Đang tải... (xem toàn văn)
ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ ĐẾN TÍNH AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNGẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ ĐẾN TÍNH AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNGẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ ĐẾN TÍNH AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNGẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ ĐẾN TÍNH AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNGẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ ĐẾN TÍNH AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNGẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ ĐẾN TÍNH AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNG
Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com A.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hoá học là một môn Khoa học thực nghiệm gắn liền thực tiễn với đời sống sản xuất của con người, ứng dụng của Hoá học rất to lớn, từ sản xuất đến đời sống, từ những nghành khoa học hiện đại đến nghành khảo cổ học, từ quá khứ đến tương lai tất cả đều không thể tách rời hai từ “Hoá học”. Vậy nên, giảng dạy một môn học khoa học và đầy tính ứng dụng như vậy là một thách thức không nhỏ đối với giáo viên dạy Hoá. Thái độ học sinh khi tiếp xúc với môn học này chia thành 3 nhóm chủ yếu. Nhóm 1 rất yêu thích và say mê hoá học, luôn tìm hiểu tận gốc rễ mọi vấn đề về hoá học. Đối với nhóm học sinh này việc dạy học trở nên dễ dàng hơn rất nhiều và học sinh tự học là chủ yếu. Nhóm 2 là nhóm học sinh thờ ờ và lãnh cảm với hoá học chỉ vì các em không hiểu hết được ý nghĩa to lớn của hoá học trong đời sống và trong sản xuất. Còn nhóm học sinh thứ 3là những em cũng rất thích hoá học, nhưng việc vận dụng lí thuyết vào giải quyết bài tập hoá học trở nên khó khăn do nắm không chắc chắn lí thuyết. Hoá học lại chia thành 2 phần, hoá đại cương và vô cơ, hoá học hữu cơ. Nếu như hoá vô cơ và đại cương là phần kiến thức hoá học đầu tiên mà học sinh tiếp xúc và làm quen trong một thời gian dài nên việc học hoá trong chương trình phổ thông cũng không phải là một trở ngaị to lớn thì việc học hoá hữu cơ tận học kì II lớp 9 rồi lại bỏ bẵng đến tận gần cuối lớp 11 lại học trở lại đã gây cho đa số học sinh việc tiếp xúc gián đoạn và dường như là một 1 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com phần học rất mới mẻ, mặt khác có hàng chục triệu các hợp chất hữu cơ với nhiều loại nhóm chức khác nhau cũng lại là một rào cản khó khuất phục đối với đa số học sinh. Trong vô vàn cái khó để chinh phục hoá học hữu cơ thì nổi lên việc so sánh định tính tính axit của các hợp chất hữu cơ cùng nhóm chức hoặc khác nhóm chức. Các nhóm chức nào gây ra tính axit? Nguyên nhân gây ra tính axit của các nhóm chức? Các nhóm nguyên tử trong phân tử có ảnh hưởng gì đến tính axit của nhóm chức?Trong chương trình hoá học hữu cơ phổ thông, chúng ta nghiên cứu các nhóm chức gây ra tính axit gồm: nhóm OH trong ancol, nhóm OH trong phenol và nhóm COOH trong axit cacboxylic. Thực tế cho thấy rằng: dù là hình thức thi trắc nghiệm đối với thi tốt nghiệp và đại học hay hình thức thi tự luận đối với thi học sinh giỏi hiện nay thì việc so sánh đúng tính axit của các hợp chất hữu cơ đôi khi chỉ là ăn may mà thôi. Vì sao vậy? Cổ nhân có câu “học đi đôi với hành”, để giải quyết tốt một bài tập hoá học thì cần nắm vững những kiến thức cơ bản của nó. Chúng ta đã hiểu ảnh hưởng của nhóm nguyên tử này đến tính chất của nhóm nguyên tử khác hay chưa? Một cái nhìn tổng quát về vai trò của từng loại nhóm thế, làm tăng hay làm giảm tính axit, mức độ ảnh hưởng ra sao của một nhóm thế cụ thể trong từng loại nhóm thế đó thế nào là mấu chốt giải quyết vấn đề vừa nêu. 2 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Đứng trước vấn đề này, vai trò của người thầy càng quan trọng hơn trong việc tìm hiểu, nghiên cứu, tổng kết vai trò của loại nhóm thế, ảnh hưởng của chúng đến tính axit của một vài nhóm chức để truyền đạt đến học sinh một cách vừa tổng quát lại vừa rất rõ ràng trong bài ôn tập về một số nhóm thế gây ra tính axit của hợp chất hữu cơ. Vì vậy, qua thực tế giảng dạy và tự nghiên cứu, tôi đã tự tổng quát hoá một vấn đề mang tính lí thuyết trong hoá học hữu cơ để học sinh có một tài liệu tham khảo rất thiết thực và bổ ích với nội dung: “ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ ĐẾN TÍNH AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNG” 3 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com B.NỘI DUNG I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT I.1 Tính axit 1. Một số khái niệm Tính axit là khả năng thay thế nguyên tử H trong hợp chất hữu cơ (HCHC) và được đánh giá bằng độ linh động của nguyên tử H trong hợp chất hữu cơ. Độ linh động của nguyên tử H là khả năng phân li ra ion H + của hợp chất hữu cơ đó So sánh tính axit của một số hợp chất hữu cơ là so sánh độ linh động của nguyên tử H trong hợp chất đó. Hợp chất nào có độ linh động nguyên tử H càng cao thì tính axit càng mạnh. Độ linh động của nguyên tử H mang tính axit trong hợp chất hữu cơ phụ thuộc vào độ phân cực của liên kết O – H. Liên kết O-H càng phân cực thì độ linh động của nguyên tử H càng tăng và tính axit càng mạnh. 2. So sánh tính axit của một số hợp chất hữu cơ Trước hết phải xem xét các hợp chất hữu cơ có cùng nhóm chức hay không 4 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com 2.1 Nếu các hợp chất hữu cơ khác nhóm chức, nói chung tính axit giảm dần theo thứ tự: Axit mạnh vô cơ > axit hữu cơ > H 2 CO 3 > phenol > H 2 O > ancol. Ví dụ: HCl > CH 3 COOH > H 2 CO 3 > C 6 H 5 OH > H 2 O > C 2 H 5 OH 2.2 Nếu các hợp chất hữu cơ cùng nhóm chức thì phải xét xem gốc hidrocacbon của các hợp chất đó là đẩy điện tử hay hút điện tử. Nếu các HCHC liên kết với gốc hút điện tử ( hidrocacbon không no, hidrocacbon thơm) thì độ phân cực liên kết O-H tăng, độ linh động của nguyên tử hay tính axit của các HCHC đó tăng. Khả năng hút điện tử giảm dần theo thứ tự sau: CHC- > C 6 H 5 - > CH 2 = CH- Do vậy, tính axit của HCHC giảm dần theo thứ tự sau: Gốc hidrocacbon có liên kết ba > gốc hdc thơm > gốc hdc liên kết đôi > gốc hdc no Ví dụ: CHC- COOH > C 6 H 5 - COOH > CH 2 = CH- COOH > C 2 H 5 -COOH Nếu các HCHC liên kết với gốc đẩy điện tử ( hidrocacbon no) thì độ phân cực liên kết O-H giảm, độ linh động của nguyên tử hay tính axit của các HCHC đó giảm theo thứ tự: Gốc hdc no càng dài, càng phức tạp ( càng nhiều nhánh) thì tính axit giảm 5 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Ví dụ: CH 3 COOH > C 2 H 5 COOH > CH 3 CH 2 CH 2 COOH > iso-C 3 H 7 COOH. Như vậy, HCOOH là axit mạnh nhất trong dãy axit no đơn chức mạch hở. Nếu các HCHC cùng liên kết gốc đẩy điện tử nhưng trong gốc này lại chứa các nhóm hút điện tử thì tính axit tăng giảm dần theo thứ tự: Cùng một nguyên tử halogen, càng xa nhóm chức thì tính axit càng giảm Ví dụ: ClCH 2 COOH > ClCH 2 CH 2 COOH > ClCH 2 CH 2 CH 2 COOH Nếu cùng một vị trí của nguyên tử: - Khi liên kết với halogen sẽ giảm dần theo thứ tự F > Cl >Br > I Ví dụ: FCH 2 COOH > ClCH 2 COOH > BrCH 2 COOH > ICH 2 COOH - Các nhóm thế hút điện tử giảm dần theo thứ tự sau: NO 2 > CN > F > OH 3. Tính axit của các nhóm chức Do hoá học gắn liền với thực nghiệm nên để so sánh chính xác độ mạnh yếu tính axit phải dựa vào số liệu thực nghiệm là K a hoặc pK a . Nếu K a càng lớn hoặc pK a càng bé thì tính axit càng mạnh và ngược lại, Nếu K a càng nhỏ hoặc pK a càng lớn thì tính axit càng giảm. 3.1 Ancol 6 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Ancol phản ứng với các kim loại kiềm nên nhìn chung ancol là những axit yếu, ta xét khả năng ion hoá của metanol sau: CH 3 –O –H + H – O – H CH 3 O - + H 3 O + K a = [CH 3 O - ].[ H 3 O + ]/[CH 3 OH] Để so sánh tính axit của ancol với nước và một số axit khác, xem số bảng 1 sau đây: Hợp chất pK a HCl CH 3 COOH C 6 H 5 OH H 2 O CH 3 CH 2 OH (CH 3 ) 2 CHOH (CH 3 ) 3 OH CHC-CH 2 OH CF 3 CH 2 OH -7,0 4,8 15,57 15,54 15,9 17 18 13,6 12,4 Kết quả ở bảng 1 cho thấy, khi tăng sự phân nhánh ở mạch cacbon thì tính axit giảm, vì khi mạch cacbon càng phân nhánh, các anion ankoxi càng kém bền nên khả năng phân li càng giảm. 7 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Các ancol đa chức (glicol) như CH 2 OH-CH 2 OH và C 3 H 5 (OH) 3 có tính axit mạnh hơn monoancol vì ảnh hưởng hiệu ứng cảm ứng âm (-I) của nhóm hidroxi bên cạnh 3.2 Phenol Phenol có tính axit mạnh hơn so với ancol nhưng yếu hơn axit cacboxylic C 6 H 5 O –H C 6 H 5 O - + H + Sở dĩ tính axit của phenol lớn hơn ancol là do ảnh hưởng của vòng benzen nên độ phân cực của nhóm OH trong phenol lớn hơn trong ancol, mặt khác, tính ổn định của anion phenolat bền hơn so với anion ancolat. Các nhóm thế có hiệu ứng –I và –C ở trong nhân sẽ làm tăng tính axit của phenol, còn các nhóm có hiệu ứng +I và +C sẽ làm giảm tính axit. Ngoài ra, các nhóm thế ở vị trí khác nhau sẽ gây ảnh hưởng đến tính axit khác nhau. Bảng 2: Sự phụ thuộc của tính axit vào vị trí các nhóm thế của phenol Nhóm thế pK a (ở 25 0 C) ortho meta Para H CH 3 10 10,29 10 10,09 10 10,26 8 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Cl CH 3 O NO 2 8,48 9,98 7,17 9,02 9,65 8,28 9,38 10,21 7,15 Như vậy: - Gốc hidrocacbon no làm giảm tính axit của phenol - Halogen gây ra hiệu ứng –I nên làm tăng tính axit - CH 3 O gây ra hiệu ứng –I hay +I tuỳ từng vị trí - Cả 3 đồng phân o, m, p –nitrophenol đều có tính axit cao hơn phenol trong đó p –nitrophenol có tính axit cao nhất do điện tích âm ở anion phenolat C 6 H 5 O - được giải toả nhờ có hiệu ứng –I và –C của nhóm NO 2 3.3 Axit cacboxylic a. Nguyên nhân của sự phân li axit So với các axit mạnh vô cơ thì axit cacboxylic là những axit yếu, trong nước, axit cacboxylic phân li tương đối yếu theo phương trình: RCOOH + H – O – H RCOO - + H 3 O + Các ion cacboxylat được bền hoá bởi cấu tạo B3, anion này có độ bền cao hơn anion RO - của ancol và C 6 H 5 O - của phenol, điều đó là cơ sở giải thích tại sao axit cacboxylic lại có tính axit lớn hơn của ancol và phenol. Mặc dù axit cacboxylic là axit yếu nhưng nó vẫn mang đầy đủ tính chất của một axit b. Ảnh hưởng của cấu tạo gốc hidrocacbon 9 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Tính axit của axit cacboxylic phụ thuộc rất nhiều vào hiệu ứng electron của gốc hidrocacbon. Gốc hidrocacbon càng hút e thì liên kết OH càng dễ tách và ion cacboxylat sinh ra càng bền, K a càng tăng. Ngược lại, nếu gốc hdc đẩy electron thì OH càng phân li kém, ion cacboxylat càng kém bền và K a càng giảm. Chúng ta sẽ so sánh tính axit giữa các loại axit cacboxylic: - Dãy axit béo no có hiệu ứng +I hoặc + H làm giảm K a HCOOH > CH 3 COOH > CH 3 CH 2 COOH pK a 3,77 4,76 4,88 - Dãy axit béo no có nhóm hút electron (–I) làm tăng K a F-CH 2 COOH < NC- CH 2 COOH < O 2 N- CH 2 COOH < F 3 C-COOH pK a 2,57 2,4 1,68 0,23 -Axit cacboxylic càng có nhiều nhóm hút e (-I) càng làm tăng tính axit F 3 C-COOH > F 2 CH-COOH > FCH 2 -COOH pK a 0,23 1,24 2,57 -Nhóm thế có hiệu ứng –I càng gần nhóm COOH thì tính axit càng tăng CH 3 CH 2 CHCl-COOH > CH 3 CHClCH 2 -COOH > CH 2 ClCH 2 CH 2 - COOH pK a 2,84 4,06 4,52 10 [...]... nên áp đặt tính axit của CH2=CH-COOH, C6H5COOH có tính axit mạnh hơn axit HCOOH Axit picric C6H2(NO2)4OH là một axit rất đặc biệt, mặc dù chỉ có nhóm OH gây ra tính axit nhưng với 3 nhóm NO 2 gây hiệu ứng –C, -I nên tính axit của nó rất mạnh so với các axit hữu cơ với pK a = 0,38, rõ ràng axit này có tính axit mạnh hơn axit HCOOH với pKa = 3,77 II BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Sắp xếp các hợp chất: CH3COOH,... para của axit benzoic làm thay đổi tính axit theo qui lụât đáng chú ý: các nhóm thế đẩy e do hiệu ứng +I, +C, +H luôn làm giảm tính axit, còn các nhóm thế hút e do hiệu ứng –I, -C luôn làm tăng tính axit so với axit benzoic như nhóm -NO 2 hay –CN Hai nhóm thế này ở vị trí para thì cả 2 hiệu ứng –I, -C đều phát huy được tác dụng cho nên tính axit tăng hơn ở vị trí meta, vì ở vị trí meta các nhóm thế. .. án D Câu 7: Cho bốn hợp chất sau: (X) CH3CHClCHClCOOH (Y) ClCH2CH2CHClCOOH (Z) Cl2CHCH2CH2COOH (T) CH3CH2CCl2COOH 17 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Hợp chất nào có tính axit mạnh nhất? A Hợp chất (X) B Hợp chất (Y) C Hợp chất (Z) D Hợp chất (T) Hướng dẫn : - Các hợp chất cùng CTPT, cùng nhóm chức - Nguyên tử Cl càng gần nhóm COOH thì tính axit càng mạnh Chọn... p-nitrobenzoic < axit p-metylbenzoic < axit benzoic B axit p-nitrobenzoic < axit benzoic < axit phenic < axit p-metylbenzoic C axit p-metylbenzoic < axit p-nitrobenzoic < axit benzoic < axit phenic D axit phenic < axit p-metylbenzoic < axit benzoic < axit p-nitrobenzoic Hướng dẫn: - Axit phenic là phenol C6H5OH - Axit cacboxylic mạnh hơn phenol - Nhóm Nitro NO2 hút e làm tăng tính axit 15 Liên hệ: Nguyễn Văn... dẫn: - axit HCOOH là axit mạnh nhất trong dãy axit béo no đơn chất Gốc hidrocacbon càng cồng kềnh thì tính axit càng giảm Chọn đáp án D Câu 12: Sắp xếp các axit sau theo thứ tự tăng dần tính axit: (CH3)2CHCOOH (1), CH3COOH(2), C6H5COOH(3) A 1 < 2 . học hữu cơ để học sinh có một tài liệu tham khảo rất thiết thực và bổ ích với nội dung: ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM THẾ ĐẾN TÍNH AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNG” 3 Liên. ảnh hưởng gì đến tính axit của nhóm chức ?Trong chương trình hoá học hữu cơ phổ thông, chúng ta nghiên cứu các nhóm chức gây ra tính axit gồm: nhóm OH trong ancol, nhóm OH trong phenol và nhóm. hữu cơ. Độ linh động của nguyên tử H là khả năng phân li ra ion H + của hợp chất hữu cơ đó So sánh tính axit của một số hợp chất hữu cơ là so sánh độ linh động của nguyên tử H trong hợp chất