc 1, bậc mạch hở, amin thơm, dùng tác nhân actyl thành anhydride acid Luyện tập kỹ sắc ký mỏng để khảo sát trình phản ứng sản phẩm Rèn luyện tác phong thận trọng, tỉ mỉ, xác phịng thí nghiệm NỘI DUNG A KÝ THUYẾT Đối với hoạt chất vòng thơm, việc thực phản ứng mạch carbon thường chịu ảnh hưởng hiệu ứng eletron, hiệu ứng cảm, hiệu ứng cộng hưởng quy luật than điện tử vòng thơm (SE, substitution electrophyl) Phản ứng acyl hoá hợp chất amin thơm dung để định hướng phản ứng thân điện tử vào nhân acyl dùng để bảo vệ nhóm -NH2 chống oxy hoá.Người ta dùng cách anhydrid acid clorur acid việc acyl hoá chức amin,sản phẩm gọi tên thường là: anilid.Do chướng ngại lập thể nên nhóm acetamido thường có vai trị tốt việc bảo vệ vị trid nhóm o-, định hướng nhóm vào vị trí p- Với nhóm amin bậc 1, bậc mạch hở dùng tác nhân acyl hoá anhydrid acid, clorur acid Ba hợp chất hữu sử dụng rộng rãi làm thuốc giảm đau là: Aspirin (acid salicylic), Phenacetin (para-eoxy acetanilid) Paracetamon (para-hydroxyl acetanilid).Paracetamon thông dụng nhất, sở nhiều dược phẩm nỗi tiếng đăng ký nhãn hiệu như: Panadol, Solpadeine, Coldrex, Calpol, Eferelgan ) B THỰC HÀNH Chuẩn bị 1.1 Dụng cụ: cốc thuỷ tinh 100ml, hệ thống đun hoàn lưu, hệ thống hút chân khơng, buồng soi UV, bình chạy sắc ký, ống mao dẫn, ống nghiệm, đũa thuỷ tinh, mỏngsắc ký 1.2 Hoá chất: Para-aminophenol, anhydrid acetic, heptan, ethanol, nước cất 2.Thí nghiệm 2.1 Điều chế Paracetamol: Cho vào bình cầu 100ml 3,1 gpara-aminophenol, 10 ml nước cất, lắc nhẹ Thêm từ từ cẩn thận 4ml anhdrid acetic vào hỗn hợp, lắc nhẹ bình cầu 2-3 lần, bình nóng làm lạnh vịi nước, thêm đá bọt vào bình cầu Lắp bình cầu vào hệ 162 thống đun hoàn lưu, cho hỗn hợp vào cốc thuỷ tinh 100ml để nguội, para-hydroxyl acetanilid kết tinh Cân tờ giấy lọc, lọc tinh thể máy lọc áp suất kém, rửa tinh thể 15 ml nước lạnh.Thu lấy tinh thể paracetamol Cân sản phẩm thu 2.2 Kiểm nghiệm sản phẩm 2.2.1 Đo nhiệt độ nóng chảy: Dùng máy đo nhiệt độ nóng chảy sản phẩm cho biết nhiệt độ nóng chảy paracetamol nhỏ 175 (theo hướng dẫn giáo viên) 2.2.2 Định tính sản phẩm thu Đun nóng 0,1 g chế phẩm ml HCl phút.Thêm 10 ml nước, làm lạnh, khơng có kết tủa tạo thành Thêm 0,05 ml dung dịch K2CrO4 5%, xuất có màu tím khơng chuyển sang màu đỏ Sắc ký màng mỏng: hồ tan tinh thể sản phẩm thu vào 1-2 ml ethanol 96 ống nghiệm Chuẩn bị bảng mỏng silicagel tráng sẵn, dùng viết chì nhọn vẽ đường khởi hành đường giới hạn dung môi Dùng ống mao dẫn chấm vệt nhỏ dung dịch lên vạch xuất phátcủa bảng mỏng, vết để khô phút Đặt màng mỏng vào bình chạy sắc ký có chứa sẵn dung môi rửa giải (heptan, ethyl acetate, ethanol = 47:47:6).Khi mực dung môi đến đường giới hạn dung mơi, dùng kẹp lấy mỏng khỏi bình sấy khơ bảng mỏng (bằng máy sấy tóc).Đưa bảng mỏng vào đèn UV.Ghi nhận sắc phổ đồ ánh sáng UV.Tính hiệu suất phản ứng điều chế paracetamol? Lưu ý: sản phẩm thu cho vào chai thu hồi BÁO CÁO KẾT QUẢ Sinh viên viết báo cáo tóm tắt “quy trình điều chế paracetamol” 163 BÀI ĐIỀU CHẾ ACID BENZOIC MỤC TIÊU Dưới tác dụng KMnO4, alkyl benzen bị oxy hoá cắt đứt để tạo acid benzoic, theo phản ứng: C6H5CH3 + KMnO4 -> C6H5COOK + MnO2 + H2 O Rèn luyện kĩ đun hoàn lưu, kết tinh lọc khô sản phẩm áp suất Rèn luyện tác phong thận trọng, tỉ mỉ, xác phịng thí nghiệm NỘI DUNG A LÝ THUYẾT Q trình oxy hoá tiến hành nhờ tác nhân gọi chất oxy hoá Tác dụng chất oxy hoá hợp chất hữu phụ thuộc vào đặc tính chất hố học chất oxy hoá, nhiệt độ, nồng độ tác nhân, v.v Ví dụ: oxy hố amin acid cromic tạo thành quinon, kali permanganat mơi trường trung tính kiềm azobenzen Các chất oxy hoá thường dùng KMnO4, K2 Cr2O7, CrO3, HNO3, O2, khơng khí, O3 Dưới trình bày sơ lược vài tác nhân oxy hố thơng dụng Kali bicromat (K2 Cr2 O7) Phản ứng thường tiến hành acid sulfuric loãng K2Cr2O7 + H2SO4 K2 SO4 + Cr2(SO4)3 + 4H2 O + 3/2O2 294 392 174 398 72 48 29,4g K2Cr2O7 tương ứng với 4,8g oxy hoạt động Phương pháp thường sử dụng để oxy hoá alcol bậc 1, bậc mạch nhánh hợp chất thơm thành nhóm carboxyl tương ứng, để oxy hố nhóm methylen methyl liên kết với vòng thơm thành alcol oxy hoá amin thành quinon tương ứng Kali permanganat (KMnO4): Kali permanganat chất oxy hoá thường dùng với nồng độ khác mơi trường trung tính, acid kiềm 2.1 Oxy hố mơi trường trung tính Khả oxy hoá KMnO4 + H2O + 2MnO2 Cr2(SO4 )3 + 4H2O + 3/2O2 315,6 18 302 398 72 48 29,4g K2Cr2O7 tương ứng với 4,8g oxy hoạt động Dung dịch 3,16g KMnO4 lít nước tương ứng với 0,48g oxy hoạt động Độ trung tính mơi trường đạt trung hhoaf KOH tạo thành CO2 cách thêm muối magie muối nhôm Phản ứng tiến hành dung dịch aceton 164 Phản ứng oxy hố KMnO4 mơi trường trung tính để tạo hợp chất glycol từ hợp chất có nối đơi (phản ứng Wagner) để oxy hố, nhóm ethyl gắn với nhân thơm thành nhóm acetyl 2.2 Oxy hố mơi trường kiềm: Phản ứng biểu diẽn trên.KOH tạo thành gây nên môi trường kiềm thêm vào dung dịch lượng nhỏ KOH MnO2 tạo thành phản ứng thường hấp thụ lượng lớn sản phẩm Phương pháp thường dùng để oxy hoá alcol bậc 1, aldehyde, mạch nhánh béo vịng thơm thành acid tương ứng oxy hóa nhóm methyl methuylceton thơm thành α-ceto acid thơm 2.3 Oxy hóa mơi trường acid Khả oxy hóa 2KMnO4 + 3H2SO4 K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2 O + 5O 315,6 294 174 302 54 80 Dung dịch 31,6g KMnO4 lít nước tương ứng với 0,8g oxy hoạt động Phương pháp dung, sử dụng số trường hợp đặc biệt thường kèm theo số phản ứng phụ Phương trình phản ứng điều chế acid benzoic: C6H5 CH3 + KMnO4 C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O C6 H5COOK + HCl C6 H5COOH + KCl Acid benzoic dẫn chất acid benzoic sử dụng công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm lĩnh vực khác B THỰC HÀNH Chuẩn bị 1.1 Dụng cụ: hệ thống đun hoàn lưu, hệ thống chưng cất, cốc 1.2 Hóa chất: toluene, KMnO4 , HCl, NaOH, ethanol Thí nghiệm Trong bình cầu trịn đáy phẳng 250ml cho vào 12g KMnO4 80ml H2O cho vào vài viên đá bọt, đem đun nhẹ khuấy cho tan hết KMnO4 khoảng 10 phút Để nguội, them vào bình cầu 5ml toluene, 2g Na2 CO3 0,2g bột tẩy Gắn bình cầu vào hệ thống đun hồn lưu, đun nhẹ hỗn hợp dung dịch chuyển sang màu sậm (khoảng 60 phút) phải thường xuyên lắc nhẹ bình cầu Để nguội bình cầu, cho hỗn hợp vào cốc 500 ml Thêm vào cốc 100 ml H2SO4 20%, khuấy thật đũa thủy tinh cho lượng nhỏ H2 O2, vừa thêm vừa khuấy dung dịch màu (chuyển sang màu trắng đục) ngưng Để nguội cốc làm lạnh dung dịc chậu nước đá, acid benzoic kết tinh Lọc khô sản phẩm áp suất Cho acid benzoic vừa lọc thơ vào cốc 100 ml chứa nước, đun sôi, acid benzoic chưa tan hết, them nước tinh thể tan hoàn toàn (ở nhiệt 165 độ sôi) Để nguội từ từ, acid benzoic kết tinh thành tinh thể hình kim Lọc khô sản phẩm áp suất Cân để biết kết Acid benzoic chất rắn kết tinh, có nhiệt dộ nóng chảy 122 0C, tan nước lạnh, tan tốt nước nóng số dung mơi hữu benzene, clorofom, aceton, methanol Tính hiệu suất điều chế acid benzoic? Lưu ý: sản phẩm thu cho vào chai thu hồi BÁO CÁO KẾT QUẢ: Sinh viên viết báo cáo tóm tắt “quy trình điều chế acid benzoic” 166 BÀI ĐIỀU CHẾ ASPIRIN MỤC TIÊU Khảo sát phản ứng ester hoá phenol với dẫn xuất acid qua việc điều chế aspirin Luyện tập kỹ tinh chế, kiểm nghiệm sản phẩm, kết tinh lại, xác định nhiệt độ nóng chảy sản phẩm Rèn luyện tác phong thận trọng tỉ mỉ, xác phịng thí nghiệm NỘI DUNG A LÝ THUYẾT Sự ester hoá phenol khơng địi hỏi cắt đứt liên kết C-O bền phenol phụ thuộc vào cắt đứt lien kết –OH, ester phenol (phenyl ester) điều chế phản ứng điều chế alkyl ester phưng phản ứng có hiệu suất thấp Người ta thường thay hợp chất carboxyl dẫn xuất acid carboxylic, alhyrid acid (RCO) 2O, clorur acid (RCOCl, ÁO2Cl) có hoạt tính cao để thực môi trường acid (H2SO4…), base (NaOH, pyridin…) Cũng cần lưu ý ester phenol (phenyl ester) tác dụng AlCl3 làm xúc tác bị đồng phân hoá thành hợp chất 0-, hayp-hydroxy ceton, tuỳ theo nhiệt độ (có chuyển vị Fries) Aspirin (acid acetyl salicylic) sử dụng rộng rãi loại thuốc giảm đau, phenylester đơcj tạo thành từ acid salicylic Phân tử acid salicylic chứa đồng thời nhóm chức là: phenol acid carboxylic Vì vậy, có khả tạo ester: từ chức acid carboxylic phản ứng với alcol từ phức phenol tạo ester phenyl Thực tế, aspirin điều chế cách dung anhydride acetic phản ứng với acid salicylic môi trường H+ B THỰC HÀNH Chuẩn bị 1.1 Dụng cụ: bình nón 100ml, cốc 100ml; 500ml, chậu thuỷ tinh, bếp điện, ống nghiệm 1.2 Hoá chất: ethanol, anhydride acetic, acid salicylic, NaOH 10%, FeCl 10%, H2SO4đđ, rượu isoamylic, giấy lọc Thí nghiệm: Cho vào bình cầu đáy phẳng (dung tích 250ml) gam acid salicylic, 7,5 gam anhydride acetic giọt H2SO4đđ Đem bình cầu đun cách thuỷ nhẹ 30 phút, để nguội them vào 100ml nước, khuấy thật kỹ đem lọc thô áp xuất phễu sứ Buchner, thu aspirin thơ Hồ tan aspirin thơ lượng tối thiểu ethanol nóng (dung dịch suốt, chưa tan, dung ống nhỏ giọt them từ từ đến hồ tan hồn tồn), sau them nước từ từ đến xuất kết tủa bền, lại thêm vài giọt ethanol đến kết tủa 167 tan hết Để nguội dung dịch từ từ, Aspirin kết tinh thành tinh thể hình kim Lọc thơ sản phẩm áp xuất kém, cân để biết kết quả.Tính hiệu suất phản ứng điều chế aspirin? Lưu ý: sản phẩm thu cho vào chai thu hồi BÁO CÁO KẾT QUẢ Sinh viên viết báo cáo tóm tắt “qui trình điều chế aspirin” 168 ... với Brom hóa có tính chọn lọc cao q trình clor hóa Khi clor hóa isopentan thu hỗn hợp sản phẩm Cịn brom hóa isopentan sản phẩm brom chủ yếu xảy liên kết C-H bậc 5.1.2 Phản ứng nitro hóa - Tác... quanh liên kết đơn.Một chất hữu trình bày theo dạng công thức sau: Công thức tứ diện Công thức chiếu Fischer Cơng thức phối cảnh Cơng thức Newman Ví dụ: Phân tử etan trình bày dạng công thức: 21... aldehyd glyceric CHOHCHOHCHO để làm chuẩn so sánh Aldehyd glyceric có carbon bất đối xứng có đồng phân quang học Cấu hình chúng mơ tả đây: Cấu hình chuẩn aldehyd glyceric Trong cơng thức I nhóm