Tính chất hóa học và công thức cấu tạo của Ancol - hóa 11 bài 40

Vậy ancol có tính chất hóa học, tính chất vật lý và công thức cấu tạo như thế nào, được điều chế và ứng dụng ra sao chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Ancol - định nghĩa, phân loại và danh pháp

1. Định nghĩa ancol là gì?

- Ancol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm -OH liên kết với nguyên tử C no của gốc hiđrocacbon.

2. Bậc của Ancol, phân loại ancol

- Dựa vào số nhóm -OH trong phân tử các ancol được phân làm ancol đơn chức và ancol đa chức.

- Bậc của ancol được tính bằng bậc của nguyên tử cacbon liên kết với nhóm -OH.

- Ancol no đơn chức mạch hở: Phân tử có 1 nhóm -OH liên kết với gốc Ankyl: C_nH_2n+1-OH

 Ví dụ: CH₃-OH, C₃H₇-OH,...

- Ancol không no, đơn chức, mạch hở: Phân tử có 1 nhóm -OH liên kết với nguyên tử cacbon no của gốc hidrocacbon không no.

 Ví dụ: CH₂=CH-CH₂-OH, CH₃-CH=CH-CH₂-OH, ...

- Ancol thơm, đơn chức: Phân tử có nhóm -OH liên kết với nguyên tử cacbon no thuộc mạch nhánh của vòng benzen

 Ví dụ: C₆H₅-CH₂-OH (ancol benzyic)

- Ancol vòng no, đơn chức: Phân tử có nhóm -OH liên kết với nguyên tử cacbon no thuộc nhóm hidrocacbon vòng no:

 Ví dụ: C₆H₁₁OH xiclohexanol

- Ancol đa chức: Phân tử có 2 hay nhiều nhóm -OH ancol

 Ví dụ: HO-CH₂-CH₂-OH etylen glicol ; HO-CH₂-CH₂OH- CH₂-OH glixerol ;

3. Danh pháp

a) Tên thay thế

 Tên thay thế = Tên hiđrocacbon tương ứng + số chỉ vị trí nhóm OH + ol

b) Tên thường

 Tên thường = ancol (rượu) + Tên gốc hiđrocacbon + ic

Chú ý: Một số ancol có tên riêng cần nhớ:

 CH₂OH-CH₂OH :  Etilenglicol

 CH₂OH-CHOH-CH₂OH : Glixerin (Glixerol)

 CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₂OH : Ancol isoamylic

II. Tính chất vật lý của Ancol

1. Trạng thái của ancol       

- Từ C₁ đến C₁₂ là chất lỏng, từ C₁₃ trở lên là chất rắn.

2. Nhiệt độ sôi của ancol

- So với các chất có M tương đương thì nhiệt độ sôi của: Muối > Axit > Ancol > Anđehit > Hiđrocacbon, ete và este...

- Giải thích: nhiệt độ sôi của một chất thường phụ thuộc vào các yếu tố:

  + M: M càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao.

  + Độ phân cực của liên kết: liên kết ion > liên kết cộng hóa trị có cực > liên kết cộng hóa trị không cực.

  + Số liên kết hiđro: càng nhiều liên kết H thì nhiệt độ sôi càng cao.

  + Độ bền của liên kết hiđro: liên kết H càng bền thì nhiệt độ sôi càng cao.

3. Độ tan của ancol

- Ancol có 1, 2, 3 nguyên tử C trong phân tử tan vô hạn trong nước.

- Ancol có càng nhiều C, độ tan trong nước càng giảm vì tính kị nước của gốc hiđrocacbon tăng.

III. Tính chất hóa học của Ancol

1. Ancol phản ứng với kim loại kiềm (Ancol + Na).

- phản ứng của Ancol + Na

 R(OH)_z + zNa → R(ONa)_z + z/2H₂↑

- Ancol hầu như không phản ứng được với NaOH mà ngược lại natri ancolat bị phân hủy hoàn toàn

 R(ONa)_z + zH₂O → R(OH)_z + zNaOH

Chú ý: - Trong phản ứng của ancol với Na:

 m_{bình Na tăng} = m_Ancol - m_H2 = n_Ancol.(M_R + 16z).

 m_{bình Ancol tăng} = m_Na - m_H2 = n_Ancol.22z.

- Nếu cho dung dịch ancol phản ứng với Na thì ngoài phản ứng của ancol còn có phản ứng của H₂O với Na.

- Số nhóm chức Ancol = 2.n_H2/n_Ancol.

2. Ancol phản ứng với axit 

a) Ancol phản ứng với axit vô cơ HX (Ancol + H₂SO₄, Ancol + HCl)

 C_nH_2n+2-2k-z(OH)_z + (z + k)HX → C_nH_{2n + 2 - z}X_{z + k}

→ số nguyên tử X bằng tổng số nhóm OH và số liên kết pi.

b)  Ancol phản ứng với axit hữu cơ (phản ứng este hóa)

 ROH + R’COOH ↔ R’COOR + H₂O

 yR(OH)_x + xR’(COOH)_y ↔ R’_x(COO)_xyR_y + xyH₂O

* Chú ý:

- Phản ứng được thực hiện trong môi trường axit và đun nóng.

- Phản ứng có tính thuận nghịch nên chú ý đến chuyển dịch cân bằng.

3. Phản ứng tách nước (đề hiđrat hóa)

a) Tách nước từ 1 phân tử ancol tạo anken của ancol no, đơn chức, mạch hở.

 C_nH_2n+1OH → C_nH_2n + H₂O (H₂SO₄ đặc, >170⁰C)

- Điều kiện của ancol tham gia phản ứng: ancol có Hα.

* Chú ý:

- Nếu ancol no, đơn chức mạch hở không tách nước tạo anken thì Ancol đó không có Hα (là CH₃OH hoặc ancol mà nguyên tử C liên kết với OH chỉ liên kết với C bậc 3 khác).

- Nếu một ancol tách nước tạo ra hỗn hợp nhiều anken thì đó là ancol bậc cao (bậc II, bậc III) và mạch C không đối xứng qua C liên kết với OH.

- Nhiều ancol tách nước tạo ra một anken thì xảy ra các khả năng sau:

 + Có ancol không tách nước.

 + Các ancol là đồng phân của nhau.

- Sản phẩm chính trong quá trình tách nước theo quy tắc Zaixep.

- Khi giải bài tập có liên quan đến phản ứng tách nước cần nhớ:

  m_Ancol = m_anken + m_H2O + m_{Ancol dư}

  n_{ancol phản ứng} = n_anken = n_nước

- Các phản ứng tách nước đặc biệt:    

 CH₂OH-CH₂OH → CH₃CHO + H₂O

 CH₂OH-CHOH-CH₂OH → CH₂=CH-CHO + 2H₂O

b) Tách nước từ 2 phân tử ancol tạo ete

 ROH + ROH → ROR + H₂O (H₂SO₄ đặc; 140⁰C)

 ROH + R’OH → ROR’ + H₂O (H₂SO₄ đặc; 140⁰C)

Chú ý:

- Từ n ancol khác nhau khi tách nước ta thu được n.(n + 1)/2 ete trong đó có n ete đối xứng.

- Nếu tách nước thu được các ete có số mol bằng nhau thì các ancol tham gia phản ứng cũng có số mol bằng nhau và n_Ancol = 2.n_ete = 2.n_H2O và n_Ancol = m_ete + n_H2O + m_{Ancol dư}.

4. Phản ứng oxi hóa (Ancol + O₂)

a) Oxi hóa hoàn toàn

 C_xH_yO_z + (x + y/4 - z/2)O₂ → xCO₂ + y/2H₂O

Chú ý:

- Phản ứng đốt cháy của ancol có đặc điểm tương tự phản ứng đốt cháy hiđrocacbon tương ứng.

  + Nếu đốt cháy ancol cho n_H2O > n_CO2 → ancol đem đốt cháy là ancol no và n_Ancol = n_H2O - n_CO2.

  + Nếu đốt cháy ancol cho n_H2O > 1,5.n_CO2 → ancol là CH₃OH. Chỉ có CH₄ và CH₃OH có tính chất này (không kể amin).

- Khi đốt cháy 1 hợp chất hữu cơ X thấy n_H2O > n_CO2 → chất đó là ankan, ancol no mạch hở hoặc ete no mạch hở (cùng có công thức C_nH_2n+2O_x).

b) Oxi hóa không hoàn toàn (Ancol + CuO hoặc O₂ có xúc tác là Cu)

- Ancol bậc I + CuO tạo anđehit:                    

 RCH₂OH + CuO → RCHO + Cu + H₂O

- Ancol bậc II + CuO tạo xeton:                     

 RCHOHR’ + CuO → RCOR’ + Cu + H₂O

- Ancol bậc III không bị oxi hóa bằng CuO.

* Chú ý: m_{chất rắn giảm} = m_{CuO phản ứng} - m_{Cu tạo thành} = 16.n_{Ancol đơn chức}.

5. Phản ứng riêng của một số loại ancol

a) Ancol etylic CH₃CH₂OH:

 C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (men giấm)

 2C₂H₅OH → CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂O + H₂ (Al₂O₃, ZnO, 450⁰C)

b) Ancol không no có phản ứng như hidrocacbon tương ứng

- Phản ứng với Hidro, alylic CH₂ = CH - CH₂OH: Ancol + H₂ 

 CH₂=CH-CH₂OH + H₂ → CH₃-CH₂-CH₂OH (Ni, t⁰)

- Phản ứng với Brom: Ancol + Br₂

 CH₂=CH-CH₂OH + Br₂ → CH₂Br-CHBr-CH₂OH

- Phản ứng với dd thuốc tím: Ancol + KMnO₄

 3CH₂=CH-CH₂OH + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3C₃H₅(OH)₃ + 2KOH + 2MnO₂

c) Ancol đa chức có các nhóm OH liền kề: tạo dung dịch màu xanh lam với Cu(OH)₂ ở nhiệt độ thường:

 2R(OH)₂ + Cu(OH)₂ → [R(OH)O]₂Cu + 2H₂O

d) Một số trường hợp ancol không bền:

+ Ancol có nhóm OH liên kết với C nối đôi chuyển vị thành anđehit hoặc xeton:

 CH₂=CH-OH → CH₃CHO

 CH₂=COH-CH₃ → CH₃-CO-CH₃

+ Ancol có 2 nhóm OH cùng gắn vào 1 nguyên tử C bị tách nước tạo anđehit hoặc xeton:

 RCH(OH)₂ → RCHO + H­₂O                        

 HO-CO-OH → H₂O + CO₂

 RC(OH)₂R’ → RCOR’ + H₂O

+ Ancol có 3 nhóm OH cùng gắn vào 1 nguyên tử C bị tách nước tạo thành axit:

 RC(OH)₃ → RCOOH + H₂O

IV. Điều chế Ancol

1. Thủy phân dẫn xuất halogen

C_nH_2n+2-2k-xX_x + xMOH → C_nH_2n+2-2k-x(OH)_x + xMX

2. Cộng nước vào anken tạo ancol no, đơn chức, mạch hở

C_nH_2n + H₂O → C_nH_2n+1OH (H⁺)

Phản ứng tuân theo quy tắc cộng Maccopnhicop nên nếu anken đối xứng thì phản ứng chỉ tạo thành 1 ancol.

3. Thủy phân este trong môi trường kiềm

 RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH

4. Cộng H₂ vào anđehit hoặc xeton

 RCHO + H₂ → RCH₂OH (Ni, t⁰)

 RCOR’ + H₂ → RCHOHR’ (Ni, t⁰)

5. Oxi hóa hợp chất có nối đôi bằng dung dịch KMnO₄

 3CH₂=CH­₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₂OH-CH₂OH + 2KOH + 2MnO₂

6. Phương pháp riêng điều chế CH₃OH

 CH₄ + H₂O → CO + 3H₂

 CO + 2H₂ → CH₃OH (ZnO, CrO₃, 400⁰C, 200atm)

 2CH₄ + O₂ → 2 CH₃OH (Cu, 200⁰C, 100 atm)

7. Phương pháp điều chế C₂H₅OH

- Lên men tinh bột:

 (C₆H₁₀O₅)_n → C₆H₁₂O₆ → C₂H₅OH

- Các phản ứng cụ thể:

 (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

 C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ (men rượu)

- Hidrat hóa etilen, xúc tác axit:

 C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH

- Đây là các phương pháp điều chế ancol etylic trong công nghiệp.

V. Cách nhận biết Ancol

- Ancol tạo khí không màu với kim loại kiềm (chú ý mọi dung dịch đều có phản ứng này).

- Ancol làm CuO đun nóng từ màu đen chuyển thành Cu màu đỏ.

- Ancol đa chức có các nhóm OH liền kề hòa tan Cu(OH)₂ tạo dung dịch màu xanh.

- Ancol không no có phản ứng làm mất màu dung dịch Brom.

VI. Ứng dụng của ancol

- Metanol chủ yếu được dùng để sản xuất Andehit Fomic nguyên liệu cho công nghiệp chất dẻo.

- Etanol dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ như axit axetic, dietyl ete, etyl axetat,.. do có khả năng hòa tan tốt một số hợp chất hữu cơ nên Etanol được dùng để pha vecni, dược phẩm, nước hoa,...

- Trong đời sống hàng ngày Etanol được dùng để pha chế các loại đồ uống với độ ancol khác nhau.

VII. Bài tập Ancol

* Bài 1 trang 186 SGK Hóa 11: Viết công thức cấu tạo và gọi tên các ancol đồng phân có công thức phân tử C₅H₁₂O?

>> Xem lời giải bài 1 trang 186 SGK Hóa 11

* Bài 2 trang 186 SGK Hóa 11: Viết phương trình hóa học của phản ứng propan-1-ol với mỗi chất sau:

a. Natri kim loại.

b. CuO, đun nóng

c. Axit HBr, có xúc tác

Trong mỗi phản ứng trên ancol giữ vai trò gì: chất khử, chất oxi hoá, axit, bazơ? Giải thích.

>> Xem lời giải bài 2 trang 186 SGK Hóa 11

* Bài 3 trang 186 SGK Hóa 11: Trình bày phương pháp hoá học để phân biệt các chất lỏng đựng trong các lọ không dán nhãn: etanol, glixerol, nước và benzen.

>> Xem lời giải bài 3 trang 186 SGK Hóa 11