Bài giảng Axit hữu cơ (axit cacboxilic; acid carboxilic)
XII.1. Định nghĩa
Axit hữu cơlà một loại hợp chất hữu cơmà trong phân tửcó chứa nhóm –COOH (nhóm
cacboxyl, )
XII.2. Công thức tổng quát
úc tác coi như có sẵn. Không khí gồm 20% O2, 80% N2 theo thể tích. (C = 12 ; H = 1 ; O =16) ĐS: Axit metacrilic XII.4.3. Phản ứng este hóa (Phản ứng tạo este) R-C-O-H + R’-O-H H2SO4(đ), t0 R-C-O-R’ + H2O O O Axit hữu cơ Rượu Este Nước Thí dụ: CH3-C-O-H + CH3-CH2-OH H2SO4 (đ), t0 CH3-C-O-CH2-CH3 + H2O O O Axit axetic Rượu etylic Etyl axetat Nước CH2=C-COOH + CH3-OH H2SO4(đ), t0 CH2=C-COO-CH3 + H2O CH3 CH3 Axit metacrilic Rượu metylic Metyl metacrilat Nước H-C-O-H + CH3-CH-CH3 H2SO4(đ) ,t0 H-C-O-CH-CH3 + H2O O OH O CH3 Axit fomic Rượu isopropylic Isopropyl fomiat Nước CH2=CH-COOH + CH3CH2CH2OH H2SO4(đ), t0 CH2=CH-COO-CH2CH2CH3 + H2O Axit acrilic Rượu n-propylic n-Propyl acrilat CH3COOH + CH3-CHCH2CH2OH H2SO4(đ), t0 CH3COO-CH2CH2-CH-CH3 + H2O CH3 CH3 Axit axetic Rượu isoamylic Isoamyl axetat (Dầu chuối) C6H5-COOH + C6H5-CH2-OH H2SO4 (đ) C6H5-COO-CH2-C6H5 + H2O Axit benzoic Rượu benzylic Benzyl benzoat Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 219 XII.4..4. Phản ứng thế Hα của axit hữu cơ bởi clo (Cl2) Nguyên tử Hα là nguyên tử H liên kết vào Cα của axit hữu cơ. Cacbon alpha (Cα) là C liên kết vào nhóm chức axit –COOH. Nguyên tử Hα của axit hữu cơ tương đối linh động (do đứng kế bên nhóm –COOH rút điện tử), nên các nguyên tử Hα này dễ bị thay thế bởi các nguyên tử –Cl (của Cl2) với sự hiện diện của ánh sáng. Nếu Cl2 dùng đủ dư và thời gian phản ứng đủ lâu thì lần lượt các nguyên tử Hα của axit hữu cơ được thay thế hết bởi các nguyên tử Cl (của Cl2). Thí dụ: H H H-C-C-O-H + Cl2 ás’ H-C-C-O-H + HCl H O Cl O Axit axetic Clo Axit cloaxetic Hiđro clorua HO C C OH O O + OH2CH3 H2SO4(ñ) t 0 OCH3 C O C O CH3 O + 2H2O Axit oxalic Röôïu metylic Ñimetyl oxalat HOOC COOH + 2 CH2OH + 2H2O Axit tereptalic Röôïu benzylic CH2OOC COOCH2 H+ t 0 Ñibenzyl tereptalat 2 H COOH + HO CH2 CH2 OH H2SO4(ñ) t 0 OH C O CH2 CH2 C H O O + 2H2O Axit fomic Etylenglicol Etylen ñifomiat HOOC CH2 COOH + 2CH3CH2OH H+ t 0 CH3CH2O C CH2 C OOCH2CH3 O O + 2H2O Axit malonic Etanol Ñimetyl malonat CH2 OH CH OH CH2 OH + 3 CH2=CH COOH H2SO4 t 0 CH2 O CH O CH2 O COCH=CH2 COCH=CH2 COCCH=CH2 + 3H2O Glixerin Axit acrilic Glixeryl triacrilat R C C H H O OH + Cl2 aùs R C Cl C OH O H + HCl Axit cacboxilic Clo Axit a-clocacboxilic Hiñro clorua R C C Cl OH O H + Cl2 aùs R C C OH Cl Cl O + HCl Axit a -clocacboxilic Clo Axit a,a - ñiclocacboxilic Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 220 H Cl H-C-C-O-H + Cl2 ás’ H-C-C-O-H + HCl Cl O Cl O Axit cloaxetic Clo Axit đicloaxetic Hiđroclorua Cl Cl H-C- C-OH + Cl2 ás’ Cl-C- C-OH + HCl Cl O Cl O Axit đicloaxetic Clo Axit tricloaxetic Lưu ý L.1. Độ mạnh tính axit tăng dần như sau: CH3-COOH < Cl-CH2-COOH < Cl2CH-COOH < Cl3C-COOH Axit axetic Axit cloaxetic Axit đicloaxetic Axit tricloaxetic Ka: 1,75.10−5 1,35.10−3 5.10−2 3.10−1 Nguyên nhân là nguyên tử –Cl rút điện tử (Cl có độ âm điện 2,8; C có độ âm điện 2,5; H có độ âm điện 2,1). Do đó số nguyên tử Cl càng nhiều thì sự rút điện tử càng mạnh, ảnh hưởng lan truyền đến liên kết giữa O và H trong nhóm –COOH, làm cho H càng linh động, dễ bị phân ly tạo ion H+ hơn, tức tính axit mạnh hơn. L.2. Trong dãy đồng đẳng axit hữu cơ đơn chức no mạch hở thì thường độ mạnh tính axit các chất giảm dần theo chiều tăng khối lượng phân tử của chúng. Nguyên nhân là khi khối lượng phân tử tăng, tức gốc hiđrocacbon −R (trong R-COOH) tăng dần nên nó càng đẩy điện tử mạnh hơn về nhóm –COOH, làm giảm sự phân cực của liên kết giữa O với H, làm giảm sự linh động của H, tức làm giảm tính axit. Tính axit các chất giảm dần như sau: H-COOH > CH3-COOH > CH3-CH2-COOH Axit fomic Axit axetic Axit propionic Ka: 1,77.10−4 1,75.10−5 1,34.10−5 CH3CH2CH2COOH > CH3-(CH2)3-COOH > CH3-(CH2)4-COOH > CH3-(CH2)5-COOH Axit n-butiric Axit n-valeric Axit caproic Axit enantoic Ka: 1,54.10−5 1,51.10−5 1,31.10−5 1,28.10−5 L.3. Độ mạnh tính axit các chất tăng dần như sau: Nguyên nhân độ mạnh tính axit khác nhau là do: Nhóm cacbonyl rút điện tử mạnh hơn nhân thơm, nhân thơm rút điện tử mạnh hơn hai hiđroxyl kế cận, gốc hiđrocacbon R- mạch hở đẩy điện tử mạnh hơn –H. Thí dụ: Độ mạnh tính axit các chất tăng dần như sau: R-O-H < H2O < R-CH-CH-R' < OH OH OH < R-C-O-H ORöôïu ñôn chöùc Nöôùc Röôïu ñachöùc 2 nhoùm -OH keá caän Phenol Axit höõu cô Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 221 CH3OH < H2O < HO-CH2-CH2-OH < C6H5-OH < H-COOH Rượu metylic Nước Etylenglicol Phenol Axit fomic Bài tập 105 So sánh độ mạnh tính axit các chất sau đây: Axit axetic; Rượu etylic; Axit propionic; Phenol; Nước; Axit fomic; Glixerin; Rượu metylic; o-Cresol. Bài tập 105’ Hãy chọn hằng số Ka thích hợp: 10−18 ; 10−16 ; 1,9.10−16 ; 7,94.10−16 ; 6,76.10−11 ; 1,3.10−10 ; 1,34.10−5 ; 1,75.10−5 ; 1,35.10−3 ; 2,69.10−3 ; 5,75.10−2 ; 0,59 cho các chất dưới đây: Phenol; Axit cloaxetic; Nước; Axit floaxetic (Acid fluoroacetic, F-CH2-COOH); Rượu metylic; Axit propionic; p-Cresol; Axit trifloaxetic; Etylenglicol; Axit đifloaxetic (Acid difluoroacetic); Rượu etylic; Axit axetic. XII.5. Ứng dụng XII.5.1. Từ axit hữu cơ điều chế được các este, đa số este có mùi thơm hoa quả, được dùng làm hương liệu cũng như dung môi R-COOH + R’-OH H2SO4(đ), t0 R-COO-R’ + H2O Axit hữu cơ Rượu Este Nước Thí dụ: CH3-COOH + CH3-CHCH2CH2OH H2SO4(đ), t0 CH3COO-CH2CH2-CHCH3 + H2O CH3 CH3 Axit axetic Rượu isoamylic Isoamyl axetat (Dầu chuối) H-COOH + CH3-CH2-OH H2SO4(đ), t0 H-COO-C2H5 + H2O Axit fomic Rượu etylic Etyl fomiat (mùi rượu rum) CH3CH2CH2COOH + C5H11OH H2SO4(đ), t0 CH3CH2CH2COO-C5H11 + H2O Axit n-butiric Rượu isoamylic Isoamyl n-butirat (mùi dứa) H-COOH + CH3OH H2SO4(đ), t0 H-COO-CH3 + H2O Axit fomic Rượu metylic Metyl fomiat (mùi táo) Nước Về mùi của este, các sách thường không thống nhất nhau, vì thực ra mùi của trái chín là hỗn hợp của nhiều este khác nhau. n-Amyl fomiat (HCOOC5H11) : mùi anh đào Isoamyl fomiat (HCOOC5H11) : mùi mận Etyl n-butirat (C3H7COOC2H5) : mùi mơ Isoamyl isovalerat (C4H9COOC5H11) : mùi táo Hexenyl axetat (CH3COOCH2CH=CH-CH2-CH2-CH3): mùi thơm trong dầu con cà cuống Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 222 n-Amyl propionat (C2H5COOC5H11) : mùi dứa n-Butyl n-butirat (C3H7COOC4H9) : mùi dứa XII.5.2. Axit axetic được dùng làm: Giấm ăn; Điều chế một số muối kim loại dùng làm chất cầm màu, nguyên liệu sản xuất bột sơn; Điều chế các este có mùi thơm hoa quả; Điều chế axeton; Điều chế chất diệt cỏ 2,4-D; 2,4,5-T; Điều chế anhiđrit axetic, từ đó điều chế được tơ nhân tạo (tơ xelulozơ axetat), thuốc aspirin; - Dung dịch CH3-COOH 2-5% (sản phẩm của quá trình lên men giấm từ rượu etylic, đường, mật) được dùng làm giấm ăn. - 3CH3COOH + Al Al(CH3COO)3 + 2 3 H2 Axit axetic Nhôm Nhôm axetat Hiđro 6CH3COOH + Al2O3 2Al(CH3COO)3 + 3H2O Axit axetic Nhôm oxit Nhôm axetat Nước Nhôm axetat là một muối tan nhiều trong nước, nhưng khi đem đun nóng dung dịch nó bị thủy phân tạo nhôm axetat monobazic (CH3COO)2AlOH và nhôm axetat đibazic CH3COOAl(OH)2 không tan trong nước. Vì vậy nhôm axetat được dùng trong công nghiệp nhuộm làm chất cầm màu (giữ màu lâu phai). Sắt axetat, Crom axetat cũng có tính chất tương tự (muối Sắt, Crom II hay III đều được). - 2CH3COOH + CuO Cu(CH3COO)2 + H2O Axit axetic Đồng (II) oxit Đồng (II) axetat Nước 2CH3COOH + PbO Pb(CH3COO)2 + H2O Axit axetic Chì (II) oxit Chì (II) axetat Nước Đồng (II) axetat, Chì (II) axetat được dùng làm bột sơn. Chì (II) axetat ngậm nước, Pb(CH3COO)2.3H2O, rất độc, có vị ngọt (“đường chì”). Dung dịch muối chì axetat bazic, CH3COOPb(OH), gọi là “giấm chì”, được dùng trong y học để chữa bỏng và bong gân. - 2CH3COOH + CaCO3 Ca(CH3COO)2 + CO2 + H2O Axit axetic Canxi cacbonat Canxi axetat Khí cacbonic 2CH3COOH + CaO Ca(CH3COO)2 + H2O Canxi oxit Canxi axetat Ca(CH3COO)2 (r) t0 CH3-CO-CH3 + CaCO3 Muối canxi axetat Axeton Canxi cacbonat - CH3COOH + Cl2 ás’ Cl-CH2COOH + HCl Axit axetic Clo Axit cloaxetic Hiđroclorua Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 223 Muối natri của axit cloaxetic có tác dụng diệt cỏ và làm rụng lá cây. Người ta dùng muối này để điều chế 2,4-D (axit 2,4-điclophenoxiaxetic) và 2,4,5-T (axit 2,4,5-triclophenoxiaxetic). Ở nồng độ rất thấp dung dịch hai chất này có tác dụng kích thích sự tăng trưởng của thực vật. Tuy nhiên ở nồng độ cao hơn, dung dịch hai chất này lại có tác dụng diệt cỏ và làm rụng lá cây. Hỗn hợp da cam mà Mỹ đã dùng trong chiến tranh Việt Nam gồm 50% 2,4-D và 50% 2,4,5-T ở dạng este của rượu n-butylic. Trong 2,4,5-T có lẫn tạp chất dioxin cực kỳ độc, chất này đã gây tác hại rất lớn cho nhiều người cho đến hiện nay, mặc dù chiến tranh đi qua đã lâu. - Anhiđrit axetic được điều chế từ phản ứng của axit axetic với xeten, CH2=C=O, chất này được tạo ra do sự loại nước của axit axetic ở nhiệt độ cao. [C6H7O2(OH)3]n +2n(CH3CO)2O H2SO4(đ) [C6H7O2(OH)(OCOCH3)2]n +2nCH3COOH Xenlulozơ Anhiđrit axetic Xenlulozơ điaxetat Axit axetic [C6H7O2(OH)3]n + 3n(CH3CO)2O H2SO4(đ) [C6H7O2(OCOCH3)3]n + 3nCH3COOH Xenlulozơ Anhiđrit axetic Xenlulozơ triaxetat Axit axetic Xenlulozơ điaxetat và xenlulozơ triaxetat được dùng làm tơ sợi nhân tạo (tơ axetat). Cl Cl ONa + Cl CH2 COOH CH2-COOH Cl Cl + NaClXt, t 0 Natri 2,4-Ñiclophenolat Axit clo axetic Axit 2,4- ñiclophenoxi axetic Natri clorua (2,4-D; Chaát dieät coû; Cuõng laø chaát kích toá thöïc vaät) CH3-COOH AlPO4 7000C CH2=C=O + H2O Axit axetic Xeten (Ceten) Nöôùc CH2=C=O + CH3COOH CH3-C-O-C-CH3 O OXeten Axit axetic Anhiñrit axetic Cl Cl Cl ONa + Cl CH2 COOH t0 Xt Cl Cl Cl O CH2 COOH + NaCl 2,4,5-Triclorophenolat natri Axit cloaxetic Axit 2,4,5-tricloaxetic Natri clorua (Natri 2,4,5-triclophenolat) Chaát dieät coû 2,4,5-T Giáo
File đính kèm:
- Axit huu co.pdf