Axit hữu cơ lý thuyết và bài tập

 

Axit hữu cơ

I.Công thức  - cấu tạo - cách gọi tên

 

1. Công thức.

Axit hữu cơ (còn gọi là axit cacboxylic là những hợp chất có một hay nhiều nhóm cacboxyl (-COOH) liên kết với nguyên tử C hoặc H.

      Với k= 0 , m= 1 => axit no đơn chức  CmH2mO2 hay CnH2n+1COOH

(Nếu đề bài cho CmH2mO2 => este no đơn chức hoặc axit no đơn chức => )

      Với k = 1 , m = 1 => CnH2n O2 hay CnH2n-1COOH ( axit  đơn chức có 1 liên kết trong gốc )

      k = 4 ,m = 1 => Dãy đồng đẳng của axit thơm no đơn chức  => CnH2n-7COOH  ()

      .k=0  ,m=2     => CnH2n(COOH)­2  điaxit no

 

2.  Cấu tạo

Do nguyên tử O hút mạnh cặp electron liên kết của liên kết đôi C = O đã làm tăng độ phân cực của liên kết O - H. Nguyên tử H trở nên linh động, dễ tách ra. Do vậy tính axit ở đây thể hiện mạnh hơn nhiều so với phenol.

                    

b) Ảnh hưởng của gốc R đến nhóm - COOH:

      Nếu R là gốc ankyl có hiệu ứng cảm ứng +I (đẩy electron) thì làm giảm tính axit. Gốc R càng lớn hay bậc càng cao. +I càng lớn, thì tính axit càng yếu.

           Ví dụ: Tính axit giảm dần trong dãy sau.

         

      Nếu trong gốc R có nhóm thế gây hiệu ứng cảm ứng I    (như F > Cl > Br > I hay NO2 > F > Cl > OH) thì làm tăng tính axit.

           Ví dụ: Tính axit tăng theo dãy sau.

        

      Nếu trong gốc R có liên kết bội

 

         Ví dụ:

.Nếu có 2 nhóm -COOH trong 1 phân tử, do ảnh hưởng lẫn nhau nên cũng làm tăng tính axit.

c) Ảnh hưởng của nhóm -COOH đến gốc R:

Nhóm -COOH hút electron gây ra hiệu ứng -I làm cho H đính ở C vị trí α  trở nên linh động, dễ bị thế.

        

Ví dụ:

       

3.  Cách gọi tên

a) Tên thông dụng

  HOOC-CH2 -COOH      axit malonic hay propandioic

  HOOC-COOH   axit  axit oxalic hay  etandioic

  CH2 =CH-COOH               axit  acrylic  hay propenoic

  CH2=C(CH3)-COOH          axit metacrylic

  CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH   axit oleic (có trong dầu mỡ động    thực vật) 

  CH3-(CH2)16 -COOH          axit stearic    

   C15H31COOH  axit panmitic

b) Danh pháp quốc tế:

Tên axit = Tên hiđrocacbon tương ứng + oic

CH3 - CH2 - COOH  :  propanoic

 II. Tính chất vật lý của axit no, mạch hở một lần axit (CnH2n+1  COOH)

 

                  Ba chất đầu dãy đồng đẳng là chất lỏng, có vị chua, tan vô hạn trong nước, điện li yếu trong dung dịch.

                  Những chất sau là chất lỏng, rồi chất rắn, độ tan giảm dần. Nhiệt độ sôi tăng dần theo n.

                  Giữa các phân tử axit cũng xảy ra hiện tượng liên hợp phân tử do liên kết hiđro.

                                             

            Do đó, axit có nhiệt độ sôi cao hơn anđehit và rượu tương ứng

III. Tính chất hoá học

1. Phản ứng ở nhóm chức - COOH ( tính axit)
   1. Trong dung dịch nước điện li ra ion H+ (H3O), làm đỏ giấy quỳ (axit yếu).

      

                R càng nhiều C, axit điện li càng yếu.

2. Phản ứng trung hoà

   

3. Hoà tan kim loại đứng trước H trong dãy Bêkêtôp.

4. Đẩy mạnh axit yếu hơn ra khỏi muối:

2. Phản ứng do nhóm OH của - COOH
   1. Phản ứng este hoá với rượu:

                      Phản ứng giữa axit axetic và rượu etylic là phản ứng thuận nghịch.

                       CH3COOH  +   C2H5OH        CH3COOC2H5  +  H2O

                                                                 H+ ; t0

                      Phương trình tổng quát phản ứng giữa axit cacboxylic và ancol

                 

                        (Chiều thuận là chiều este hóa , chiều nghịch là phản ứng thủy phân).

2. Phản ứng tạo thành anhiđrit axit:

   

3. Phản ứng ở gốc R

Dễ thế halogen ở vị trí :

IV. Điều chế

1. Trong phòng thí nghiệm

     Đi từ dẫn xuất Halogen ta có thể điều chế được hầu hết tất cả các axit cacboxylic

             R-X                            R-CN               RCOOH

                                  KCN                     H3O+,t0

     Oh  hiđrocacbon, ancol

             C6H5-CH3                     C6H5COOK               C6H5COOH

                            KMnO4,H2O,t0                                    H3O+ 

2. Trong công nghiệp :

     Người ta sản xuất axit axetic bằng cách lên men dấm :

                   C2H5OH  + O2                         CH3COOH  +   H2O

                                         men dấm,25-300C

     Oxy hóa anđehit axetic

               CH3CHO   +  1/2O2        CH3COOH

                                                x t,t0

     Đi từ metanol và cacbon  oxit :

                CH3OH     +     CO         CH3COOH

                                                  x t,t0

Giới thiệu một số axit

1. Axit fomic H - COOH

  Là chất lỏng, không màu, tan nhiều trong nước, có mùi xốc, nhiệt độ sôi = 100,5oC.

  Trong phân tử có nhóm chức anđehit -CHO nên có tính khử mạnh của anđehit.

Ví dụ:

    Điều chế: có thể điều chế từ CO  và NaOH (cho CO đi qua kiềm nóng)

2. Axit axetic CH3 - COOH

 Là chất lỏng, không màu, tan nhiều trong nước, có mùi chua, xốc, nhiệt độ sôi = 118,5oC.

Dung dịch 5 - 8% là giấm ăn.

Điều chế : ngoài các phương pháp chung, axit axetic còn được điều chế bằng những cách sau.

      Đi từ axetilen.

      Cho rượu etylic lên men giấm.

      Chưng khô gỗ: trong lớp nước có 10% CH3COOH. Trung hoà bằng vôi thành (CH3COO)2Ca. Tách muối ra rồi chế hoá bằng H2SO4 để thu axit axetic.

Axit axetic được dùng trong công nghiệp thực phẩm, trong công nghiệp dược phẩm và kỹ nghệ sản xuất chất dẻo và tơ nhân tạo.

3. Axit béo có KLPT lớn.

Quan trọng nhất là

C15H31COOH                             C17H35COOH

(axit panmitic)                               (axit stearic)

Cả hai đều có cấu tạo mạch thẳng, không phân nhánh.

Là những chất rắn như sáp, không màu.

Không tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

Phản ứng với kiềm và tan trong dung dịch kiềm.

Muối của các axit này với Mg và kim loại kiềm thổ (Ca, Ba, …) không tan trong nước.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Phương pháp giải bài tập

1.           Cho một axit hữu cơ tác dụng với kim loại hoạt động mạnh mà sinh ra naxit thì đó là axit đơn chức.

      Nếu cho hai chất hữu cơ X và Y tác dụng với NaHCO3dư mà thu được = nhh thì trong phân tử mỗi chất hữu cơ chứa một nhóm ( - COOH).

      Cho hai chất hữu cơ X và Y:

    X và Y + NaHCO3 (dư) 

    X và Y + Na (dư)

   => X, Y đều có chứa 1 nhóm (-COOH) và một trong hai chất X hoặc Y phải có chứa nhóm (- OH).

2.            

 

VD1: Trung hòa hoàn toàn 1,76 gam một axit đơn chức hữu cơ X bằng dung dịch NaOH vửa đủ rồi cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 2,2 gam muối khan. Tìm X .

 HD giải: CTTQ của X là CxHyCOOH

   CxHyCOOH            +          NaOH    CxHyCOONa        +       H2O

       (12x + y + 45) gam       (12x + y + 67) gam

     1,76 gam     2,2 gam

   Ta có tỉ lệ:  y = 43 – 12x

    Lập bảng biến thiên: x 1 2 3 4

        y       31       19 7 âm

                 nhận

    Vậy X là C3H7COOH     

VD2 : Trung hòa hoàn toàn 11,25 gam một axit hữu cơ cần 500 ml NaOH 0,5M. X là :

 HD giải: CTTQ của X là R(COOH)x

    Số mol NaOH là = CM.V =

   R(COOH)x      +      xNaOH  R(COONa)x       +      xH2O

          (R + 45x) gam  x mol

   11,25 gam         0,25 mol

   Ta có tỉ lệ:

    Vậy X có CT là (COOH)2: axit oxalic     

VD3 : Trung hòa a mol một axit hữu cơ X cần 2a mol NaOH. Đốt cháy hoàn toàn một thể tích hơi axit X thu được hai thể tích khí CO2 (cùng điều kiện). CTPT của X là:

 HD giải: CTTQ của X là R(COOH)x

   R(COOH)x      +      xNaOH  R(COONa)x       +      xH2O

    Trung hòa a mol X cần 2a mol NaOH  X có 2 nhóm –COOH

   Đốt 1 thể tích hơi X  2 thể tích khí CO2  X có hai nguyên tử C trong phân tử.

    Vậy X chính là HOOC–COOH: axit oxalic     

VD4 : Để trung hòa hoàn toàn 4,12 gam hỗn hợp hai axit hữu cơ đơn chức mạch hở là đồng đẳng kế tiếp nhau thì cần 500 ml dung dịch NaOH 0,1 M. Tìm CTPT của hai axit và tính khối lượng muối khan thu được .

 HD giải:  CT chung của hai axit

   Số mol NaOH là = CM.V =

   

      0,05 mol       0,05 mol                     0,05 mol

        Ta có:  

    Vậy CTPT của hai axit là C2H5COOH và C3H7COOH

     

       Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

  

3.           Chí có axít fomic ( H-COOH) tham gia phản ứng tráng gương
4.           Khi đốt cháy một axit cacboxylic mà thu được thì axit đó là axit no đơn chức.

 

VD1 : Đốt cháy hoàn toàn m gam một axit đơn chức no mạch hở X thu được (m – 0,25) gam CO2 và (m – 3,5) gam nước. Tìm X .

 HD giải: CTTQ của X là CnH2nO2

    

            (14n + 32) gam             n .44 gam  n.18 gam

         m gam           (m – 0,25) gam      (m – 3,5) gam

   Ta có tỉ lệ:  

   Ta có tỉ lệ: 

    Vậy CTPT của X là CH2O2 hay HCOOH

      câu A đúng.

VD2 : Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X gồm hai axit hữu cơ là đồng đẳng kế tiếp ta thu được 6,6 gam và 2,7 gam nước.

 a) Tìm CTPT của hai axit .

 b) Khi cho 0,1 hỗn hợp X tác dụng với lượng dư AgNO3/amôniac thì khối lượng kết tủa thu được?

 HD giải: a)

     hai axit này là axit đơn chức no mạch hở (kết quả câu 24).

    CT chung của hai axit là

    

   Ta có tỉ lệ:

    Vậy CTPT của HCOOH và  CH3COOH      

    b) Gọi a, b lần lượt là số mol của HCOOH và CH3COOH

     Ta có: a + b = 0,1 mol

    Ta có:

     Chỉ có HCOOH tham gia phản ứng tráng gương.

   HCOOH       +    Ag2O CO2   +    H2O   +   2Ag

  0,05 mol             0,1 mol

    Khối lượng bạc sinh ra là: 0,1  108 = 10,8 gam

  

       Khi đốt cháy một axit cacboxylic không no (1 nối đôi C = C) đơn chức thì:

5.           Khi cho axit cacboxylic tác dụng dung dịch kiềm, cô cạn dung dịch sau phản ứng được chất rắn khan thì chú ý đến lượng kiềm dư hay không.

VD:  Cho 0,04 mol axit hữu cơ đơn chức tác dụng hoàn hoàn với 50g dung dịch NaOH 4%. Cô cạn dung dịch   sau khi trung hoà thì được 4,16g rắn khan. Tìm CTCT của axit

6.           Nếu cho axit cacboxylic X phản ứng hoàn toàn với dung dịch NaOH mà:

X là axit đơn chức.

X là axit đa chức.

7.           Khi cho axit cacboxylic mạch hở tác dụng với dung dịch brôm , hidrô thì tỷ lệ n H2/n axit là số liên kết trong phân tử axit.
8.           Khi chuyển hoá axit thành muối, nếu biết khối lượng trước và sau phản ứng thì nên dùng nhận xét về sự tăng giảm khối lượng để tính số mol phản ứng. Vd: 1 mol nhóm (-COOH) chuyển thành (- COONa) thì khối lượng tăng thêm 22 gam.