Bài giảng Hóa học lớp 11 - Bài 40: Ancol

Kờnh chaỡo quyù thỏửy cọ , chaỡo tỏỳt caớ caùc em Ancol Dành cho học sinh lớp 11 THPH (2 tiết ) Nhóm sinh viên thực hiện : Đỗ Thị Hồng Hảo Nguyễn Thị Giang Thanh Dương Xuân Thành 1. Định nghĩa và phân loại  2. Đồng phân  3. Danh pháp 4. Tính chất vật lý  5. Tính chất hoá học  6. ứ ng dụng  7. Đ iều chế Bài : Phân loại, đ ồng phân , danh pháp  1.Định nghĩa và phân loại  * Rượu hay ancol là những hợp chất hữu cơ có một hay nhiều nhóm hidroxyl liên kết với nguyên tử cacbon no của gốc hidrocacbon * Công thức phân tử: C n H 2n+2-2a-x (OH) x Đ iều kiện : 1 ≤ x ≤ n a0 1.1.Định nghĩa Chú ý 1. Một nguyên tử cacbon chỉ liên kết vối một nhóm -OH 2. Nhóm - OH không liên kết trực tiếp với C không no. 3. Số cacbon tối thiểu của rượu không no là bao nhiêu ? 1.2.phân loại Theo gốc hidrocacbon : Gốc hidrocacbon no Gốc hidrocacbon không no Theo số nhóm -OH: 1. Một nhóm -OH rượu đơn chức ví dụ : CH 3 ─ CH 2 ─ OH 2. Nhiều nhóm -OH  rượu đa chức ví dụ: CH 2 ─CH 2 | | OH OH Rượu no Rượu không no 2.Đồng phân Mạch nhánh Đ ồng phân của rượu Đ ồng phân về vị trí nhóm -OH Mạch không nhánh Rượu bậc một Rượu bậc hai Rượu bâc ba Đ ồng phân về mạch cac bon Ví dụ : Viết các đ ồng phân của rượu có công thức phân tử : C 4 H 10 O CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH CH 3 CH CH 2 OH CH3 CH2 CH OH CH3 C OH CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 3. Danh pháp Danh pháp Danh pháp thông dụng Danh pháp IUPAC Rượu + tên gốc hidrocacbon+ic Tên hidrocacbon + vị trí nhóm -OH + ol Ví dụ : CH 3 ─ CH 2 ─ CH 2 ─ OH rượu propylic propan -1-ol CH 3 ─ CH ─ CH 2 ─ OH rượu iso-butylic | 2-metyl-propan-1-ol CH 3 CH 3 | CH 3 – C – OH rượu tert-butylic | 2,2-dimetyl etanol CH 3 4. Tính chất vật lý 4.1. Trạng thái ở điều kiện thường các ancol : - Từ 1 cacbon đến 12 cacbon ở thể lỏng . - Từ 13 cacbon trở lên ở thể rắn. - Từ 1 đến 3 cacbon tan vô hạn trong nước . Công thức T nc , 0 C T s , 0 C D,g/cm 3 Độ tan,g/100g H 2 O CH 3 OH -97,7 64,7 0,792 ∞ CH 3 CH 2 OH -114,5 78,3 0,789 ∞ CH 3 CH 2 CH 2 OH -126,1 97,2 0,804 ∞ CH 3 CH(OH)CH 3 -89,0 82,4 0,785 ∞ CH 2 =CHCH 2 OH -129,0 97,0 0,854 ∞ CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH -89,5 117,3 0,809 9 (15 0 C) CH 3 CH 2 CH(OH)CH 3 -114,7 99,5 0,806 12,5 (25 0 C) (CH 3 ) 2 CHCH 2 OH -108,0 108,4 0,803 9,5 ( 18 0 C) (CH 3 ) 3 COH -25,5 82,2 0,789 ∞ (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 OH -117,2 132,0 0,812 2,7 (22 0 C) HOCH 2 CH 2 OH -12,6 197,8 1,115 ∞ HOCH 2 CHOHCH 2 OH 20,0 290,0 1,260 ∞ C 6 H 5 CH 2 OH -15,3 205,3 1,045 4,0 (17 0 C) 4.2. Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy : Bảng nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và độ tan của một số chất hữu cơ C 2 H 6 CH 3 OH CH 3 F CH 3 OCH 3 M 30 32 34 46 T 0 nc -172 -98 -142 -138 T 0 S -89 65 -78 -24 Độ tan ( g/100gH 2 O) 0,007  0,25 7,6 Nhận xét : Từ bảng trên ta có : Nhiệt độ nóng chảy , nhiệt độ sôi, và độ tan của ancol lớn hơn của hidrocacbon , dẫn xuất hidro cacbon , ete có khối lượng tương đươ ng Để giải thích đ iều này, hãy so sánh sự phân cực của nhóm C—H—O của ancol và nhóm H—O—H của nước : Nguyên tử H mang một phần đ iện tích dương (  + ) của nhóm —OH rượu này khi ở gần nguyên tử O mang một phần đ iện tích âm (  - ) của nhóm —OH rượu kia sẽ tạo thành 1 liên kết yếu gọi là liên kết hidro 105 0 O C H 104,5 0 O H H  -  +  +  +  - H O C 2 H 5 C 2 H 5 H O ••• ••• ••• H O C 2 H 5 ••• ••• ••• O H H O H H O H H ••• ••• •••  +  +  +  +  +  +  -  -  -  -  -  - ả nh hưởng của liên kết hidro đến tính chất vật lí Do có liên kết hidro gữa các phân tử với nhau ( liên kết hidro liên phân tử ), các phân tử ancol hút nhau mạnh hơn so với những phân tử có cùng khối lượng nhưng không có liên kết hidro (hidrocacbon, dân xuất halogen, ete ). Vì thế cần phải cung cấp nhiều nhiệt hơn cho ancol để chuyển nó từ trạng thái rắn sang lỏng cũng như từ lỏng sang hơi. Các phân tử ancol nhỏ , một mặt có sự tương đồng với H 2 O, mặt khác lại có thể tạo liên kết hidro với H 2 O nên có thể xen giữa các phân tử nước . Vì thế chúng tan tốt trong nước . 4.3 . tính tan Những rượu đầu dãy tan vô hạn trong nước Số nguyên tử cacbon trong gốc hidrocacbon càng tăng th ì độ tan càng giảm Để xác định hàm lượng của rượu trong nước người ta dùng đại lượng độ của rượu Độ của rượu = V rượu V dung dịch Rượu tan vô hạn trong nước dung dịch etanol-nước 4.4. TíNH ĐộC CủA RƯợU 1. CH 3 OH là chất rất đ ộc chỉ một lượng rất nhỏ CH 3 OH vào cơ thể đã có thể gây ra mù loà, một lượng lớn vào cơ thể sẽ gây ra tử vong 2. Các đồng đảng của metanol cũng đ ộc (tuy không bằng metanol) Ví Dụ: C 5 H 11 OH: gây nhức đầu, chóng mặt , buồn nôn, giảm thị lực C 2 H 5 OH: gây hại cho dạ dày, gan , tim , hệ thần kinh Tác hại của rượu đ ối với gan 5. Tính chất hoá học của rượu Cấu trúc phân tử rượu r o h 1.Phản ứng este hoá 2.Phản ứng hidrat hoá Phản ứng thế nguyên tử Hidro 5.1. Phản ứng thế nguyên tử H của nhóm -OH ancol a . Phản ứng chung của nhóm Thí nghiệm : Cho Na tác dụng với etanol dư ( bình A không cần đun nóng ), phản ứng xảy ra êm dịu ( không mãnh liệt như với H 2 O ). Chưng cất đuổi hết etanol dư, trong bình còn lại Natri etylat Cho nước vào bình A, chất rắn tan hết . Dung dịch thu được làm hồng phênolphtalein . Chưng cất thì lại thu được etanol (B) và NaOH (A). C 2 H 5 OH + Na H 2 + C 2 H 5 ONa C 2 H 2 ONa H 2 O  C 2 H 5 OH  H 2 O Kết luận : Ancol tác dụng với kim loại kiềm tạo ra ancolat và giải phóng H 2 : Ancolat bị thuỷ phân hoàn toàn tạo ra ancol và NaOH : ROH  Na H 2 RONa RONa H 2 O  ROH  NaOH  b. Phản ứng riêng của glixerol Glixerol hoà tan đựơc Cu(OH) 2 tạo phức chất tan màu xanh thẫm Đ ồng (II) glixerat ( dd màu xanh thẫm ) + 2 H 2 O Phản ứng này dùng để nhận biết glixerol và các poliancol có các nhóm -OH liền kề   H O Cu O H C H 2 O C H O H C H 2 O H H C H 2 C H H O C H 2 H O O H C H 2 C H C H 2 O O H O Cu O O C H C H 2 C H 2 H H H O 5.2. Phản ứng thế nhóm OH của ancol  1. Phản ứng este hoá Ancol tác dụng với các axit vô nh ư HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 R— Cl + H 2 0 b. Ancol tác dụng với các axit hữu cơ H 2 SO 4 đ t 0 R OH H Cl + H 2 SO 4, đ t 0 + H 2 O R C O R O R –O–H + R C O H O Nhận xét : - Các phản ứng este hoá đ ều là phản ứng thuận nghịch - Muốn cho phản ứng xảy ra theo chiều thuận ta phải dùng xúc tác H 2 SO 4 đ và hút nước để làm chuyển dịch cân bằng - Kh ả năng phản ứng : Rượu bậc I > Rượu bậc II > Rượu bậc III 5.3. Phản ứng hidrat hoá ( tách H 2 O ) a . Tách nước liên phân tử * Tách một phân tử H 2 O: Đ ietyl ete H 2 SO 4 đ 140 0 C CH 3 CH 2 OH + HOCH 2 CH 3 CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 + H 2 O * Tách 2 phân tử H 2 O từ một phân tử rượu 1,3— butaden Al 2 O 3 450 0 C C 2 H 5 OH CH 2 =CH CH=CH 2 + + H 2 O H 2 2 2 b.Tách nước nội phân tử H 2 O H 2 SO 4 đ 170 0 C C H 2 C H 2 C H 3 C H 2 H O H + Đ ối với ancol bậc 2, bậc 3 phản ứng tách nước cho ta hỗn hợp nhiều sản phẩm Ví dụ : Sản phẩm chính Sản phẩm phụ CH 2 CHCHC 2 H 5 OH H H H 2 SO 4 170 0 C CH 3 CH=CHC 2 H 5 + + H 2 O H 2 O CH 2 =CH CH 2 C 2 H 5 Chú ý: Muốn biết đ ồng phân nào là sản phẩm chính ta dùng quy tắc Zaixep : Trong phản ứng tách nước từ một phân tử rượu , nhóm OH bị tách ưu tiên cùng với nguyên tử H ở cacbon  bậc cao hơn để tạo thành liên kết C=C mang nhiều nhóm ankyl hơn .5.4. Phản ứng oxi hoá * Oxi hoá hoàn toàn : - Các ancol cháy trong không khí tạo ra CO 2 và H 2 O: * Ôxi hoá không hoàn toàn OXH OXH OXH Ancol bậc 1 andehit bậc 2 xeton bậc 3 rất khó bị oxiho á 3n 2 C n H 2n+1 OH + O 2 CO 2 + H 2 O n (n + 1) + + H—CHO H 2 O Cu o R CR' + H 2 O + Cu R CHO + H 2 O + Cu + + CH 3 —CHO H 2 O Cu t 0 t 0 R CH 2 OH + CuO CH 3 OH + OH R CHR' + CuO CuO t 0 C 2 H 5 —OH + CuO t 0 CH 3 —CH—CH 3 OH CuO t 0 + + + CH 3 —CH—CH 3 H 2 O Cu O Ví dụ : Ancol làm dung môi Ancol là nhưng dung môi rất tốt . Etanol đư ợc sử dụng làm dung môi cho các mỹ phẩm , nước hoa và cồn iot . Cồn pha metanol là một dung môi công nghiệp cho các ngành sơn và phẩm nhuộm ứng dụng Nh Ữ ng sản phẩm có etanol làm dung môi . *. Ê tanol là một nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hoá hiện đại hoá học , nh ư đ iều chế dietyl ete , axit axetic , etyl axetat , butađien (sản xuất cao su buna ) Phản ứng tổng hợp butadien xảy ra theo sơ đồ sau : 2C 2 H 5 OH CH 2 = CH—CH = CH 2 + H 2 O MgO+ZnO t 0 Etanol * Nhờ nhiệt của phản ứng cháy , etanol đư ợc dùng làm nguyên liệu cho đ ộng cơ nổ và cho các đ èn cồn   Etanol đư ợc sử dụng nh ư là một nhiên liệu cho đ ộng cơ môto ở Brazil Etanol cháy với ngọn lửa sáng khi cung cấp đủ không khi các loại hạt loại bỏ nước các loại hạt viên nhỏ trộn ( chuổn bị ) Sự lên men sản phẩm chưng cất loại bỏ nước kho sản phẩm sấy kh ô ly tâm bay hơi kho cất gi ữ DDG s * Nhờ kh ả năng hoà tan nhiều chất hữu cơ và vô cơ, etanol là dung môi để pha chế thuốc , nước hoa , sơn *Trong đ ời sống etanol còn đư ợc dùng làm thức uống ở nhiều nồng độ khác nhau : 6.2.Mêtanol * Mêtanol đư ợc dùng để sản xuất axit fomic , rất cần trong công nghiệp chất dẻo . Phương trình tổng hợp fomandehit : CH 2 OH + O 2 HCHO + H 2 O CrO 3 , ZnO t o 6.3.Một số rượu khác Các pentanal và butanal đư ợc dùng làm dung môi và để tổng hợp một số chất trong ngành thực phẩm ( ví dụ : dầu chuối là iso -amyl axetat (CH 3 ) 2 CHCH 2 COCOCH 3 ) Trong thành phần một số tinh dầu thảo mộc rất phổ biến ở nước ta nh ư dầu xả tinh dầu hoa hồng có những rượu không no và rượu thơm góp phần quan trọng tao nên mùi thơm cho các tinh dầu này. Ví dụ : Trong tinh dầu hoa nhài có rượu benzylic C 6 H 5  CH 2  OH Trong tinh dầu hoa hồng có rượu phenyletylic C 6 H 5 — C 2 H 5  OH 7. đ iều chế a. Hidrat hoá anken Đun anken với H 2 O và xúc tác H 3 PO 4 ta đư ợc ankanol tương ứng : CH 2 =CH 2 + HOH CH 3 —CH 2 —OH ∆H =- 45,2 kJ 7.1.các phương pháp chung H 3 PO 4, 300 0 C 80 atm Ta cũng có thể đ iều chế các đ ồng đẳng của etanol bằng phương pháp trên , phản ứng cộng tuân theo quy tắc Macopnhicop ví dụ : CH 3  CH=CH 2 + HOH CH 3  CH  CH 3 t 0 ,xt OH b.Thuỷ phân dẫn xuất halogen Đun dẫn xuất halogen với dung dịch kiềm ta đư ợc rươu tương ứng C 2 H 5 Br + NaOH C 2 H 5 OH + NaBr Phản ứng diễn ra theo cơ chế sau : HOH,t 0 R—CHO RCH 2 OH R1  CO  R2 R1CH(OH)R2 H H c. Khử hợp chất cacbonyl 7.2. Các phương pháp riêng a. Đ iều chế etanol bằng phương pháp lên men. (Trong công nghiệp ) Đây là phương pháp lâu đ ời nhất và hiện nay vẫn còn dùng rộng rãi nhất là để sản xuất rượu uống . *. Nguyên liệu : Những sản phẩm nông nghiệp chứa nhiều tinh bột nh ư gạo ng ô khoai , sắn, các sản phẩm chứa đư ờng ( nh ư nước mật của nh à máy đư ờng , sản phẩm thuỷ phân của vỏ bào mùn cưa bằng axit ) Nho Lúa m ỡ Khoai tây Táo L úa mạch Gạo Bắp Vài nguyên liệu cho sự lên men . (a) (b) (a) Men là thực vật sống . Nó có thể cung cấp enzim cho sự lên men (b) Men dưới kính hiển vi. Nhưng ô giống hinh trái xoan Amilaza 2 —C 6 H 10 O 5 — (s) + nH 2 O(l) nC 12 H 22 O 11 (aq) Tinh bột mantozo Mantaza C 12 H 22 O 11 (aq) + H 2 O(l) 2C 6 H 12 O 6 (aq) Mantozo nước glucozo Zimaza C 6 H 12 O 6 (aq) 2C 2 H 5 OH(aq) + 2CO 2 (g) glucozo Etanol cacbon dioxit [ ] n Các giai đoạn sản xuất * Tất cả các loại enzim ở trên đ ều có trong men rượu . Các phản ứng diễn ra liên tục và nối tiếp nhau trong môi trường phản ứng , nhiệt độ thuận lợi là 30-35 o C Phương pháp lên men. Phương pháp lên men dẫn đ ến sự hình thành etanol và cacbocylic . Sự lên men của cácbohydrat tới những sản phẩm cuối cùng là dạng cơ bản của bia , rượu , và các ngành công nghiệp rượu Kết qu ả của sự lên men là sự pha loãng dung dịch của etanol trong nước ( xấp xỉ 10%). Nồng độ của etanol không thể cao qu á 15%. ở nồng độ cao hơn men chết và sự lên men dừng lại ngay . Chúng ta có thể làm t ă ng nồng độ của etanol trong san phẩm bằng phương pháp chưng cất Dung dịch của Glucozo với men Nước vôi ống cao su ngắn Sự lên men của Glucozo trong phòng thí nghiệm b. Đ iều chế metanol  Đun hỗn hợp metan và oxi ( tỉ lệ 1:1) dưới áp suất 100 atm ở 200 0 c trong ống đ ồng ta đư ợc metanol : 2CH 4 + O 2 2CH 3 OH Ngoài ra người ta còn sản xuất từ khí than : CO + 2H 2 CH 3 OH 300- 400 0 C, 250atm ZnO , Cr 2 O 3 bài tập củng cố