TỔNG hợp hóa học hữu cơ

Tài liệu tổng hợp nhiều lí thuyết hóa hữu cơ, có nêu rõ tính chất kèm theo các phương trình để minh họa. Tài liệu phù hợp cho tất cả các đối tượng có nhu cầu kiến thức tổng quát về hóa học hữu cơ, đặc biệt là các học sinh đang trong chương trình học lớp 11 và đang ôn luyện Đại học Cao đẳng.

t o

t o

t o

t o

t o

t o

t o

t o

t o

TỔNG HỢP HÓA HỌC HỮU CƠ LỚP 11

A- CHI TIẾT:

I- Phương trình đốt cháy tổng quát:

CxHyOzNt + (x4y  2z ) O2 > xCO2 + 2

y

H2O + 21 N2 II- Ankan (Parafin): CnH2n + 2 (n1):

- Ankan là hiđrocacbon no không có mạch vòng, trong phân tử chỉ có liên kết đơn.

- Không tan trong nước, nhưng tan trong dung môi hữu cơ

- Nhiệt độ sôi tăng dần theo phân tử khối.

- Dãy đồng đẳng Ankan: CH4 (metan), C2H6 (etan), C3H8 (propan), C4H10 (butan),

C5H12 (pentan),…

met et prop but pent hex hept oct non đec

(Mẹ em phải bón phân hóa học ở ngoài đồng)

1 Phản ứng thế bởi halogen (X: F, Cl, Br, I):

CnH2n + 2 + X2 ánh sáng CnH2n + 1 X + HX

Vd: CH4 + Cl2 ánh sáng CH3Cl + HCl

2 Phản ứng tách:

a) Tách C – H:

Ankan , xt Anken + H2

Vd: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 , xt CH3 – CH = CH – CH3 + H2

CH2 = CH – CH2 – CH3 + H2

b) Tách C – C ( bẻ gãy mạch cacbon – Crackinh):

CnH2n + 2 , xt CmH2m + 2 + Cm’H2m’

Ankan dài Ankan ngắn Anken ngắn

Vd: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 , xt CH4 + C3H6

C2H6 + C2H4

3 Phản ứng oxi hóa (cháy):

CnH2n +2 + 3 n2 1O2 nCO2 + (n+1)H2O

Vd: C4H10 +

2

13

O2 4CO2 + 5H2O

4 Điều chế:

* Trong phòng thí nghiệm:

CH3COONa + NaOH CaO, CH4 + Na2CO3

Natriaxetat

III- Anken (Olefin): CnH2n (n2):

- Anken là những hiđrocacbon không no, trong phân tử có 1 liên kết đôi C=C.

- Các anken đều nhẹ hơn nước và không tan trong nước

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các anken tăng dần theo

chiều tăng phân tử khối

- Dãy đồng đẳng Ạnken: C2H4 (etilen), C3H6 (propilen), C4H8 (butilen), C5H10

(pentilen),…

t o

t o

t o

t o

1 Phản ứng cộng Hiđro (phản ứng hiđro hóa):

CnH2n + H2 Ni, CnH2n + 2

Anken Ankan

Vd: CH2 = CH2 + H2 Ni, CH3 – CH3

2 Phản ứng cộng Halogen (X: Cl, Br, I):

Vd: CH2 = CH2 + Br2(dd) CH2Br – CH2Br

(màu nâu đỏ) (không màu)

3 Phản ứng cộng HX (X: OH, Cl, Br, I,…):

* Đối với Anken đối xứng:

CH2 = CH2 + HCl CH3 – CH2 – Cl

(etyl clorua)

CH2 = CH2 + HOH CH3 – CH2 – OH

(C2H5OH)

* Đối với Anken không đối xứng:

CH2 = CH – CH3 + HCl CH3 – CH – CH3 ( 2 – clopropan)

Cl (sản phẩm chính)

CH2 – CH2 – CH3 (1 – clopropan)

Cl (sản phẩm phụ)

=> Cộng theo qui tắc Mac – côp – nhi – côp: Trong phản ứng cộng HX vào liên kết đôi, nguyên tử H (hay phân mang điện dương) chủ yếu cộng vào nguyên tử cacbon bậc thấp hơn (có nhiều H hơn), còn nguyên tử hay nhóm nguyên tử X (phần mang điện âm) cộng vào nguyên tử cacbon bậc cao hơn (có ít H hơn).

(Hay: Cộng nhiều trừ ít)

4 Phản ứng trùng hợp:

nCH2 = CH2 , P, xt ( CH2 – CH2 )n

etilen Polietilen (P.E)

Vd: nCH2 = CH – CH3 to, P, xt ( CH2 – CH )n

propilen

CH3

Polipropilen (P.P)

5 Phản ứng oxi hóa :

a) Oxi hóa hoàn toàn (cháy):

CnH2n + 3n2 O2 to nCO2 + nH2O

Vd: C4H8 + 6O2 to 4CO2 + 4H2O

b) Oxi hóa không hoàn toàn:

Các đồng đẳng của etilen (Anken) làm mất màu dung dịch thuốc tím KMnO4

Vd: 3CH2=CH2 + 4H2O + 2KMnO4 3CH2 – CH2 +2MnO2 + 2KOH

kết tủa nâu đen

H2SO4(l) ,

OH OH

6 Điều chế:

a) Trong phòng thí nghiệm:

Đeliđrat hóa ancol (tách nước từ ancol)

CnH2n + 1OH CnH2n + H2O

Vd: C2H5OH C2H4 + H2O

b) Trong công nghiệp:

Đeliđro hóa Ankan (tách nước)

CnH2n + 2 to, xt CnH2n + H2

Vd: C2H6 to, xt C2H4 + H2

IV- Ankađien : CnH2n – 2 (n3):

- Ankađien là những hiđrocacbon không no mạch hở, trong phân tử có 2 liên kết đôi C=C.

- Dãy đồng đẳng Ankađien: C3H4 (propađien), CH2=C=CH – CH3 (buta-1,2-đien),

CH2=CH – CH=CH2 (buta-1,3-đien/ butađien),…

1 Phản ứng cộng Hiđro:

CH2=CH – CH=CH2 + 2H2 to, Ni CH3 – CH2 – CH2 – CH3

2 Phản ứng trùng hợp:

nCH2=CH – CH=CH2 to, P, xt ( CH2 – CH=CH – CH2 )n

buta-1,3-đien Polibutađien (caosu buna)

nCH2=C – CH=CH2 to, P, xt ( CH2 – C=CH – CH2 )n

CH3

Poliisopren (caosu isopren)

3 Phản ứng oxi hóa:

a) Oxi hóa hoàn toàn:

CnH2n – 2 + 3 n2 1O2 to nCO2 + (n – 1)H2O

Vd: 2C4H6 + 11O2 to 8CO2 + 6H2O

b) Oxi hóa không hoàn toàn:

Ankađien cũng làm nhạt màu dung dịch thuốc tím KMnO4 (kali pemanganat) tương tự Anken

4 Điều chế:

a) Điều chế buta-1,3-đien từ butan hoặc butilen (buten) bằng cách đề hiđro hóa (tách Hiđro):

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 to, xt CH2=CH – CH=CH2 + 2H2

b) Điều chế isopren bằng cách tách hiđro của isopentan:

CH3 – CH – CH2 – CH3 to, xt CH2=C – CH=CH2 + 2H2

V- Ankin : CnH2n – 2 (n2):

H

2 SO

4 đ, 170 o C

H2SO4đ, 170 o C

- Ankin là những hiđrocacbon không no mạch hở, trong phân tử có 1 liên kết ba C

- Ankin nhẹ hơn nước và không tan trong nước

- Ankin có nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng phân tử khối, có nhiệt độ sôi cao hơn

và khối lượng riêng lớn hơn các Anken có cùng số nguyên tử cacbon

- Dãy đồng đẳng Ankin: C2H2 (axetilen/ etin), C3H4 (propin),…

1 Phản ứng cộng Hiđro:

CnH2n – 2 + 2H2 Ni, to CnH2n + 2

CHCH + H2 Ni, to CH2 = CH2

CH2 = CH2 + H2 Ni, to CH3 – CH3

(hay C 2 H 2 + 2H 2 Ni, to C 2 H 6 )

Pd/BaSO 4 (Palađi BaSO 4 ) thì phản ứng chỉ xảy ra một giai đoạn.

Vd: CHCH + H2 CH2 = CH2

2 Phản ứng cộng Halogen:

CnH2n – 2 + 2Br2 (dd) CnH2n – 2Br4

Vd: CHCH + Br2(dd) CHBr2 – CHBr2

=>Phản ứng dùng nhận biết Ankin (làm mất màu dung dịch Brom).

CHCH + HCl CH2=CHCl

Vinyl clorua

CH2=CHCl + HCl CH3 – CHCl2

1,1-điclorua

* Nếu có xúc tác HgCl 2 (150 – 200 o C) thì phản ứng chỉ xảy ra một giai đoạn.

Vd: CHCH + HCl CH2=CHCl

Vinyl clorua

* Phản ứng cộng của Ankin cũng tuân theo qui tắc Mac – côp – nhi – côp.

Cl Vd: CH3 – C  CH + HCl CH3 – C = CH2 +HCl CH3 – C – CH3

2,2-điclopropan

* Phản ứng cộng H 2 O của Ankin chỉ xảy ra theo tỉ số mol 1: 1.

Vd: CHCH + H2O [ CH2 = CH – OH] CH3 – CH =O

(không bền) anđehit axetic

4 Phản ứng đime và trime hóa:

2CHCH to, xt CHC – CH = CH2

Axetilen vinyl

3CHCH C6H6

benzen

5 Phản ứng thế bằng ion kim loại:

Pd / PbCO3,t o

HgCl2

150 – 200 o C

HgSO4, H2SO4

600 o C bột C

CHCH + 2AgNO3 + 2NH3 AgCCAg + 2NH4NO3

bạc axetilen

CHC – CH3 + 2AgNO3 + 2NH3 AgCC – CH3  + 2NH4NO3

CH3 – CC – CH3 + AgNO3 + NH3 X

=> Phản ứng dùng nhận biết Ank-1-in với Anken và Ankin khác (kết tủa

6 Phản ứng oxi hóa:

a) Oxi hóa hoàn toàn (cháy):

CnH2n – 2 + 3 n2 1O2 to n CO2 + (n – 1)H2O

Vd: C2H2 + 25 O2 to 2CO2 + H2O

b) Oxi hóa không hoàn toàn:

Ankin cũng làm mất màu dung dịch thuốc tím KMnO4 tương tự Anken

7 Điều chế axetilen:

* Trong phòng thí nghiệm:

CaCO3 to CaO + CO2

CaO + C to, xt CaC2 + CO

CaC2 + 2H2O C2H2  + Ca(OH)2

* Trong công nghiệp:

VI- Benzen: CnH2n – 6 (n6):

- Các hiđrocacbon thơm đều là chất lỏng hoặc rắn ở điều kiện thường,

- Nhiệt độ sôi tăng dần theo phân tử khối

- Nhẹ hơn nước, không tan trong nước, có thể hòa ten nhiều chất hữu cơ

1 Phản ứng thế nguyên tử H của vòng benzen:

a) Phản ứng với halogen : thế bởi Br khan:

- Đối với benzen:

Br + Br2 bột Fe + HBr

brombenzen

- Đối với Toluen:

Br + Br2 bột Fe + HBr(o-bromtoluen)

+ HBr (p-bromtoluen)

b) Phản ứng với axit nitric (HNO 3 ):

- Đối với benzen:

NO2

+ HNO3 (đặc) + H2O

1500 o C

H2SO4 đặc

H 2 SO 4 đặc

nitrobenzen

- Đối với Toluen:

NO2

+ HNO3 + H2O(o-nitrotoluen)

CH3

+ H2O (p-nitrotoluen)

NO2

2 Phản ứng cộng:

a) Cộng Hiđro:

+ 3H2 to, Ni

xiclohexan

b) Cộng Clo:

Cl

Cl Cl + 3Cl2 ánh sáng

Cl Cl

Cl

(thuốc trừ sâu 666)

3 Phản ứng oxi hóa:

a) Oxi hóa không hoàn toàn:

- Benzen và Toluen (Ankyl benzen) không làm mất màu dung dịch thuốc tím KMnO4

- Ở nhiệt độ cao Toluen làm mất màu dung dịch thuốc tím KMnO4

+ 2KMnO4 to +2MnO2  + KOH + H2O

toluen kali benzoat

b) Oxi hóa hoàn toàn:

CnH2n – 6 + 3 n2 3O2 to nCO2 + (n – 3)H2O

Vd: C7H8 + 9O2 to 7CO2 + 4H2O

- Stiren là chất lỏng, không màu, không tan trong nước, tạn trong dung môi hữu cơ,

to= 146oC

- Stiren làm mất màu dung dịch thuốc tím KMnO4 ở nhiệt độ thường giống Anken

- Stiren có phản ứng cộng Br2, H2, HBr, HI,…vào liên kết đôi

+ H2 to, P, xt etyl benzen

CH=CH2 CHBr – CH2Br

+ Br2 (dd)

3 Phản ứng trùng hợp:

CH=CH2 CH – CH2

to, P, xt

n

n

7 8 1

2

VIII- Naphtalen: C10H8: 6 3

5 4

- Naphtalen là chất rắn, nóng chảy ở 80oC, tan trong benzen, ete,…và có thăng hoa

1 Phản ứng thế:

Br + Br2 bột Fe + HBr

1-bromnaphtalen

NO2

1-nitronaphtalen

2 Phản ứng cộng:

tetralin đecalin

IX- Acol:

- Ancol là những hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có nhóm hiđroxyl (- OH) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon no

- Ancol là chất lỏng hoặc rắn ở điều kiện thường

- Ancol có nhiệt độ sôi, khối lượng riêng tăng dần theo chiều tăng phân tử khối

- Ancol có độ tan trong nước giảm dần theo chiều tăng phân tử khối

- Dãy đồng đẳng Ancol: CH3OH (ancol metylic), C2H5OH (ancol etylic),…

- Ancol no, đơn chức CnH2n + 1OH hay CnH2n + 2O (n 1)

- Ancol no CnH2n + 2 – x(OH)x (x n) (x là nhóm chức).

- Acol không no, có một nối đôi, đơn chức CnH2n – 1OH hay CnH2nO (n 3)

1 Tác dụng với Na:

Vd: C2H5OH + Na C2H5ONa + 21 H2 

C3H5(OH)3 + 3Na C3H5(ONa)3 + 23 H2 

2 Tính chất đặc trưng của glixerol:

2C3H8O3 + Cu(OH)2 (C3H7O3)2Cu + 2H2O

dd màu xanh lam

=> Đây là phản ứng dùng để phân biệt ancol đơn chức với ancol đa chức có các nhóm –OH cạnh nhau trong phân tử.

3 Phản ứng với Axit vô cơ:

H2SO4

t o

2H2

t o , xt

+3H2

t o , xt

H2SO4 đ

140 o C

H 2 SO 4

t o

H2SO4

t o

H +

t o

R – OH + HBr to R – Br + H2O

Vd: C2H5OH + HBr to C2H5Br + H2O

4 Phản ứng với Ancol:

C2H5OH + CH3OH C2H5 – O – CH3 + H2O

etyl metyl ete

5 Phản ứng tách nước:

Anken

Vd: CH2 – CH2 CH2 = CH2 + H2O

H OH

6 Phản ứng oxi hóa:

a) Oxi hóa không hoàn toàn:

Các Ancol bậc I tạo thành Anđehit khi bị oxi hóa không hoàn toàn Vd: CH3 – CH2 – OH + CuO to CH3 – CH = O + Cu + H2O

Hay CH3 – CH2 – OH + O2 Cu, to CH3 – CH = O + H2O

anđêhit

Các Ancol bậc II tạo thành Xeton

Vd: CH3 – CH – CH3 + CuO to CH3 – C – CH3 + Cu + H2O

xeton

b) Oxi hóa hòan toàn:

CnH2n + 1OH + 3n2 O2 to nCO2 + (n+1)H2O

Vd: C2H5OH + 3O2 to 2CO2 + 3H2O

7 Điều chế:

a) Nitrat hóa Anken:

Vd: CH2=CH2 + H2O CH3 – CH2 – OH

b) Thủy phân dẫn xuất halogen:

C3H7Cl + NaOH to C3H7OH + NaCl

c) Phản ứng sinh hóa:

(C6H10O5)n + H2O enzim nC6H12O6

C6H12O6 enzim 2CO2 + 2C2H5OH

rượu etylic (ancol etylic)

OH

X- Phenol :

H2SO4

170 o C

H2SO4

t o

- Phenol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm –OH liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon của vòng benzen

- Chất rắn, không màu, to = 43oC

- Để lâu chuyển thành màu hồng do bị oxi hóa chậm trong không khí

- Rất độc, dây vào tay sẽ bị bỏng

- Ít tan trong nước lạnh, tan nhiều trong nước nóng và etanol

1 Tác dụng với Na (kim loại kiềm):

C6H5OH + Na C6H5ONa + 21 H2 

2 Tác dụng với Bazơ:

C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O

* C 6 H 5 ONa là muối của axit yếu nên dễ bị axit khác đẩy ra khỏi muối.

C6H5ONa + CO2 + H2O C6H5OH + NaHCO3

C6H5ONa + HCl C6H5OH + NaCl

3 Phản ứng thế H của vòng Benzen:

Br

2,4,6 tribromphenol

=> Phản ứng dùng nhận biết Phenol (kết tủa trắng).

NO2

2,4,6 trinitrophenol (axit picric)

XI- Anđehit: CnH2n + 1CH=O (n0), CnH2nO (n1):

- Anđehit là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm –CH=O liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon hoặc nguyên tử hiđro

- Anđehit đầu dãy đồng đẳng: HCHO, CH3CHO là chất khí, tan trong nước Các Anđehit tiếp theo là chất lỏng hoặc chất rắn

- Độ tan giảm dần theo chiều tăng phân tử khối

- Ađehit có nhiệt độ sôi thấp hơn Acol có cùng số nguyên tử cacbon

- Dung dịch nước của Anđehit fomic là fomon, dung dịch bão hòa của Anđehit fomic (có nồng độ 37-40%) là fomalin

1 Phản ứng cộng Hiđro (khử anđehit (chất oxi hóa)):

R – CH=O + H2 to, Ni R – CH2 – OH

Vd: CH3 – CH=O + H2 to, Ni CH3 – CH2 – OH

ancol etylic

2 Phản ứng oxi hóa Anđehit (chất khử):

SO 4

80 o C

a) Với AgNO 3 / NH 3 :

Vd: H – CH=O + 2AgNO3 + H2O + 3NH3 to H – COONH4 + 2NH4NO3 + 2Ag

Đây là phản ứng tráng bạc.

=> Phản ứng dùng nhận biết Anđehit (có kết tủa bạc Ag).

b) Với Cu(OH) 2 / OH – (kiềm):

Đỏ gạch

Vd: CH3CHO + Br2 + H2O CH3COOH + 2HBr

=> Phản ứng nhận biết Anđehit (mất màu dung dịch Brom).

4 Điều chế:

a) Từ Acol bậc I:

Vd: CH3 – CH2OH + CuO to CH3 – CHO + H2O + Cu

b) Từ Hiđrocacbon:

* Từ metan: CH4 + O2 to, xt HCHO + H2O

* Từ etilen: 2CH2 = CH2 + O2 to, xt 2CH3 – CHO

c) Từ Axetilen:

R – C – R’

XII- Xeton:

O

- Xeton là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm C=O liên kết trực tiếp với hai nguyên tử cacbon

1 Xeton bị khử

Xeton bị khử tạo thành Ancol bậc II

Vd: CH3 – C – CH3 + H2 to , Ni CH3 – CH – CH3

2 Phản ứng oxi hóa Xeton:

Xeton không bị oxi hóa (tức là không tham gia phản ứng tráng bạc)

XIII- Axit cacboxylic: –COOH:

- Axit cacboxylic là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm cacboxyl (–COOH) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon hoặc nguyên tử hiđro

- Axit no, đơn chức, mạch hở CnH2n + 1 COOH (n 0) hay CmH2mO2 (m 1)

- Axit không no, đơn chức, mạch hở CnH2n – 1 COOH (n 2)

- Axit đa chức HOOC – COOH,…

- Dãy đồng đẳng Axit cacboxylic: H – COOH (axit fomic), CH3COOH (axit axetic),…

- Các axit đều là chất lỏng hoặc rắn, độ tan giảm dần theo chiều tăng phân tử khối, nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng khối lượng phân tử

- Nhiệt độ sôi của axit cao hơn nhiệt độ sôi của Ancol và các Hiđrocacbon tương ứng (vì giữa các phân tử axit tạo được liên kết H bền hơn trong Ancol)

- Tan vô hạn trong nước, mỗi axit có mùi vị riêng, nhưng tất cả đều có vị chua (axit)

1 Tính axit:

a) Trong dung dịch, axit cacboyxlic phân li thuân nghịch:

CH3COOH H+ + CH3COO–

b) Tác dụng bazơ tạo thành muối và nước:

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

c) Tác dụng với muối:

2CH3COOH + CaCO3 (CH3COO)2Ca + H2O + CO2 

d) Tác dụng với kim loại hoạt động trước hiđro:

2CH3COOH + Zn (CH3COO)2Zn + H2 

2 Phản ứng thế nhóm –OH:

Vd: CH3 – C – OH + C2H5 – OH to, H+ CH3 – C – O – C2H5 + H2O

Etyl axetat

3 Điều chế:

a) Phản ứng lên men:

C2H5OH + O2 men giấm CH3COOH + H2O

b) Oxi hóa Anđehit axetic:

2CH3CHO + O2 xt 2CH3COOH

c) Oxi hóa Ankan:

R – CH2 – CH2 – R’ + 5O2 to, xt 2R – COOH + 2R’ – COOH + 2H2O

Vd: 2CH3CH2CH2CH3 + 5O2 to, xt 4CH3COOH + 2H2O

d) Từ metanol:

CH4 + O2 xt, to CH3OH

CH3OH + CO to, xt CH3COOH

B- TỔNG QUÁT:

1- Cách nhận biết chất thuộc dãy đồng đẳng nào từ phương trình đốt cháy:

* nCO2 < nH2O : no đơn chức

* nCO2 = nH2O : có liên kết đôi

* nCO2 > nH2O : có liên kết ba

2- Na có thể tác dụng với các chất: Ancol, Phenol, Axit.

3- NaOH có thể tác dụng được với: Axit, Phenol.

4- Br 2 có thể tác dụng được với: Ankan (thế), Anken (cộng), Benzen (thế), Toluen

(thế), Phenol (thế)

5- Phương trình đốt cháy:

* Ankan:

CnH2n +2 + 3 n2 1O2 to nCO2 + (n+1)H2O

* Anken: