Giáo án Hóa học 11 - Axit cacboxylic

đọc tên theo thứ tự:
AXIT+TÊN CỦA HIĐROCACBON TƯƠNG ỨNG+CACBOXYLIC
 (không tính nguyên tử cacbon của nhóm - COOH )
CHÚ Ý: nếu là axit đa chức thì cho thêm -đi, - tri tùy theo số lượng nhóm chức trước 
- cacboxylic.
Ví dụ: C2H5 - COOH Axit etan cacboxylic
 HOOC - (CH2)3 - COOH Axit propan 1,3 đicacboxylic
II/ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO
 hệ liên hợp -p
 + Nhóm - COOH trong phân tử axit cacboxylic là tổ hợp của nhóm cacboxyl (C = O) và nhóm hiđroxyl (- OH); Do đó có tên gọi là cacboxyl.
+ Liên kết O - H trong axit phân cực hơn liên kết O - H trong ancol. Do đó, nguyên tử Hiđro của nhóm - COOH linh động hơn nguyên tử Hiđro của nhóm - OH trong phân tử ancol.
+ Liên kết C - OH của nhóm - COOH phân cực mạnh hơn liên kết C - OH trong ancol và phenol nên nhóm - OH của axit cũng có thể bị thay thế.
III/ TÍNH CHẤT VẬT LÍ
	1/ Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy 
- Khác với anđehit (không tạo liên kết hiđro giữa các phân tử, chất đầu dãy là chất khí) và tương tự ancol (có liên kết hiđro, chất đầu dãy là lỏng), axit cacboxylic là những chất lỏng hoặc rắn ở nhiệt độ thường, vì có liên kết hiđro giữa hai phân tử (tạo nên "đime" vòng) hoặc giữa nhiều phân tử (tạo nên "polime").
- Trong khi nhiệt độ sôi của axit monocacboxylic no mạch không nhánh tăng dần theo số lượng nguyên tử Cacbon, thì nhiệt độ nóng chảy của chúng lại tăng một cách luân phiên theo "đường răng cưa", tức là mỗi đồng đẳng với số nguyên tử cacbon chẵn nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn hai đồng đẳng với số cacbon lẻ ở hai bên. Sự luân phiên như thế là do sự khác nhau về cấu trúc tinh thể của axit.
	2/ Tính tan
- Nhờ khả năng tạo liên kết hiđro với nước, các axit cacboxylic no đầu dãy đồng đẳng tan vô hạn trong nước, các axit cao hơn và axit thơm chỉ tan có hạn (xem bảng trên). Những axit từ C12 trở lên hầu như không tan.
IV/ TÍNH CHẤT HÓA HỌC
	Các phản ứng hóa học của axit cacboxylic có thể xảy ra theo 5 hướng khác nhau, tùy theo liên kết bị đứt ra trong phản ứng:
Do sự liên hợp trong nhóm - COOH, các phản ứng theo hướng (1) của axit cacboxylic dễ xảy ra hơn ở ancol, trái lại các phản ứng theo hướng (2) và (3) lạ lần lượt khó hơn ở ancol và anđehit - xeton; Khả năng phản ứng (4) phụ thuộc vào cấu trúc của R; ngược lại khả năng và chiều hướng của các phản ứng theo hướng (5) xảy ra ở gốc R lại phụ thuộc vào ảnh hưởng của - COOH.
1/ Tính axit	
Ka càng lớn hoặc pKa = - lgKa càng nhỏ chứng tỏ lực axit càng mạnh.
Do khả năng phân li như trên, dung dịch cacboxylic có đầy đủ tính chất của một axit:
 + Làm đỏ quỳ tím
 + Tác dụng với bazơ. Ví dụ:
 CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O 
 + Tác dụng với kim loại hoạt động. Ví dụ:
 2 CH3COOH + Mg (CH3COO)2Mg + H2
 + Tác dụng với muối của axit yếu hơn. Ví dụ:
 2 CH3COOH + CaCO3 (CH3COO)2Ca + CO2 + H2O
Tuy nhiên, axit cacboxylic nói chung chỉ là những axit yếu; cho nên các axit mạnh như H2SO4, HCl... có thể đẩy cúng ra khỏi muối tương ứng. Ví dụ:
 	CH3COONa + H2SO4  2 CH3COOH + Na2SO4 
Phản ứng này dùng để nhận ra muối axetat kim loại và điều chế axit axetic trong phòng thí nghiệm.
Tính axit của axit cacboxylic phụ thuộc gốc R.
Axit fomic có tính axit mạnh hơn các đồng đẳng của nó vì không có gốc ankyl đẩy electron (hiệu ứng +I). Nếu ở gốc ankyl có nhóm thế gây hiệu ứng - I (như - F, - Cl, - Br, - NO2...) thì tính axit sẽ tăng lên, nhất là khi nhóm thế đó ở gần nhóm - COOH.
Ví dụ:
Các axit không no thường có tính axit mạnh hơn các axit no tương ứng vì Csp và Cspcó độ âm điện lớn hơn Csp.
Ví dụ:
Các axit thơm có tính axit mạnh hơn các axit no, và phụ thuộc nhiều vào ảnh hưởng của nhóm thế trong vòng: nhóm thế hút electron ở vị trí para hoặc meta làm tăng tính axit , nhóm thế đẩy electron gây hiệu ứng ngược lại.
Ví dụ:
Chú ý rằng chỉ nên so sánh pKa của các axit no khi đo trong điều kiện như nhau, nhất là về dung môi.
2/Phản ứng tạo thành dẫn xuất thế ở nhóm cacboxyl. 
a/ Phản ứng với ancol tạo thành este (este hóa)
Axit cacboxylic Ancol Este Nước
 Phản ứng trên được gọi là este hóa. Đặc điểm của phản ứng đó là rất chậm ở điều kiện thường và là phản ứng thuận nghịch.
 Kcb được gọi là hằng số cân bằng.
Ví dụ:
	Nếu ta trộn một mol CH3COOH với một mol C2H5OH thì dần dần sẽ sinh ra CH3COOC2H5 và H2O, đồng thời lượng CH3COOH và C2H5OH sẽ giảm đi. 
	Muốn cho phản ứng mau đạt tới trạng thái cân bằng, tức là tăng tốc độ phản ứng, người ta dùng chất xúc tác axit (H2SO4đđ, HCl khan...) và đun nóng.
	Muốn chuyển dịch cân bằng về phía tạo ra este ta có thể tăng nồng độ của một trong hai chất đầu (ancol hoặc axit cacboxylic) và chưng cất dần este ra khỏi môi trường phản ứng.
	B/ Phản ứng tạo thành anhiđrit axit
	Anhiđrit axit là sản phẩm tách một phân tử H2O từ hai nhóm COOH (thuộc về hai phân tử axit hoặc chỉ một phân tử axit cacboxylic) nhờ tác dụng của P2O5, POCl3... hoặc đôi khi chỉ cần đun nóng.
Ví dụ:
 Anhiđrit axetic 
 Anhiđrit sucxinic
3/ Các phản ứng làm làm đứt liên kết C=O là liên kết R - COOH. Khử và đecacboxyl hóa.
a/Phản ứng khử - COOH
Ta không thể khử nhóm - COOH bằng hiđro và các chất khử thông thường, nhưng có thể khử bằng LiAlH4 tạo thành ancol bậc một.
Ví dụ: 4C6H5 - COOH + 3LiAlH4 (C6H5 - CH2O)4LiAl + 4H2 + 2LiAlO2
(C6H5 - CH2O)4LiAl + 4H(+) 4C6H5CH2OH + Li(+) + Al3+
b/Phản ứng làm đứt liên kết R- COOH (đecacboxyl hóa)
	Khả năng đecacboxyl hóa để làm đứt liên kết phụ thuộc vào cấu tạo của R: có khi chỉ cần đun nóng; có khi vừa phải đun nóng, vừa dùng chất xúc tác; có khi phải xuất phát từ muối của axit.
+ Đecacboxyl hóa bằng cách đun nóng đơn thuần:
Phản ứng này xảy ra dễ dàng khi R là nhóm hút electron như CCl3, COOH, CH2COOH, CH2COCH3, CH2NO2,...
Ví dụ:
	+ Đecacboxyl hóa bằng cách đun hơi axit với chất xúa tác (ThO2, MnO2,...) hoặc nung khan muối canxi:
Ví dụ:
(CH3COO)2Ca CH3 - CO - CH3 + CaCO3
	+ Đecacboxyl hóa bằng cách nung khan muối natri với NaOH:
	Chỉ những muối của các axit đơn giản như CH3COONa, CH3CH2COONa và C6H5COONa mới cho hiệu xuất cao.
Ví dụ:
	4/ Phản ứng ở gốc hiđrocacbon
	a/ Phản ứng ở gốc hiđrocacbon no
Gốc no của axit cacboxylic bị halogen hóa bởi clo hoặc brom tại vị trí khi có mặt chất xúc tác như P, I2, PCl3,...
Ví dụ: 
	Phản ứng này xảy ra theo cơ chế ion và phải qua giai đoạn enol hóa.
	Nếu halogen hóa trong điều kiện chiếu sáng (theo cơ chế gốc) thì thu được một hỗn hợp sản phẩm halogen hóa với tỉ lệ rất thấp của dẫn xuất thế.
Ví dụ:
	b/ Phản ứng cộng vào gốc hiđrocacbon không no
	Axit không no tham gia các phản ứng cộng halogen, hiđro halogenua, nước, hiđro,...
Ví dụ:
	Axit không no tham gia phản ứng cộng - đóng vòng Đinxơ - Anđơ (ví dụ axit acrilic tác dụng với buta-1,3-đien tạo thành axit xiclohex-3-en-1-cacboxylic) và phản ứng trùng hợp (ví dụ trùng hợp axit acrilic tạo thành polime). Ngoài ra nếu trong gốc R chứa nối ba thì axit còn có thể tham gia phản ứng thế ion bạc (vì có H linh động).
	c/ Phản ứng thế ở gốc thơm
	Cacboxyl là nhóm phản hoạt hóa và định hướmg meta trong phản ứng thế electrophin ở vòng thơm. 
Ví dụ:
V/ ĐIỀU CHẾ
	1/ Oxi hóa anđehit,ancol bậc một, đồng đẳng của benzen, anken,...
	2/ Chuyển hóa dẫn xuất monohalogen. Tổng hợp tăng mạch
	a/ Chuyển hóa qua nitrin
	Giai đoạn đầu của phương pháp này không áp dụng được cho các dẫn xuất halogen thơm (ví dụ C6H5Cl).
	b/ Chuyển hóa qua dẫn xuất C - ankyl của đietyl manolat (tổng hợp maloic)
	Phương pháp này không dụng được khi RX là dẫn xuất halogen thơm.
B/ MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN
Bài 1: Hoàn thành dăy biến hóa:
Giải:
(1) CH3COOCH2CH2CH2CH3 + NaOH CH3COONa + HOCH2CH2CH2CH3
 A4 A1
 A2
Bài 2: 
a/ Nhận biết các chất: etanol, formalin, axeton, axit axetic.
b/ Nhận biết các chất: axetanđêhit (CH3CHO) , glixerol [ C3H5(OH)3] ,	 axit acrylic (CH2=CH - COOH), axit axetic ( CH3COOH).
	Giải:
a/+ Dùng quỳ tím => Axit axetic làm quỳ tím hoá đỏ.
+ Sau đó dùng AgNO3/NH3 => Formalin tạo Ag
HCOOH + 2Ag(NH3)2OH
NH4O - C - ONH4
+ 2NH3 + H2O + 2 Ag 
O
(NH4)2CO3 
+ Dùng Na => dd Etanol tạo bọt khí H2
C2H5OH + Na	 C2H5ONa + H2 
+ Chất còn lại là Axeton
b/+ Dùng quỳ tím => axit acrylic và axit axetic làm quỳ tím hoá đỏ. Sau đó dùng dd Brom thử với 2 dd này=> axit acrylic làm nhạt màu dd này.
CH2 = CH – COOH + Br2	 CH2 – CH – COOH
Br
Br
+ Dùng AgNO3/NH3 => CH3CHO tạo Ag, còn lại là C3H5(OH)3.
CH3CHO + 2[ Ag(NH3)2OH ]	 CH3COONH4 + 3NH3 + 2Ag + H2O 
Bài 3 Trình bày phương pháp tách các chất sau ra khỏi hỗn hợp lỏng: C2H5OH, CH3CHO, CH3COOH.
Giải:
+ Cho hỗn hợp tác dụng Na
1
2
C2H5OH + Na 	C2H5ONa + H2
1
2
CH3COOH + Na	 CH3COONa + 	 H2
 Chưng cất tách được hỗn hợp CH3COONa, C2H5ONa, ra khỏi CH3cho.
+ Cho hỗn hợp 2 muối vào H2O chỉ có
	C2H5ONa + H2O	C2H5OH + NaOH
 Chưng cất rồi làm khan nước được C2H5OH
+ Trong bình còn CH3COONa, NaOH
 Cho tiếp vào bình một lượng H2SO4
	2 NaOH + H2SO4	Na2SO4 + 2H2O
	2CH3COONa + H2SO4	2CH3COOH + Na2SO4
 Chưng cất thu được CH3COOH.
Bài 4a/ Từ axit metyl metacrylic (CH2=C(CH3)COOH) và rượu metylic, viết các phương trình phản ứng điều chế polimetyl metacrylat.
b/ Để đều chế được 120 kg polimetyl metacrylat cần bao nhiêu kg rượu và axit tương ứng? Biết hiệu suất phản ứng đạt 75%.
Giải:
a/ Điều chế polimetyl metacrylat:
 polimetyl metacrylat
b/ Theo các phản ứng trên thì:
	Cứ 86 gam axit phản ứng với 32 gam rượu cho 100 gam este
	 x kg axit sẽ phản ứng với y kg rượu cho 120 kg este
Ta có:
 x = = 103, 2 (kg)
 y = = 38,4 (kg)
	Do hiệu suất phản ứng chỉ đạt 75% nên cần:
 = 137,6 (kg) axit metacrylic
 = 51,2 (kg) rượu metylic
Bài 5: Cho 30 gam hỗn hợp gồm hai chất hữu cơ A và B mạch hở chỉ có nhóm chức - OH và - COOH; trong đó A có hai nhóm chúc khác nhau và B chỉ có một nhóm chức tác dụng hết với Na kim loại giải phóng ra 6,72 lít khí H2 (đktc). Mặt khác, nếu trung hòa 30 gam hỗn hợp trên cần 0,8 lít dung dịch NaOH 0,5 M. Khi đốt cháy A cũng như B đều thu được số mol CO2 và số mol H2O bằng nhau. Biết gốc hiđrocacbon trong A lớn hơn trong B. Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo của A và B. Đun nóng hỗn hợp A và B nói trên có mặt của H2SO4 là xúc tác ở 140oC thì sẽ thu được chất