Axit cacboxylic
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.
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 \[{{C}_{n}}{{H}_{2n+1}}COOH\] , gọi là dãy đồng đẳng của axit fomic (\[HCOOH\] ).
· Nếu gốc hiđrocacbon trong phân tử axit có chứa liên kết đôi, liên kết ba thì gọi là axit không no, ví dụ \[C{{H}_{2}}=CH-COOH,CH{}^\text{o}C-COOH\] ,...
· Nếu gốc hiđrocacbon là vòng thơm thì gọi là axit thơm, ví dụ \[{{C}_{6}}{{H}_{5}}-COOH\] (axit benzoic),...
· Nếu trong phân tử có nhiều nhóm cacboxyl (-COOH) thì gọi là axit đa chức, ví dụ : \[HOOC-COOH\] (axit oxalic), \[HOOCC{{H}_{2}}COOH\] (axit malonic),...
3. Danh pháp
· Theo IUPAC, tên của axit cacboxylic mạch hở chứa không quá 2 nhóm cacboxyl được cấu tạo bằng cách đặt từ axit trước tên của hiđrocacbon tương ứng. Theo mạch chính (mạch chính bắt đầu từ nguyên tử C của nhóm –COOH) rồi thêm vào đó đuôi oic.
Tên một số axit thường gặp
Công thức |
Tên thông thường |
Tên thay thế |
\[H-COOH\] |
Axit fomic |
Axit metanoic |
\[C{{H}_{3}}-COOH\] |
Axit axetic |
Axit ethanoic |
\[C{{H}_{3}}C{{H}_{2}}-COOH\] |
Axit propionic |
Axit propanoic |
${(C{H_3})_2}CH - COOH$ |
Axit isobutiric |
Axit 2-metylpropanoic |
\[C{{H}_{3}}{{\left( C{{H}_{2}} \right)}_{3}}-COOH\] |
Axit valeric |
Axit pentanoic |
$C{H_2} = CH - COOH$ |
Axit acrylic |
Axit propenoic |
\[C{{H}_{2}}=C\left( C{{H}_{3}} \right)-COOH\] |
Axit metacrylic |
Axit 2-metylpropenoic |
\[HOOC-COOH\] |
Axit oxalic |
Axit etanđioic |
\[{{C}_{6}}{{H}_{5}}-COOH\] |
Axit benzoic |
Axit benzoic |
II. 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. Do nhóm cacboxyl tạo thành liên kết hiđro liên phân tử ở axit cacboxylic.
Axit cacboxylic cũng tạo liên kết hiđro với nước và nhiều chất khác. Các axit fomic, axetic, propionic tan vô hạn trong nước. Khi số nguyên tử C tăng lên thì độ tan trong nước giảm.
III.TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
1. Tính axit
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.
$RCOOH+NaOH\to RCOONa+{{H}_{2}}O$
$2RCOOH+N{{a}_{2}}C{{O}_{3}}\to 2RCOONa+{{H}_{2}}O+C{{O}_{2}}$
$2RCOOH+Zn\to {{(RCOO)}_{2}}Zn+{{H}_{2}}$
$2RCOOH+CuO\to {{(RCOO)}_{2}}Cu+{{H}_{2}}O$
2. Phản ứng thế nhóm OH
· Phản ứng của axit axetic với etanol xúc tác axit là phản ứng thuận nghịch
$C{{H}_{3}}-COOH$ + \[{{C}_{2}}{{H}_{5}}-O-H\] $\overset {{H^ + },{t^o}} \leftrightarrows $$C{{H}_{3}}COO{{C}_{2}}{{H}_{5}}$ + $ {{H}_{2}}O$
etyl axetat
Một cách tổng quát, phản ứng giữa axit cacboxylic và ancol được viết như sau :
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.
IV. ĐIỀU CHẾ
1. Lên men giấm là phương pháp cổ nhất, ngày nay chỉ còn dùng để sản xuất giấm ăn :
\[C{{H}_{3}}C{{H}_{2}}OH+{{O}_{2}}\] $\xrightarrow[25-{{30}^{o}}C]{\text{Men gi }\!\!\hat{\mathrm{E}}\!\!\text{ m}}$\[C{{H}_{3}}COOH+{{H}_{2}}\]
2. Oxi hoá anđehit axetic trước đây là phương pháp chủ yếu sản xuất axit axetic :
\[C{{H}_{3}}CH=\ O\ \ +\ \ \frac{1}{2}{{O}_{2}}\]$\xrightarrow[{}]{xt,\ {{t}^{o}}}\ \ \ C{{H}_{3}}COOH\ \ $
3. Đi từ metanol và cacbon oxit, nhờ xúc tác thích hợp là phương pháp hiện đại sản xuất axit axetic :
\[C{{H}_{3}}OH+CO\] $\xrightarrow{xt,\,\,\,\,{{t}^{o}}}$ \[C{{H}_{3}}COOH\]
4. Oxi hóa ankan
- Oxi hóa butan thu được axit axetic:
\[2C{{H}_{3}}C{{H}_{2}}C{{H}_{2}}C{{H}_{3}}+5{{O}_{2}}\xrightarrow[{{180}^{o}}C,50atm]{xt}4C{{H}_{3}}COOH+2{{H}_{2}}O\]
- Oxi hóa không hoàn toàn các ankan có mạch C dài để thu được các axit có phân tử khối lớn:
$2R-C{{H}_{2}}-C{{H}_{2}}-{{R}^{1}}+5{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}},xt}2R-COOH+2{{R}^{1}}-COOH+2{{H}_{2}}O$
Dùng dung dịch $ AgN{ O _ 3 }/N{ H _ 3 } $ hoặc $ Cu{{\left( OH \right)}_ 2 }/O{ H ^ - },{ t ^ o }. $ đều thu được muối của axit chứ không thu được axit
$ \overset 6 {\mathop C }\,{ H _ 3 }\overset 5 {\mathop C }\,{ H _ 2 }\left( C{ H _ 3 } \right)\overset 4 {\mathop C }\,{ H _ 2 }\overset 3 {\mathop C }\,{ H _ 2 }\overset 2 {\mathop C }\,H\left( { C _ 2 }{ H _ 5 } \right)\overset 1 {\mathop C }\,OOH $ : axit 2 – etyl – 5 - metylhexanoic
Asxit không no, đơn chức, mạch hở là $ { C _ 4 }{ H _ 6 }{ O _ 2 } $
natri. X thuộc loại hợp chất nào sau đây?
X tác dụng được với bazơ và Na nên X có nhóm COOH, X có CTPT là $ { C _ 4 }{ H _ 6 }{ O _ 2 } $ nên X là axit đơn chức.
Axit có dạng $ R-\underset O {\mathop{\underset{|\,|}{\mathop C }\,}}\,-O-H $ , ancol có dạng $ R-C{ H _ 2 }-O-H $
Axit có nhóm C=O hút e còn ancol thì không nên làm độ dài liên kết đơn C – O của axit ngắn hơn so với ancol
Phản ứng không thể hiện tính axit của axit axetic là $ 2C{ H _ 3 }\text{COOH}\xrightarrow{{ P _ 2 }{ O _ 5 }}{{(C{ H _ 3 }CO)}_ 2 }O+{ H _ 2 }O $
$ { C _ 3 }{ H _ 7 }CHO\,+\, \!\![\!\! O]\to { C _ 3 }{ H _ 7 }\text{COOH}\,\text{(butanoic)} $
$ \left( C{ H _ 2 }=CH-COOH \right) $ không phản ứng với $ Mg{{\left( N{ O _ 3 } \right)}_ 2 } $
Công thức chung của axit cacboxylic không no, một liên kết đôi, đơn chức là $ { C _ n }{ H _{2n2}}{ O _ 2 }\,(n\ge 2) $
Khi tăng mạch cacbon thì
Phát biếu không đúng là : "Khi tăng mạch C thì tính axit tăng" do tính axit tăng hay giảm phụ thuộc vào nhóm hiđrocacbon đính với gốc COOH có khả năng hút e hay đẩy e. Với axit no, tăng mạch C làm tăng khả năng đẩy e của gốc HC thì làm tính axit giảm
phương pháp hiện đại nhất được dùng để điều chế axit axetic là đi từ metanol
$ C{ H _ 3 }OH + CO \to C{ H _ 3 }COOH~ $
$ { n _{C{ O _ 2 }}}={ n _{{ H _ 2 }O}} $ $ \to $ 2 axit đều có 1 liên kết pi trong phân tử nên X gồm 2 axit no, đơn chức, mạch hở
Axit fomic $ HCOOH\to C{{H}_{2}}{{O}_{2}} $
X có thể là : $ HCHO, $ $ HCOON{ H _ 4 } $ , $ HCOOH. $
$ HCHO+4AgN{ O _ 3 }+6N{ H _ 3 }+2{ H _ 2 }O\to {{(N{ H _ 4 })}_ 2 }C{ O _ 3 }+4N{ H _ 4 }N{ O _ 3 }+4Ag $
$ HC\text{OOH}+2AgN{ O _ 3 }+4N{ H _ 3 }+{ H _ 2 }O\to {{(N{ H _ 4 })}_ 2 }C{ O _ 3 }+2N{ H _ 4 }N{ O _ 3 }+2Ag $
$ HC\text{OON}{{ H }_ 4 }+2AgN{ O _ 3 }+3N{ H _ 3 }+{ H _ 2 }O\to {{(N{ H _ 4 })}_ 2 }C{ O _ 3 }+2N{ H _ 4 }N{ O _ 3 }+2Ag $
$ C{ H _ 2 }=C(C{ H _ 3 })COOH $ : axit metacrylic
$ \overset 5 {\mathop C }\,{ H _ 3 }-\overset 4 {\mathop C }\,H(C{ H _ 3 })-\overset 3 {\mathop C }\,{ H _ 2 }-\overset 2 {\mathop C }\,{ H _ 2 }-\overset 1 {\mathop C }\,\text{OOH} $ : axit 4-metylpentanoic.
Cách gọi: Axit + số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + tên hiđrocacbon no tương ứng mạch chính + oic
2,4-đimetylpentanoic: $ \overset 5 {\mathop C }\,{ H _ 3 }-\overset 4 {\mathop C }\,H(C{ H _ 3 })-\overset 3 {\mathop C }\,{ H _ 2 }-\overset 2 {\mathop C }\,H(C{ H _ 3 })-\overset 1 {\mathop C }\,\text{OOH} $
Cách gọi :Axit + số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + tên hiđrocacbon no tương ứng mạch chính + oic
Giấm ăn là dung dịch axit $ C{ H _ 3 }\text{COOH} $ có nồng độ 2% →5%
$ \overset 3 {\mathop C }\,{ H _ 3 }-\overset 2 {\mathop C }\,H(C{ H _ 3 })-\overset 1 {\mathop C }\,\text{OOH} $ : 2-metylpropanoic
Phương trình không đúng là :
$ {{\left( C{ H _ 3 }COO \right)}_ 2 }Ca +\text{ C}{{ O }_ 2 }+{ H _ 2 }O\to CaC{ O _ 3 }+~2C{ H _ 3 }COOH~ $ do $ C{ O _ 2 }\,+\,{ H _ 2 }O $ là axit yếu, yếu hơn axit $ C{ H _ 3 }COOH~ $ nên chỉ có phản ứng ngược lại.
Axit axetic tác dụng được với natri hiđroxit, amoni cacbonat và natri phenolat
$ C{ H _ 3 }\text{COOH}\, + \,\text{NaOH}\,\to C {{ H }_ 3 }\text{COONa}\, + \,{{ H }_ 2 }O $
$ {{(N{ H _ 4 })}_ 2 }C{ O _ 3 }+2C{ H _ 3 }\text{COOH}\to 2 C {{ H }_ 3 }\text{COON}{{ H }_ 4 }+{ H _ 2 }O+C{ O _ 2 } $
$ { C _ 6 }{ H _ 5 }ONa+C{ H _ 3 }\text{COOH}\to {{ C }_ 6 }{ H _ 5 }OH+\,C{ H _ 3 }\text{COONa} $ $ $
Phương trình đúng là : $ HCOOH + Cu{{\left( OH \right)}_ 2 }\xrightarrow { }{{\left( HCOO \right)}_ 2 }Cu + { H _ 2 }O $
Axit làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ :axit propionic, axit acrylic
Các chất tạo kết tủa đỏ gạch với $ Cu{{\left( OH \right)}_ 2 }/O{ H ^ - } $ khi trong phân tử có nhóm CHO
Đáp án là : $ HCHO, $ $ HOC{ H _ 2 }CHO, $ $ HCOOH $
$ \overset 5 {\mathop C }\,{ H _ 2 }=\overset 4 {\mathop CH }\,-\underset{{ C _ 2 }{ H _ 5 }}{\mathop{\underset | {\mathop{\overset 3 {\mathop C }}}\,}}\,=\overset 2 {\mathop C }\,H-\overset 1 {\mathop C }\,\text{OOH} $
X thuộc loại no, hở, 2 chức
Axit axetic không dùng làm thuốc tẩy rửa
Chất có thể là axit là $ { C _ 5 }{ H _{10}}{ O _ 2 } $ .
$ HOOC{{(C{ H _ 2 })}_ 4 }COOH $ : Axit ađipic.
Axit acrylic : $ C{ H _ 2 }=CH-C\text{OOH} $ $ \to $ X không phản ứng với $ BaC{ l _ 2 }. $
Axit béo là axit có số C chẵn, $ C\ge 16 $ . Nên axit không phải là axit béo là axit acrylic
$ C{ H _ 2 }=CH-COOH $
Axit làm quỳ đổi màu đỏ
$ { C _ 6 }{ H _ 5 }COONa + C{ O _ 2 }+ { H _ 2 }O\xrightarrow { }{ C _ 6 }{ H _ 5 }COOH + NaHC{ O _ 3 } $
Là phản ứng sai do axit $ { H _ 2 }C{ O _ 3 } $ yếu hơn axit $ { C _ 6 }{ H _ 5 }COOH $
Axit dùng để điều chế xà phòng là axit béo : axit panmitic $ ({ C _{15}}{ H _{31}}COOH) $
$ HCOOH + A{ g _ 2 }O\to C{ O _ 2 }+ 2Ag + { H _ 2 }O \left( 1 \right) $
$ 2HCOOH + Cu{{\left( OH \right)}_ 2 }\xrightarrow { }{{\left( HCOO \right)}_ 2 }Cu +\text{ 2}{ H _ 2 }O \left( 2 \right) $
$ HCOOH + 2Cu{{\left( OH \right)}_ 2 }\xrightarrow{O{ H ^ - },\,{ t ^ o }}C{ u _ 2 }O + 3{ H _ 2 }O + C{ O _ 2 }\left( 3 \right) $
$ HCOOH + CaC{ O _ 3 }\to {{\left( HCOO \right)}_ 2 }Ca + C{ O _ 2 }+ { H _ 2 }O \left( 4 \right) $
$ HCOOH + CH\equiv CH\to HCOOCH=C{ H _ 2 }\left( 5 \right) $
Phản ứng đúng là
Cả 5 phản ứng đều đúng
Công thức phù hợp là $ { C _ n }{ H _{2n-1}}COOH\,\,(n\ge 2). $
$ { C _ n }{ H _{2n+22am}}{{\left( COOH \right)}_ m } $
m là số nhóm COOH $ \to m\ge 1 $
a là số liên kết $ \pi $ +v trong hiđrocabon nên $ a\ge 0 $
n $ \ge $ 0
Xem thêm các bài tiếp theo bên dưới