Tính chất vật lý

CHƯƠNG 3 : HỢP CHẤT CÓ NHÓM CARBONYL VÀ CACBOXYL

1. Axit cacboxylic

1.2. Tính chất vật lý

Ở điều kiện thường, tất cả các axit cacboxylic đều là những chất lỏng hoặc rắn. Điểm sôi của các axit cacboxylic cao hơn của anđehit, xeton và cả ancol có cùng số nguyên tử cacbon. Nguyên nhân là do sự phân cực ở nhóm cacboxyl và sự tạo thành liên kết hiđro liên kết phân tử ở axit cacboxylic.

Axit cacboxylic cũng tạo liên kết hiđro với nước và nhiều chất khác. Các axit HCOOH, CH3COOH, C2H5COOH tan vô hạn trong nước. Khi số nguyên tử cacbon tăng lên thì độ tan trong nước giảm.

Mỗi axit cacboxylic có một vị chua riêng biệt, thí dụ CH3COOH có vị chua giấm, axit xitric có vị chua chanh, axit oxalic có vị chua me, axit tactric có vị chua nho,…

1.3. Tính chất hóa học

1.3.1. Tính axit và ảnh hưởng của nhóm thế

Do mật độ electron ở nhóm OH dịch chuyển về phía nhóm C=O, ngun tử H của nhóm OH trở nên linh động nên axit cacboxylic điện li khơng hồn toàn trong nước theo cân bằng:

R C O O <H + H2O R C O O + H3O

Axit cacboxylic nói chung mạnh hơn axit cacbonic nhưng lại yếu hơn các axit mạnh như: HCl, HBr, H2SO4… vì vậy axit cacboxylic có đầy đủ tính chất của một axit thông thường như làm hồng q tím, tác dụng với kim loại đứng trước H, giải phóng khí H2, tác dụng với oxit bazơ, bazơ tạo thành muối, đẩy được axit yếu hơn ra khỏi muối.

- Phản ứng với ancol (phản ứng este hóa) R C O O <H + HO-R H R C O O R + H2O 0 2 4, 3 OO 2 5 H SO t 3 OO 2 5 2 CH C HHOC H ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ †‡ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ CH C C H H O

Phản ứng của axit axetic với etanol xúc tác axit là phản ứng thuận nghịch. Chiều thuận là phản ứng este hóa, chiều nghịch là phản ứng thủy phân este.

- Phản ứng tách nước liên phân tử

Khi cho tác dụng với P2O5, hai phân tử axit tách đi một phân tử nước tạo thành phân tử anhiđrit axit.

C H3C O OH O C O CH3 H3C C O O + H P2O5 -H2O C CH3 O Viết gọn là (CH3CO)2O 1.3.3. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon - Phản ứng thế ở gốc no

Khi dùng photpho làm xúc tác, Cl chỉ thế cho H ở C bân cạnh nhóm cacboxyl.

3 2 2 OO 2 P 3 2 OO

CH CH CH C H Cl CH CH CHClC H HCl

Nếu halogen hoá trong điều kiện chiếu sáng thu được hỗn hợp nhiều sản phẩm trong đó sản phẩm thế ở vị trí α có tỉ lệ thấp.

CH3CH2CH2COOH + Cl2

CH3CH2CHClCOOH 5% CH3CHClCH2COOH 64% CH2ClCH2CH2COOH 31% -HCl

- Phản ứng thế ở gốc thơm

Nhóm cacboxyl ở vòng benzen định hướng cho phản ứng thế tiếp theo vào vị trí meta và làm cho phản ứng khó khăn hơn so với thế vào benzen:

COOH COOH

+ HNO3 H2SO4

t0 + H2O

NO2

axit benoic axit m-nitrobenzoic

- Phản ứng cộng vào gốc không no

H2C C COOH CH3 Br2 HBr BrH2C BrC COOH CH3 H3C C COOH CH3 + + Br 1.4. Điều chế 1.4.1. Trong phịng thí nghiệm

- Oxi hóa hiđrocacbon, ancol,…

3 4 0 2 6 5 3 KMnOH O t, 6 5 OO H O 6 5 OO C H CH C H C KC H C H - Từ dẫn xuất halogen: 0 3 , OO H O t KCN RX   R C N  R C H

1.4.2. Trong công nghiệp

- Lên men giấm là phương pháp cổ nhất, ngày nay chỉ còn dùng để sản xuất giấm ăn.

0

3 2 2 25 30mengiamC 3 OO 2

CH CH OHO  CH C HH O

- Oxi hóa anđehit axetic trước đây là phương pháp chủ yếu sản xuất axit axetic. 0 , 3 2 3 1 OO 2 xt t CH CH  O O CH C H

- Đi từ metanol và cacbon oxit, nhờ xúc tác thích hợp là phương pháp hiện đại sản xuất axit axetic.

0

,

3 xt t 3 OO

2. Este

2.1. Định nghĩa

Khi thay nhóm OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng nhóm OR thì được este.

Hay Etse là hợp chất hữu cơ mà trong cơng thức cấu tạo có chứa nhóm

COOR (R là gốc hidrocacbon).

Este đơn giản có cơng thức cấu tạo

R C

O

O R'

R, R’ là gốc hiđrocacbon no, không no hoặc thơm (trừ trường hợp este của axit fomic có R là H)

Este no, mạch hở, đơn chức, công thức chung là C Hn 2nO (2 n2)

2.2. Tính chất vật lý

Giữa các phân tử este khơng có liên kết hiđro vì thế este có nhiệt độ sơi thấp hơn so với axit và ancol có cùng số nguyên tử cacbon.

Các este thường là những chất lỏng, nhẹ hơn nước, rất ít tan trong nước, có khả năng hịa tan được nhiều chất hữu cơ khác nhau. Những este có khối lượng phân tử rất lớn có thể ở trạng thái rắn (như mỡ động vật, sáp ong,…). Các este thường có mùi thơm dễ chịu, chẳng hạn isoamyl axetat có mùi chuối chín, etyl butirat có mùi dứa, etyl isovalerat có mùi táo,…

2.3. Tính chất hóa học

2.3.1. Phản ứng ở nhóm chức

- Thuỷ phân trong mơi trường axit

R C O O R' + H- OH H2SO4,t0 R C O O H + R'OH

R C O O R' + NaOH R C ONa O + R'OH H2O,t0 2.3.2. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon

- Phản ứng cộng vào gốc không no

Gốc hiđrocacbon khơng no ở este có phản ứng cộng với H2, Br2, Cl2,…giống như hiđrocacbon không no.

- Phản ứng trùng hợp

Một số este đơn giản có liên kết C=C tham gia phản ứng trùng hợp giống như anken. nCH2 CH C O O CH3 xt,t0 CH CH 2 COOCH3 n

metyl acrylat poli metylacrylat

2.4. Điều chế

- Este của ancol (xem bài điều chế etyl axetat) - Este của phelol

Để điều chế este của phenol không dùng axit cacboxylic mà phải dùng anhiđrit axit hoặc clorua axit tác dụng với phenol.(1-4)

6 5 ( 3 )2 3 6 5 3

C H OH CH CO OCH COOC H CH COOH

anhiđrit axetic phenyl axetat

TÓM TẮT CHƯƠNG 3

- Axit cacboxylic là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm cacboxyl (-COOH) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon hoặc nguyên tử hiđro.

- Nhóm

C OH

được gọi là nhóm cacboxyl, viết gọn là –COOH

- Tính chất hóa học

+ Tính axit và ảnh hưởng của nhóm thế + Phản ứng tạo thành dẫn xuất axit + Phản ứng ở gốc hiđrocacbon

- Khi thay nhóm OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng nhóm OR thì được este.

Hay Etse là hợp chất hữu cơ mà trong cơng thức cấu tạo có chứa nhóm

COOR (R là gốc hidrocacbon).

Este no, mạch hở, đơn chức, công thức chung là C Hn 2nO (2 n2)

- Tính chất hóa học + Phản ứng ở nhóm chức + Phản ứng ở gốc hiđrocacbon

BÀI TẬP

1. Nêu tính chất hóa học của anđehit, xeton, axit cacboxylic. Mỗi tính chất lấy 1 ví dụ minh hoa.

2. Viết các phương trình phản ứng điều chế anđehit, xeton, axit cacboxylic.

3. Bằng phương pháp hóa học hãy nhận ra từng chất sau chứa trong 4 ống nghiệm bị mất nhãn: C2H5OH, HCHO, CH3COOH, CH3COOC2H5.

4. Bằng phương pháp hóa học hãy nhận ra từng hợp chất sau chứa trong 4 ống nghiệm bị mất nhãn: ancol etylic, axitfomic, axit axetic, etylenglycol.

5. Gọi tên thay thế và tên thơng thường (nếu có) của anđehit và xeton sau:

a) CH3CHO b) CH3CH(Cl)CHO c) (CH3)2CHCO

d) CH2=CH-CHO e) CH3COC2H5 g) Cl3CCHO

6. Viết công thức cấu tạo của các hợp chất sau:

a) Fomanđehit b) Benzanđehit c) Axeton

7. a) Công thức phân tử CnH2nO có thể thuộc những loại hợp chất nào? Cho ví dụ đối với C3H6O.

b) Viết công thức cấu tạo của anđehit và xeton đồng phân có cơng thức phân tử C5H10O.

8. Viết phương trình hóa học của các phản ứng để minh họa: a) Axit axetic có đầy đủ tính chất của một axit.

b) Axit axetic là một axit yếu, nhưng vẫn mạnh hơn axit cacbonic, còn phenol là một axit yếu hơn axit cacbonic.

9. Hãy điền chữ Đ (đúng) hoặc chữ S (sai) vào các dấu [ ] ở mỗi câu sau: a) Giấm ăn làm q tím hóa đỏ. [ ]

b) Nước ép từ quả chanh khơng hịa tan được CaCO3. [ ]

c) Dùng axit axetic tẩy sạch được cặn bám ở trong phích nước nóng. [ ] d) Phản ứng của axit axetic với etanol là phản ứng trung hòa. [ ]

10. Hãy phân biệt các chất trong các nhóm sau: a) Etanol, fomanđehit, axeton và axit axetic b) Phenol, etanal và axit axetic

11. Hỗn hợp A có khối lượng 10,4 g gồm axit axetic và anđehit axetic. Cho A tác dụng với lượng dư AgNO3 trong NH3 đun nóng nhẹ thấy có 21,6 g Ag kết tủa. Để trung hịa A cần V ml dung dịch NaOH 0,15M.

a. Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

b. Tính thành phần phần trăm khối lượng của mỗi chất trong A và thể tích dung dịch NaOH đã dùng.