tiểu luận BÀI TẬP AXIT CACBOXYLIC VÀ DẪN XUẤT

AXIT CACBOXYLIC: Axit cacboxylic là hợp chất hữu cơ có nhóm cacboxyl COOH liên kết với gốchiđrocacbon hoặc với nguyên tử hiđro trường hợp axit focmic.. Cấu trúc của nhóm cacboxyl: Cấu tr

1 Nguyễn Thị Hậu……… 0%

2 Nguyễn Thị Hồng Hậu……….100%

3 Nguyễn Thị Thúy Hiền……….100%

4 Mai Thị Thanh Hoa……… 100%

5 Nguyễn Xuân Hoan……… …100%

6 Lý Minh Hoài(trưởng nhóm)………100%

7 Nguyễn Thị Thanh Kim Huệ………100%

8 Võ Thị Mỹ Huệ……….100%

9 Nguyễn Hồng Huynh………100%

10 Đỗ Thị Thu Hường……… 100%

MỤC LỤC

A Lời mở đầu……… ………3

B Hệ thống hóa lí thuyết

I Axit cacboxylic………4

II Dẫn xuất của axit cacboxylic………7

C Hệ thống hóa các bài tập về axit cacboxylic và dẫn xuất

I Bài tập tính chất vật lí và danh pháp……… 12

II Bài tập về tính chất cơ bản và phương trình điều chế của

axit cacboxylic………14 III Bài tập về hằng số phân li và tính axit………21

IV Bài tập về chuỗi phản ứng của axit cacboxylic và dẫn

xuất……….28

V Bài tập điều chế……… 36

VI Bài tập tổng hợp……….42

LỜI MỞ ĐẦU Hóa học là ngành khoa học chuyên nghiên cứu về cấu tạo, tính chất từ đó ứng dụng vào trong các lĩnh vực khoa học, kĩ thuật cũng như thực tế cuộc sống.

Để tận dụng triệt để công dụng của mỗi chất chúng ta cần có những hiểu biết chính xác về chúng…Với mục đích này nhóm chúng tôi đi vào tìm hiểu tính chất vật lí, hóa học cùng cách điều chế hợp chất điển hình là axit cacboxylic và dẫn xuất.

Trong quá trình nghiên cứu chúng tôi rất cố gắng tuy nhiên sai sót là không thể tránh khỏi vì thế rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cô cùng bạn đọc để bài viết được hoàn thiện.

Qua bài tiểu luận này, nhóm chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.NGUYỄN THỊ VIỆT NGA đã hướng dẫn chúng tôi trong suốt quá trình học tập bộ môn Hóa Học Hữu cơ

II để chúng tôi có thể hoàn thiện bài tiểu luận một cách tốt nhất.

Xin cảm ơn!

B HỆ THỐNG HÓA LÍ THUYẾT

I AXIT CACBOXYLIC:

Axit cacboxylic là hợp chất hữu cơ có nhóm cacboxyl COOH liên kết với gốchiđrocacbon hoặc với nguyên tử hiđro (trường hợp axit focmic)

*Tùy theo bản chất của gốc hiđrocacbon ta chia axit thành các loại khác nhau:

- axit cacboxylic béo có gốc R la gốc hiđrocacbon no hoặc không no

*Tùy theo số lượng nhóm COOH trong phân tử ta phân biệt axit đơn chức(axitmonocacboxylic ), axit đa chức hay axit policacboxylic (đicacboxylic haytricacboxylic)

1 Danh pháp:

 Danh pháp thông thường:

Nhiều axit được dùng tên thông thường hơn tên hệ thống Hầu hết các axit cótên thông thường xuất phát từ nguồn gốc tìm ra chất đó

Ví dụ : HCOOH, CH COOH…

Một số tên thường được IUPAC:

Ngoài ra một số các axit khác được coi là axit thế la axit thế của axit axetic như:

 Danh pháp thay thế:

Các axit có tên thay thế đọc theo hai cách:

a Axit + tên hiđrocacbon tương ứng (tính C của nhóm COOH) + oic

b Axit + tên hiđrocacbon tương ứng (không tính C của nhóm COOH) +cacboxylic

 Tên gốc axyl:

Khi nhóm COOH mất đi OH ta có nhóm axyl ta gọi như sau :

Bỏ chữ axit và thay đuôi “ic” bằng “yl”

“oic” bằng “oyl”

“cacboxylic” bằng “cacbonyl”

(chỉ trường hợp ngoại lệ ở axit xinamic,axit steric,axit acrylic)

2 Cấu trúc của nhóm cacboxyl:

Cấu trúc đặc trưng của nhóm cacboxyl rõ ràng nhất trong phân tử axit focmic.Phân tử axit focmic nằm trên mặt phẳng, với một liên kết C-0 ngắn hơn liên kếtkia, và các gốc liên quan đến C-cacboxyl đều gần 120

Liên kết C-O (trong ancol)=1,41A điều đó chứng tỏ có sự liên hợp mới làmliên kết ngắn lại

Đặc điểm cấu trúc này chứng tỏ nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp và liên kếtđôi C=O gồm một liên kết + liên kết gần như andehit,xêton

Thêm vào đó,sự lai hóa sp của nguyên tử O trong nhóm hiđroxyl cho phép cặpelectron không chia không định vị bằng cách xen phủ với hệ thống của nhómcacbonyl,do đó axit có các dạng cộng hưởng

Như vậy cả C và các nguyên tử O đều ở trạng thái lai hóa sp

Các axit ở đầu dãy (dưới 4C) tan vô hạn trong nước do tạo được liên kết hiđrovới nước khi chiều dài mạch C tăng thì độ tan giảm cho đến axit 10C hầu nhưkhông tan trong nước.

Axit tan tốt trong ancol hơn trong nước do ancol ít phân cực hơn nước và đặcbiệt ancol có gốc R gần như gốc R của axit

nó tiếp tục tồn tại ở dạng đime, liên kết hiđro của đime vòng không bị phá vỡ

-Tác dụng với PCl5, PCl3, SOCl2, COCl2

-Tác dụng với ancol tạo este:

b phản ứng khử:

II DÂN XUẤT CỦA AXIT CACBOXYLIC

1 Khái niệm, phân loại:

Khi thay thế nhóm OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng những nhómthế khác nhau ta được những dẫn xuất ở nhóm chức của axit cacboxylic

Axit cacboxylic Dẫn xuất của axit cacboxylic

Tuỳ theo bản chất của Y có thể là nguyên tử hay nhóm nguyên tử, ta phân biệt:

2 Danh pháp:

 Halogenua axit:

Tên gốc axyl + halogenua

Ví dụ: CH3CH2COOH CH3CH2CHOCl

Có 2 cách gọi tên amit:

Bỏ từ axit và thay đuôi oic bằng nitrin hoặc ic bằng onitrin hoặc thay đuôicacboxylic bằng cacbonitrin

Ví dụ

2 Tính chất vật lý:

 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi:

- Axit có nhiệt độ sôi cao hơn este và clorua axit do có liên kết hiđro

- Nitrin có nhiệt độ sôi cao hơn este và clorua axit có phân tử lượng tươngđương do sự tương tác lưỡng cực mạnh của nhóm CN

-Các amit có nhiệt độ sôi và nóng chảy cao nhất, ngay cả amit bậc 3 không cóliên kết hiđro cũng có nhiệt độ sôi cao hơn axit có PTL tương ứng, do có CTCH

ổn định nhất và chính sự phân cực đã gây ra lực hút giữa chúng

Nhiệt độ sôi amit bậc 1 bậc 2 bậc 3 do amit bậc 1 có hai liên kết N-H có khảnăng tạo liên kết hiđro trong khi amit bậc 2 chỉ có 1 liên kết N-H tạo liên kếthiđro.

c Phản ứng với hợp chất cơ magie

d Phản ứng ngưng tụ Claisen

a Phản ứng SN2 (CO):

c Phản ứng với ankyl halogen:

d Phản ứng thoái phân Hopman:

C HỆ THỐNG HÓA CÁC BÀI TẬP VỀ AXITCACBOXYLIC VÀ DÂN

XUẤT I.Bài tập tính chất vật lý và danh pháp

Bài 1: Hãy viết các công thức cấu tạo cho các axitcacboxylic sau :

Bài giải:

Bài 2: Gọi tên các hợp chất sau theo tên hệ thống và danh pháp IUPAC.

Bài giải :

hơn nhiệt độ sôi của C3H7OH

Bài 5 : So sánh nhiệt độ sôi nhiệt độ nóng chảy của các chất sau

- Chất có phân tử khối nhỏ có nhiệt độ sôi thấp hơn chất có phân tử khối lớn

- Trong các đồng phân mạch hở thì đồng phân mạch thẳng luôn có nhiệt độ sốicao nhất, đồng phân nào càng có nhiều nhánh nhiệt độ sôi càng thấp

Và nhiệt độ nóng chảy ngược lại

II.Bài tập về tính chất cơ bản và phương trình điều chế của axit

h

Bài 5 : Hoàn thành các phương trình phản ứng sau:

a Este axetoaxetic + LiAlH4

b Este axetoaxetic + hidrazin

Bài giải:

a

b

c

III.Bài tập về hằng số phân li và tính axit

Bài 1 : So sánh tính axit của axit 2,4-đinitrobenzoic, axit p-nitrobenzoic, phenol

và axit benzoic

Bài giải:

phenol< axit benzoic < axit p-nitrobenzoic < axit 2,4-đinitrobenzoic

do sự phân cực của nhóm >C=O nên nguyên tử H của nhóm COOH có tính axithơnnguyên tử H của nhóm OH phenol => phenol < axit benzoic

Do sự hiện diện của nhóm hút điện tử NO ( gây ra hiệu ứng -C) làm giảm mật

độ điện tử của nhân thơm dẫn đến nguyên tử H của nhóm COOH có tính axit hơn

=> axit benzoic

Axit p-nitrobenzoic < axit 2,4-đinitrobenzoic vì axit 2,4-đinitrobenzoic có hiệuứng -C lớn hơn do có hai nhóm thế hút e

Bài 2 : So sánh tính axit của các chất sau đây:

Bài giải :

(4) > (1) > (3) > (2)

Ta có sự sắp xếp như trên vì :

+ Các nhóm đẩy e (+I, +C): Giảm sự phân cực → giảm tính axit

+ Các nhóm hút e (- I, - C): Tăng sự phân cực → tăng tính axit

(4): Có hiệu ứng +I , -C

(1): Có hiệu ứng +I, -C

(2): có hiệu ứng +I

Axit (1) và (4) đều có hiệu ứng –C và +I nhưng do hiệu ứng -C mạnh hơn hiệu ứng +I nên tính axit tăng hơn so với (3)

(2) do hiệu ứng +I nên làm giảm tính axit hơn so với (3)

(4) do nhóm hút e nằm gần nhóm –COOH nên H ở nhóm –COOH của (4) phân cực hơn, do đó (4) có tính axit mạnh hơn (1)

Bài

3 :Cho các axit sau: CH3COOH, CH2ClCOOH, HCOOH, CHCl2COOH Hãy xếptheo thứ tự tăng dần tính axit

Bài giải:

+ Các nhóm đẩy e (+I, +C): Giảm sự phân cực → giảm tính axit

+ Các nhóm hút e (- I, - C): Tăng sự phân cực → tăng tính axit

Ta có:

HCOOH

hơn so với CH2ClCOOH nên tính axit của CHCl2COOH lớn hơn so với

ð Xếp theo chiều tăng dần tính axit là:

Bài 4 : Sắp xếp các chất sau theo thứ tự lực axit giảm dần: etanol (X), phenol

(Y), axit benzoic (Z),p-nitrobenzoic (T), axit axetic (P)

Bài giải:

T > Z > P > Y > X

P) có tính axit mạnh hơn so với ancol và phenol

Từ (1) và (2) ta có sự sắp xếp tính axit giảm dần như trên

Bài 5:Có 3 axit sau :

+ Các nhóm đẩy e (+I, +C): Giảm sự phân cực → giảm tính axit

+ Các nhóm hút e (- I, - C): Tăng sự phân cực → tăng tính axit

(A): +I =>giảm tính axit

(B): +I, -C mà -C lớn hơn +I => tăng tính axit

(C): +I, -C mà –C lớn hơn +I => tăng tính axit

(B) và (C) cùng có hiệu ứng +I –C nhưng –C của (B) Lớn hơn (C) do liên kết 3hút e mạnh hơn nên tính axit của (B) mạnh hơn của (C).

=> Tính axit tăng dần: (A) < (C) < (B)

=> Thứ tự tăng dần của pKa là: (B) > (C) > (A)

Bài 6: Sắp xếp (có giải thích) theo trình tự tăng dần tính axit của các chất trong

Bài 7: Cho axit C6H5COOH với pKa= 4,18 Axit R-C6H4COOH với R là nhóm

thế ở các vị trí ortho, meta, para có pKa như sau:

-NO2 3,43 3,49 2,17

1 Giải thích sự khác nhau về tính axit của các đồng phân ở các trường hợp trên

2 Tại sao với các nhóm thế khác nhau thì tính axit đều tăng rõ rệt khi R ở vị trí

ortho.

Bài giải:

Với nhóm thế -CH 3 ta có:

Khi chưa có nhóm thế -CH3 thì lúc này mật độ electron ở vị trí para ít hơn vị trí

meta Hiệu ứng chắn điện tử đẩy vào vòng benzen của nhóm –CH3 ở vị trí parakém

para nhiều hơn vị trí meta, dẫn đến hiệu ứng +C của vòng benzen gây ra khi có

nhóm –CH3 ở vị trí para lớn hơn ở vị trí meta do đó tính axit của axit metylbenzoic yếu hơn tính axit của axit m-metylbenzoic.

p Vị trí ortho được giải thích là do hiệu ứng ortho, cụ thể ở đây do ảnh hưởng

benzen dẫn tới hiệu ứng +C của vòng benzen tới nhóm –COOH giảm nên tínhaxit tăng mạnh

- Nhóm –OH có hiệu ứng +C (tương tự phần trên).

- Khi nhóm –OH ở vị trí ortho, hiệu ứng ortho ở đây là do sự tạo liên kết hiđro

nội phân tử làm tăng tính axit

Với nhóm thế -NO 2

meta:

bởi án ngữ không gian, sự tạo liên kết hiđro, hiệu ứng –C mạnh nên tính axittăng mạnh

Bài 8: So sánh pKa1; pKa2 của axit maleic và axit fumaric

Bài giải:

k1(M) > k1(F) là do M có khả năng tạo liên kết hidro nội phân tử, liên kết O-Hcủa M trong quá trình phân li thứ nhất phân cực hơn so với F và bazơ liên hợp M'cũng bền hơn F'.

proton hơn so với F' Ngoài ra, bazơ liên hợp M'' lại kém bền hơn (do năng lượng

Bài 9: Sắp xếp (có giải thích) theo trình tự tăng dần tính axit của các chất trong

từng dãy sau:

Bài giải:

Vì: - I1< - I2 nên (C) có tính axit lớn hơn (D).

(A) và (B) có N nên tính axit lớn hơn (D) và (C)

(A) có liên kết hiđro nội phân tử làm giảm tính axit so với (B)

IV.Bài tập về chuỗi phản ứng của axit cacboxylic và dẫn xuất

e

f

Bài 2:

Bài 2: Từ benzen , axitaxetic vcác chất vô cơ cần thiết hãy tổng hợp các chat

Bài 3:Từ axetilen và các tác nhân vô cơ khác , hãy tổng hợp các chất sau:

a axit axetilen dicacboxilic

c

d

e

Bài 4: Trình bày các phương trình phản ứng thực hiện quá trình tổng hợp các

chất sau:

a Axit 3-metylpropanoic từ ancol tert-butylic

b Axit 3,3-đimetylbutanoic từ ancol tert-butylic

c Axit 2-phenylbutanoic từ cumen

d 1-bromoxiclopentancacboxylic từ xiclopentan

Bài giải:

a

b

c

d

VI Bài tập tổng hợp

Bài 1: Axit cacboxylic A ( C5H8O2) tồn tại 2 dạng đồng phân lập thể A1 và A2 Ozon phân A thu được andehit axetic, axit 2-oxopropanoic Khi hidro hóa xúc tác trên cả A1, A2 đều cho oxit B (raxemic)

1 Xác định cấu trúc của A1, A2, và gọi tên chúng

2 Từ 1-buten hãy viết phương trình điều chế B

Bài 2: Hai hợp chất đồng phân X và Y có cùng công thức phân tử C5H10O2 và đều hoạt động quang hoạt chất X tác dụng với Na2CO3 giải phóng khí CO2 và tạo muối quang hoạt chất Y không có phản ứng đó nhưng khi đun nóng với dung dịch NaOH tạo ra một trong các sản phẩm là ancol quang hoạt.

Hãy xác định CTCT của X và Y và viết các phương trình phản ứng xảy ra đối với X và Y

Bài 3:Hợp chất A có CTPT C9H8O2 Ngoài có tính axit, A còn làm mất màu dd

phân tử C9H10O2 Biết A không có đồng phân cis-trans

Hãy xác định công thức cấu tạo của A,B và viết phương trình phản ứng xảy ra

Bài 4: Hợp chất A (C5H10O3) tan dễ trong bazo loãng, có tính quang hoạt, khi

còn làm đỏ giấy quỳ tím Sự ozon phân chất B cho etanol và axit-2-fomylaxetic

A bị oxi hóa bằng cromic cho chất C, chất này cho 2,4 - đinitro phenylhidrazon

và phản ứng halofom Viết công thức khai triển cỉa A, B, C

Bài giải:

A là axit vì tan trong bazo, có nhóm –OH vì xảy ra phản ứng loại nước