Phương pháp giải bài toán hữu cơ

Chia sẻ: Tran Minh Phuong | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

238
lượt xem 92
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'phương pháp giải bài toán hữu cơ', tài liệu phổ thông, ôn thi đh-cđ phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phương pháp giải bài toán 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+2-2k, 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 2 n + 2 − 2 k (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 Cn1H2n1+ 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
- Cách 2: Gọi chung thành một công thức C x H y hoặc C n H 2 n + 2 − 2 k (Do các hidrocacbon khác dãy đồng đẳng nên k khác nhau) Phương pháp: Gọi Ct chung của các hidrocacbon trong hh là C x H y (nếu chỉ đốt cháy hh) hoặc C n H 2 n + 2 − 2 k (nếu vừa đốt cháy vừa cộng hợp H2, Br2, HX…) - Gọi số mol hh. - Viết các ptpứ xảy ra, lập hệ phương trình, giải hệ phương trình ⇒ x , y hoaëck... n, + Nếu là x , y ta tách các hidrocacbon lần lượt là C x 1 H y1 , C x 2 H y 2 ..... Ta có: a1+a2+… =nhh x a + x 2a 2 + .... x= 1 1 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 hidrocacbon duy nhất có số nguyên tử C=1 nó là CH4 (x1=1; y1=4) + Chỉ có 1 hidrocacbon duy nhất có số nguyên tử H=2 nó là C 2H2 (y2=4) (không học đối với C4H2). Các ví dụ: IV. CÁC PHẢN ỨNG DẠNG TỔNG QUÁT: 1. Gọi CT chung của các hidrocacbon 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 hidrocacbon dư thì có thể dựa vào M của hh sau phản ứng. Nếu M
* Nếu x= 2 ⇒ hidrocacbon là C2H2. 5) Đối với aren và đồng đẳng: + Cách xác định số liên kết π ngoài vòng benzen. n Br2 = α ⇒ α là số liên kết π ngoài vòng benzen. Phản ứng với dd Br2 n hydrocacbon + Cách xác định số lk π trong vòng: nH2 = α+β Phản ứng với H2 (Ni,to): n hydrocacbon * với α là số lk π nằm ngoài vòng benzen * β là số lk π trong vòng benzen. Ngoài ra còn có 1 lk π tạo vòng benzen ⇒ số lk π tổng là α + β +1. VD: hidrocacbon 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+2-k với k=5 ⇒ CTTQ là CnH2n-8 CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN VÍ DỤ 1 :Đốt cháy 0,1 mol hỗn hợp 2 ankan là đồng đẳng kế ti ếp ,thu đ ược 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 Giải 4,6 :n Br2= 0,1 =n 2anken -->số nguyên tử cacbon trung bình = =3,3 0 ,1.14  CTPT 2anken là: C3H6 và C4H8 VD 4:Khi đốt cháy 1hh gồm:0,1 mol C2H4 và 1 hidrocacbon A,thu được 0,5 mol CO2 và 0,6 mol H2O.CTPT của hidrocacbon 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 hidrocacbon A,thu được: số mol CO2 =số mol H2O =0,5 mol.CTPT của hidrocacbon 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 Đ K: ⇒ 2n ≤ 2.2n+2-n ⇒ 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 ⇒ ancol này no, mạch hở. 2) Khi tách nước ancol tạo ra olefin ⇒ ancol này no đơn chức, hở. 3) Khi tách nước ancol A đơn chức tạo ra chất B. - d B / A < 1 ⇒ B là hidrocacbon chưa no (nếu là ancol no thì B là anken). - d B / A > 1 ⇒ B là ete. - Oxi hóa ancol bậc 1 tạo ra andehit hoặc axit mạch hở. 4) R-CH2OH [→ R-CH=O hoặc R-COOH O] - Oxi hóa ancol bậc 2 thì tạo ra xeton: R-CHOH-R' [→ R-CO-R' O] - Ancol bậc ba không phản ứng (do không có H) 5) Tách nước từ ancol no đơn chức tạo ra anken tuân theo quy tắc zaixep: Tách -OH và H ở C có bậc cao hơn - Ancol no đa chức có nhóm -OH nằm ở cacbon kế c ận m ới có phản ứng v ới 6) Cu(OH)2 tạo ra dd màu xanh lam. - 2,3 nhóm -OH liên kết trên cùng m ột C sẽkhông b ền, d ễ dàng tách n ước t ạo ra anđehit, xeton hoặc axit cacboxylic. - Nhóm -OH liên kết trên cacbon mang n ối đôi sẽ không b ền, nó đ ồng phân hóa tạo thành anđehit hoặc xeton. CH2=CHOH  → CH3-CHO  CH2=COH-CH3  → CH3-CO-CH3.  CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN Ancol no a. Khi đốt cháy ancol : 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 ancol cùng dãy đồng đẳng thì số nguyên tử Cacbon trung bình. VD : n = 1,6 ⇒ n1< n =1,6 ⇒ phải có 1 ancol là CH3OH
nH 2 x = ⇒ x là số nhóm chức ancol ( tương tự với axít) b. nröôïu 2 c. ancol đơn chức no (A) tách nước tạo chất (B) (xúc tác : H2SO4 đđ) . dB/A < 1 ⇒ B là olêfin . dB/A > 1 ⇒ A là ete 0 d. + oxi hóa ancol bậc 1 tạo anđehit : R-CHO Cu ,→ R- CH= O t  [] + oxi hóa ancol bậc 2 tạo xeton : R- CH – R’ O R – C – R’ OH O + ancol bậc 3 không bị oxi hóa. II. PHENOL: - Nhóm OH liên kết trực tiếp trên nhân benzen, nên liên k ết gi ữa O và H phân c ực 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 CH2OH nhân benzen) 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 nA 2 -COOH. nNaOH phaûn öùng = y ⇒ y là số nhóm chức phản b/ Hợp chất HC: A + Na → muối + H2O ⇒ nA ứng với NaOH là – OH liên kết trên nhân hoặc – COOH và cũng là s ố nguyên t ử H linh đ ộng 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 n ằm trên nhân thơm ( H linh động phản ứng NaOH) và 1 nhóm OH liên kết trên nhánh như HO-C6H4-CH2-OH III. AMIN: - Nhóm hút e làm giảm tính bazơ của amin. - Nhóm đẩy e làm tăng tính bazơ của amin. VD: C6H5-NH2
IV. ANĐEHIT : 1. Phản ứng tráng gương và với Cu(OH)2 (to) ,o R-CH=O +Ag2O ddNH3→ R-COOH + 2Ag ↓  t o R-CH=O + 2Cu(OH)2 t → R-COOH + Cu2O ↓ +2H2O   Nếu R là Hydro, Ag2O dư, Cu(OH)2 dư: ,o H-CHO + 2Ag2O ddNH3→ H2O + CO2 + 4Ag ↓  t o H-CH=O + 4Cu(OH)2 t → 5H2O + CO2 + 2Cu2O ↓   Các chất: H-COOH, muối của axit fomic, este của axit fomic cũng cho đ ược phản ứng tráng gương. ,o HCOOH + Ag2O ddNH3→ H2O + CO2+2Ag ↓  t ,o HCOONa + Ag2O ddNH3→ NaHCO3 + 2Ag ↓  t ,o H-COOR + Ag2O ddNH3→ ROH + CO2 + 2Ag ↓  t  Anđehit vừa đóng vai trò chất khử, vừa đóng vai trò chất oxi hóa: + Chất khử: Khi phản ứng với O2, Ag2O/NH3, Cu(OH)2(to) + Chất oxi hóa khi tác dụng với H2 (Ni, to) CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN nAg = 2 x ⇒ x laøoá hoùm andehyt. sn chöùc a. nanñehyt + Trường hợp đặc biệt : H-CH = O phản ứng Ag2O tạo 4mol Ag nhưng %O = 53,33% + 1 nhóm andehit ( - CH = O ) có 1 liên k ết đôi C = O ⇒ andehit no đơn chức chỉ có 1 liên kết Π nên khi đốt cháy nH 2O = nCO2 ( và ngược lại) + andehit A có 2 liên kết Π có 2 khả năng : andehit no 2 chức ( 2Π ở C = O) hoặc andehit 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 n H 2 phaûn öùng = x ⇒ x laø ( soá nhoùm chöùc andehyt + soá lieân keát ñoâi(∏) C = C) + n andehyt 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 v ới quy t ắc c ộng Maccopnhicop: VD: CH2=CH-COOH + HCl  → ClCH2-CH2-COOH  + Khi giải toán về muối của axit cacboxylic khi đốt cháy trong O 2 cho ra CO2, H2O và Na2CO3 t y t O2  → ( x + ) CO2 + H2O + Na2CO3  VD : CxHyOzNat + 2 2 2 CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN nOH- phaûn öùng = x ⇒ x laøoá hoùm axít( - COOH) • sn chöùc naxít • Chí có axít fomic ( H-COOH) tham gia phản ứng tráng gương
• Đốt axít : Ta có : nH 2O = nCO2 ⇒ axíttreânoñônchöùc. ngöôïc ⇒ CT : C nH 2nO2 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 CO 2) + Số mol C (trong Na 2CO3) (bảo toàn nguyên tố C)  So sánh tính axit : Gốc hút e làm tăng tính axit, gốc đẩy e làm gi ảm tính axit c ủa axit cacboxylic. VI. ESTE :  Cách viết CT của một este bất kì : y x Este do axit x chức và ancol y chức : Ry(COO)x.yR’x .  Nhân chéo x cho gốc hidrocacbon của ancol và y cho gốc hidrocacbon của axit.  x.y là số nhóm chức este. VD : - Axit đơn chức + ancol 3 chức : (RCOO)3R’ - Axit 3 chức + ancol đơn chức : R(COO-R’)3 1. ESTE ĐƠN CHỨC : o Este + NaOH t → Muối + ancol  Este + NaOH  → 1 muối + 1 anđehit  ⇒ este này khi phản ứng với dd NaOH tạo ra ancol có nhóm -OH liên kết trên cacbon mang nối đôi bậc 1, không bền đồng phân hóa tạo ra anđehit. o VD: R-COOCH=CH2 + NaOH t → R-COONa + CH2=CH-OH  Đp hóa CH3- Este + NaOH  → 1 muối + 1 xeton ⇒ este này khi phản ứngCH=O có nhóm  tạo ancol –OH liên kết trên cacbon mang nối đôi bậc 2 không bền đồng phân hóa tạo xeton. to RCOO C=C H2 + NaOH  → R-COONa + CH2=CHOH-CH3  CH3 Đp hóa CH3-CO-CH3 Este + NaOH  → 2muối +H2O  ⇒ Este này có gốc ancol là đồng đẳng của phenol hoặc phenol.. VD : o + 2NaOH t → RCOONa + C6H5ONa + H2O  ( do phenol có tính axit nên phản ứng tiếp với NaOH tạo ra muối và H2O) RCO O Este + NaOH  → 1 sản phẩm duy nhất  ⇒ Este đơn chức 1 vòng CO o +NaOH t →  R CO O N a R O OH CÁCH XÁC ĐỊNH SỐ NHÓM CHỨC ESTE : nNaOH(phaûn öùng) = α ⇒ α là số nhóm chức este (trừ trường hợp este của phenol và  nEste đồng đẳng của nó)  nNaOH cần este phản ứng hết ⇒ Este này đơn chứcvà NaOH còn dư.  Este đơn chức có CTPT là : CxHyO2 ⇔ R-COOR’ ĐK : y ≤ 2x Ta có 12x+y+32 = R + R’ + 44.
Khi giải bài toán về este ta thường sử dụng cả hai công thức trên. dùng để đốt cháy cho phù hợp. + CT CxHyO2 R-COOR’ dùng để phản ứng với NaOH + CT ⇒ CT cấu tạo của este.  Hỗn hợp este đơn chức khi phản ứng với NaOH tạo 1 muối + 2 ancol đơn chức ⇒ 2 este này cùng gốc axit và do hai ancol khác nhau tạo nên. Vậy công thức 2 este là R-COO R ' giải ⇒ R,R’ ; ĐK : R1< R '
(3 chức este mà chỉ thu được 2 ancol) VD : - Nếu este này có 5 nguyên tử oxi ⇒ este này tối đa hai chức este (do 1 chức este có t ối đa hai nguyên tử oxi) b) - Do axit đơn + ancol đa : (RCOO)yR’ (y ≥ 2) + Tương tự như phần a. c) Este do axit đa + ancol 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’ nh ưng khi đ ốt ta nên g ọi CTPT là CxHyO2 (y ≤ 2x) vì vậy ta phải có phương pháp đổi từ CTCT sang CTPT để dễ giải. VD : este 3 chức do ancol no 3 chức + 3 axit đơn ch ức (có 1 axit no, iaxit có 1 n ối 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 hidrocacbon không no là 3 ( 1 π trong axit có 1 nối đôi, 2 π trong axit có 1 nối ba) ⇒ CT có dạng : CnH2n+2-2kO6 với k=6 ⇒ CT : CnH2n-10O6. + Gọi CTCT là : ⇔ Cm+x+y+a+3H2m+2x+2y+2a-4O6 CmH2m+1COO CaH2a-1 CxH2x-1COO CyH2y-3COO Đặt : n=m+x+y+a+3 ⇔ CnH2n- 10O6  Chú ý : Phản ứng este hóa giữa axit và ancol : (phản ứng không hoàn toàn) + Ancol đa chức + axit đơn chức : + H , to (RCOO)xR’(OH)(n-x) + xH2O Điều kiện : 1 ≤ x ≤ n xRCOOH + R’(OH)n + Ancol 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 ancol 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 + ancol đa và ancol 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 : VD : R-COO-R’-COO-R’’ khi phản ứng NaOh tạo : R-COONa, và R’’OH R' COO Na VD : CO O OH R R khi phản ứng với NaOH tạo : R' COO Na OO C OH CHÚ Ý KHI GIẢI TOÁN : 0 • t 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 cuaûoù). ñ ñaúng n
0 t VD: CH3 – COOC6H5 + NaOH → CH3 – COONa + C6H5ONa + H2O • Đốt cháy este : nH 2O = nCO2 ⇒ este aøyoñônchöùc CT laø nH 2nO2 ⇒ nn C VII. BIỆN LUẬN XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ CÓ NHÓM CHỨC CT chung : CnH2n+2-x-2kXx với X là nhóm chức hóa học : -OH, -CHO, -COOH, -NH2…  Giả thiết cho CT dạng phân tử và một số tính chất của hợp chất hữu cơ.  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 ancol no có công thức là (C2H5O)n. Biện luận để xác định CTPTcủa ancol 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+2-n ⇒ n=2 ⇒ Ct ancol là C4H8(OH)2 VD2 : Một axit hữu cơ có CTPT là (C 4H3O2)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+2-số nhóm chức ⇔ 2n=6n+2-n ⇒ n