Phương pháp giải toán hóa hữu cơ

Chia sẻ: Vu Khac Long | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

754
lượt xem 285
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo chuyên đề hóa học về Phương pháp giải toán hóa hữu cơ

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phương pháp giải toán hóa hữu cơ

B. HIDROCACBON: CT chung: CxHy (x ≥ 1, y ≤ 2x+2). Nếu là chất khí ở đk thường hoặc đk chuẩn: x ≤ 4. Hoặc: CnH2n+22k, với k là số liên kết π , k ≥ 0. I DẠNG 1: Hỗn hợp gồm nhiều hidrocacbon thuộc cùng một dãy đồng đẳng. PP1: Gọi CT chung của các hidrocacbon C n H 2n + 2− 2k (cùng dãy đồng đẳng nên k giống nhau) Viết phương trình phản ứng Lập hệ PT giải ⇒ n , k. Gọi CTTQ của các hidrocacbon lần lượt là Cn1 H2n1 + 2− k ,Cn2 H2n2 + 2− k ... và số mol lần lần lượt là a1,a2…. n1a1 + n2a2 + ... Ta có: + n = a1 + a2 + ... + a1+a2+… =nhh Ta có đk: n1
x1a1 + x 2a 2 + .... x= a1 + a 2 + ... y a + y 2a 2 + ... y= 1 1 a1 + a 2 + ... Nhớ ghi điều kiện của x1,y1… + x1 ≥ 1 nếu là ankan; x1 ≥ 2 nếu là anken, ankin; x1 ≥ 3 nếu là ankadien… Chú ý: + Chỉ có 1 hydrocacbon duy nhất có số nguyên tử C=1 nó là CH4 (x1=1; y1=4) + Chỉ có 1 hydrocacbon duy nhất có số nguyên tử H=2 nó là C2H2 (y2=4) (không học đối với C4H2). Các ví dụ: IV. CÁC PHẢN ỨNG DẠNG TỔNG QUÁT: 1. Gọi CT chung của các hydrocacbon là C n H 2 n + 2 − 2 k a.Phản ứng với H2 dư (Ni,to) (Hs=100%) C n H 2 n + 2 − 2 k + k H2 Ni→ C n H 2 n + 2 hỗn hợp sau phản ứng có ankan và H2 dư ,t o   Chú ý: Phản ứng với H2 (Hs=100%) không biết H2 dư hay hydrocacbon dư thì có thể dựa vào M của hh sau phản ứng. Nếu M
Ngoài ra còn có 1 lk π tạo vòng benzen ⇒ số lk π tổng là α + β +1. VD: hydrocacbon có 5 π trong đó có 1 lk π tạo vòng benzen, 1lk π ngoài vòng, 3 lk π trong vòng. Vậy nó có k=5 ⇒ CTTQ là CnH2n+2k với k=5 ⇒ CTTQ là CnH2n8 CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN VÍ DỤ 1 :Đốt cháy 0,1 mol hỗn hợp 2 ankan là đồng đẳng kế tiếp ,thu được 3,36 lít CO2(ĐKTC).Hai ankan trong hỗn hợp là: Giải : số nt cacbon trung bình= số mol CO2 : số mol 2 ankan > CTPT VD 2 :Đốt cháy 6,72 lít khí (ở đktc) hai hiđrocacbon cùng dãy đồng đẳng tạo thành 39,6 gam CO2 và 10,8 gam H2O. a)Công thức chung của dãy đồng đẳng là: b) Công thức phân tử mỗi hiđrocacbon là: Giải :Do chúng ở thể khí, số mol CO2> số mol H2O >là ankin hoặc ankadien số mol 2 chất là :nCO2 n H2O = 0,3 > Số ntử cacbon trung bình là : nCO2 :n 2HC=3 > n1=2 ,n2 =4 > TCPT là C2H2 và C4H6 VD 3 :Cho 4,6 gam hỗn hợp 2 anken là đồng đẳng kế tiếp qua dung dịch brôm dư,thấy có 16 brôm phản ứng.Hai anken là 4,6 Giải:n Br2= 0,1 =n 2anken >số nguyên tử cacbon trung bình = 0 ,1.14 =3,3  CTPT 2anken là: C3H6 và C4H8 VD 4:Khi đốt cháy 1hh gồm:0,1 mol C2H4 và 1 hydrocacbon A,thu được 0,5 mol CO2 và 0,6 mol H2O.CTPT của hydrocacbon A là: Giải:nH2O > nCO2 > A là ankan Số mol A= nH2O nCO2 =0,1> n =(0,5 – 0,1.2): 0,1 =2>CTPT của A là:C2H6 VD 5:Khi đốt cháy 0,2 mol hh gồm: C2H2 và 1 hydrocacbon A,thu được: số mol CO2 =số mol H2O =0,5 mol.CTPT của hydrocacbon A là ? Giải:nH2O = nCO2 > A là ankan > nC2H2 =n A= 0,1> số nguyên tử cacbon trong Alà: (0,5 –0,1.2): 0,1 =3 > ctpt của A là: C3H8 V MỘT SỐ DẠNG BIỆN LUẬN KHI BIẾT MỘT SỐ TÍNH CHẤT PHƯƠNG PHÁP: + Ban đầu đưa về dạng phân tử + Sau đó đưa về dạng tổng quát (có nhóm chức, nếu có) + Dựa vào điều kiện để biện luận. VD1: Biện luận xác định CTPT của (C2H5)n ⇒ CT có dạng: C2nH5n Ta có điều kiện: + Số nguyên tử H ≤ 2 số nguyên tử C +2 ⇒ 5n ≤ 2.2n+2 ⇒ n ≤ 2 + Số nguyên tử H là số chẳn ⇒ n=2 ⇒ CTPT: C4H10 VD2: Biện luận xác định CTPT (CH2Cl)n ⇒ CT có dạng: CnH2nCln + Số nguyên tử H ≤ 2 số nguyên tử C + 2 số nhóm chức Ta có ĐK: ⇒ 2n ≤ 2.2n+2n ⇒ n ≤ 2. + 2n+n là số chẳn ⇒ n chẳn ⇒ n=2 ⇒ CTPT là: C2H4Cl2. VD3: Biện luận xác định CTPT (C4H5)n, biết nó không làm mất màu nước brom. CT có dạng: C4nH5n, nó không làm mất màu nước brom ⇒ nó là ankan loại vì 5n n CO 2 ⇒ rượu này no, mạch hở. 1) Khi đốt cháy rượu: n H 2 O
2) Khi tách nước rượu tạo ra olefin ⇒ rượu này no đơn chức, hở. 3) Khi tách nước rượu A đơn chức tạo ra chất B. < 1 ⇒ B là hydrocacbon chưa no (nếu là rượu no thì B là anken). d B / A > 1 ⇒ B là ete. d B / A 4) Oxi hóa rượu bậc 1 tạo ra andehit hoặc axit mạch hở. RCH2OH [ O ]→ RCH=O hoặc RCOOH  Oxi hóa rượu bậc 2 thì tạo ra xeton: RCHOHR' [ O ]→ RCOR'  Rượu bậc ba không phản ứng (do không có H) 5) Tách nước từ rượu no đơn chức tạo ra anken tuân theo quy tắc zaixep: Tách OH và H ở C có bậc cao hơn 6) Rượu no đa chức có nhóm OH nằm ở cacbon kế cận mới có phản ứng với Cu(OH)2 tạo ra dd màu xanh lam. 2,3 nhóm OH liên kết trên cùng một C sẽkhông bền, dễ dàng tách nước tạo ra anđehit, xeton hoặc axit cacboxylic. Nhóm OH liên kết trên cacbon mang nối đôi sẽ không bền, nó đồng phân hóa tạo thành anđehit hoặc xeton. CH2=CHOH  → CH3CHO  CH2=COHCH3  → CH3COCH3.  CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN Rượu no a. Khi đốt cháy rượu : nH 2O 〉 nCO2 ⇒ röôïu aøy röôïu n laø no nCO2 nH 2O − nCO2 = nröôïu haûn ⇒ soá guyeân caùcbon = n töû p öùng nröôïu Nếu là hổn hợp rượu cùng dãy đồng đẳng thì số nguyên tử Cacbon trung bình. VD : n = 1,6 ⇒ n1< n =1,6 ⇒ phải có 1 rượu là CH3OH nH 2 x = b. ⇒ x là số nhóm chức rượu ( tương tự với axít) nröôïu 2 c. rượu đơn chức no (A) tách nước tạo chất (B) (xúc tác : H2SO4 đđ) . dB/A 1 ⇒ A là ete 0 d. + oxi hóa rượu bậc 1 tạo anđehit : RCHO Cu ,→ R CH= O t  + oxi hóa rượu bậc 2 tạo xeton : R CH – R’ O R – C – R’ [] OH O + rượu bậc 3 không bị oxi hóa. II. PHENOL: Nhóm OH liên kết trực tiếp trên nhân benzen, nên liên kết giữa O và H phân cực mạch vì vậy hợp chất của chúng thể hiện tính axit (phản ứng được với dd bazơ) OH ONa +H2O + NaOH Nhóm OH liên kết trên nhánh (không liên kết trực tiếp trên nhân benzen) CH2OH không thể hiện tính axit. khoâg phaû öùg n nn + NaOH CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN nH 2 x = a/ Hợp chất HC: A + Na → H2 ⇒ x là số nguyên tử H linh động trong – OH hoặc COOH. nA 2
nNaOH phaûn öùng = y ⇒ y là số nhóm chức phản ứng với NaOH là – OH b/ Hợp chất HC: A + Na → muối + H2O ⇒ nA liên kết trên nhân hoặc – COOH và cũng là số nguyên tử H linh động phản ứng với NaOH. n H2 =1 ⇒ A có 2 nguyên tử H linh động phản ứng Natri VD : . nA nNaOH = 1 ⇒ A có 1 nguyên tử H linh động phản ứng NaOH . nA . nếu A có 2 nguyên tử Oxi ⇒ A có 2 nhóm OH ( 2H linh động phản ứng Na) trong đó có 1 nhóm –OH nằm trên nhân thơm ( H linh động phản ứng NaOH) và 1 nhóm OH liên kết trên nhánh như HOC6H4CH2OH III. AMIN: Nhóm hút e làm giảm tính bazơ của amin. Nhóm đẩy e làm tăng tính bazơ của amin. VD: C6H5NH2
+ andehyt A có 2 liên kết Π có 2 khả năng : andehyt no 2 chức ( 2 Π ở C = O) hoặc andehyt không no có 1 liên kết đôi ( 1Π trong C = O, 1 Π trong C = C). nCu2O = x ⇒ x laøoá hoùm andehyt sn chöùc b. + n andehyt nCu(OH)2 phaûnöùng = 2 x ⇒ x laøoá hoùm andehyt sn chöùc + n andehyt nH 2 phaûnöùng = x ⇒ x laøsoá hoùm andehyt soá keát ∏) C = C) + lieân ñoâi( (n chöùc + nandehyt V. AXIT CACBOXYLIC: + Khi cân bằng phản ứng cháy nhớ tính cacbon trong nhóm chức. 3n + 1 VD: CnH2n+1COOH + ( ) O2  → (n+1)CO2 + (n+1)H2O  2 + Riêng axit fomic tráng gương, phản ứng với Cu(OH)2 tạo ↓ đỏ gạch.  Chú ý axit phản ứng với Cu(OH)2 tạo ra dd màu xanh do có ion Cu2+ + Cộng HX của axit acrylic, axit metacrylic, andehit acrylic nó trái với quy tắc cộng Maccopnhicop: VD: CH2=CHCOOH + HCl  → ClCH2CH2COOH  + Khi giải toán về muối của axit cacboxylic khi đốt cháy trong O2 cho ra CO2, H2O và Na2CO3 t y t ( x + ) CO2 + H2O + Na2CO3 VD : CxHyOzNat + O2  →  2 2 2 CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN nOH - phaûnöùng = x ⇒ x laøoá hoùm axít( - COOH) • sn chöùc naxít Chí có axít fomic ( HCOOH) tham gia phản ứng tráng gương • Đốt axít : • = nCO2 ⇒ axíttreânoñônchöùc. ngöôïc ⇒ CT : C nH 2nO2 Ta có : nH 2O n ( vaø laïi) nH 2 sinh ra x = ⇒ x laøoá hoùm axít( phaûn kimloaïi) sn chöùc öùng • naxít 2  Lưu ý khi giải toán : + Số mol Na (trong muối hữu cơ) = số mol Na (trong Na2CO3) (bảo toàn nguyên tố Na) + Số mol C (trong Muối hữu cơ) = số mol C (trong CO2) + Số mol C (trong Na2CO3) (bảo toàn nguyên tố C)  So sánh tính axit : Gốc hút e làm tăng tính axit, gốc đẩy e làm giảm tính acit của axit cacboxylic. VI. ESTE :  cách viết CT của một este bất kì : x y Este do axit x chức và rưỡu y chức : Ry(COO)x.yR’x .  Nhân chéo x cho gốc hidrocacbon của rượu và y cho gốc hdrocacbon của axit.  x.y là số nhóm chức este. VD : Axit đơn chức + rượu 3 chức : (RCOO)3R’ Axit 3 chức + rượu đơn chức : R(COOR’)3 1. ESTE ĐƠN CHỨC : o Este + NaOH t → Muối + rượu  Este + NaOH  → 1 muối + 1 anđehit ⇒ este này khi phản ứng với dd NaOH tạo ra rượu có nhóm OH M  liên kết trên cacbon mang nối đôi bậc 1, không bền đồng phân hóa tạo ra anđehit. o VD: RCOOCH=CH2 + NaOH t → RCOONa + CH2=CHOH  Đp hóa CH3- CH=O =Este + NaOH  → 1 muối + 1 xeton ⇒ este này khi phản ứng tạo rượu có nhóm OH liên kết trên  cacbon mang nối đôi bậc 2 không bền đồng phân hóa tạo xeton. o + NaOH t → RCOONa + CH2=CHOHCH3  RCOOC=C H2 CH3 Đp hóa CH3-CO-CH3
Este + NaOH  → 2muối +H2O ⇒ Este này có gốc rượu là đồng đđẳng của phenol hoặc phenol..  VD : o + 2NaOH t → RCOONa + C6H5ONa + H2O RCOO  ( do phenol có tính axit nên phản ứng tiếp với NaOH tạo ra muối và H2O) Este + NaOH  → 1 sản phẩm duy nhất ⇒ Este đơn chức 1 vòng  CO o +NaOH t →  R COO Na R O OH t CÁCH XÁC ĐỊNH SỐ NHÓM CHỨC ESTE : nNaOH(phaûn öùng) = α ⇒ α là số nhóm chức este (trừ trường hợp este của phenol và đồng đẳng của nó)  nEste nNaOHcần
 R ' OH + TH1 : 1 rượu + 1 este  RCOOR '  RCOOR 1 + TH 2 : 2 este cùng gốc axit  RCOOR 2  Lưu ý : Nếu giả thiết cho các hợp chất hữu cơ đồng chức thì mỗi phần trên chỉ có 1 trường hợp là hh 2 este (cùng gốc rượu hoặc cùng gốc axit). 2. ESTE ĐA CHỨC : Do axit đa chức + rượu đơn chức : R(COOR’)x (x ≥ 2) a) Nếu este này do axit đa chức + rượu đơn chức (nhiều rượu) : R(COO R ' )x Nếu este đa chức + NaOH  → 1 muối+2rượu đơn chức ⇒ este này có tối thiểu hai chức.  COOR1 CO OR1 VD : (3 chức este mà chỉ thu được 2 rượu) R R CO OR1 COOR2 CO OR2 nguyên tử oxi ⇒ este này tối đa hai chức este (do 1 chức este có tối đa hai Nếu este này có 5 nguyên tử oxi) b) Do axit đơn + rượu đa : (RCOO)yR’ (y ≥ 2) + Tương tự như phần a. c) Este do axit đa + rượu đa : Ry(COO)x.yR’x (ĐK : x,y ≥ 2) nếu x=y ⇒ CT : R(COO)xR’ : Khi cho este phản ứng với dd NaOH ta gọi Ct este là RCOOR’ nhưng khi đốt ta nên gọi CTPT là C xHyO2 (y ≤ 2x) vì vậy ta phải có phương pháp đổi từ CTCT sang CTPT để dễ giải. VD : este 3 chức do rượu no 3 chức + 3 axit đơn chức (có 1 axit no, iaxit có 1 nối đôi, 1 axit có một nối ba) (este này mạch hở) Phương pháp giải : + este này 3 chức ⇒ Pt có 6 nguyên tử Oxi + Số lkết π : có 3 nhóm –COO mỗi nhóm có 1 lk π ⇒ 3 π . + Số lk π trong gốc hydrocacbon không no là 3 ( 1 π trong axit có 1 nối đôi, 2 π trong axit có 1 nối ba) ⇒ CT có dạng : CnH2n+22kO6 với k=6 ⇒ CT : CnH2n10O6. + Gọi CTCT là : ⇔ Cm+x+y+a+3H2m+2x+2y+2a4O6 CmH2m+1COO CaH2a-1 CxH2x-1COO CyH2y-3COO Đặt : n=m+x+y+a+3 ⇔ CnH2n10O6  Chú ý : Phản ứng este hóa giữa axit và rượu : (phản ứng không hoàn toàn) + Rượu đa chức + axit đơn chức : + H , to (RCOO)xR’(OH)(nx) + xH2O Điều kiện : 1 ≤ x ≤ n xRCOOH + R’(OH)n + Rượu đơn + axit đa : (COOR')x + H , to R(COOH)n + xR’OH + xH2O R Điều kiện : 1 ≤ x ≤ n (COOH) (n-x)  Ngoài ra còn những este đăc biệt khác :
 Este do rượu đa, axit đa và axit đơn : VD : CO O R" Khi phản ứng với NaOH tạo ra R(COONa)2, R’COONa và R’’(OH)3 R CO O R' CO O Hoặc este + NaOH  → muối của axit đa + rượu đa và rượu đơn  VD : CO O R' R CO O khi cho phản ứng với NaOH cho R(COONa)3 + R’(OH)2 + R’’OH COO R"  Este do axit tạp chức tạo nên : R' COO Na VD : RCOOR’COOR’’ khi phản ứng NaOh tạo : R COONa, và R’’OH OH VD : CO O R' COO Na R R khi phản ứng với NaOH tạo : OH OO C CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN : t0 • Este + NaOH → muối + nước nNaOH phaûn öùng = x ⇒ x laøoá hoùm este tröôøng ñaëcieätste sn chöùc tröø hôïp b e cuûahenol p neste ( vaø oàng cuaû ñ ñaúng noù). t0 VD: CH3 – COOC6H5 + NaOH → CH3 – COONa + C6H5ONa + H2O nCO2 ⇒ este aøyoñônchöùc CT laø nH 2nO2 ⇒ • Đốt cháy este : nH 2O = nn C VII. BIỆN LUẬN XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ CÓ NHÓM CHỨC CT chung : CnH2n+2x2kXx với X là nhóm chức hóa học : OH, CHO, COOH, NH2… … ả thiết cho CT dạng phân tử và một số tính chất của hợp chất hữu cơ. Gi Phương pháp : Đưa CTPT về dạng CTCT có nhóm chức của nó. Đặt điều kiện theo công thức chung : + Nếu no : k=0 thì ta luôn có số nguyên tử H = 2 số nguyên tử C + 2 – số nhóm chức. + Nếu không cho no thì ta có : số nguyên tử H ≤ 2 số nguyên tử C + 2 – số nhóm chức. VD1 : Một rượu no có công thức là (C2H5O)n. Biện luận để xác định CTPTcủa rượu đó. + Đưa CT trên về dạng cấu tạo : (C2H5O)n ⇔ C2nH4n(OH)n + Đặt ĐK : số nguyên tử H = 2 số nguyên tử C + 2 – số nhóm chức ⇒ 4n=2.2n+2n ⇒ n=2 ⇒ Ct rượu là C4H8(OH)2 VD2 : Một axit hữu cơ có CTPT là (C4H3O2)n, biết rằng axit hữu cơ này không làm mất màu dd nước brom. Xác định CTCT của axit ? + Đưa về dạng cấu tạo : (C4H3O2)n ⇔ C4nH3nO2n ⇔ C3nH2n(COOH)n + Do axit hữu cơ này không làm mất màu nước brom nên có 2 trường hợp :  Axit này no : (k=0) loại vì theo ĐK : H=2C+2số nhóm chức ⇔ 2n=6n+2n ⇒ n