CHUYÊN ĐỀ 1 : ESTE – LIPIT BÀI 1 : ESTE A. KHÁI NIỆM VỀ ESTE VÀ DẪN XUẤT KHÁC CỦA AXIT CACBOXYLIC 1. Cấu tạo phân tử Khi thay nhóm –OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng nhóm –OR thì được este. Este đơn giản có công thức cấu tạo như sau : R C O R' với R, R’ là gốc hiđrocacbon no, không no hoặc thơm (trừ trường hợp este của axit fomic có R là H) O Este là dẫn xuất của axit cacboxylic.
Một vài dẫn xuất khác của axit cacboxylic có công thức cấu tạo như sau : R C O C R' R C X R C N R'2 O O O O anhiđric axit halogenua axit amit 2. Công thức tổng quát của este a. Trƣờng hợp đơn giản : Là este không chứa nhóm chức nào khác, ta có các công thức như sau : - Tạo bởi axit cacboxylic đơn chức RCOOH và ancol đơn chức R’OH : RCOOR’. - Tạo bởi axit cacboxylic đa chức R(COOH)a và ancol đơn chức R’OH : R(COOR’)a.
- Tạo bởi axit cacboxylic đơn chức RCOOH và ancol đa chức R’(OH)b : (RCOO)bR’. - Tạo bởi axit cacboxylic đa chức R(COOH)a và ancol đa chức R’(OH)b : Rb(COO)abR’a. Trong đó, R và R’ là gốc hiđrocacbon (no, không no hoặc thơm); trường hợp đặc biệt, R có thể là H (đó là este của axit fomic H–COOH). Trƣờng hợp phức tạp : Là trường hợp este còn chứa nhóm OH (hiđroxi - este) hoặc este còn chứa nhóm COOH (este - axit) hoặc các este vòng nội phân tử … Este trong trường hợp này sẽ phải xét cụ thể mà không thể có CTTQ chung được.
Ví dụ với glixerol và axit axetic có thể có các hiđroxi este như HOC3H5(OOCCH3)2 hoặc (HO)2C3H5OOCCH3; hoặc với axit oxalic và metanol có thể có este - axit là HOOC–COOCH3. Công thức tổng quát dạng phân tử của este không chứa nhóm chức khác Công thức tổng quát của este là : Cn H2n + 22a 2b O2b (n là số cacbon trong phân tử este, n ≥ 2 ; a là tổng số liên kết và số vòng trong phân tử, a ≥ 0, nguyên ; b là số nhóm chức este, 1 ≥ 1, nguyên). Cách gọi tên este Tên este = Tên gốc hiđrocacbon R’ + tên anion gốc axit (đuôi at) H C O C2H5 CH3 C O CH=CH2 C6H5 C O CH3 CH3 C O CH2C6H5 O O O O etyl fomiat vinyl axetat metyl benzoat benzyl axetat 4. Tính chất vật lí của este Giữa các phân tử este không có liên kết hiđro vì thế este có nhiệt độ sôi thấp hơn so với axit và ancol có cùng số nguyên tử C.
Các etse thường là những chất lỏng, nhẹ hơn nước, rất ít tan trong nước, có khả năng hòa tan được nhiều chất hữu cơ khác nhau. Những este có khối lượng phân tử rất lớn có thể ở trạng thái rắn (như mỡ động vật , sáp ong…). Các este thường có mùi thơm dễ chịu, chẳng hạn isoamyl axetat có mùi chuối chín, etyl butirat có mùi dứa, etyl isovalerat có mùi táo… Trang 1 II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA ESTE 1.
Phản ứng ở nhóm chức a. Phản ứng thủy phân Este bị thủy phân cả trong môi trường axit và trong môi trường kiềm. Thủy phân este trong môi trường axit là phản ứng nghịch với phản ứng este hóa : R–COOH + R’–OH o H 2SO 4 , t R–COO–R’ + H–OH Phản ứng thủy phân trong môi trường kiềm là phản ứng một chiều và còn được gọi là phản ứng xà phòng hóa : o R–COO–R’ + NaOH H2O, t R–COONa + R’–OH b. Một số phản ứng thuỷ phân đặc biệt của este Căn cứ vào sản phẩm của phản ứng thủy phân este ta có thể suy đoán cấu tạo của este ban đầu.
Dưới đây là một số trường hợp thuỷ phân đặc biệt của este (không chứa halogen) thường gặp trong bài toán định lượng là : ● Este X + NaOH 2 muối + H2O o t Suy ra X là este của phenol, có công thức là C6H5OOC–R ● Este X + NaOH 1 muối + 1 anđehit o t Suy ra X là este đơn chức, có công thức là R–COO–CH=CH–R’ ● Este X + NaOH 1 muối + 1 xeton o t Suy ra X là este đơn chức, có công thức là R’–COO–C(R)=C(R”)R’’’ Ví dụ : CH3–COO–C(CH3)=CH2 tạo axeton khi thuỷ phân. ● Este X + NaOH 1 muối + 1 ancol + H2O o t Suy ra X là este - axit, có công thức là HOOC–R–COOR’ ● Este X + NaOH 1 muối + anđehit + H2O o t Suy ra X hiđroxi - este, có công thức là RCOOCH(OH)–R’ ● Este X + NaOH 1 muối + xeton + H2O o t Suy ra X hiđroxi - este, có công thức là RCOOC(R)(OH)–R’ ● Este X + NaOH 1 sản phẩm duy nhất o t hoặc “m chất rắn = meste + mNaOH” hoặc “m sản phẩm = m este + mNaOH” Suy ra X là este vòng (được tạo bởi hiđroxi axit, ví dụ : b. Phản ứng khử Este bị khử bởi liti nhôm hiđrua (LiAlH4), khi đó nhóm RCO– (gọi là nhóm axyl) trở thành ancol bậc I : o R–COO–R’ LiAlH4 , t R–CH2–OH + R’–OH 2. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon Este có thể tham gia phản ứng thế, cộng, tách, trùng hợp,…Sau đây chỉ xét phản ứng cộng và phản ứng trùng hợp.
Phản ứng cộng vào gốc không no : Gốc hiđrocacbon không no ở este có phản ứng cộng với H2, Br2, Cl2, … giống hiđrocacbon không no. Ví dụ : Trang 2 CH3[CH2]7CH=CH[CH2]7COOCH3 + H2 CH3[CH2]16COOCH3 o Ni, t metyl oleat metyl stearat b. Phản ứng trùng hợp : Một số este đơn giản có liên kết C = C tham gia phản ứng trùng hợp giống như anken. Ví dụ : CH2 = CH - C - O - CH3 ( CH - CH2 ) n O COOCH3 metyl acrylat poli metyl acrylat III.
ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG 1. Este của ancol Phương pháp thường dùng để điều chế este của ancol là đun hồi lưu ancol với axit hữu cơ, có H2SO4 đặc xúc tác, phản ứng này được gọi là phản ứng este hóa. Ví dụ : CH3COOCH2CH2CH(CH3)2 + H2O o H 2SO 4 , t CH3COOH + (CH3)2CHCH2CH2OH Phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch. Để nâng cao hiệu suất của phản ứng (tức chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành este) có thể lấy dư một trong hai chất đầu hoặc làm giảm nồng độ của sản phẩm.
Axit sunfuric vừa làm xúc tác vừa có tác dụng hút nước, do đó góp phần làm tăng hiệu suất tạo este. Este của phenol Để điều chế este của phenol không dùng axit cacboxylic mà phải dùng anhiđric axit hoặc clorua axit tác dụng với phenol. Ví dụ : o t C6H5OH + (CH3CO)2O CH3COOC6H5 + CH3COOH anhiđric axetic phenyl axetat 2. Ứng dụng Este có khả năng hòa tan tốt các chất hữu cơ, kể cả hợp chất cao phân tử, nên được dùng làm dung môi (ví dụ: butyl và amyl axetat được dùng để pha sơn tổng hợp) Poli (metyl acrylat) và poli (metyl metacrylat) dùng làm thủy tinh hữu cơ.
Poli (vinyl axetat) dùng làm chất dẻo, hoặc thủy phân thành poli (vinyl ancol) dùng làm keo dán. Một số este của axit phtalic được dùng làm chất hóa dẻo, làm dược phẩm. Một số este có mùi thơm của hoa quả được dùng trong công nghiệp thực phẩm (bánh kẹo, nước giải khát) và mĩ phẩm (xà phòng, nước hoa,…) BÀI 2 : LIPIT A. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN 1.
Khái niệm và phân loại Lipit là những hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống, không hòa tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như : ete, clorofom, xăng dầu,… Lipit bao gồm chất béo, sáp, steroit, photpholipit,… hầu hết chúng đều là các este phức tạp. Dưới đây ta chỉ xem xét về chất béo. Chất béo là trieste của glixerol với các axit monocacboxylic có số chẵn nguyên tử cacbon (khoảng từ 12C đến 24C) không phân nhánh (axit béo), gọi chung là triglixerit hay triaxylglixerol. Chất béo có công thức chung là : Trang 3 1 CH2 - O - CO - R 2 CH - O - CO - R 3 CH2 - O - CO - R Công thức cấu tạo của chất béo : R1, R2, R3 là các gốc hiđrocacbon no hoặc không no, không phân nhánh, có thể giống nhau hoặc khác nhau.
Khi thủy phân chất béo thì thu được glixerol và axit béo. Axit béo no thường gặp là : CH3–[CH2]14–COOH CH3–[CH2]16–COOH o axit panmitic, tnc 63 C axit stearic, tnc 70oC Các axit béo không no thường gặp là : CH3[CH2]7 [CH2]7COOH CH3[CH2]4 CH2 [CH2]7COOH C=C C=C C=C H H H H H H axit oleic, tnc 13oC axit linoleic, tnc 5oC Trạng thái tự nhiên Chất béo là thành phần chính của dầu mỡ động, thực vật. Sáp điển hình là sáp ong. Steroit và photpholipit có trong cơ thể sinh vật và đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của chúng.
TÍNH CHẤT CỦA CHẤT BÉO 1. Tính chất vật lí Các triglixerit chứa chủ yếu các gốc axit béo no thường là chất rắn ở nhiệt độ phòng, chẳng hạn như mỡ động vật (mỡ bò, mỡ cừu,…). Các triglixerit chứa chủ yếu các gốc axit béo không no thường là chất lỏng ở nhiệt độ phòng và được gọi là dầu. Nó thường có nguồn gốc thực vật (dầu lạc, dầu vừng,…) hoặc từ động vật máu lạnh (dầu cá).
Chất béo nhẹ hơn nước và không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ như : benzen, xăng, ete,… 2. Tính chất hóa học a. Phản ứng thủy phân trong môi trƣờng axit Khi đun nóng với nước có xúc tác axit, chất béo bị thủy phân tạo ra glixerol và các axit béo : 1 1 CH2 - O - CO - R CH2 - OH R - COOH H+ , to 2 CH - O - CO - R + 3H2O CH - OH + 2 R - COOH 3 CH2 - O - CO - R CH2 - OH 3 R - COOH triglixerit glixerol các axit béo b. Phản ứng xà phòng hóa Khi đun nóng với dung dịch kiềm (NaOH hoặc KOH) thì tạo ra glixerol và hỗn hợp muối của các axit béo.
Muối natri hoặc kali của các axit béo chính là xà phòng : 1 1 CH2 - O - CO - R CH2 - OH R - COONa 2 CH - O - CO - R + 3NaOH CH - OH + 2 R - COONa 3 CH2 - O - CO - R CH2 - OH 3 R - COONa triglixerit glixerol xà phòng Phản ứng của chất béo với dung dịch kiềm được gọi là phản ứng xà phòng hóa. Phản ứng xà phòng hóa xảy ra nhanh hơn phản ứng thủy phân trong môi trường axit và không thuận nghịch.