Giáo khoa hóa hữu cơ: Rượu đa chức (Alcol đa chức)

Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 147 IX. RƯỢU ĐA CHỨC (ANCOL ĐA CHỨC) IX.1. Định nghĩa Rượu đa chức là một loại hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa từ hai nhóm –OH (nhóm hiđroxyl) trở lên trong phân tử. Các nhóm –OH liên kết trên các nguyên tử cacbon khác nhau và không liên kết trực tiếp vào nhân thơm. Hoặc có thể định nghĩa: Rượu đa chức là một loại rượu mà trong phân tử có chứa từ hai nhóm –OH trở lên. IX.2. Công thức tổng quát R(OH)n n ≥ 2 R : Gốc hiđrocacbon hóa trị n, có chứa số nguyên tử C ≥ n CxHy(OH)n n ≥ 2 x ≥ n ≈ CxHy + n ⇒ y + n ≤ 2x + 2 ⇒ y ≤ 2x + 2 – n Rượu đa chức no mạch hở: CnH2n + 2 – x(OH)x x ≥ 2 n ≥ x CnH2n + 2Ox Rượu nhị chức no mạch hở: CnH2n + 2 – 2(OH)2 ⇒ CnH2n(OH)2 (n ≥ 2) Rượu chứa ba nhóm chức rượu no mạch hở: CnH2n + 2 – 3(OH)3 ⇒ CnH2n – 1(OH)3 (n ≥ 3) Rượu đa chức, mang sáu nhóm chức rượu, có một vòng, no: CnH2n + 2 – 2 – 6(OH)6 ⇒ CnH2n – 6(OH)6 (n ≥ 6) Chú ý: Các công thức đóng khung trên coi như đáp số, chứ không phải để nhớ và thuộc lòng. Các công thức tổng quát của các hợp chất hữu cơ (kể cả hiđrocacbon lẫn hợp chất nhóm chức) đều coi như đều dẫn xuất từ ankan (chứa số nguyên tử H lớn nhất ứng với số nguyên tử cacbon xác định trong phân tử). Từ ankan mất bớt H để tạo hiđrocacbon không no, tạo vòng hay tạo hiđrocacbon thơm. Cũng từ ankan thế H bằng nhóm chức để tạo hợp nhóm chức no mạch hở, mất bớt H nữa để tạo hợp chất nhóm chức không no hay có vòng….Do đó chỉ cần hiểu nguyên tắc này để viết công thức tổng quát của các loại hợp chất hữu cơ, chứ không nên thuộc lòng một cách máy móc. Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 148 Bài tập 69 Viết công thức tổng quát có mang nhóm chức của: a. Rượu đa chức, hai nhóm chức rượu, no mạch hở. b. Rượu đa chức no mạch hở. c. Rượu đa chức no, có một vòng. d. Rượu đa chức, ba nhóm chức rượu, có một liên kết đôi, mạch hở. e. Rượu đa chức, hai nhóm chức rượu, có một nhân thơm, ngoài nhân thơm chỉ gồm các gốc no mạch hở. f. Rượu đa chức, bốn nhóm chức rượu, không no, chứa hai liên kết đôi, một liên kết ba, một vòng. g. Rượu đa chức no mạch hở, ba nhóm chức rượu. Phân tử có 3 nguyên tử cacbon. Bài tập 69’ a. Viết công thức chung của dãy đồng đẳng etylenglicol. b. Viết công thức cấu tạo của rượu đa chức, 6 nhóm chức rượu, phân tử có 6 nguyên tử cacbon, có một vòng không phân nhánh. c. Viết công thức tổng quát của dãy đồng đẳng glixerin. d. Viết công thức tổng quát có mang nhóm chức của chất đồng đẳng but-2-en-1,4-điol. e. Viết CTCT của rượu đa chức có CTPT C6H12O6. Cho biết mạch cacbon không phân nhánh và là hợp chất no. f. Propylenglicol là propanđiol-1,2. Viết CTCT các đồng phân đa chức của propylenglicol. g. Sorbitol là rượu đa chức, 6 nhóm chức rượu, chứa 6 nguyên tử C trong phân tử, no mạch hở, không phân nhánh. Viết CTCT của sorbitol. IX.3. Cách đọc tên (Danh pháp) (Chủ yếu là rượu đa chức no mạch hở) Ankan Ankanpoliol (có thêm số chỉ vị trí của các nhóm –OH đặt ở phía sau hoặc phía trước, được đánh số nhỏ. Mạch chính là mạch cacbon có các nhóm –OH liên kết vào và dài nhất. Nếu mạch C dài bằng nhau thì mạch chính là mạch C có mang nhóm thế nhiều hơn) Một số rượu đa chức có tên thông thường (nên thuộc lòng một số chất có trong chương trình phổ thông, như etylenglicol, glixerin, propylenglicol, sorbitol) Thí dụ: HO-CH2-CH2-OH Etanđiol-1,2 [ C2H4(OH)2; C2H6O2 ] 1,2- Etanđiol; Etan-1,2-điol Etylenlicol CH2 CH CH2 OH OH OH Glixerin Propantriol-1,2,3 Glixerol C3H5(OH)3 ; C3H8O3 Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 149 CH2 CH2 CH2 OH 123 Propanñiol-1,3 1,3-Propanñiol OH C3H6(OH)2 ; C3H8O3 CH2 CH CH CH CH CH2 OH OH OH OH OHOH 1 2 3 4 5 6 Hexanhexaol-1,2,3,4,5,6 Sorbitol SorbitC6H8(OH)6 ; C6H14O6 OH OH OH OH HO HO 1 2 3 4 5 6 Xiclohexanhexaol-1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6-Xiclohexanhexaol Ciclohexan-1,2,3,4,5,6-hexaol C6H6(OH)6 ; C6H12O6 1 2 3 4 HO-CH2-CH=CH-CH2-OH (C4H8O2) But-2-en-1,4-điol ; Buten-2-điol-1,4 CH3 C CH3 OH C CH3 OH CH3 2,3-ñimetylbutanñiol-2,3 Pinacol CH OH CH OH 1,2-Ñiphenyletanñiol-1,2 Hiñrobenzoin CH2 CH OH CH OH CH2 OH OH Butantetraol-1,2,3,4 Eritritol Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 150 Lưu ý: Rượu đa chức nào mà trong đó hai hay ba nhóm –OH cùng liên kết vào một nguyên tử Cacbon thì không bền, các nhóm –OH này sẽ bị loại ra một phân tử nước (H2O), và Cacbon mang các nhóm –OH này sẽ chuyển hóa thành nhóm chức anđehit (-CHO), xeton (-CO-) hoặc axit hữu cơ (-COOH). R CH OH OH R C O H + H2O (Khoâng beàn) Anñehit Nöôùc R C OH R' OH R C R' O + H2O (Khoâng beàn) Xeton Nöôùc R C OH OH OH R C OH O + H2O (Khoâng beàn) Axit höõu cô Nöôùc CH3 H C OH OH Etanñiol-1,1 (Khoâng beàn) CH3 CHO + H2O Etanal Anñehit axetic Thí dụ: CH3 H C OH OH Etanñiol-1,1 (Khoâng beàn) CH3 CHO + H2O Etanal Anñehit axetic Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 151 CH3 C CH3 OH OH CH3 C CH3 O + H2O Propanñiol-2,2 (Khoâng beàn) Axeton Ñimetyl xeton Propanon CH3 C OH OH OH CH3 COOH + H2O Etantriol-1,1,1 (Khoâng beàn) Axit axetic Axit etanoic Bài tập 70 Viết công thức cấu tạo bền của các chất sau đây: a. CH3 CH2 CH OH OH b. CH3 C OH OH CH2 CH3 c. CH2 CH C OH OH OH d. HO CH CH OH e. HO CH C OH OH C OH CH C OH OH OHCH Bài tập 70’ Viết công thức cấu tạo bền của các chất sau đây: Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 152 a. HO CH2 OH b. HO CH OH OH c. HO C OH OH OH d. HO CH2 C OH H C C O OH OH e. HO CH OH CH2 C OH OH CH H C OH H IX.4. Tính chất hóa học IX.4.1. Phản ứng cháy CxHy(OH)n + x+( ) 44 ny − O2 t0 xCO2 + ) 2 ( ny + H2O Rượu đa chức CnH2n +2 –x(OH)x + ) 2 13( xn −+ O2 t0 nCO2 + (n + 1)H2O Rượu đa chức no mạch hở n mol CO2 (n + 1) mol H2O ⇒ Số mol H2O > Số mol CO2 Chú ý: Rượu no mạch hở (kể cả đơn chức lẫn đa chức) khi cháy tạo số mol H2O lớn hơn số mol CO2, hay thể tích hơi nước lớn hơn thể tích khí cacbonic (các thể tích hơi khí đo trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất). Các rượu không no hay có vòng khi cháy đều tạo nH2O ≤ nCO2. Bài tập 71 A là một chất hữu cơ khi cháy chỉ tạo CO2 và H2O. Đốt cháy hoàn toàn 4,6 gam A rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ vào 2 lít dung dịch Ca(OH)2 0,06M, thu được 9 gam kết tủa và dung dịch D. Khối lượng dung dịch D lớn hơn khối lượng dung dịch Ca(OH)2 lúc đầu là 1,2 gam. Đun nóng dung dịch D thu được thêm kết tủa nữa. a. Xác định CTPT của A, biết rằng tỉ khối hơi của A < 4. b. Xác định CTCT của A, đọc tên A. Biết rằng 4,6 gam A tác dụng hết với Na thu được 1,68 lít một khí (đktc). Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 153 (C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Ca = 40) ĐS: Glixerin Bài tập 71’ X là một chất hữu cơ. Đốt cháy hết 3,72 gam X rồi cho sản phẩm cháy (chỉ gồm CO2 và H2O) hấp thụ vào bình đựng 500 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M. Sau thí nghiệm thu được 15,76 gam kết tủa và dung dịch có khối lượng giảm 7,24 gam (so với khối lượng dung dịch Ba(OH)2 lúc đầu). Đun nóng dung dịch thấy có tạo thêm kết tủa. a. Xác định CTPT của X. Cho biết tỉ khối hơi của X so với oxi nhỏ hơn 2,5. b. Xác định CTCT của X và đọc tên X. Biết rằng 3,72 gam X tác dụng với K dư, thu được 1,056 lít một khí (ở 27,30C; 106,4 cmHg). Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. (C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Ba = 137) ĐS: Etylenglicol Bài tập 72 A là một chất hữu cơ chứa một loại nhóm chức trong phân tử. A cháy chỉ tạo khí CO2 và hơi nước. Số mol CO2 thu được nhỏ hơn số mol nước. Thể tích khí CO2 thu được gấp 6 lần thể tích hơi A đem đốt cháy (các thể tích đo trong cùng điều kiện) và khi cho A tác dụng với Na có dư thì số mol khí H2 thu được gấp 3 lần số mol A đã dùng. Xác định CTPT, CTCT, đọc tên chất A. Biết rằng A không tác dụng với dung dịch kiềm. A có mạch cacbon không phân nhánh. ĐS: Sorbitol Bài tập 72’ X là một chất hữu cơ. Đốt cháy hoàn toàn m gam X. Cho sản phẩm cháy (gồm CO2, H2O) hấp thụ vào bình đựng 2 lít dung dịch Ca(OH)2 0,025M, thu được 2,5 gam kết tủa. Khối lượng bình tăng 5,1 gam. Nếu đun nóng dung dịch trong bình thì thấy dung dịch đục. a. Xác định khối lượng mỗi sản phẩm cháy. b. Xác định CTPT, các CTCT có thể có của X và đọc tên chúng. Cho biết X không tạp chức, X không tác dụng NaOH, nhưng m gam X tác dụng hết với Na thu được 560 ml H2 (đktc). Xác định m. Các phản ứng có hiệu suất 100%. (C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Ca = 40) ĐS: 3,3g CO2; 1,8g H2O; m = 1,9g; C3H6(OH)2 IX.4.2. Phản ứng như rượu đơn chức Rượu đa chức có tính chất hóa học cơ bản giống như rượu đơn chức. Nghĩa là rượu đa chức cũng tác dụng với kim loại kiềm, tham gia phản ứng ete hóa, phản ứng este hóa với axit hữu cơ, nhóm chức rượu bậc nhất bị oxi hóa hữu hạn bởi CuO tạo nhóm chức anđehit, nhóm chức rượu bậc nhì bị oxi hóa hữu hạn tạo nhóm chức xeton,… Thí dụ: Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 154 CH2 CH OH OH CH2 OH + 3Na CH2 ONa CH CH2 ONa ONa + 3 2 H2 Glixerin Natri Tri natri glixerat Hiñro H2C OH H2C OH + CH2 HO CH2 HO H2SO4(ñ), t 0 H2C O H2C O CH2 CH2 + 2H2O Etylenglicol 1,4 - Dioxan (Ete voøng ña chöùc) CH2 OH CH OH CH2 OH + 3C17H35-COOH H2SO4 t0 CH2 CH O CH2 O O C C C C17H35 C17H35 C17H35 O O O + 3H2O Glixerin Axit stearic Glixeryl tristearat Nöôùc Tristearin HO-CH2-CH2-OH + 2CuO t0 HOC-CHO + 2Cu + 2H2O Etylenglicol Đồng (II) oxit Anđehit axetic Đồng Nước CH3 CH OH CH2 CH OH CH3 + 2CuO t0 CH3 C O CH2 C O CH3 + 2Cu + 2H2O Pentanñiol-2,4 Pentanñion-2,4 CH2 CH OH CH2 OH OH + 3HCl t0 CH2 CH Cl CH2 Cl Cl + 3H2O Glixerin Hiñro clorua 1,2,3- Triclopropan Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 155 IX.4.3. Phản ứng với đồng (II) hiđroxit, Cu(OH)2 Rượu đa chức nào trong phân tử có chứa hai nhóm –OH liên kết vào hai nguyên tử Cacbon kế bên nhau và hiện diện ở dạng lỏng hay hòa tan được trong nước tạo dung dịch thì rượu đa chức hay dung dịch rượu đa chức sẽ hòa tan được đồng (II) hiđroxit, Cu(OH)2, tạo dung dịch có màu xanh lam (xanh thẫm). Một cách gần đúng, có thể giải thích nguyên nhân của tính chất hóa học này là do hai nhóm –OH liên kết ở hai nguyên tử Cacbon kế bên nhau rút điện tử lẫn nhau, khiến cho H trong mỗi nhóm –OH linh động hơn (có tính axit mạnh hơn) nên nó tác dụng được với bazơ Cu(OH)2, tạo muối đồng hai tan trong dung dịch, có màu xanh lam. Trong khi rượu đơn chức không có tính chất hóa học này. Đây là tính chất hóa học đặc trưng để nhận biết rượu đa chức loại này. (Tổng quát, chất hữu cơ nào mà trong phân tử có chứa hai nhóm –OH liên kết ở hai nguyên tử Cacbon kế bên nhau và chất này ở dạng lỏng hay nó hòa tan được trong nước tạo dung dịch thì sẽ hòa tan được Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch có màu xanh lam). Thí dụ: 2 CH2 CH2 OH OH + Cu(OH)2 CH2 CH2 O O Cu H O CH2 CH2O H + 2H2O Etylenglicol Ñoàng (II) etylenglicolat (Tan, dung dòch xanh lam) CH3-CH2-OH + Cu(OH)2 Röôïu etylic CH2 OH CH2 CH2 OH + Cu(OH)2 Propanñiol-1,3 1,3- Ñihiñroxipropan Trimetylenglicol Ñoàng (II) hiñroxit CH3 CH CH2 OHOH 2 + Cu(OH)2 CH2 O CH CH3 O Cu H O CH2 CHO H CH3 + 2H2O Propylenglicol Ñoàng (II) propylenglicolat (Tan, dung dòch xanh lam) Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 156 CH2 OH CH OH CH2 OH 2 + Cu(OH)2 CH2 CH O CH2 O OH Cu H O CH2 CHO H CH2HO + 2H2O Glixerin (loûng) Ñoàng (II) hiñroxit Ñoàng (II) glixerat (tan, dung dòch xanh lam) Bài tập 73 Nhận biết các hóa chất dạng lỏng, không màu, sau đây đựng trong các lọ mất nhãn: Glixerin; Rượu etylic; Axit axetic; Penten-1; n-Pentan và n-Propylaxetilen. Bài tập 73’ Hãy nhận biết các chất lỏng không màu sau đây bằng phương pháp hóa học chứa trong các bình không dán nhãn: Etylenglicol; Axit acrilic; Rượu metylic; n- Hexan; Hexen-2; Hexin-1. IX.5. Ứng dụng IX.5.1. Etylenglicol được dùng làm chất chống đông đặc của nước ở các xứ lạnh (H2O nguyên chất đông đặc ở 0°C, trong khi dung dịch nước có nhiệt độ đông đặc thấp hơn 0°C, dung dịch càng đậm đặc có nhiệt độ đông đặc càng thấp). Etylenglicol là một chất lỏng, có nhiệt độ đông đặc –17°C, nhiệt độ sôi 197°C. Etylenglicol tan vô hạn trong nước (Do khối lượng phân tử nhỏ và tạo được lieân keát hiñro vôùi nöôùc). IX.5.2. Từ etylenglicol điều chế được: Glioxal; Axit oxalic; Poliete; Tơ sợi polieste;…. HO-CH2-CH2-OH + 2CuO t0 HOC-CHO + 2Cu + 2H2O Etylenglicol Đồng (II) oxit Glioxal Etanđiol-1,2 Etanđial; Anđehit oxalic HOC-CHO + O2 Mn2+ ; t0 HOOC-COOH Etanđial Oxi (Không khí) Axit etanđioic Anđehit oxalic Axit oxalic nHO-CH2-CH2-OH Trùng ngưng (t0, Xt) (-O-CH2-CH2-)n + nH2O Etylenglicol Poliete của etylenglicol Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 157 HO CH2 CH2 OH + HOOC COOHn n CH2 CH2 O C O C O O n Truøng ngöng (Ñoàng truøng ngöng) ; t0, Xt Etylenglicol Axit tereptalic Tô Polieste + 2n H2O IX.5.3. Glixerin (Glicerin, Glycerin, Glycerol) là một chất lỏng nhớt, sánh như xirô, không màu, có vị ngọt (glixerin xuất phát từ chữ glykys, có tài liệu ghi là glykeros, tiếng Hy Lạp, có nghĩa là ngọt). Glixerin tan vô hạn trong nước và rượu, nhưng không tan trong ete và cloroform (CHCl3). Glixerin có nhiệt độ nóng chảy 18°C, sôi ở 290°C. Tỉ khối của glixerin là 1,26. Glixerin rất háo nước. Glixerin có nhiều ứng dụng quan trọng. Nó được dùng chế thuốc làm dịu da. Glixerin không có tính sát trùng nhưng ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn. Glixerin được dùng trong mỹ phẩm, công nghiệp dệt giữ cho sợi mềm mại đàn hồi, trong công nghiệp thuộc da (để làm mềm da), trong mực viết, mực in, trong kem đánh răng,…Các ứng dụng này dựa vào tính giữ nước của glixerin, chống khô cho các phẩm vật. Glixerin còn được dùng thụt hậu môn (trị táo bón), thuốc nhỏ làm trơn mắt. Các tính chất này dựa vào tính nhớt của glixerin. Ứng dụng quan trọng nhất của glixerin là dùng điều chế thuốc nổ nitroglixerin và để sản xuất chất dẻo (các polieste của glixerin). CH2 CH OH CH2 OH OH + 3HNO3(ñ) H2SO4(ñ) 10 -200C CH2 ONO2 CH ONO2 CH2 ONO2 + 3H2O Glixerin Glixerol Axit nitric ñaäm ñaëc Glixeryl trinitrat Thuoác noå nitroglixerin Glixeryl trinitrat (thường gọi không chính xác là nitroglixerin) là một chất lỏng như dầu, có tỉ khối 1,6. Glixeryl trinitrat không tan trong nước, nhưng dễ tan trong rượu. Tính chất đặc trưng của quan trọng là khả năng nổ mạnh của nó. Khi nổ, nitroglixerin phân tích tạo các khí hơi gồm: CO2, H2O, N2 và O2. C3H5(ONO2)3 3CO2 + 2 5 H2O + 2 3 N2 + 4 1 O2 Glixeryl trinitrat Khí cacbonic Hơi nước Nitơ Oxi Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 158 IX.5.4. Từ glixerin điều chế được acrolein (aldehidacrilic, propenal) Khi cho glixerin tác dụng với chất hút nước như KHSO4, H3BO4, MgSO4 khan, glixerin loại ra hai phân tử nước và thành acrolein (propenal, anđehit acrilic, chất có mùi khét đặc trưng). CH2 CH CH2 OH OH OH KHSO4 CH2 C CH OH + 2H2O Glixerin (Khoâng beàn) CH2 CH C O H Acrolein; Propenal ; Anñehit acrilic IX.6. Điều chế (Chủ yếu là điều chế etylenglicol và glixerin) IX.6.1. Oxi hóa hữu hạn etilen bằng dung dịch kali pemanganat, được etylenglicol CH2 CH2 + KMnO4 + H2O CH2 CH2 OH OH + MnO2 + KOH3 2 4 3 2 2 -2 -2 +7 -1 -1 +4 Etilen Kali pemanganat Etylenglicol Mangan ñioxit (Chaát khöû) (Chaát oxi hoùa) (Keát tuûa maøu ñen) IX.6.2. Từ etilen điều chế etylenglicol qua trung gian sản phẩm cộng brom của etilen Etilen 1,2-đibrom etan Etylenglicol CH2=CH2 + Br2 Br-CH2-CH2-Br Etilen Dung dịch brom 1,2- Đibrom etan; Etylen bromua Br-CH2-CH2-Br + 2NaOH t° HO-CH2-CH2-OH + 2NaCl Dung dịch Xút Etylenglicol; Etan-điol-1,2 IX.6.3. Từ anđehit oxalic điều chế được etylenglicol HOC-CHO + 2H2 Ni , t° HO-CH2-CH2-OH Etanđial Hiđro Etanđiol –1,2 Glioxal Etylenglicol IX.6.4. Từ propen điều chế được glixerin Propen Alyl clorua 1,3-Điclopropanol-2 Glixerin Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 159 CH2=CH-CH3 + Cl2 450 – 5000C CH2=CH-CH2-Cl + HCl Propen Clo Alyl clorua Hiđro clorua Propylen 1-Clopropen-2 CH2=CH-CH-Cl + Cl2 + H2O Cl-CH2-CHOH-CH2-Cl + HCl Alyl clorua Nước clo 1,3-Điclopropanol-2 Axit clohiđric Cl-CH2-CHOH-CH2-Cl + 2NaOH t° HO-CH2-CHOH-CH2-OH + 2NaCl 1,3-Điclopropanol-2 Dung dịch xút Glixerin Natri clorua Glixerol; Propantriol-1,2,3 IX.6.5. Từ chất béo (dầu thực vật, mỡ động vật) điều chế được glixerin Đun nóng chất béo với dung dịch kiềm thu được glixerin và xà phòng. (Thủy phân chất béo bằng dung dịch kiềm, thu được xà phòng và glixerin). CH2 O CH O CH2 O C C C R R' R'' O O O + 3OH t0 CH2 CH OH CH2 OH OH + R-COO R'-COO R''-COO Chaát beùo Dung dòch kieàm Glixerin Hoãn hôïp muoái cuûa axit beùo (Triglixerit, este 3 nhoùm chöùc este cuûa glixerin) Thí duï: CH2 CH O O CH2 O C C C C15H31 C17H35 C17H33 O O O + 3NaOH t0 CH2 CH OH OH CH2 OH + C15COONa Natri axetat C17H35COONa Natri stearat C17H33COONa Natri oleat Moät loaïi triglixerit coù trong chaát beùo Dung dòch xuùt Glixerin (Xaø phoøng) Ghi chú G.1. Lipit (Lipid) là chất béo, chất mỡ động vật, chất dầu thực vật. Về phương diện cấu tạo, chất béo là este đa chức, ba nhóm chức este, của glixerin với các axit béo (triglixerit). Chất béo không phải là một chất nguyên chất mà là hỗn hợp các triglixerit giống hay khác nhau. Do đó chất béo không có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 160 độ sôi xác định. Chất béo không tan trong nước, nhẹ hơn nước. Chất béo tan trong dung môi hữu cơ như xăng, benzen, rượu,… Coâng thöùc caáu taïo toång quaùt cuûa chaát beùo laø: CH2 CH O C O R O CH2 C O R' O C O R'' R, R', R'' laø caùc goác hiñrocacbon cuûa caùc axit beùo coù theå gioáng hay khaùc nhau G.2. Axit béo là các axit hữu cơ đơn chức mà gặp trong chất béo chủ yếu ở dạng este với glixerin. Axit béo tự nhiên có mạch cacbon thẳng, chứa số chẵn nguyên tử cacbon, thường gặp là 14, 16, 18 C trong phân tử, no hay không no. Sau đây là một số axit béo thường gặp: C13H27COOH: Axit miristic; Axit tetrađecanoic (Acid miristic; Acid tetradecanoic) C15H31COOH: Axit panmitic; Axit hexađecanoic (Acid palmitic; Acid hexadecanoic) C17H35COOH: Axit stearic; Axit octađecanoic (Acid stearic; Acid octadecanoic) C17H33COOH: Axit oleic; Axit cis-9-octađecenoic (Acid oleic; Acid cis-9-octadecanoic) C17H31COOH: Axit linoleic C17H29COOH: Axit linolenic G.4. Nếu chất béo được tạo bởi chủ yếu các axit béo no (trong triglixerit) thì chất béo này hiện diện ở dạng rắn (chất mỡ động vật). Còn chất béo được tạo bởi chủ yếu các axit béo không no, thì chất béo này hiện diện ở dạng lỏng (chất dầu thực vật, dầu cá). Do đó để biến chất béo lỏng thành chất béo rắn thì người ta đem hiđro hóa chất béo lỏng với sự hiện diện chất xúc tác Ni (Nickel, Niken), đun nóng. Thí dụ: CH2 O C CH CH2 O O O C17H33 C O C17H33 C O C17H33 + 3H2 Ni t0 CH2 CH O C O C17H35 O C O C17H35 CH2 O C O C17H35 Glixryl trioleat Hiñro Glixeryl tristearat Triolein Tristearin (loûng) (raén) Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 161 G.5. Chỉ số axit của một chất béo là bằng số miligam (mg) KOH trung hòa vừa đủ axit béo tự do có trong 1 gam chất béo. G.6. Chỉ số xà phòng hóa của một chất béo là bằng số mg KOH phản ứng vừa đủ với các chất có trong 1 gam chất béo đó. (Đây là số mg KOH cần để thủy phân este và để trung hòa axit béo tự do, nếu có, trong 1 gam chất béo). G.7. Chỉ số este hóa của một chất béo là bằng số mg KOH để thủy phân vừa đủ các triglixerit (este) có trong 1 gam chất béo đó. Như vậy chỉ số xà phòng hóa bằng tổng số chỉ số este hóa và chỉ số axit của một chất béo. G.8. Chỉ số iot của một chất béo là bằng số gam I2 cộng vừa đủ vào 100 gam chất béo. Như vậy chất béo nào có chỉ số iot lớn thì chất béo đó càng có nhiều liên kết đôi C=C trong phân tử, mức độ không no càng cao. Bài tập 74 (Sách Hóa học lớp 12 Ban Khoa Học Tự nhiên) Một chất béo có công thức như sau: CH2 CH O C CH2 O O O C C17H33 O C O C15H31 C17H29 a. Viết phản cộng hiđro hoàn toàn của chất béo trên (có Ni xúc tác, đun nóng) b. Tính chỉ số iot, chỉ số este hóa, chỉ số xà phòng hóa của chất béo trên. (C = 12 ; H =1 ; O = 16 ; I = 127 ; K = 39) ĐS: 119; 196,7 Bài tập 74’ (Sách lớp 12 Ban Khoa học Tự nhiên) Trong chất béo thường có lẫn một lượng nhỏ axit cacboxilic tự do. Số miligam KOH cần để trung hòa axit cacboxilic tự do có trong 1 gam chất béo được gọi là chỉ số axit của chất béo. a. Tính chỉ số axit của chất béo A, biết rằng muốn trung hòa 2,8 gam chất béo đó cần 3 ml dung dịch KOH 0,1M. b. Để xà phòng hóa 100 gam chất béo B có chỉ số axit bằng 7 cần dùng 0,32 mol NaOH. Tính khối lượng glixerin thu được. (K = 39 ; O = 16 ; H = 1) ĐS: a. 6 ; b. 9,43g Bài tập 75 (Sách Hóa học lớp 12) Một loại mỡ chứa 50% olein (tức glixeryl trioleat), 30% panmitin (tức glixeryl tripanmitat) và 20% stearin (tức glixeryl tristearat). Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 162 Viết phương trình phản ứng điều chế xà phòng natri từ loại mỡ trên. Tính khối lượng xà phòng và khối lượng glixerin thu được từ 100 kg loại mỡ đó. Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn. (C = 12 ; H = 1 ; O =16 ; Na = 23) ĐS: 103,255 Kg xà phòng; 10,695 Kg glixerin Bài tập 75’ (Sách Hóa học lớp 12 Ban Khoa học Tự nhiên) a. Viết các phương trình phản ứng điều chế glixerin từ ancol n-propylic và từ glixeryl tristearat. b. Tính khối lượng glixerin thu được khi đun nóng 2,225 Kg chất béo loại glixeryl tristearat có chứa 20% tạp chất với dung dịch NaOH. Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn. (C = 12 ; H = 1 ; O =16) ĐS: 184g Bài tập 76 Hỗn hợp R gồm một rượu đa chức no mạch hở và một rượu đơn chức no mạch hở. Đem m gam R tác dụng với natri có dư, thu được 4,48 lít khí hiđro (đktc). Cũng lượng hỗn hợp R trên hòa tan được tối đa 4,9 gam đồng (II) hiđroxit (2 mol rượu đa chức này tác dụng được 1 mol Cu(OH)2). Nếu đem đốt cháy m gam hỗn hợp R thì thu được 13,44 lít khí cacbonic (đktc) và 14,4 gam nước. a. Xác định CTCT và đọc tên mỗi rượu trong hỗn hợp R, biết rằng nếu đem oxi hóa rượu đơn chức thì thu được anđehit và số nguyên tử cacbon bằng nhau trong hai phân tử rượu trên. b. Tính % khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp R. c. Viết phản ứng chuyển hóa qua lại giữa hai rượu trong hỗn hợp R và từ R viết phản ứng điều chế axeton, acrolein, cao su isopren. Biết rằng axetilen có thể tham gia phản ứng cộng vào nhóm CO của axeton. Các chất vô cơ, xúc tác có sẵn. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. (C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Cu = 64) ĐS: 60,53% glixerin; 39,47% propanol-1 Bài tập 76’ Lấy m gam hỗn hợp A gồm một rượu đơn chức no mạch hở và một rượu đồng đẳng etylenglicol tác dụng hoàn toàn với K dư, thu được 5,6 lít H2 (đktc). Cũng m gam hỗn hợp A hòa tan được nhiều nhất 9,8 gam Cu(OH)2. Nếu đốt cháy hết m gam A rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)2 dư thì khối lượng bình tăng 67,4 gam. a. Xác định CTCT của mỗi rượu trong hỗn hợp A. Đọc tên các rượu này. Cho biết khi cho rượu đơn chức tác dụng CuO thì thu được một xeton và rượu này chứa ít hơn 6 nguyên tử cacbon trong phân tử. b. Tính khối lượng mỗi rượu có trong m gam hỗn hợp A. c. Viết phương trình phản ứng điều chế sec-butyl acrilat từ các chất trong hỗn hợp A. (C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; Cu = 64) ĐS: 7,4 g C4H9OH; 15,2 g C3H6(OH)2 Giáo khoa hóa hữu cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái 163 Bài tập 77 Từ không khí và khí thiên nhiên có thể điều chế một loại thuốc nổ theo sơ đồ sau: Không khí Nitơ Amoniac Nitơ oxit Nitơ đioxit Axit nitric ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ Khí thiên nhiên Metan Axetilen Vinyl axetilen n-Butan Propen Alyl clorua 1,3-Điclopropanol-2 Glixerin HNO ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ 3 Thuốc nổ Viết phản ứng (nếu có) theo sơ đồ trên. Bài tập 77’ a. Viết phản ứng theo sơ đồ: Metan → Axetilen → Anđehit axetic → Rượu etylic → Butađien-1,3 → n-Butan → Propilen → Propylen bromua → Propin → Mesitilen → Axit 1,3,5-benzentricacboxilic b. Pyrit Anhiđrit sunfurơ Anhiđrit sunfuric → Axit sunfuric ⎯→⎯ ⎯→⎯ → Một loại phân đạm (Phân SA) Pyrit Oxit kim loại Kim loại ⎯→⎯ ⎯→⎯ ⎯→⎯ Muối sunfat kim loại có hóa trị trung gian Hiđroxit kim loại có số oxi ⎯→⎯ hóa trung gian Hiđroxit kim loại trên có số oxi hóa cao hơn Muối ⎯→⎯ ⎯→⎯ nit