Phản ứng ở gốc hiđrocacbon

CHƯƠNG 3 : HỢP CHẤT CÓ NHÓM CARBONYL VÀ CACBOXYL

3. Tính chất hóa học

3.3. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon

Nguyên tử hiđro ở bên cạnh nhóm cacbonyl dễ tham gia phản ứng:

CH3 C O CH3 + Br2 CH3COOH CH3 C O CH2Br + HBr 4. Điều chế 4.1. Từ ancol

Phương pháp chung để điều chế anđehit và xeton là oxi hóa nhẹ ancol bậc I, bậc II tương ứng bằng CuO.

- Ancol bậc 1 bị oxi hóa nhẹ thành anđehit:

0

2 2

t

R CH OHCuO R CH O CuH O

Fomanđehit được điều chế trong công nghiệp bằng cách oxi hóa metanol nhờ oxi khơng khí ở 600-7000C với xúc tác là Cu hoặc Ag:

0

,600

3 2 2

2CH OHO Ag C2HCH O 2H O

4.2. Từ hiđrocacbon

- Oxi hóa khơng hồn toàn metan là phương pháp mới sản xuất fomanđehit: 0 , 4 2 2 xt t CH O HCH  O H O

- Oxi hóa etylen là phương pháp hiện đại sản xuất axetanđehit:

2, 2

2 2 2 3

Bài 2: HỢP CHẤT CÓ NHÓM CARBOXYL (AXIT CACBOXYLIC – ESTE)

1. Axit cacboxylic

1.1. Định nghĩa, phân loại và danh pháp

1.1.1. Định nghĩa

- 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 1.1.2. Phân loại

- Nếu nhóm cacboxyl liên kết trực tiếp với nguyên tử hiđro hoặc gốc ankyl thì tạo thành dãy axit no, mạch hở, đơn chức, công thức chung là

2 1 OO ( 0)

n n

C H C H n , gọi là dãy đồng đẳng của axit fomic (HCOOH).

- Nếu gốc hiđrocacbon trong phân tử axit có chứa liên kết đơi, liên kết ba thì gọi là axit khơng no, thí dụ CH2=CHCOOH, CHC-COOH,..

- Nếu gốc hiđrocacbon là vịng thơm thì gọi là axit thơm, thí dụ C6H5- COOH (axit benoic).

- Nếu trong phân rử có nhiều nhóm cacboxyl (-COOH) thì gọi là axit đa chức, thí dụ: HOOC-COOH (axit oxalic).

1.1.3. Danh pháp

Theo IUPAC, tên của axit cacboxylic mạch hở chứa khơng q 2 nhóm

cabonyl được cấu tạo bằng cách đặt từ axit trước tên của hiđrocacbon tương ứng theo mạch chính (mạch chính bắt đầu C của nhóm –COOH) rồi thêm vào đi

oic.

Tên thơng thường của các axit có liên quan đến nguồn gốc tìm ra chúng nên khơng có tính hệ thống.

Cơng thức Tên thơng thường Tên thay thế

CH3 – COOH Axit axetic Axit etanoic CH3CH2 – COOH Axit propionic Axit propanoic

(CH3)2CH – COOH Axit isobutiric Axit 2-metylpropanoic

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 vịng 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 hòa 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 môi 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 không 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 hòa 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.

CHƯƠNG 4: AMINO AXIT – PROTEIN

Thời gian: 7 (TL:4; BT: 2; KT:1) giờ

Mã chương: 04 GIỚI THIỆU

Amino Axit (Axit Amin) là những hợp chất hữu cơ sinh học quan trọng chứa nhóm chức amin (-NH2) và axit cacboxylic (-COOH).

Như chúng ta đã biết, axit amin là thành phần chính cấu tạo nên protein (chất đạm). Các axit amin là một thành tố không thể thiếu trong cơ thể và chế độ ăn của con người. Axit amin cịn đóng vai trị quan trọng trong việc duy trì hoạt động sống của cơ thể. Có khoảng 500 loại axit amin được tìm thấy trong tự nhiên nhưng chỉ có 20 loại tham gia cấu thành nên protein trong cơ thể con người.

Protein là phân tử sinh học, hay đại phân tử, gồm nhiều amino axit liên kết lại với nhau. Protein thực hiện rất nhiều chức năng bên trong tế bào của cơ thể người và động vật. Trong chương này, chúng ta nghiên cứu tính chất của các amino axit và protein.

MỤC TIÊU

- Trình bày được khái niệm, cấu tạo phân tử của amino axit và protein. - Trình bày được tính chất vật lý, tính chất hóa học của amino axit và protein.

- Vận dụng để viết các phương trình phản ứng hóa học của amino axit và protein và giải các bài tập.

- Mơ tả được vai trị của protein đối với sự sống.

- Nhận biết được các dung dịch ancol, phenol, anđehit, axit cacboxylic và este, protein bị mất nhãn bằng phương pháp hóa học.

- Xây dựng tác phong làm việc cẩn thận, tỷ mỉ, trung thực, khoa học, chính xác.

NỘI DUNG 1. Amino axit

1.1. Định nghĩa và cấu tạo

1.1.1. Định nghĩa

Amino axit là loại hợp chất hữu cơ tạp chức mà phân tử chứa đồng thời nhóm amino (NH2) và nhóm cacboxyl (COOH).

2 2 OO H NCH C H; R HC NH2 COOH , NH2 COOH 1.1.2. Cấu tạo

Vì nhóm COOH có tính axit, nhóm NH2 có tính bazơ nên ở trạng thái kết tinh amino axit tồn tại ở dạng ion lưỡng cực. Trong dung dịch, dạng ion lưỡng cực chuyển một phần nhỏ thành dạng phân tử. R HC +NH3 COO- R HC NH2 COOH

dạng ion lưỡng cực dạng phân tử

1.2. Tính chất hóa học

1.2.1. Tính chất axit – bazơ của dung dịch amino axit

- Trong phân tử amino axit nếu nhóm COOH = số nhóm NH2 thì dung dịch làm q tím khơng đổi màu.

- Trong phân tử amino axit nếu nhóm COOH > số nhóm NH2 thì dung dịch làm q tím chuyển sang màu hồng.

- Trong phân tử amino axit nếu nhóm COOH < số nhóm NH2 thì dung dịch làm q tím chuyển sang màu xanh.

Amino axit phản ứng với axit vô cơ mạnh cho muối:

2 2 OO 3 2 OO

H NCH C HHClClH NCH C H

Hoặc H N3 CH2COOHClClH N3 CH2COOH

Amino axit phản ứng với bazơ mạnh cho muối và nước:

2 2 OO 2 2 OONa+H O2

H NCH C H NaOH H NCH C

Hoặc H N3 CH2COONaOH H N2 CH2COONa+H O2

Như vậy, amino axit có tính chất lưỡng tính

Amino axit phản ứng với ancol (có axit vơ cơ mạnh xúc tác ) cho este:

( )

2 2 OO 2 5 HClk 2 2 OO 2 5 2

H NCH C HHOC H ˆ ˆ ˆ ˆ †‡ ˆ ˆ ˆ ˆ H NCH C C H H O

1.2.3. Phản ứng của nhóm NH2 với HNO2

2 2 OO 2 2 OOH+N2 2 H NCH C H HNO HOCH C  H O 1.2.4. Phản ứng trùng ngưng 0 2 5 2 5 2 [ ] t [ ] nHNH CH CO OH NH CH CO nH O 2. Protein

2.1. Khái niệm và phân loại

2.1.1. Khái niệm

Protein là những polipeptit cao phân tử có phân tử khối từ vài chục nghìn đến vài triệu.

2.1.2. Phân loại

Protein được chia thành hai loại:

- Protein đơn giản là những protein được tạo thành chỉ từ các gốc α-amino axit.

- Protein phức tạp là những protein được tạo thành từ protein đơn giản cộng với thành phần “phi protein”, như axit nucleic, lipit, cacbohiđrat,…

2.2. Tính chất vật lý

- Dạng tồn tại: Protein tồn tại ở 2 dạng chính: dạng hình sợi và dạng hình

cầu. Dạng protein hình sợi như keratin của tóc, móng, sừng; miozin của cơ bắp, fibroin của tơ tằm, mạng nhện. Dạng protein hình cầu như anbumin của lòng trắng trứng, hemoglobin của máu.

- Tính tan: tính tan của các loại protein rất khác nhau. Protein hình sợi hồn tồn khơng tan trong nước trong khi protein hình cầu tan trong nước tạo thành các dung dịch keo như anbumin (lòng trắng trứng), hemoglobin (máu).

- Sự đơng tụ: khi đun nóng hoặc cho axit, bazơ hay một số muối vào dung

dịch protein, protein sẽ đông tụ lại, tách ra khỏi dung dịch. Ta gọi đó là sự đơng tụ protein.

2.3. Tính chất hóa học

2.3.1. Phản ứng thủy phân

Khi đun nóng protein với dung dịch axit, dung dịch bazơ hay nhờ xúc tác của enzim, các liên kết peptit trong phân tử protein bị phân cắt dần, tạo thành các chuỗi polipeptit và cuối cùng thành hỗn hợp các α-amino axit.

H2N - CH - CO - NH - CH - CO - NH - CH - CO -...