Giáo trình Hóa học Lớp 11 nâng cao - Chương 4: Đại cương về hoá học hữu cơ

Chương 4 đại cương về hoá học hữu cơ Phòng thí nghiệm phân tích hữu cơ Hợp chất hữu cơ và hoá học hữu cơ. Công thức phân tử hợp chất hữu cơ. Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ. Phản ứng hữu cơ. Bài 25 (1 tiết) Hoá học hữu cơ và hợp chất hữu cơ ã Biết khái niệm hợp chất hữu cơ, hoá học hữu cơ và đặc điểm   chung của hợp chất hữu cơ. ã Biết một vài phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ. I - hợp chất hữu cơ và Hoá học hữu cơ Có hàng chục triệu hợp chất của cacbon với các nguyên tố trong bảng tuần hoàn là hợp chất hữu cơ. Chỉ có một số rất ít hợp chất của cacbon như CO, CO2, muối cacbonat, xianua, cacbua... là hợp chất vô cơ. 1. Khái niệm hợp chất hữu cơ và hoá học hữu cơ Hợp chất hữu cơ là hợp chất của cacbon (trừ CO, CO2, muối cacbonat, xianua, cacbua...). Hoá học hữu cơ là ngành Hoá học chuyên nghiên cứu các hợp chất hữu cơ. 2. Đặc điểm chung của các hợp chất hữu cơ a) Về thành phần và cấu tạo : Hợp chất hữu cơ nhất thiết phải chứa cacbon. Các nguyên tử cacbon thường liên kết với nhau đồng thời liên kết với nguyên tử của các nguyên tố khác như H, O, N, S, P, halogen,... Liên kết hoá học ở các hợp chất hữu cơ thường là liên kết cộng hoá trị. b) Về tính chất vật lí : Các hợp chất hữu cơ thường có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp (dễ bay hơi) và thường không tan hoặc ít tan trong nước, nhưng tan trong dung môi hữu cơ. c) Về tính chất hoá học : Đa số các hợp chất hữu cơ khi bị đốt thì cháy, chúng kém bền với nhiệt nên dễ bị phân huỷ bởi nhiệt. Phản ứng của các hợp chất hữu cơ thường xảy ra chậm, không hoàn toàn, không theo một hướng nhất định, thường cần đun nóng hoặc cần có xúc tác. II - Phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ Muốn có chất hữu cơ tinh khiết cần phải sử dụng các phương pháp thích hợp để tách chúng ra khỏi hỗn hợp. Một số phương pháp tách biệt và tinh chế thường dùng như sau. 1. Phương pháp chưng cất Khi đun sôi một hỗn hợp lỏng, chất nào có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ chuyển thành hơi sớm hơn và nhiều hơn. Khi gặp lạnh, hơi sẽ ngưng tụ thành dạng lỏng chứa chủ yếu là chất có nhiệt độ sôi thấp hơn. Quá trình đó gọi là sự chưng cất. Thí dụ : Sau khi ủ men rượu, người ta thu được một hỗn hợp chủ yếu gồm nước, etanol (ancol etylic) và bã rượu. Etanol sôi ở 78,3oC nên khi đem chưng cất (nấu rượu) đầu tiên người ta thu được dung dịch chứa nhiều etanol hơn nước. Sau đó hàm lượng etanol giảm dần. Để tách các chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau, người ta dùng cách chưng cất thường như mô tả ở hình 4.1. Hình 4.1. Chưng cất thường Hình 4.2. Chiết 2 lớp chất lỏng a) Đèn cồn, b) Bình cầu có nhánh, c) Nhiệt kế, a) Lớp chất lỏng nhẹ hơn, b) Lớp chất lỏng d) ống sinh hàn, e) Nước làm lạnh, g) Bình hứng nặng hơn, c) Khoá phễu chiết. 2. Phương pháp chiết Khi hai chất lỏng không trộn lẫn được vào nhau, chất lỏng nào có khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ tách thành lớp trên, chất lỏng nào có khối lượng riêng lớn hơn sẽ nằm ở phía dưới. Dùng phễu chiết (hình 4.2) sẽ tách riêng được hai lớp chất lỏng đó. Thí dụ : Sau khi chưng cất cây sả bằng hơi nước (bài Khái niệm về Tecpen), người ta thu được hỗn hợp gồm lớp tinh dầu nổi trên lớp nước. Dùng phương pháp chiết sẽ tách riêng được lớp tinh dầu khỏi lớp nước (hình 4.2). Người ta còn thường dùng chất lỏng hoà tan chất hữu cơ để tách chúng ra khỏi hỗn hợp rắn (chiết chất rắn). Đối với hỗn hợp các chất rắn, người ta thường dựa vào độ tan khác nhau của chúng và sự thay đổi độ tan theo nhiệt độ để tách biệt và tinh chế chúng. 3. Phương pháp kết tinh Hình 4.3. Các bước tiến hành kết tinh a) Hoà tan hỗn hợp chất rắn ở nhiệt độ sôi của dung môi ; b) Lọc nóng loại bỏ chất không tan ; c) Để nguội cho kết tinh ; d) Lọc hút để thu tinh thể Bài tập 1. Hãy nêu những điểm khác nhau cơ bản giữa hợp chất hữu cơ và hợp chất vô cơ. Có thể sử dụng điểm khác biệt nào để nhận ra một chất là hữu cơ hay vô cơ một cách đơn giản nhất ? 2. Trong các hợp chất sau, hợp chất nào là hữu cơ, hợp chất nào là vô cơ ? CH4 ; CHCl3 ; C2 H7N ; HCN ; CH3COONa ; C12 H22O11 ; -C2H3Cl-n ; Al4C3. 3. Hãy điền tên 2 loại đồ uống vào chỗ trống trong các câu sau : a) Trừ nước ra, thành phần chính của ...và... là chất vô cơ. b) Trừ nước ra, thành phần chính của ...và... là chất hữu cơ. 4. Từ thượng cổ con người đã biết sơ chế các hợp chất hữu cơ. Hãy cho biết các cách làm sau đây thực chất thuộc vào loại phương pháp tách biệt - tinh chế nào ? a) Giã lá cây chàm, cho vào nước, lọc lấy dung dịch mầu để nhuộm sợi, vải. b) Nấu rượu uống. c) Ngâm rượu thuốc, rượu rắn. d) Làm đường cát, đường phèn từ nước mía. 5. Mật ong để lâu thường thấy có những hạt rắn xuất hiện ở đáy chai. Đó là hiện tượng gì, vì sao ? Làm thế nào để chứng tỏ những hạt rắn đó là chất hữu cơ ? Tư liệu Hoá học hữu cơ ra đời khi nào ? Vào khoảng cuối thế kỉ XVIII đầu thế kỉ XIX, khi bắt đầu hệ thống hoá các kiến thức hoá học, các nhà khoa học đã dùng khái niệm hợp chất hữu cơ để chỉ các chất được tạo ra từ cơ thể các sinh vật nhằm phân biệt với các hợp chất vô cơ được tạo ra từ các khoáng vật. Thời đó, người ta cho rằng hợp chất hữu cơ chỉ được tạo thành dưới tác dụng của “lực sống” trong cơ thể các sinh vật. Vì thế, mặc nhiên người ta không nghĩ tới việc tổng hợp chúng trong phòng thí nghiệm. Năm 1828, F.Vô-lơ (F.Wohler) tổng hợp được ure (chất có trong nước tiểu) bằng cách đun nóng amoni xianat trong bình thuỷ tinh, mà như ông nói “không cần đến con mèo, con chó hay con lạc đà nào cả” : NH4OCN Sau đó, vào năm 1845, H. Côn-be (H. Kolbe) tổng hợp được axit axetic, năm 1862, Bec-tơ-lô tổng hợp được benzen từ axetilen, rồi nhiều hợp chất hữu cơ khác cũng được tổng hợp. Tất cả đều không cần đến "lực sống". Những thành công đó đã làm thay đổi quan niệm về hợp chất hữu cơ và góp phần làm cho hoá học hữu cơ trở thành một ngành khoa học thực sự. Trong cuốn sách xuất bản năm 1861, A.Kê-ku-lê (A.Kekule) đã cho hoá học hữu cơ một định nghĩa hiện đại “là sự nghiên cứu các hợp chất của cacbon”. F.Vô-lơ A.Kê-ku-lê Bài 26 (1 tiết) Phân loại và gọi tên hợp chất hữu cơ ã Biết phân loại hợp chất hữu cơ. ã Có khái niệm về một số loại danh pháp phổ biến ã Biết gọi tên mạch cacbon chính gồm từ 1 đến 10 nguyên tử C. I - Phân loại hợp chất hữu cơ 1. Phân loại Hình 4.4. Các phân tử hữu cơ đã gặp ở lớp 9 Hợp chất hữu cơ được phân thành hiđrocacbon và dẫn xuất của hiđrocacbon. ã Hiđrocacbon là những hợp chất được tạo thành từ hai nguyên tố C và H. Hiđrocacbon lại được phân thành hiđrocacbon no (thí dụ CH4, C2H6) ; hiđrocacbon không no (thí dụ CH2 = CH2) ; hiđrocacbon thơm (thí dụ C6H6). ã Dẫn xuất của hiđrocacbon là những hợp chất mà trong phân tử ngoài C, H ra còn có một hay nhiều nguyên tử của các nguyên tố khác như O, N, S, halogen... Dẫn xuất của hiđrocacbon lại được phân thành dẫn xuất halogen như CH3Cl, CH2Br - CH2Br ; ancol như CH3OH, C2H5OH, axit như HCOOH, CH3COOH, 2. Nhóm chức Thí dụ : ã Đimetyl ete (H3C-O-CH3) không phản ứng với natri. Metanol (CH3OH) và etanol (H3C-CH2OH) phản ứng với natri giải phóng hiđro. CH3 - OH + Na đ CH3 - ONa + H3C - CH2 - OH + Na đ H3C - CH2 - ONa + ã Etanol và metanol đều phản ứng với hiđro bromua, thí dụ : H3C - CH2 - OH + HBr đ H3C - CH2 - Br + H2O Nhận xét : Nhóm OH đã gây ra các phản ứng phân biệt etanol, metanol với đimetyl ete và với các loại hợp chất khác nên nhóm OH được gọi là nhóm chức. Nhóm chức là nhóm nguyên tử gây ra những phản ứng đặc trưng của phân tử hợp chất hữu cơ. Cấu tạo của nhóm chức thường được viết rõ ràng, đầy đủ, phần còn lại của phân tử có thể được viết tắt là R. Thí dụ : CH3- CH2-OH và CH3-OH đều được ghi bởi công thức chung là R-OH. II - danh pháp hợp chất hữu cơ 1. Tên thông thường Tên thông thường của hợp chất hữu cơ thường hay được đặt theo nguồn gốc tìm ra chúng, đôi khi có thể có phần đuôi để chỉ rõ hợp chất thuộc loại nào. Thí dụ : HCOOH : axit fomic CH3COOH : axit axetic C10H20O : mentol (formica : Kiến) (acetus : Giấm) (mentha piperita : Bạc hà) 2. Tên hệ thống theo danh pháp IUPAC((*) Xem tư liệu ở IUPAC. ) a) Tên gốc – chức Tên phần gốc Tên phần định chức Tên gốc - chức CH3CH2 - Cl CH3CH2 -O-COCH3 CH3 CH2 - O - CH3 (etyl || clorua) (etyl || axetat ) (etyl metyl || ete) etyl clorua etyl axetat etyl metyl ete b) Tên thay thế Thí dụ : Metan Clometan Etan Cloetan Tên thay thế được viết liền (không viết cách như tên gốc - chức) nhưng có thể được phân làm ba phần như sau : Tên thay thế Tên phần thế (có thể không có) Tên mạch cacbon chính (bắt buộc phải có) Tên phần định chức       (bắt buộc phải có) H3C-CH3 H3C-CH2Cl H2C =CH2 HC ºCH (et + an) (clo + et + an) (et + en) (et + in) etan cloetan eten etin 4 3 2 1 4 3 2 1 1 CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3 but-1-en but-2-en but-3-en-2-ol Để gọi tên hợp chất hữu cơ, cần thuộc tên các số đếm và tên mạch cacbon như bảng 4.1. Bảng 4.1. Tên số đếm và tên mạch cacbon chính Số đếm Mạch cacbon chính 1 mono 2 đi 3 tri 4 tetra 5 penta 6 hexa 7 hepta 8 octa 9 nona 10 đeca C met C-C et C-C-C prop C-C-C-C but C-C-C-C-C pent C-C-C-C-C-C hex C-C-C-C-C-C-C hep C-C-C-C-C-C-C-C oct C-C-C-C-C-C-C-C-C non C-C-C-C-C-C-C-C-C-C đec Không xuất phát từ số đếm Xuất phát từ số đếm Bài Tập 1. Hãy chọn câu đúng: A. Hợp chất hữu cơ nào cũng có cả 3 tên: tên thông thường, tên gốc chức và tên thay thế. B. Hợp chất hữu cơ nào cũng có tên gốc chức. C. Hợp chất hữu cơ nào cũng có tên hệ thống. D. Hợp chất hữu cơ nào cũng có tên thay thế. 2. Dựa vào tính chất hoá học của CH2=CH2 và CHºCH (đã học ở lớp 9) hãy viết phương trình hoá học khi cho CH3-CH = CH-CH3 và CH3-C º C-CH3 tác dụng với Br2, H2 và cho biết những nhóm nguyên tử nào trong phân tử 2 hợp chất trên đã gây nên các phản ứng đó. 3. Những hợp chất nào dưới đây có cùng nhóm chức ? Hãy viết công thức của chúng dưới dạng R-Nhóm chức và dùng công thức ở dạng đó để viết phương trình hoá học (nếu có) của chúng với NaOH (dựa vào tính chất hoá học của etanol và axit axetic) : ; CH3-CH2-OH ; ; CH3-CH2-CH2-OH ; 4. Hãy gọi tên các hợp chất sau theo danh pháp gốc - chức : CH3CH2 - Br CH3-CO-O-CH3 CH3CH2-O-CH2CH3 (CH3)2SO4 5. Hãy gọi tên theo IUPAC những mạch cacbon sau : C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C 6. Hãy phân tích tên các chất sau thành tên phần thế (nếu có) + tên mạch chính + tên phần định chức : CH3-CH2-CH3 CH2=CH-CH3 HCºC-CH3 CH3-CH2-COOH propan propen propin axit propanoic ClCH2-CH2-CH3 BrCH2-CH2Br CH3-CH2-CH2OH CH3-CH=CH-CH3 1-clopropan 1,2-đibrometan propan-1-ol but-2-en 7. Hãy dùng số đếm theo IUPAC gọi tên thay thế các hợp chất tiếp theo trong các dãy sau : CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 clometan điclometan ....?.... ...?... CF3-CHF2 Cl3C-CHCl2 Cl3C-CCl3 CBr4 pentafloetan ...?... ...?... ...?... Tư liệu IUPAC IUPAC là tên viết tắt của Hiệp hội quốc tế Hoá học Cơ bản và ứng dụng (International Union of Pure and Applied Chemistry). Các nhà hoá học trên toàn thế giới có chung một ngôn ngữ hoá học, đó là danh pháp IUPAC. Danh pháp IUPAC được xây dựng từ những năm 1947 - 1957, qua từng thời kì được bổ sung và hoàn thiện. IUPAC đưa ra những quy tắc chặt chẽ, hệ thống không những để gọi tên các hợp chất mà còn để gọi tên các khái niệm hoá học một cách thống nhất. Thí dụ : Theo IUPAC, nhóm chức của anken là C=C, của ankin là CºC,... Các nhóm nguyên tử này hoàn toàn thoả mãn định nghĩa về nhóm chức đã nêu trong bài học. Bài 27 (1 tiết) Phân tích nguyên tố ã Biết nguyên tắc phân tích định tính và định lượng nguyên tố. ã Biết tính hàm lượng phần trăm nguyên tố từ kết quả phân tích. I - Phân tích định tính Phân tích định tính nguyên tố nhằm xác định các nguyên tố có mặt trong hợp chất hữu cơ bằng cách phân huỷ hợp chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ đơn giản rồi nhận biết chúng bằng các phản ứng đặc trưng. 1. Xác định cacbon và hiđro Hình 4.5. Xác định sự có mặt của C và H 2. Xác định nitơ Khi đun với axit sunfuric đặc, nitơ có trong một số hợp chất hữu cơ có thể chuyển thành muối amoni và được nhận biết dưới dạng amoniac : CxHyOz Nt (NH4)2SO4 + ...... (NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O + 2NH3ư Khi đốt, hợp chất hữu cơ chứa clo bị phân huỷ, clo tách ra dưới dạng HCl và được nhận biết bằng bạc nitrat : CxHyOzClt đ CO2+ H2O + HCl HCl + AgNO3 đ AgCl ¯ + HNO3 3. Xác định halogen Hình 4.6. Xác định halogen II - Phân tích định lượng Phân tích định lượng nhằm xác định tỉ lệ khối lượng (hàm lượng) các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ. Người ta phân huỷ hợp chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ đơn giản rồi định lượng chúng bằng phương pháp khối lượng, phương pháp thể tích hoặc phương pháp khác. Kết quả được biểu diễn ra tỉ lệ % về khối lượng. 1. Định lượng cacbon, hiđro oxi hoá hoàn toàn một lượng xác định hợp chất hữu cơ A (mA) rồi cho hấp thụ định lượng H2O và CO2 sinh ra. Hàm lượng % H tính từ khối lượng nước sinh ra (), hàm lượng % C tính từ khối lượng CO2 sinh ra như sau : % H = ; % C = 2. Định lượng nitơ Nung m (mg) hợp chất A chứa N với CuO trong dòng khí CO2 : CxHyOzNt CO2 + H2O + N2 Hấp thụ CO2 và H2O bằng dung dịch KOH 40%, đo được thể tích khí còn lại. Giả sử xác định được V (ml) khí nitơ (đktc) thì khối lượng (mg) và hàm lượng % của nitơ được tính như sau : mN = ; %N = 3. Định lượng các nguyên tố khác Halogen : Phân huỷ hợp chất hữu cơ, chuyển halogen thành HX rồi định lượng dưới dạng AgX (X = Cl, Br). Lưu huỳnh : Phân huỷ hợp chất hữu cơ rồi định lượng lưu huỳnh dưới dạng sunfat. Oxi : Sau khi xác định C, H, N, halogen, S... còn lại là oxi. 4. Thí dụ Nung 4,65 mg một hợp chất hữu cơ A trong dòng khí oxi thì thu được 13,20 mg CO2 và 3,16 mg H2O. ở thí nghiệm khác, nung 5,58 mg hợp chất A với CuO thì thu được 0,67 ml khí nitơ (đktc). Hãy tính hàm lượng % của C, H, N và O ở hợp chất A. Theo các biểu thức cho ở mục 1 và 2 ta có : % C = = 77,42% ; % N = = 15,01% % H = = 7,55% ; % O = 100 - (77,42 + 7,55 + 15,01) = 0,02% Hợp chất A không chứa oxi (0,02% ằ 0%). Bài tập 1. Phân tích định tính và định lượng C, H trong hợp chất hữu cơ giống nhau và khác nhau như thế nào ? 2. Em hãy đề nghị : a) Cách nhận biết H2O, CO2 khác với ở hình 4.5. b) Cách định tính halogen khác với ở hình 4.6. c) Chất hấp thụ định lượng H2O và CO2. 3. a) Để nhận biết khí amoniac sinh ra khi định tính nitơ như trình bày trong bài học nên dùng cách nào trong các cách sau: A. Ngửi, C. Dùng giấy quì tẩm ướt, B. Dùng Ag2O, D. Dùng phenolphtalein. b) Dấu hiệu nào dưới đây cho phép khẳng định kết tủa bám trên thành phễu ở hình 4.6 là AgCl : A. Đốt không cháy, C. Không tan trong H2SO4, B. Không tan trong nước, D. Không tan trong dung dịch HNO3. 4. Nếu lấy một sợi dây điện gọt bỏ vỏ nhựa rồi đốt lõi đồng trên ngọn lửa đèn cồn thì thấy ngọn lửa nhuốm màu xanh lá mạ, sau đó màu ngọn lửa mất màu xanh. Nếu áp lõi dây đồng đang nóng vào vỏ dây điện rồi đốt thì thấy ngọn lửa lại nhuốm màu xanh lá mạ. Hãy dự đoán nguyên nhân của hiện tượng và giải thích. 5. Oxi hoá hoàn toàn 4,92 mg một hợp chất A chứa C, H, N và O và cho sản phẩm lần lượt qua bình chứa H2SO4 đậm đặc, rồi bình chứa KOH, thì thấy khối lượng bình chứa H2SO4 tăng thêm 1,81 mg, bình chứa KOH tăng thêm 10,56 mg. ở thí nghiệm khác khi nung 6,15 mg hợp chất đó với CuO thì thu được 0,55 ml (đktc) khí nitơ. Hãy xác định hàm lượng % của C, H, O và N ở hợp chất A. Tư liệu Đo khối lượng và thể tích trong phân tích định lượng Phân tích định tính nguyên tố có thể tiến hành ở các phòng thí nghiệm bình thường. Còn phân tích định lượng thì được tiến hành chỉ ở các phòng thí nghiệm chuyên biệt, bởi vì nó đòi hỏi những thiết bị đo đặc biệt chính xác. Lượng mẫu cần cho phân tích nguyên tố thường chỉ vào khoảng 10-15 mg. Mỗi lần phân tích chỉ lấy khoảng vài mg chất. Để xác định khối lượng người ta sử dụng cân phân tích với độ chính xác tới 0,01 mg. Với cân phân tích loại đó có thể cân chính xác khối lượng từng hạt tấm, hạt cám. Những hạt bụi cũng sẽ làm sai lệch phép cân. Để đo thể tích, người ta dùng những dụng cụ chính xác tới phần ngàn ml nghĩa là đo được cả những giọt sương mù trong không khí. Bài 28 (1 tiết) Công thức phân tử hợp chất hữu cơ ã Biết cách thiết lập công thức đơn giản nhất từ kết quả phân tích    nguyên tố. ã Biết cách tính phân tử khối và cách thiết lập công thức phân tử. I - Công thức đơn giản nhất 1. Công thức phân tử và công thức đơn giản nhất Công thức phân tử cho biết số nguyên tử của các nguyên tố có trong phân tử. Công thức đơn giản nhất cho biết tỉ lệ số nguyên tử của các nguyên tố có trong phân tử (biểu diễn bằng tỉ lệ các số nguyên tối giản). Công thức phân tử (chẳng hạn CxHyOzNt) có thể trùng hoặc là bội số của công thức đơn giản nhất (CpHqOrNs) : CxHyOzNt = (CpHqOrNs)n, n có thể là 1 hoặc 2, 3... x : y : z : t = p : q : r : s 2. Thiết lập công thức đơn giản nhất a) Thí dụ : Từ tinh dầu hoa nhài người ta tách được hợp chất A có chứa cacbon, hiđro và oxi. Phân tích định lượng cho kết quả : 73,14% C ; 7,24% H. Hãy thiết lập công thức đơn giản nhất của A. Đặt công thức phân tử của A là CxHyOz. Thiết lập công thức đơn giản nhất của A là lập tỉ lệ x : y : z ở dạng các số nguyên tối giản. x : y : z =: : = 6,095 : 7,240 : 1,226 A (C, H, O), %C : 73,14 %H : 7,24 %O : 19,62 100,00 = :: = 4,971 : 5,905 : 1,000 = 5 : 6 : 1 Công thức đơn giản nhất của A là : C5H6O Công thức phân tử của A có dạng : C5n H6nOn hoặc (C5H6O)n với n có thể bằng 1, 2, 3, b) Tổng quát Từ kết quả phân tích nguyên tố hợp chất CxHyOzNt, ta lập tỉ lệ số nguyên tử trong phân tử rồi chuyển tỉ lệ đó thành tỉ số tối giản các số nguyên p, q, r, s thì được công thức đơn giản nhất : x : y : z : t = = ... = p : q : r : s II - Thiết lập công thức phân tử 1. Xác định khối lượng mol phân tử Đối với chất khí và chất lỏng dễ hoá hơi, người ta xác định phân tử khối dựa vào tỉ khối của chúng (ở thể khí) so với một chất khí đã biết theo công thức : MA = MB. dA/B ; MA = 29. dA/kk Đối với chất rắn và chất lỏng khó hoá hơi, người ta đo độ giảm nhiệt độ đông đặc hoặc đo độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi (xem tư liệu) và tính được khối lượng mol phân tử của chất tan không bay hơi, không điện li. Ngày nay người ta còn dùng phương pháp phổ khối lượng để xác định phân tử khối. 2. Thiết lập công thức phân tử a) Thí dụ : Từ tinh dầu hoa nhài, người ta tách được hợp chất A có chứa cacbon, hiđro và oxi. Phân tích định lượng cho kết quả : 73,14% C ; 7,24% H. Biết phân tử khối của A là 164u. Hãy xác định công thức phân tử của A. ã Thiết lập công thức phân tử của A qua công thức đơn giản nhất Từ số liệu phân tích nguyên tố, ở mục I.2, chúng ta đã thiết lập được công thức đơn giản nhất của A là C5H6O. Đặt công thức phân tử của A là CxHyOz ta có CxHyOz = (C5H6O)n ị = 164 ị (5.12 + 6 + 16) n = 164 ị n = 2 Vậy : CxHyOz = C10H12O2 ã Thiết lập công thức phân tử của A không qua công thức đơn giản nhất. Ta có : = 164 ; C = 73,14% ; H = 7,24% ; O = 19,62%. Vậy : = ị x = = 9,996 ằ 10 = ị y = = 11,874 ằ 12 = ị z = = 2,01 ằ 2 CxHyOz = C10H12O2 b) Tổng quát : Thiết lập công thức phân tử qua công thức đơn giản nhất là cách thức tổng quát hơn cả. CxHyOzNt = (CpHqOrNs)n (CpHqOrNs)n = M n = x=n.p ; y=n.q ; z=n.r ; t=n.s Công thức đơn giản nhất CpHqOrNs Kết quả phân tích %C, %H, %N,...%O MA = MB . dA/B M = CxHyOzNt Bài tập 1. Vitamin A (retinol) có công thức phân tử C20H30O. Vitamin C có công thức phân tử là C6H8O6. a) Viết công thức đơn giản nhất của mỗi chất. b) Tính tỉ lệ % về khối lượng và tỉ lệ số nguyên tử các nguyên tố ở vitamin A và vitamin C. 2. Hãy thiết lập công thức đơn giản nhất từ các số liệu phân tích sau : a) 70,94 %C, 6,40 %H, 6,90 %N, còn lại là oxi. b) 65,92 %C, 7,75 %H, còn lại là oxi. 3. Phân tích một hợp chất X người ta thu được các số liệu sau : 76,31%C, 10,18%H, 13,52%N. Biết rằng giá trị thực nghiệm có thể sai khác so với lí thuyết tới 0,3%. Công thức đơn giản nhất của X là : A. C6H10N, B. C20H32N3, C. C20H31N3, D. C20H33N3, E. cả 3 công thức C20H32N3, C20H31N3, C20H33N3. 4. Hãy thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ trong mỗi trường hợp sau : a) Đốt cháy hoàn toàn 10 mg hợp chất sinh ra 33,85 mg CO2 và 6,95 mg H2O. Tỉ khối hơi của hợp chất đối với không khí là 2,69. b) Đốt cháy hoàn toàn 28,2 mg hợp chất và cho các sản phẩm sinh ra lần lượt đi qua các bình đựng CaCl2 khan và KOH dư thì thấy bình CaCl2 tăng thêm 19,4 mg còn bình KOH tăng thêm 80,0 mg. Mặt khác, khi đốt 18,6 mg chất đó sinh ra 2,24 ml nitơ (đktc). Biết rằng, phân tử chất đó chỉ chứa một nguyên tử nitơ. Tư liệu Xác định phân tử khối chất rắn và chất lỏng khó hoá hơi Dung dịch của một chất rắn hoặc một chất lỏng không bay hơi thì đông đặc ở nhiệt độ thấp hơn so với dung môi nguyên chất. Độ giảm nhiệt độ đông đặc và độ tăng nhiệt độ sôi, Dt, phụ thuộc vào : a) Bản chất dung môi, thể hiện ở hằng số nghiệm lạnh Knl (nếu xét sự đông đặc), hoặc hằng số nghiệm sôi, Kns (nếu xét sự sôi), ghi chung là K b) Nồng độ của dung dịch biểu thị qua khối lượng dung môi (mdm), khối lượng chất tan (mct) và khối lượng mol phân tử của chất tan (M). Dt tuân theo biểu thức dưới đây. Dung môi tnc , oC Knl ts , oC Kns Nước 0,0 1,86 100 0,512 Benzen 5,5 5,12 80,1 2,53 Thí dụ : Từ cây long não người ta tách được một chất rắn gọi là campho được dùng trong y dược. Hoà tan 3,042 g campho trong 40 g benzen thu được dung dịch đông đặc ở 2,94oC. Hãy xác định khối lượng mol phân tử của campho. Từ biểu thức và các giá trị cho ở trên ta có : Phương pháp nghiệm lạnh, nghiệm sôi chỉ áp dụng cho các dung dịch đủ loãng và cũng như phương pháp tỉ khối hơi, nó đòi hỏi một lượng mẫu đáng kể mà độ chính xác lại không cao. Phương pháp hiện đại xác định phân tử khối là dùng máy phổ khối lượng. Chỉ cần một lượng mẫu không đáng kể (< 1mg) cũng vẫn xác định được phân tử khối với độ chính xác cao tới 0,0001 u. Nhờ vậy có thể suy ra được công thức phân tử mà không cần phân tích định lượng nguyên tố. Bài 29 (1 tiết) Luyện tập Chất hữu cơ, công thức phân tử ã Biết phạm vi áp dụng của các phương pháp : Chưng cất, chiết và kết tinh hợp chất hữu cơ. ã Nắm vững cách xác định công thức phân tử từ kết quả phân tích. I - Kiến thức cần nắm vững Công thức phân tử CxHyOzNt = (CpHqOrNs)n Xác định phân tử khối MA = MB . dA/B MA= (CpHqOrNs)n n Phân tích định tính Phân tích định lượng %C, %H, %N,...%O Công thức đơn giản nhất CpHqOrNs hợp CHất hữu cơ tinh khiết Hỗn hợp CHất hữu cơ Kết tinh Tách các chất rắn có độ tan thay đổi theo nhiệt độ Chiết Tách các chất lỏng không trộn lẫn vào nhau hoặc tách chất hoà tan ra khỏi chất rắn không tan Chưng cất Tách các chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau II - Bài tập 1. Hãy điền các từ ngữ thích hợp vào chỗ trống trong các câu sau: a) Chưng cất dựa trên sự khác nhau về thành phần của hỗn hợp lỏng so với.... tạo thành khi.... hỗn hợp lỏng đó. b) Người ta thường sử dụng phương pháp chưng cất đối với các chất có .......... khác nhau. c) Chiết dựa vào sự khác nhau về .... của các chất. d) Người ta thường sử dụng phương pháp chiết để tách các chất lỏng..... hoặc tách chất .......... ra khỏi chất rắn.... e) Tinh chế chất rắn bằng cách kết tinh trong dung môi dựa vào ...... nhiệt độ. 2. Hãy thiết lập công thức phân tử của các hợp chất A và B ứng với các số liệu thực nghiệm sau (không ghi %O). a) C : 49,40%, H : 9,80%, N : 19,10%, dA/ kk = 2,52 b) C : 54,54%, H : 9,09%, 3. Một hợp chất A chứa 54,8%C, 4,8%H, 9,3%N còn lại là O, cho biết phân tử khối của nó là 153. Xác định công thức phân tử của hợp chất. Vì sao phân tử khối của các hợp chất chứa C, H, O là số chẵn mà phân tử khối của A lại là số lẻ (không kể phần thập phân). 4. Phân tích nguyên tố một hợp chất hữu cơ A cho kết quả : C 70,97%, H 10,15% còn lại là O. Cho biết khối lượng mol của A là 340 g. Xác định công thức phân tử của A. Hãy giải bài tập trên bằng hai cách dưới đây và rút ra kết luận. Qua công thức đơn giản nhất. Không qua công thức đơn giản nhất. 5. Trước kia, "phẩm đỏ" dùng để nhuộm áo choàng cho các Hồng y giáo chủ được tách chiết từ một loài sò biển. Đó là một hợp chất có thành phần nguyên tố như sau C : 45,70%, H : 1,90%, O : 7,60%, N : 6,70%, Br : 38,1%. a) Hãy xác định công thức đơn giản nhất của "phẩm đỏ". b) Phương pháp phổ khối lượng cho biết trong phân tử "phẩm đỏ" có chứa hai nguyên tử brom. Hãy xác định công thức phân tử của nó. Bài 30 (2 tiết) cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ ã Hiểu những luận điểm cơ bản của thuyết cấu tạo hoá học ã Biết viết công thức cấu tạo của các hợp chất hữu cơ ã Biết khái niệm về đồng phân cấu tạo, đồng phân lập thể I - Thuyết cấu tạo hoá học 1. Nội dung của thuyết cấu tạo hoá học Ngay từ năm 1861, Bút-lê-rốp, đã đưa ra khái niệm cấu tạo hoá học và thuyết cấu tạo hoá học gồm những luận điểm chính sau : 1. Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hoá trị và theo một thứ tự nhất định. Thứ tự liên kết đó được gọi là cấu tạo hoá học. Sự thay đổi thứ tự liên kết đó, tức là thay đổi