BÀI 45 : axit cacboxylic

(1)

BÀI 45 : axit cacboxylic

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, DANH PHÁP 1. Định nghĩa

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

 Nhóm

||

C OH O

  được gọi là nhóm cacboxyl, viết gọn là COOH.

2. Phân loại

 Nếu nhóm cacboxyl liên kết trực tiếp với nguyên tử hiđro hoặc gốc ankyl thì tạo thành dãy axit no, mạch hở, đơn chức, công thức chung là C_nH_2n+1COOH, gọi là dãy đồng đẳng của axit fomic (HCOOH). Ví dụ : CH₃COOH (axit axetic), CH₃CH₂COOH (axit propionic),...

 Nếu gốc hiđrocacbon trong phân tử axit có chứa liên kết đôi, liên kết ba thì gọi là axit không no, ví dụ CH₂=CHCOOH, CHCCOOH,...

 Nếu gốc hiđrocacbon là vòng thơm thì gọi là axit thơm, ví dụ C₆H₅COOH (axit benzoic),...

 Nếu trong phân tử có nhiều nhóm cacboxyl (COOH) thì gọi là axit đa chức, ví dụ : HOOCCOOH (axit oxalic), HOOCCH₂COOH (axit malonic),...

3. Danh pháp  Theo IUPAC,

tên axit cacboxylic =axit + tên của hiđrocacbon tương ứng + oic.

 Tên thông thường của các axit có liên quan đến nguồn gốc tìm ra chúng nên không có tính hệ thống.

Tên một số axit thường gặp

Công thức Tên thông thường Tên thay thế

HCOOH Axit fomic Axit metanoic

CH₃COOH Axit axetic Axit etanoic CH3CH2COOH Axit propionic Axit propanoic

(CH₃)₂CHCOOH Axit isobutiric Axit 2-metylpropanoic CH3 (CH2 )3COOH Axit valeric Axit pentanoic

CH2=CHCOOH Axit acrylic Axit propenoic

CH2=C(CH3)COOH Axit metacrylic Axit 2-metylpropenoic

HOOCCOOH Axit oxalic Axit etanđioic

C6H5COOH Axit benzoic Axit benzoic II. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÍ

1. Cấu trúc

Nhóm –COOH được xem như hợp bởi nhóm cacbonyl ( >C=O) và nhóm hiđroxyl (OH) vì thế nó được gọi là nhóm cacboxyl. Tương tác giữa nhóm cacbonyl và nhóm hiđroxyl làm cho mật độ electron ở nhóm cacboxyl dịch chuyển như biểu diễn bởi các mũi tên.

a) Sự dịch chuyển mật độ electron ở nhóm cacboxyl b) Mô hình phân tử axit fomic

(2)

- nhóm –OH axit trở nên linh động hơn ở nhóm –OH ancol, phenol và phản ứng của nhóm

>C=O axit cũng không còn giống như của nhóm >C=O anđehit, xeton.

2. Tính chất vật lí

Ở điều kiện thường, tất cả các axit cacboxylic đều là những chất lỏng hoặc rắn. Điểm sôi của các axit cacboxylic cao hơn của anđehit, xeton và cả ancol có cùng số nguyên tử cacbon. Nguyên nhân là do sự phân cực ở nhóm cacboxyl và sự tạo thành liên kết hiđro liên phân tử ở axit cacboxylic.

Mỗi axit cacboxylic có vị chua riêng biệt, thí dụ axit axetic có vị chua giấm, axit xitric có vị chua chanh, axit oxalic có vị chua me, axit tactric có vị chua nho...

III.TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

1. Tính axit và ảnh hưởng của nhóm thế

Do mật độ electron ở nhóm OH dịch chuyển về phía nhóm C=O, nguyên tử H của nhóm OH trở nên linh động nên axit cacboxylic điện li không hoàn toàn trong nước theo cân bằng :

 

  ₂ ₃   R COOH H O H O R COO

Axit cacboxylic là những axit yếu. Tuy vậy, chúng có đầy đủ tính chất của một axit như : làm hồng quỳ tím, tác dụng với kim loại giải phóng hiđro, phản ứng với bazơ, đẩy được axit yếu hơn ra khỏi muối.

 Trong các axit no đơn chức, axit fomic (R = H) mạnh hơn cả. Các nhóm ankyl đẩy electron về phía nhóm cacboxyl nên làm giảm lực axit :

HCOOH > CH₃^COOH > CH CH₃ ₂^COOH

>

CH [CH ]₃ _{2 4}^COOH

 Các nguyên tử có độ âm điện lớn ở gốc R hút electron khỏi nhóm cacboxyl nên làm tăng lực axit. Ví dụ :

CH₃^COOH < Cl^CH₂^COOH < F^CH₂^COOH 2. Phản ứng tạo thành dẫn xuất axit

a. Phản ứng với ancol (phản ứng este hoá)

 Phản ứng của axit axetic với etanol xúc tác axit là phản ứng thuận nghịch CH3 C OH

O||

  + C₂H₅OH _^^{H ,t}^ ^o CH₃ C OC H₂ ₅ O||

  + H₂O

axit axetic etanol etyl axetat

Một cách tổng quát, phản ứng giữa axit cacboxylic và ancol được viết như sau :

axit cacboxylic ancol este

Kết luận : Phản ứng exte hóa là phản ứng thuận nghich : Chiều thuận là phản ứng este hoá, chiều nghịch là phản ứng thuỷ phân este.

b. Phản ứng tách nước liên phân tử

Khi cho tác dụng với P₂O₅, hai phân tử axit tách đi một phân tử nước tạo thành phân tử anhiđrit axit. Ví dụ :

|| || 3

CH C O H H O C CH

O O

       ^{2 5}

2 P O

H O

 ₃ ₃

|| ||

CH C O C CH

O O

    , viết gọn là (CH₃CO)₂O

axit axetic anhiđrit axetic

3. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon

a. Phản ứng thế ở gốc no : Khi dùng P làm xúc tác, Cl chỉ thế cho H ở cacbon bên cạnh nhóm cacboxyl. Ví dụ :

(3)

CH₃CH₂CH₂COOH + Cl₂ ^P ₃ ₂

|

CH CH CHCOOH Cl

+ HCl

b. Phản ứng thế ở gốc thơm : Nhóm cacboxyl ở vòng benzen định hướng cho phản ứng thế tiếp theo vào vị trí meta và làm cho phản ứng khó khăn hơn so với thế vào benzen :

c. Phản ứng cộng vào gốc không no : Axit không no tham gia phản ứng cộng H₂, Br₂, Cl₂… như hiđrocacbon không no. Ví dụ :

CH₃[CH₂]₇CH=CH[CH₂]₇COOH + H₂^{Ni, t}^o CH₃[CH₂]₇CH₂CH₂[CH₂]₇COOH axit oleic axit stearic

CH₃CH=CHCOOH + Br₂ CH₃CHBrCHBrCOOH

IV. ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG 1. Điều chế

a. Trong phòng thí nghiệm

 Oxi hoá hiđrocacbon, ancol,… :

 Đi từ dẫn xuất halogen

C₆H₅CH₃ _o⁴

2 1)KMnO

H O,t

 ^{2)H O}³ ^ C₆H₅COOH RX ^KCN RCN ^{H O , t}³ ^ ^o RCOOH b. Trong công nghiệp : Axit axetic được sản xuất theo các phương pháp sau

 Lên men giấm là phương pháp cổ nhất, ngày nay chỉ còn dùng để sản xuất giấm ăn :

 Oxi hoá anđehit axetic trước đây là phương pháp chủ yếu sản xuất axit axetic :

 Đi từ metanol và cacbon oxit, nhờ xúc tác thích hợp là phương pháp hiện đại sản xuất axit axetic :

CH₃CH₂OH + O₂ ^{Men giÊm}_o

25 30 C

CH₃COOH + H₂O

³ ²

CH CH O 1O

  2 ^{xt, t}^o CH COOH₃ CH₃OH + CO ^{xt, t}^o CH₃COOH

Vì metanol và cacbon oxit đều được điều chế từ metan có sẵn trong khí thiên nhiên và khí dầu mỏ nên phương pháp này cho axit axetic với giá hạ nhất.

2. Ứng dụng a. Axit axetic

Axit axetic được dùng để điều chế những chất có ứng dụng quan trọng như : axit cloaxetic (dùng tổng hợp chất diệt cỏ 2,4-D ; 2,4,5-T...), muối axetat của nhôm, crom, sắt (dùng làm chất cầm màu khi nhuộm vải, sợi), một số este (làm dược liệu, hương liệu, dung môi,...), xenlulozơ axetat (chế tơ axetat),...

b. Các axit khác

Các axit béo như axit panmitic (n-C₁₅H₃₁COOH), axit stearic (n-C₁₇H₃₅COOH),... được dùng để chế xà phòng. Axit benzoic được dùng trong tổng hợp phẩm nhuộm, nông dược... Axit salixylic dùng để chế thuốc cảm, thuốc xoa bóp, giảm đau…

Các axit đicacboxylic (như axit ađipic, axit phtalic...) được dùng trong sản xuất poliamit, polieste để chế tơ sợi tổng hợp.

axit benzoic axit m-nitrobenzoic