2.2.3.1. Định nghĩa, phân loại, danh pháp, cấu tạo
a. Định nghĩa.
Axit là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm cacboxyl (COOH) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon hoặc nguyên tử H (HCOOH).
b. Phân loại: R(COOH)m.
*. Theo gốc hidrocacbon R
- R: gốc no (CnH2n+1-: ankyl), m =1: axit no, đơn chức.
HCOOH, CH3COOH, C2H5COOH,…, CnH2n+1COOH (n≥0, nguyên). - R không no, m =1: axit không no, đơn chức. Ví dụ
CH2=CH-COOH, CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7COOH, * Theo số nhóm chức COOH:
* m = 1: axit đơn.
* m ≥ 2: axit đa chức. Ví dụ HOOC – COOH: axit oxalic, HOOC- CH2-COOH: axit malonic,…
c. Danh pháp
- Tên thông thường: của các axit liên quan dến nguồn gốc tìm ra chúng.
- Tên thay thế (theo IUPAC): Tên axit = axit + tên hidrocacbon tương ứng theo mạch chính + oic.
- 45 -
Axit Tên theo IUPAC Tên thông thường
Axit 2-metyl propanoic Axit iso butyric
CH2=CH-COOH Axit propenoic Axit acrylic
HOOC-COOH Axit etanđioic Axit oxalic
d. Cấu trúc
Tương tác giữa nhóm cacbonyl (>C=O)và nhóm hydroxyl (-OH) làm cho mật độ điện tích ở nhóm cacbonyl dịch chuyển như biểu diễn bởi các mũi tên:
Hệ quả là nguyên tử H ở nhóm OH của axit trở nên linh động hơn ở nhóm OH của ancol và phenol. Phản ứng của nhóm cacbonyl ( >C=O) của axit cũng không giống như nhóm ( >C=O) của anđehit và xeton.
2.2.3.2. Tính chất vật lý
- Ở điều kiện thường, tất cả các axit cacboxylic đều là những chất lỏng hoặc rắn. Nhiệt độ sôi của các axit cacboxylic cao hơn của anđehit, xeton và ancol có cùng số nguyên tử cacbon. Nguyên nhân là do sự phân cực của nhóm cacboxyl và sự tạo thành liên kết hiđro liên phân tử của 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 C tăng
lên thì độ an trong nước giảm.
2.2.3.3. Tính chất hóa học
- Axit cacboxylic là axit yếu, nhưng vẫn có đầy đủ tính chất của một axit: làm chuyển màu quỳ tím thành màu đỏ, tác dụng với kim loại trước hiđro giải phóng H2, phản ứng với bazơ, oxit bazơ, đẩy được axit yếu hơn ra khỏi muối. Ví dụ
RCOOH RCOO- + H+ , Ka = - OO OOH H RC RC 2CH3COOH + Zn (CH3COO)2Zn + H2
CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O
2 CH3COOH + CuO (CH3COO)2Cu + H2O 2 CH3COOH + CaCO3 (CH3COO)2Ca + CO2 + H2O
- Trong số các axit no đơn chức, axit fomic (HCOOH) mạnh hơn cả, các nhóm ankyl đẩy electron về phía nhóm cacboxyl nên làm giảm lực axit (Ka)
HCOOH CH3 COOH CH3-CH2 COOH
Ka(25oC) 17,72. 10-5 1,75. 10-5 1,33. 10-5
b. Phản ứng với ancol – phản ứng este hóa
RCOOH + H-OR’ H,to + H2O
Ví dụ: đun hỗn hợp CH3COOH, C2H5OH với sự có mặt của H2SO4 đặc + H-OC2H5 H,to + H
2O
phản ứng thuận là phản ứng este hóa, phản ứng nghịch là phản ứng thủy phân este.
c. Phản ứng tách nước liên phân tử.
Khi tác dụng với P2O5, 2 phân tử axit bị tách đi 1 phân tử nước, tạo thành phân tử anđehit axit. Ví dụ:
2 5 2 P O H O d. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon
* Phản ứng thế ở gốc no: khi dùng xúc tác: P, Clo chỉ thế nguyên tử H ở cacbon bên cạnh nhóm cacboxyl: CH3CH2CH2COOH + Cl2 P +HCl * Phản ứng thế ở gốc thơm: +HNO3 2 4 ( ) H SO d +H2O
* Phản ứng cộng vào gốc không no:
Axit không no tham gia phản ứng cộng H2, Cl2, Br2... như hiđrocacbon không no. Ví dụ:
C17H33COOH + H2 Ni t C,o C17H35COOH Axit oleic axit stearic
CH2=CH-COOH + Br2 CH2Br-CHBr-COOH
2.2.3.4. Điều chế:
a. Trong phòng thí nghiệm:
Oxi hóa hiđrocacbon, ancol
C6H5CH3 4 2 ,o KMnO t H O C6H5COOKH O3 C6H5COOH Đi từ dẫn xuất halogen:
R-XKCNR-CN H O t3 ,oR-COOH
b. Trong công nghiệp:
CH3COOH được điều chế như sau:
Lên men giấm: CH3CH2OH + O2 o
men giam 25-30C
CH3COOH + H2O
CH3CH=O + 1
2O2 xt t,oCH3COOH Từ CH3OH và CO (phương pháp hiện đại)
CH3OH + CO xt t,oCH3COOH
2.2.3.5. Ứng dụng:
a. CH3COOH: Được dùng để sản xuất chất diệt cỏ, muối axetat kim loại (Al, Cr, Fe) làm chất cầm màu, một số este làm dung môi, tơ axetat.
b. Các axit khác: các axit béo (C17H33COOH, C17H35COOH,...) được dùng để sản xuất xà phòng, axit benzoic được dùng để tổng hợp dược phẩm, nông dược...; axit
salixylic ( ) được dùng để sản xuất thuốc cảm, aspirin ( : axit axetyl
salixylic): thuốc xoa bóp, giảm đau...
- Các axit đicacboxylic (axit ađipic HOOC-(CH2)4-COOH, axit phtalic
HOOC-C6H4-COOH) được dùng để sản xuất poliamit, polieste, để sản xuất tơ tổng hợp.