Embed Size (px)
Citation preview
1
Ts. Nguyễn Thị Thu Trâm
Bộ môn Hóa học - Khoa KHCB
Email: [email protected]
Cần Thơ, 2017
1. Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học
2. Nhiệt động hóa học
3. Dung dịch
4. Điện hóa học
5. Kim loại
6. Phi kim
7. Hydrocarbon
8. Dẫn xuất hydrocarbon
2
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. John E. McMurry and Robert C.Fay (2014) - General chemistry atoms first 2nd. Pearson
2. Ebbing Gammon (2007) – General chemistry 9th. Houghton Mifflin Company New York
3. Nancy Faulk (2004) – Test bank General chemistry 7th. Thomson
4. Nguyễn Đình Chi (2011) – Hóa học đại cương. NXB Giáo dục Việt Nam
5. Trần Mạnh Bình, Nguyễn Quang Đạt (2007) - Hóa học hữu cơ, tập 1. NXB Y Học
6. Trương Thế Kỷ (2006) - Hóa hữu cơ, Hợp chất hữu cơ đơn chức và đa chức, tập 1.
NXB Y Học
7. Herbert M., Howard N., Jacob S., Geogre J.H., (1999) - Theory and problems of organic
chemistry, 3rd edition. McGraw-Hill
8. John Mc Murry (2008) - Organic chemistry. Thomson
3
Na
Cl2
NaCl
HOÁ HỌC QUANH TA
O
OC
O
H
H
CH3
H
O
OCH3
Artemisinin – chữa sốt rét
Artemisia annua (L).
Cây Thanh hao hoa vàng
N
HO
O
HO
CH3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1314
15 16
N
HO
O
HO
CH3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1314
15 16
N
O
O
O
CH3
C
O
CH3
C
O
CH3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1314
15 16
CH3COOH
Morphine Heroin
Papaver somniferum (L.)
Cây Anh túc
4
2. Nhiệt động hóa học
NH4NO3 (rắn) + 26 KJ NH4NO3 (lỏng)H2O
CaCl2 (rắn) CaCl2 (lỏng) + 82 KJH2O
E = Esp-Etc
H = Hsp-Htc
E<0
Enthalpy H<0 E>0
Enthalpy H>0
Enthalpy là sự biến thiên nhiệt của hệ phản ứng trong điều kiện đẳng áp. Hầu hết sự
thay đổi vật lý hay hóa học của hệ đều liên quan đến sự tăng hoặc giảm enthalpy
2.1. Nhiệt động học
(Phản ứng tỏa nhiệt) (Phản ứng thu nhiệt)
5
Ba(OH)2.8H2O (s) + 2NH4Cl (s) BaCl2 (aq) + 2NH3 (aq)+ 10H2O (l) H° = +80.3 KJ
Ba(OH)2.8H2O (s) + 2NH4Cl (s)
6
Định luật Hess
7
Biết
H° = ? KJ VD1
H° = ? KJ VD3
Biết
H° = ? KJ VD2
Biết
8
H° = H°fsp - H°
ftc = (2 H°f C2H5OH + 2 H°
f CO2) - H°f C6H12O6
= [2(-277.7) + 2 (-393.5)] – (-1273)
= -69.4 KJVD2
VD1
H° =?
Tính H° dựa vào H°f (standard heats of formation)
9
Tính H° dựa vào năng lượng phân ly liên kết(bond dissociation energy)
67 triệu hợpchất hóa học
Vài ngàn H°f
được xác định
H° = Dtc - Dsp
VD
H° = Dtc – Dsp = (DH-H + DCl-Cl) - 2DH-Cl
= (436 + 243) - 2432
a : exact value
= -185 KJ
10
Nhiên liệu và nhiệt đốt cháy (heats of combusion)
Nhiệt đốt cháy là tổng năng lượng giải phóng ra khi đốt cháy một hợp chất.
Enthalpy đốt cháy H°C là enthalpy thay đổi trong phản ứng đốt cháy 1 mol
chất đó bằng oxi
Nhiênliệu
Than đá
Khí thiênnhiên
Dầumỏ
11
C1-C4
C5-C11
C14-C25
? Khí hóa lỏng butane C4H10 được dùng làm
nhiên liệu rộng rãi. Cho H°f C4H10 = -147.5
kJ/mol và dC4H10 = 0.579 g/mL. Viết phương trình
phản ứng đốt cháy butane. Tính H°c C4H10 theo
kJ/mol, kJ/g, kJ/mL.
Khai thác than đá
12
Giới thiệu về Entropy
Marcellin Berthelot
(1827-1907)
3Fe + 2O2 Fe3O4 H° = -1118 kJ
C + O2 CO2 H° = -393.5 kJ
S = Ssp-Stc
Qúa trình tự diễn biến khi : H<0 và S >0
Qúa trình không tự diễn biến khi : H>0 và S <0
13
Ba(OH)2.8H2O (s) +2NH4Cl (s)
Ba(OH)2.8H2O (s) + 2NH4Cl (s)
BaCl2 (aq) + 2NH3 (aq)+ 10H2O (l)
H° = +80.3 kJ
S° = +423 J/K thuận lợi
không thuận lợi
H2O (l) H2O (s) ở t > 0°C
H° = -6.01 kJ
S° = -22.0 J/K không thuận lợi
thuận lợi
Đối với chất khí, khi T constant : S P và ngược lại.
S T và ngược lại
14
S° : entropy mol chuẩn là entropy của một mol chất tinh khiết ở 1 atm và nhiệt độ xác
định (thường là 25°C)
S° = 2 192.3 – (191.5 + 3 130.6)
= -198.7 J/K
15
Giới thiệu về năng lượng tự do Gibbs G
Cho phản ứng sau
Phản ứng trên có tự xảy ra ở 25°C? Tính nhiệt độ mà tại đó phản ứng tự xảy ra ?
G < 0 : phản ứng tự diễn ra
G = 0 : phản ứng cân bằng
G > 0 : phản ứng không tự diễn ra
ΔH ΔS ΔG= ΔH- TΔS Xu hướng của quá trình Ví dụ
- + - Tự diễn ra ở mọi nhiệt độ 2NO2 (k) → N2 (k) + 2O2 (k)
+ - + Không tự diễn ra ở mọi nhiệt
độ
3O2 (k) → 2O3 (k)
- - - hoặc + Tự diễn ra ở nhiệt độ thấp
Không tự diễn ra ở nhiệt độ
cao
N2(k) + H2 (k) → 2NH3 (k)
+ + - hoặc + Tự diễn ra ở nhiệt độ cao
Không tự diễn ra ở nhiệt độ
thấp
2HgO (r) → 2Hg (l) + O2 (k)
16
Năng lượng tự do tiêu chuẩn tạo thành G°f
(standard free energies of formation)
G°f NH3= -33.0/2 = -16.5 kJ/mol
G° = G°f sp - G°f tc
G° = 2G°f NH3 - (G°f N2 + 3 G°f H2)
17
Năng lượng tự do của phản ứng trong TH không tiêu chuẩn
R: hằng số khí (= 8.314 J/K.mol)
T: °K
Đối với phản ứng của chất khí Q= QP = Psp/Ptc
Đối với phản ứng của chất lỏng Q= QC = Csp/Ctc
Tính G của phản ứng ở 25°C, khi áp suất của
từng cấu tử như sau 1.0 atm N2, 3.0 atm H2,
0.02 atm NH3
Tính G của phản ứng ở 25°C, khi áp suất của
từng cấu tử như sau 0.01 atm N2, 0.03 atm H2,
2.0 atm NH3
G = -33.0 103 + (8.314 298 ln1.5107)
G = 7.9 kJ/mol
G = G° + R T lnQp
= -33.0 103 + (8.314 298 ln1.510-5)
G = -60.5 kJ/mol
18
Năng lượng tự do và cân bằng hóa học
ΔG° lnK K Kết luận
ΔG°<0 lnK>0 K>1 Hỗn hợp phản ứng chủ yếu là sản phẩm
ΔG°>0 lnK<0 K<1 Hỗn hợp phản ứng chủ yếu là tác chất
ΔG°=0 lnK=0 K=1 Hỗn hợp phản ứng cân bằng giữa sản phẩm và tác chất
K = 2 × 104
Xét phản ứng
19
2.2. Tốc độ phản ứng - Cân bằng hóa học
Tốc độ phản ứng H2 + O2 H2OQúa trình gỉ sét
trong tự nhiên
a A + b B c C + d D
v = − A
t= −
B
t= C
t= D
t= k[A]m[B]n
k: hằng số tốc độ phản ứng
m,n: được đo bằng thực nghiệm và thường không trùng
với hệ số a, b, c và d trong phương trình hóa học;
m, n giúp xác định bậc phản ứng
Ví dụ một phản ứng có v = k[A]2[B]
m = 2, n = 1, m + n = 3
Vậy phản ứng bậc 2 đối với A,
bậc 1 đối với B
bậc ba cho toàn phản ứng
Xác định tốc độ phản ứng bằng phương pháp xác định tốc độ đầu
a. Viết công thức tính tốc độ phản ứng
b. Xác định k?
c. Nếu nồng độ đầu của [NH4+]= 0.39 M, [NO2
-]= 0.052M, tính v?
v =
21
Phản ứng bậc 1 A sản phẩm
mà
Cho k ở 20°C là 1.810-5 s-1, nồng độ đầu
của H2O2 là 0.30 M.
a. Tính [H2O2] sau 4.00 h?
b. Mất bao lâu thì nồng độ H2O2 giảm còn
0.12 M?
c. Mất bao lâu thì 90% H2O2 bị phân hủy?
VD:
Hệ số góc
22
ln[N2O5] = -kt + ln[N2O5]0
Phản ứng bậc 1 A sản phẩm
Xác định k dựa vào hệ số góc của phương trình
k = -(hệ số góc) = 1.7 10-3 s-1
Hoặc có thể vẽ biểu đồ trong excel, rồi
chọn «display equation on chart»
23
Phản ứng bậc 1 A sản phẩm
Xác định thời gian bán hủy t1/2
Cho k = 1.7 10-3 s-1
a. Tính t1/2
b. Nếu nồng độ đầu của N2O5là 0.02 M, tính nồng độ N2O5 sau 5 lần bán hủy
c. Sau bao lâu thì nồng độ N2O5 còn lại 12.5% so với nồng độ đầu
24
Phản ứng bậc 2
v =
Xác định thời gian bán hủy t1/2
a. Phản ứng bậc 1 hay
bậc 2?
b. Tính k = ?
c. Tính [NO2] tại t = 20.0
phút
d. Tính t1/2 của phản ứng
khi nồng độ đầu của
NO2 = 6.0010-3 M
tại 300°C
v =
25
Phản ứng bậc 0
v
Xúc tác Pt
26
Tốc độ phản ứng và nhiệt độ
Mg trong nước lạnh Mg trong nước nóng
Dựa vào phương trình Arrhenius có thể tính được Ea khi biết các giá trị k ở các nhiệt độ khác nhau
Ea = -R hệ số góc
k: hằng số tốc độ phản ứng
A: hằng số Arrhenius
Ea: năng lượng hoạt hóa
R: hằng số khí (= 8.314 J/K.mol)
T: °K
a. Tính Ea (kJ/mol) bằng cách sử dụng
các giá trị từ thực nghiệm trên
b. Tính Ea từ hai giá trị k ở 283°C và
508°C
c. Từ giá trị k tại 283°C và giá trị Ea
tính được từ câu b, tính k tại 293°C
27
Tốc độ phản ứng và xúc tác
Chất xúc tác làm tăng tốc độ của
phản ứng, các chất này sau khi
tham gia vào phản ứng được
hoàn trở lại về lượng và chất.
Không có xúc tác,
lượng oxi sinh ra rất ít
Thêm xúc tác KI,
lượng oxi sinh ra nhiều
v
Ea = 76 kJ/mol
Không có xúc tác Có xúc tác
Xác định chất xúc tác và chất trung
gian trong dãy phản ứng sau
28
Xúc tác đồng thể
Các chất phản ứng và chất xúc tác tạo thành một pha đồng nhất
VD: xúc tác NaI (lỏng) trong phản ứng phân hủy H2O2 (lỏng)
Xúc tác NO (khí) trong phản ứng tạo O3 (khí) từ O2 (khí)
Xúc tác dị thể
Các chất phản ứng và chất xúc tác tạo thành một hệ dị thể (không đồng nhất)
29
Cân bằng hóa học
Tại thời điểm cân bằng
Hằng số cân bằng
Kc =
Ở 250C
Ghi chú: Hằng số cân bằng phụ thuộc vào nhiệt
độ, ví dụ kc của phản ứng chuyển hóa N2O5 tăng
từ 4.64 10-3 ở 250C lên 1.53 ở 1270C
30
Mối quan hệ giữa KC và KP
Tương tự
R = 0,082 (L.atm)/ (K.mol)
T0K
31
Quy ước chung: bỏ qua nồng độ của chất rắn hoặc
chất lỏng nguyên chất khi viết hằng số căn bằng
32
Tại 7000K
Để dự đoán phản ứng tại một thời điểm nào đó có đạt cân bằng hay chưa, ta tính QC
Giả sử tại thời điểm t và
QC< KC
Nên phản ứng sẽ chuyển dời sang phải
? Nếu lấy 1 mol H2 cho phản ứng với 1 mol I2 trong bình 10 lít ở 700 K. Tính nồng
độ và số mol của H2, I2 và HI lúc cân bằng.
33
Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier
"Khi một trong những điều kiện tồn tại của cân bằng như: nồng độ, nhiệt độ,
áp suất bị thay đổi thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại tác
dụng thay đổi đó".
Ở ví dụ trên, nếu ta tăng áp suất của hệ (hay giảm thể tích) ví dụ bằng cách
nén thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận.
• Đối với phản ứng tỏa nhiệt (H<0), KC giảm khi nhiệt độ tăng
• Đối với phản ứng thu nhiệt (H>0), KC tăng khi nhiệt độ tăng
Ở ví dụ trên, cân bằng sẽ chuyển dịch sang chiều trái khi tăng nhiệt độ
Mạch điện hóa
Anod (-) : Zn Zn2+ + 2e
Cathod (+) : Cu2+ + 2e Cu
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
-xảy ra phản ứng oxi hóa
-electron tạo thành
-anion di chuyển về
-ký hiệu (-)
-xảy ra phản ứng khử
-tiêu thụ electron
-cation di chuyển về
-ký hiệu (+)
Anod Cathod
34
4. Điện hóa học
ZnZn2+ (0.01M) Cu2+ (0.01M) Cu
Qui ước viết mạch điện hóa
Suất điện động của pin
Epin = E+ - E-
Khi [Mn+] =Epin bản chất kim loại làm điện cực,
nồng độ dung dịch, nhiệt độ
1 M, 25°C Suất điện động chuẩn E0pin 35
Cách xác định suất điện động tiêu chuẩn
Anod (-) : Zn Zn2+ + 2e
Cathod (+) : 2H+ + 2e H2
Anod (-) : H2 2H+ + 2e
Cathod (+) : 2Ag+ + 2e 2Ag
E0pin = E0
+ - E0- = 0.76
E0 Zn2+/Zn = − 0,76V
E0pin = E0
+ - E0- = 0.80
E0 Ag+/Ag = 0.80V
36
37
Bán phản ứng khửSuất điện động tiêu chuẩn E° tại 25°C
38
∆G°: năng lượng tự do Gibbs tiêu chuẩn
n: là số electron trao đổi
F: hằng số Faraday 96500 C/mol e-
∆E° > 0 → ∆G° < 0 : phản ứng tự diễn ra
∆E° < 0 → ∆G° > 0 : phản ứng không tự diễn ra
Pb2+ có thể oxi hóa được Al
hay Cu ở điều kiện tiêu chuẩn?
Tính E° của phản ứng ở 25°C?
Bán phản ứng khử
- Chất oxi hóa mạnh nhất, chất khử mạnh nhất?
- Chất nào bị oxi hóa bởi B2+? Chất nào bị khử bởi C?
- Viết phản ứng tổng của hệ pin tạo điện áp cao nhất? Tính E°
Dùng E° để dự đoán phản ứng có tự diễn ra hay không
E0 Ag+/Ag = 0.80 V
E0 Zn2+/Zn = − 0,76VAnod (-)
Cathod (+)
39
hay
E = E° -0.059
𝑛log Q (ở 25°C)
Phương trình Nernst
Suất điện động trong điều kiện không tiêu chuẩn – Phương trình Nernst
Ví dụ 1:
Tính thế oxi hóa – khử của hệ Cr2O72-/Cr3+ khi [Cr2O7
2-] = [Cr3+], trong môi
trường pH = 2 và pH = 3. Biết E0Cr2O7
2-/Cr3+ = 1.33 V.
Ví dụ 2:
Tính thế tiêu chuẩn điều kiện khi pH = 8, [AsO43- ] = [AsO3
3-] =1 M, E0 =0.57
40
Xác định pH bằng phương pháp điện hóa học
Điện cực so sánh
sspin
Vì E° = 0, n = 2, PH2 = 1 atm nên
0.0592 pH
Epin = 0.059 pH + Ess
pin ss
Điện cực so sánh thường dùng là
điện cực bạc hay điện cực calomel
Cho sơ đồ pin sau có E = 0.55 V
ở 25°C, tính pH của dung dịch
tại anode?
AgCl (r) + e Ag (r) + Cl-
Hg2Cl2 (r) + 2e 2Hg(l) + 2Cl-
E° = 0.22 V
E° = 0.28 V
41
Suất điện động và hằng số cân bằng
ở 25°C
→ k = 1.58 × 1037 tại 25°C
03 cách tính hằng số cân bằng K
42
Acquy chì
- Acquy chì gồm các tấm điện cực âm là Pb và cực
dương là PbO2 nhúng trong dung dịch H2SO4 38%.
- Khi mới nạp, acquy có suất điện động khoảng 2V.
Nếu nối tiếp 3 cặp điện cực thì được acquy có điện
áp là 6V.
Pin khô
Pin Leclanché
Khi NH4Cl được thay bằng NaOH hay
KOH → pin khô kiềm, có tuổi thọ cao
hơn, điện áp cao hơn và ổn định hơn
43
Sự điện phân
Điện phân nóng chảy
Điện phân dung dịch
Trong sự điện phân dung dịch, ngoài các ion
do chất điện ly phân ly ra còn có sự tham gia
của nước
Cathode (-)Anode (+)
Anode: thế nhỏ sẽ bị oxy hoá. Cathode: thế lớn sẽ bị khử
44
Khối lượng chất giải phóng trên mỗi điện cực tỷ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và
đương lượng của chất.
Itn
Am .
96500
1
A: khối lượng mol nguyên tử hay phân tử của chất (g)
n: số electron thu hay nhường
I: cường độ dòng điện (Ampe)
t: thời gian điện phân (giây)
96500: số Faraday
Định luật Faraday
45
7. Hydrocarbon
7.1 Alkan
Alkan: hydrocarbon no mạch hở, nguyên tử carbon lai hóa sp3
CTTQ CnH2n+2 (n ≥ 1)
Góc hóa trị 109°5’, liên kết C-H: 1.09Å, C-C: 1.53Å
Danh pháp Số carbon Tên Cấu trúc
1 Methan CH4
2 Ethan CH3CH3
3 Propan CH3CH2CH3
4 Butan CH3(CH2)2CH3
5 Pentan CH3(CH2)3CH3
6 Hexan CH3(CH2)4CH3
7 Heptan CH3(CH2)5CH3
8 Octan CH3(CH2)6CH3
9 Nonan CH3(CH2)7CH3
10 Decan CH3(CH2)8CH3
46
HydrocarbonAlkan mạch phân nhánh
• Chọn mạch dài nhất làm mạch chính
• Đánh số sao cho mạch nhánh có chỉ số nhỏ nhất
• Dùng chữ số & gạch (-) để chỉ vị trí nhánh, nhóm
cuối cùng phải viết liền với tên mạch chính
• Nếu có nhiều nhánh tương đương: dùng tiếp đầu
ngữ di-, tri-, tetra- để chỉ số lượng nhóm tương đương
C C C
C
C
C C
C
C
C
C C
C C C
C C
C
C
C
VD (H viết tắt):
Tên gốc hydrocarbon
CH3- : methyl
CH3CH2- : ethyl
CH3CH2CH2- : n-propyl
C6H5- : phenyl
C6H5CH2- : benzyl
CH3 CH
CH3
isopropyl
CH3 CH CH2
CH3
isobutyl
CH3 CH2 CH
CH3
sec-butyl
CH3 C
CH3
CH3
tert-butyl
47
HydrocarbonKhai thác alkan từ dầu mỏ
2,2,4-Trimethylpentane
(isooctan, chỉ số octane =100)
48
Hydrocarbon
Ni
to
Hidrogen hoaù Alken, Alkin
CnH2n + H2
CnH
2n+2
CnH
2n-2
Tổng hợp trong PTN
- Thuûy giaûi taùc nhaân Grignard RMgX
RX + Mg
Hoaøn nguyeân RX
Ether khanRMgX
H2ORH
- Hoaøn nguyeân baèng kim loaïi/ acid (H ñang sinh)
RX + Zn + H+ RH + Zn
2++ X
-
HCl / Zn-Hg
H2N-NH 2/ OH-
R CH2 R'
R'CH2R
R C R'
O
Hoaøn nguyeân nhoùm C = O
49
Hydrocarbon
Phaûn öùng Wurtz (duøng ñeå ñieàu cheá alkan ñoái xöùng)
RX + Na R-R + NaX
Phaûn öùng keát ñoâi giöõa RX vaø hôïp chaát cô kim loaïi
RXLi
R LiCuX
R Cu
R
R' X
R R'Li
Khöû CO2
cuûa muoái cacboxylat
CH3COONa + NaOH / CaO CH
4+ Na
2CO
3
Tính chất vật lý (tự đọc)
50
Hydrocarbon
2
1n3
askt
cracking
Halogen hoaù
CH4
+ Cl2
CH3Cl + HCl
Ñoä phaûn öùng F2
> Cl2
> Br2
> I2
Phaûn öùng chaùy
CnH
2n+2+ O
2nCO
2+ (n+1)H
2O
Phaûn öùng Cracking
Alkan maïch ngaén hôn + Alken + H2
Alkan trơ không có phản ứng cộng, đặc trưng là phản ứng thế H
Tính chất hóa học
t°
Alkan
51
Hydrocarbon
7.2 Alken
Alken: hydrocarbon mạch hở, chứa 1 liên kết đôi C=C
CTTQ : CnH2n, n≥2
Trong C=C: 1 & 1, hình thành do liên kết của orbital sp2
HydrocarbonDanh pháp
Tên thông thường
Tên alkan tương ứng, đổi an ylen
Ít dùng, trừ 3 alken thông dụng:
CH2=CH2 ethylen
CH2=CH-CH2 propylen
(CH3)2C=CH2 isobutylen
Danh pháp IUPAC
Tên alkan tương ứng, đổi an en
Chọn mạch carbon dài nhất & chứa C=C
làm mạch chính
Đánh số sao cho C=C có chỉ số nhỏ nhất
C C
C
C C
VD (H viết tắt):
C
C
C
C
C C C C
C6H5 C C
C
C
Tên gốc của alken : alkenyl
CH2=CH-
1-ethenyl (vinyl)
CH2=CH-CH2-
2-propenyl (allyl)
CH3-CH=CH-
1-propenyl
53
HydrocarbonTổng hợp
KOH/alcolC CC C
X
H
Khöû HX
HX+
H2SO4
t 0C C + H2OC C
OHH
Khöû H2O töø röôïu
C C
XX
CC+ Zn
Dehalogen hoaù baèng Zn
+ ZnBr2
R – C C – R’
R– CH = CH – R’
H2/Pd
Hoaøn nguyeân Alkyn
Tính chất vật lý (tự đọc)
54
HydrocarbonTính chất hóa học
Phản ứng cộng
C C
C C
X X
HXC C
H X
HOXC C
OH X
X2
H2O
H+
H2SO4
C C
OH H
C C
OSO3H H
(theo Markonikov)
R CH=CH2HBr
peroxid
R CH
Br
CH3
R CH
H
CH2Br
(phản Markonikov)
R CH CH2
H2O
H+R CH CH3
OH
(BH3)2 H2O2
OH-R CH2 CH2 OH
CH3CH
2CH=CH
2CH
3CH
2COOH + CO
2
(CH3)
2C=CH
2CH
3(CH
3)
2C=O + CH
3COOH
55
Hydrocarbon Phản ứng thế Hα
+
NBS
Br
CH3CH=CH
2+ Cl
2 ClCH
2CH=CH
2
(NBS: N-bromosuccinimid)
O3
H2O,ZnO
3
H2O,Zn
KMnO4ññ
KMnO4ññ
Phản ứng bẻ gãy mạch
- Ozon giaûi: saûn phaåm laø aldehyd, ceton
CH3CH
2CH=CH
2 CH
3CH
2CHO + HCHO
(CH3)
2C=CH
2(CH
3)
2C=O + HCHO
- Oxi hoùa: saûn phaåm laø acid, ceton, CO2
56
Hydrocarbon7.3 Alkyn
Hợp chất hydrocarbon không no, mạch hở,
chứa liên kết ba C≡C
CTTQ: CnH2n-2 n≥2
H C C H1.20 A°
1.06 A°
Alkyn đơn giản nhất là HC≡CH acetylen
Các alkyn đơn giản khác được xem là dẫn xuất của acetylen
HC≡C-CH2-CH3 ethylacetylen
CH3-C≡C-CH(CH3)2 isopropylmethylacetylen
Danh pháp
Tên thông thường
57
Hydrocarbon Danh pháp IUPAC
Cách gọi tên giống như alken, chỉ đổi en thành yn
Mạch chính phải chứa C≡C
Những hợp chất chứa nhiều hơn 1 nối ba diyn, triyn
Tổng hợp
C C
HH
CC
X X2
XC C
HH
NaNH 2
Khử HX
C C CCC C HNaNH 2
R:NaRX
1O
R :( )
Phản ứng thế
Tính chất vật lý (tự đọc)
58
HydrocarbonTính chất hóa học
Phản ứng cộng
CH3-CCH + H2
H2, NiCH3-CH2-CH3
H2, PdCH3-CH=CH2
CH C CH3C CH3
BrBr
CH+ Br2 C CH3
Br
Br
Br
HC
BrBr
2
- Cộng phân tử đối xứng
C C
XH
CCHX HX
H
C
X
X
C
- Cộng phân tử bất đối xứng
59
Hydrocarbon
H2SO4 HgSO 4/
Hg2+
H2SO4 HgSO 4/
CH3 C CH3
O
HC CH + HCl
CH CH + H2O
CH3– C CH + H
2O
CH2
= CH – Cl
CH3CHO
0
Ct
xt
3C2H2 C6H6
CH2=CH-CCH
Sự đa phân hóa
2C2H2
-C C – H + Na -C C- Na + ½ H2
-C C – H + NaNH2 -C C- Na + NH
3
Tính acid của ankyn có nối ba CC đầu mạch
8.1.1 Alcol
Phân loại
- Dựa vào gốc hydrocarbon: alcol béo
(no, không no, vòng) và alcol thơm
C2H5OH CH2=CHCH2OH C6H5CH2OH
- Dựa vào số nhóm OH: monoalcol, polyalcol
C2H5OH
- Dựa vào bậc C gắn nhóm OH
CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CHCH3
OH
CH3CCH3
CH3
OH60
8. Dẫn xuất hydrocarbon
8.1 Alcol-Phenol-Ether
Danh pháp
IUPAC
CH3OH
CH3CH2OH
CH3CH2CH2OH
Thông thường
Methanol
Ethanol
1-Propanol
2-Methylpropanol
2-Butanol
Acol Methylic
Alcol ethylic
Alcol n-propylic
Alcol iso-butylic
Alcol sec-butylic
Alcol-Phenol-Ether
61
Tính chất vật lý
Ở nhiệt độ thường, hầu hết các alcol mạch ngắn (từ 1C đến 11C),
là những chất lỏng, các alcol mạch dài hơn là những chất rắn.
Các polyalcol như etilenglycol, glycerin: những chất lỏng không
màu, sánh, có vị ngọt, dễ tan trong nước.
Liên kết hydrogen
Khả năng hòa tan trong nước giảm khi khối lượng phân tử tăng.
Nhiệt độ sôi của alcol không phân nhánh cao hơn alcol phân
nhánh có cùng số carbon.
Alcol-Phenol-Ether
62
Tính chất hóa học và
điều chế
R O H
63
64
Phenol – một trong những nguyên nhân gây
cá chết trong sự kiện Formosa
8.1.2 Phenol
Resveratrol
“-OH liên kết trực tiếp với nhân thơm”
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
NO2
NO2
O2N
OH
OH
phenol o-cresol m-cresol p-cresol
catechol resorcinol hydroquinone picric acid
α-naphthol β-naphthol
Tên thông thường
Danh pháp
Alcol-Phenol-EtherTên IUPAC
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OCH3
1,2-benzenediol 1,3-benzenediol 1,4-benzenediol 4-methoxyphenol
Điều chế
- Chưng cất nhựa than đá
- Thủy phân chlorobenzene
Cl
+ KOH300°C
280 atm
OH
+ KOH
65
Alcol-Phenol-Ether- PP kiềm chảy
SO3H
+300°C
ONa
NaOH r
OH
H+
- Oxy hóa cumene (dùng trong công nghiệp)
+
CH(CH3)2
O2
C
O
OH
CH3H3C
H2O
H+
OH
CH3COCH3
- Thủy phân muối diazonium (dùng trong ptn)
+ H2ON2Cl40 50°C-
OH + +N2 HCl
+ H2ON2Cl+ +NH2 NaNO2 HCl NaCl +
Điều chế muối diazonium
66
67
+C của –OH với nhân thơm O-H phân cực mạnh
khả năng tạo liên kết H của phenol > alcol
t° sôi , t° nóng chảy, độ hòa tan trong nước > alcol
tương ứng
Tính chất vật lý
O H
Phenol Cyclohexanol
t° sôi 180 161
t° nóng chảy 41 25.5
Độ hòa tan (g/100g H2O) 9.3 3.6
Alcol-Phenol-Ether
68
Tính chất hóa học
Tính acid
Phenol > H2O > Alcol
C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O
C6H5OH + Na → C6H5ONa + ½ H2
Tính acid của phenol yếu hơn acid carbonic
C6H5ONa + CO2 + H2O → C6H5OH + NaHCO3
OH
NO2
OH
NO2
OH
NO2
>>
So sánh tính acid của 1 số phenol:
pKa 7.15 7.23 8.4
OH
CH3
OH
CH3
OH
CH3
> >
10.08 10.14 10.28
OH
Cl
OH
Cl
OH
Cl
> >
8.48 9.02 9.38
Alcol-Phenol-Ether
69
Phản ứng tạo etherOH
+ C2H5OH H+
Điều chế ether của phenol bằng pp Williamson
ONa
+ C2H5Br
OC2H5
+ NaBr
Br
+
OC2H5
+ NaBrC2H5ONa
ONa
+
O CH2 CH CH2
+ NaBrCH2 CH CH2 I
Alcol-Phenol-Ether
NaI
70
Phản ứng ester hóaOH
+ CH3COOHH+
Phải dùng dẫn xuất chloride hay anhydride của carboxylic acid
C6H5-OH + (CH3CO)2O → CH3COOC6H5 + CH3COOH
C6H5-OH + CH3COCl → CH3COOC6H5 + HCl
Phản ứng thế thân điện tử
OH
+CS2
- HBrBr2
OH
Br
OH
Br
+
Halogen hóa
Alcol-Phenol-Ether
71
Nitro hóa
OH
+
OH
NO2
OH
NO2
+HNO3
35% 65%
Sulfo hóa
OH
+
OH
SO3H
OH
SO3H
H2SO4
100°C H2SO4
100°C
15-20°C
8.1.3 Ether (tự đọc)
Alcol-Phenol-Ether
8.2 Aldehyd và Ceton
72
𝛽-Damascenone
1
2
3
4
5
6
78
CHO
1
2
3
4
5
6
78
CHO
Citral a Citral b Citronellal
1
2
3
4
5
6
78
CHO
HCHO Metanal Aldehyd formic (formaldehyd)
CH3CHO Etanal Aldehyd acetic (acetaldehyd)
CH3CH2CHO Propanal
CH3CH2CH2CHO n-Butanal
C6H5CHO Aldehyd benzoic (benzaldehyd)
Danh pháp
- Aldehyd RCHO
- Ceton RCOR’
Butanon Ethyl methyl ceton
1-Phenylpropan-1-on Ethyl phenyl ceton
1-Phenylpropan-2-on Benzyl methyl ceton
2-Methylpentan-3-on Ethyl isopropyl cetonCH3 CH
CH3
C
O
CH2 CH3
Aldehyd và CetonĐiều chế
73
- Aldehyd
- Ceton
- Aldehyd và ceton
Tính chất vật lýAldehyd và Ceton
- Aldehyd, ceton là những chất lỏng hoặc rắn, trừ aldehyd formic là chất khí.
- Aldehyd formic, aldehyd acetic, aceton tan vô hạn trong nước.
- Aldehyd, ceton có nhiệt độ sôi thấp hơn alcol và acid tương ứng (do không có
khả năng tạo liên kết hidro).
- Các aldehyd thấp có mùi khó chịu. Các ceton đầu dãy có mùi đặc trưng.
74
H2O
Tính chất hóa học Aldehyd và Ceton
Phản ứng cộng thân hạch
CR'
OR Z H2O
CRR'
Z
OH
Z: RMgX (Cộng Grignard)
2C O + R-MgX C OMgX
H OC
RR
OH
Đây là một trong các phương pháp điều chế alcol, tùy vào cơ cấu của
alcol mà chọn hợp chất carbonyl và Grignard thích hợp
CH CH
OMgBr3
C6H5
H2O
C6H53CH
OH
CH
HCHO + CH3CH
2MgBr CH
3CH
2CH
2OMgBr CH
3CH
2CH
2OH
VD:
CH3CHO + C
6H
5MgBr
3 2C
OMgBr
CH3
CH3 CHCHO
2H
HC HC CH3 C
OH
CH3
233 2C
O
CH3 CHCH + CH3MgBr
75
Z: CN-Aldehyd và Ceton
C
O
+ CN-C
O
CNH+
C
OH
CNHCl
t°C
OH
COOH
CN-, H+
CH3CH2 C
CH3
OH
CNHCl
t o COOHCH3CH2 C
CH3
OH
CH3CH2 C
O
CH3
VD:
Z: H2N-G (dẫn xuất amoniac)
Tác chất Sản phẩm
H2N-OH (hydroxylamin)
H2N-NH2 (hydrazin)
H2N-NH-C6H5 (phenylhydrazin)
C N OH oxim
C N NH2 hydrazon
C N NHC6H5 phenilhyrazonphenylhydrazon
Z: ROH (sự thành lập acetal)
R C O
H
+ ROH
H+
R C
OH
H
ORROH H
+
CR
OR
H
OR
hemi acetal acetal
/
76
Phản ứng của Hα Aldehyd và Ceton
C
H
C
O
+ X2 C
X
C
O
+ HXH
+ hay OH
-
Halogen hóa
O
+ Br2H
+O
Br
+ HBr
VD:
CCH3
CH3
CH3
C
O
CH3I2/OH
-H
+
CCH3
CH3
CH3
COOH + CHI3 (phaûn öùng haloform)
CH3CHO Br2/NaOH H+
HCOOH + CHBr3
X2/OH-
R C
O
CH3
H+
RCOOH + CHX3
Chỉ xảy ra với acetaldehyd
và các methyl ceton
77
Aldehyd và Ceton Súc hợp aldol
2CH3CHO CH3CHOHCH2CHO CH3CH=CHCHOHO- -H2O
CHO + CH3CHO HO- -H2O
CHO + CH3COCH3 HO- -H2O
Phản ứng oxi hóa
CuSO4
(tt Fehling)
Ag(NH3)2+
(tt Tollens)
KMnO4
K2Cr2O7
RCOOH hay ArCOOHRCHO hay ArCHO
Ceton khó bị oxy hóa
Aldehyd
78
CHO(CH3)2CO
H2O
C
CH3
O C
CH3
OH
H+C
CH3
OH
H
C
CH3
OH
C
CH3
O
β-Ionon
Vitamin A
α -Ionon
Citral a
Phản ứng hoàn nguyên
C O C
H
OH
LiA lH41 .
H3O+
H3O+
2.
1. NaBH4
2.
H2/Ni
C O
Zn(Hg)/HCl
NH2 NH2/OH-
C H
H
Aldehyd và Ceton
79
80
Acid acetic CH3COOH
(S)-IbuprofenAcid butanoic CH3(CH2)2COOH nguyên nhân
gây mùi ôi của bơ khi không bảo quản tốt
Acid hexanoic CH3(CH2)4COOH tạo nên mùi đặc trưng của sữa dê
hay mùi hôi của vớ thể thao không được vệ sinhAcid cholic có nhiều trong mật người
8.3 Acid carboxylic và dẫn xuất
Danh pháp
HCOOH Acid formic
CH3COOH Acid acetic
CH3CH2COOH Acid propionic
CH3(CH2)2COOH Acid butiric
CH3(CH2)3COOH Acid valeric
CH3(CH2)4COOH Acid caproic
….. ……
Tên thông thường
HCOOH Acid metanoic
CH3COOH Acid etanoic
CH3CH2COOH Acid propanoic
CH3(CH2)2COOH Acid butanoic
CH3(CH2)3COOH Acid pentanoic
CH3(CH2)4COOH Acid hexanoic
…. ….
IUPAC
8.3.1 Acid carboxylic RCOOHAcid carboxylic và dẫn xuất
81
Điều chếAcid carboxylic và dẫn xuất
Oxi hóa rượu bậc 1
RCH2OH RCOOH [O]
Tác nhân oxy hóa [O]: K2Cr2O7/H2SO4, KMnO4/H2SO4, HNO3 …
KMnO 4
VD:
CH3CH2OH CH3COOH
C6H5CH2OH C6H5COOHKMnO 4
RMgX + CO2 R-COO-MgX
+
H+
RCOOH
Từ hợp chất Grignard
CH3CH2 C
CH3
CH3
ClMg
CH3CH2 C
CH3
CH3
MgClCO2 H
+
CH3CH2 C
CH3
CH3
COOH
Mg CO2
Br
H+
COOH
VD:
82
Acid carboxylic và dẫn xuất Thủy giải nitril
R-X + CN- R-CN R-COOH H2O/H+
(Bậc 1)
CH2Cl
NaCN
CH2CN+
H
CH2COOH
3O
VD:
CH2(COOC2H5)2
1.
2.
C2H5ONaR CH(COOC2H5)2
H2O, HO-, t°R CH(COO-)2
H+
R CH(COOH)2t°
R CH2COOHR X
R' X
1.
2.
C2H5ONa
R C(COOC2H5)2
R'
H2O, HO-, t° H+t°
R CH
R'
COOH
Từ ester malonat
CH3CH2CH2Br + CN- CH3CH2CH2CN CH3CH2CH2COOH
H2O/H+
83
Tính chất vật lý
- Acid monocarboxylic:
1C-4C: chất lỏng linh động, hòa tan vô hạn trong nước
5C – 9C: chất lỏng sánh như dầu, hòa tan kém trong nước
10C trở lên: chất rắn, không tan trong nước, dễ tan trong alcol etylic và ether
Khi chiều dài mạch C tăng và mức độ phân nhánh của gốc R tăng lên thì độ tan
giảm nhiều
- Acid dicarboxylic:
Dạng tinh thể, dễ tan trong nước
- Acid monocarboxylic thơm:
Là những chất rắn kết tinh, dễ thăng hoa, chỉ tan trong nước nóng, dễ tan trong
alcol etylic và ether
Acid carboxylic và dẫn xuất
R CO
O H
H O
CO
R
84
Tính chất hóa học
Tính acid
RCOO-H + H2O → RCOO + H3O
K a =[RCOO ] [H 3O ]
[RCOOH]
Hằng số acid:
R-COOH + Na → RCOONa + 1/2H2
2R-COOH + CaO → (RCOO)2Ca + H2O
R-COOH + NaOH → RCOONa + H2O
2R-COOH + Na2CO3 → 2RCOONa + H2O + CO2
Giá trị Ka càng lớn thì tính acid càng mạnh
Acid carboxylic và dẫn xuất
Phản ứng thế nhóm OH
- Tạo ester
- Tạo halogenid acid
RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O
CH3CO-OH + PCl5 → CH3CO-Cl + HCl + OPCl3 85
- Tạo thành anhydric acid
2CH3COOH (CH3CO)2O + H2O P2O5, t°
Một số phản ứng khác
- Phản ứng thế nguyên tử Hα
CH3CH2COOH + Cl2 CH3CHClCOOH P
- Phản ứng khử nhóm COOH
CH3CH2COOH CH3CH2CH2OHLiAlH4
H3O+
Acid carboxylic và dẫn xuất
Tính chất của acid chưa no và dicarboxylic : tự đọc
86
8.3.2 Dẫn xuất của acid carboxylic Acid carboxylic và dẫn xuất
R C
OH
O
Y
R C
OH
OR C
Y
O
+ H2O HY+
R C
X
O
R C
O
CR
O
O
R C
OR'
O
R C
NH2
O
(X = F, Cl, Br, I)
Halogenid acid
Anhydrid acid
Ester
Amid87
Ester RCOOR’
Phân loại
- Ester hoa quả
HCOOC2H5 etil formiat mùi rượu rum
HCOOC5H11 amyl formiat mùi mận
CH3COOC5H11 isoamyl acetat mùi chuối
C3H7COOC2H5 etil butyrat mùi dứa
- Glycerid (chất béo): là ester của acid béo cao, không nhánh với glycerin
C17H35COOH acid stearic
C15H31COOH acid palmitic + glycerin
C17H33COOH acid oleic
CH2
CH
CH2
O
O
O
C R1
O
C
C
R2
R3
O
O
Acid carboxylic và dẫn xuất
- Serid (sáp): là ester của acid và alcol béo cao
C15H31COOH + C30H61OH C15H31COOC30H61 + H2O
Sáp ongAcid palmitic Alcol miricylic 88
- Sterid: là ester của acid béo cao với alcol vòng như sterol
Cholesterol Sterid
Tính chất hóa học
- Phản ứng xà phòng hóa:
thủy phân trong môi trường base
RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH
Acid carboxylic và dẫn xuất
CH2
CH
CH2
O
O
O
C C17H35
O
C
C
C17H35
C17H35
O
O
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
3NaOH 3C17H35COONa
Đây là phương pháp điều chế xà phòng89
- Thủy phân trong môi trường acid
CH2 O C
O
R
CH O C R'
CH2
O
O C
O
R''
CH2 OH
CH OH
CH2 Cl
RCOOH R'COOH R''COOHHCl
3-Monocloropropan-1,2-diol (3-MCPD)
RCOOR’ + HCl → RCOOH + R’Cl
xà phòng
- Phản ứng với NH3: tạo amid
C6H5COOCH3 + NH3 → C6H5CONH2 + CH3OHMethylbenzoat Benzylamid
- Phản ứng với hợp chất cơ magnesi
- Phản ứng khử ester
RCOOR’ RCH2OH + R’OHLiAlH4
CH3CH=CHCOOCH2CH3 + LiAlH4 → CH3CH=CHCH2OH + CH3CH2OH
Acid carboxylic và dẫn xuất
90
Amid RCONH2
Tính chất vật lý
Chỉ có formamid (HCONH2) là chất lỏng ở nhiệt
độ thường. Các amid khác đều là chất rắn kết
tinh. Các amid thấp có thể hòa tan được trong
nước, các amid tinh khiết đều không có mùi.
R C
O
N H
H
R C N H
O H
Tính chất hóa học
Amid có tính lưỡng tính. Tính acid, base đều rất yếu
Amid chỉ phản ứng với acid mạnh, tạo các muối không bền dễ bị
thủy phân
CH3-CO-NH2 + HCl → [CH3-CO-NH3]+Cl-
Muối kim loại của các amid không bền (trừ thủy ngân)
CH3-CO-NH2 + HgO → (CH3-CO-NH)2Hg + H2O
Acid carboxylic và dẫn xuất
91
Capsaicin
- Alkylamin
CH3NH2 Methylamin
CH3CH2NHCH3 Ethylmethylamin
C6H5NHC6H5 Diphenylamin
(CH3)3N Trimethylamin
Cyclohexylamin
Danh pháp
8.4 Amin
NH2
NH2
NH2H3C
Anilin
p-toludin
CH3CH2CH(NH2)CH2CH2COOH Acid 4-aminohexanoic
H2NCH2CH2COCH3 4-Amino-2-butanon
- Gọi theo nhóm thế amino
Điều chế
2H
2RCH OH
KMnO4
PBr3
Cu
to
RCOOH
RCH 2Br
RCHO
SOCl2RCOCl
NH3RCONH 2
OBr-
(Br2/NaOH)
NaCNRCH 2CN
NiRCH 2CH2NH2
NH3RCH 2NH2
NH3, H2,NiRCH 2NH2
RNH2
92
Tính chất vật lý
- Amin có thể tạo liên kết hydrogen
- Amin hòa tan trong dung môi ít phân cực như ether, alcol, benzen...
- Methylamin và ethylamin là chất khí có mùi giống amoniac, các alkil
amin trung bình ở thể lỏng; alkil amin cao hơn có mùi cá
Amin
Tính chất hóa học
NH2 + HCl NH3Cl
-+
Tính bazơ
CH 323( )2NH+
NO-
(CH3)2NH + HNO3
Phản ứng alkil hóa
Tạo amid
R NH H HO C
O
R' R NH C
O
R' H2O 93
94
Amin Phản ứng thế thân điện tử trên amin thơm
Sự halogen hóa
Sự nitro hóa
95
Amin
Nguyễn Thị Thu Trâm
Sự sulfon hóa - ứng dụng tổng hợp kháng sinh sulfamid
SulfamethoxazoleSulfaguanidin Sulfasalazine
Sulfamid
Thuốc sulfa
Amin Phản ứng với acid nitro
ArNH2 + NaNO2 + HCl Ar-N+NCl- + NaCl + H2O
ArN2+Cl-
(Hợp chất diazonium)
CuBr
CuCN
H2O, H+, t°
H3PO2
Ar-Cl
Ar-Br
CuCl
Ar-CN
Ar-OH
Ar-H
H2O, H+Ar-COOH
96
