Bài học

Phản ứng của amine với acid

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em viết được phương trình amine (kể cả aniline) tác dụng với acid tạo muối, giải thích được tính thuận nghịch của phản ứng này khi cho muối tác dụng với base mạnh, và giải được bài toán tính khối lượng muối/amine theo phương trình hoá học.

Kiến thức nền cần nhớ

Hai bài trước em đã học amine có tính base nhờ cặp electron tự do trên N — dù mức độ base khác nhau rất nhiều giữa amine béo và aniline (same-grade bridge). Bài này khai thác trực tiếp tính base đó: hễ còn cặp electron tự do trên N, amine sẽ phản ứng được với acid, bất kể tính base mạnh hay yếu.

Khởi động

Vắt vài giọt chanh lên đĩa cá hấp gần như là thói quen không cần suy nghĩ của nhiều gia đình. Vị chua của chanh chỉ để tăng hương vị, hay còn có lí do hoá học nào khác khiến mùi tanh cá giảm hẳn sau khi vắt chanh?

Kiến thức trọng tâm

Amine phản ứng với acid tạo muối amoni thế — hoàn toàn tương tự phản ứng $NH_3 + HCl \to NH_4Cl$ mà em đã biết: $RNH_2 + HCl \to RNH_3Cl$ . Ví dụ: $CH_3NH_2 + HCl \to CH_3NH_3Cl$ (metylamoni clorua).

Điều đáng chú ý là aniline, dù có tính base rất yếu, vẫn phản ứng được với acid mạnh: $C_6H_5NH_2 + HCl \to C_6H_5NH_3Cl$ (phenylamoni clorua). Muối này tan tốt trong nước — khác hẳn aniline tự do vốn ít tan — nên phản ứng này còn được dùng để hoà tan và tinh chế aniline ra khỏi hỗn hợp không tan trong nước.

Phản ứng tạo muối này có tính thuận nghịch theo nghĩa rộng: cho muối amoni thế tác dụng với một base mạnh hơn (thường dùng $NaOH$ ), amine tự do được giải phóng trở lại: $RNH_3Cl + NaOH \to RNH_2 + NaCl + H_2O$ . Cặp phản ứng "tạo muối — giải phóng lại amine" này là công cụ quan trọng để tách và tinh chế amine ra khỏi hỗn hợp với các hợp chất hữu cơ không có tính base, ví dụ tách aniline ra khỏi hỗn hợp với benzen: cho hỗn hợp tác dụng với dung dịch HCl dư, aniline chuyển thành muối tan trong lớp nước, còn benzen (không phản ứng với acid) vẫn ở lớp hữu cơ riêng biệt và có thể chiết tách; sau đó thêm $NaOH$ vào lớp nước để thu lại aniline tự do.

Trở lại câu hỏi mở đầu: mùi tanh cá đến từ trimethylamin — một amine bay hơi, có tính base. Khi vắt chanh, acid citric trong chanh phản ứng với trimethylamin theo đúng cơ chế trên, tạo ra muối trimethylamoni citrat — một hợp chất ion, không bay hơi, không mùi. Mùi tanh giảm hẳn không phải vì acid "tiêu diệt" mùi, mà vì phản ứng hoá học đã chuyển hoá chất gây mùi bay hơi thành muối không bay hơi.

Nguyên lí "tạo muối để tách — dùng base để lấy lại" không chỉ dừng ở bếp ăn. Trong công nghiệp hoá chất, khi cần tách một amine ra khỏi hỗn hợp lẫn nhiều hợp chất hữu cơ trung tính (không có tính base, ví dụ hydrocarbon), người ta cho cả hỗn hợp tác dụng với dung dịch acid loãng dư. Chỉ amine phản ứng, chuyển thành muối tan trong lớp nước; phần hữu cơ trung tính không phản ứng vẫn nằm ở lớp không tan, dễ dàng tách riêng bằng phễu chiết. Sau đó, thêm base mạnh vào lớp nước chứa muối để thu lại amine tinh khiết. Đây chính là kĩ thuật "chiết acid-base" — một phương pháp tinh chế amine phổ biến và hiệu quả, tận dụng đúng cặp phản ứng thuận nghịch vừa học.

Amine phản ứng với acid tạo **muối amoni thế** — hoàn toàn tương tự phản ứng $NH_3 + HCl \to NH_4Cl$ mà em đã biết: $RNH_2 + HCl \to RNH_3Cl$. Ví dụ: $CH_3NH_2 + HCl \to CH_3NH_3Cl$ (metylamoni clorua). Điều đáng chú ý là **aniline, dù có tính base rất yếu, vẫn phản ứng được với acid mạnh**: $C_6H_5NH_2 + HCl \to C_6H_5NH_3Cl$ (phenylamoni clorua). Muối này tan tốt trong nước — khác hẳn aniline tự do vốn ít tan — nên phản ứng này còn được dùng để **hoà tan và tinh chế** aniline ra khỏi hỗn hợp không tan trong nước. Phản ứng tạo muối này có tính **thuận nghịch theo nghĩa rộng**: cho muối amoni thế tác dụng với một base mạnh hơn (thường dùng $NaOH$), amine tự do được giải phóng trở lại: $RNH_3Cl + NaOH \to RNH_2 + NaCl + H_2O$. Cặp phản ứng "tạo muối — giải phóng lại amine" này là công cụ quan trọng để tách và tinh chế amine ra khỏi hỗn hợp với các hợp chất hữu cơ không có tính base, ví dụ tách aniline ra khỏi hỗn hợp với benzen: cho hỗn hợp tác dụng với dung dịch HCl dư, aniline chuyển thành muối tan trong lớp nước, còn benzen (không phản ứng với acid) vẫn ở lớp hữu cơ riêng biệt và có thể chiết tách; sau đó thêm $NaOH$ vào lớp nước để thu lại aniline tự do. Trở lại câu hỏi mở đầu: mùi tanh cá đến từ trimethylamin — một amine bay hơi, có tính base. Khi vắt chanh, acid citric trong chanh phản ứng với trimethylamin theo đúng cơ chế trên, tạo ra muối trimethylamoni citrat — một hợp chất ion, không bay hơi, không mùi. Mùi tanh giảm hẳn không phải vì acid "tiêu diệt" mùi, mà vì phản ứng hoá học đã chuyển hoá chất gây mùi bay hơi thành muối không bay hơi. Nguyên lí "tạo muối để tách — dùng base để lấy lại" không chỉ dừng ở bếp ăn. Trong công nghiệp hoá chất, khi cần tách một amine ra khỏi hỗn hợp lẫn nhiều hợp chất hữu cơ trung tính (không có tính base, ví dụ hydrocarbon), người ta cho cả hỗn hợp tác dụng với dung dịch acid loãng dư. Chỉ amine phản ứng, chuyển thành muối tan trong lớp nước; phần hữu cơ trung tính không phản ứng vẫn nằm ở lớp không tan, dễ dàng tách riêng bằng phễu chiết. Sau đó, thêm base mạnh vào lớp nước chứa muối để thu lại amine tinh khiết. Đây chính là kĩ thuật "chiết acid-base" — một phương pháp tinh chế amine phổ biến và hiệu quả, tận dụng đúng cặp phản ứng thuận nghịch vừa học.

Ví dụ

Viết phương trình phản ứng tạo muối và phản ứng tái tạo amine

1
Viết phương trình: (a) $CH_3NH_2$ tác dụng $HCl$ ; (b) $C_6H_5NH_2$ tác dụng $HCl$ ; (c) muối thu được ở câu (b) tác dụng với dung dịch $NaOH$ dư.
Viết phương trình: (a) $CH_3NH_2$ tác dụng $HCl$; (b) $C_6H_5NH_2$ tác dụng $HCl$; (c) muối thu được ở câu (b) tác dụng với dung dịch $NaOH$ dư.
2
$CH_3NH_2 + HCl \to CH_3NH_3Cl$ .
$CH_3NH_2 + HCl \to CH_3NH_3Cl$.
3
$C_6H_5NH_2 + HCl \to C_6H_5NH_3Cl$ — phản ứng xảy ra dù aniline là base yếu, vì $HCl$ là acid mạnh, đủ để amine nhận proton.
$C_6H_5NH_2 + HCl \to C_6H_5NH_3Cl$ — phản ứng xảy ra dù aniline là base yếu, vì $HCl$ là acid mạnh, đủ để amine nhận proton.
4
$C_6H_5NH_3Cl + NaOH \to C_6H_5NH_2 + NaCl + H_2O$ — $NaOH$ là base mạnh hơn hẳn aniline nên đẩy được aniline ra khỏi muối, giải phóng amine tự do trở lại.
$C_6H_5NH_3Cl + NaOH \to C_6H_5NH_2 + NaCl + H_2O$ — $NaOH$ là base mạnh hơn hẳn aniline nên đẩy được aniline ra khỏi muối, giải phóng amine tự do trở lại.

Ví dụ

Tính khối lượng muối thu được khi cho aniline tác dụng với HCl

1
Cho 9,3 gam aniline tác dụng vừa đủ với dung dịch $HCl$ . Tính khối lượng muối phenylamoni clorua thu được.
Cho 9,3 gam aniline tác dụng vừa đủ với dung dịch $HCl$. Tính khối lượng muối phenylamoni clorua thu được.
2
$n(C_6H_5NH_2) = \dfrac{9{,}3}{93} = 0{,}1$ mol.
$n(C_6H_5NH_2) = \dfrac{9{,}3}{93} = 0{,}1$ mol.
3
$C_6H_5NH_2 + HCl \to C_6H_5NH_3Cl$ . Theo phương trình, tỉ lệ mol $1:1:1$ , nên $n(C_6H_5NH_3Cl) = n(C_6H_5NH_2) = 0{,}1$ mol.
$C_6H_5NH_2 + HCl \to C_6H_5NH_3Cl$. Theo phương trình, tỉ lệ mol $1:1:1$, nên $n(C_6H_5NH_3Cl) = n(C_6H_5NH_2) = 0{,}1$ mol.
4
$M(C_6H_5NH_3Cl) = 93 + 36{,}5 = 129{,}5$ g/mol. $m(C_6H_5NH_3Cl) = 0{,}1 \times 129{,}5 = 12{,}95$ gam.
$M(C_6H_5NH_3Cl) = 93 + 36{,}5 = 129{,}5$ g/mol. $m(C_6H_5NH_3Cl) = 0{,}1 \times 129{,}5 = 12{,}95$ gam.
5
Vậy khối lượng muối phenylamoni clorua thu được là $12{,}95$ gam. Dạng bài này luôn đi theo ba bước: đổi khối lượng chất đã cho về số mol, dùng tỉ lệ hệ số trong PTHH cân bằng, rồi đổi ngược lại theo đúng chất và đơn vị đề bài yêu cầu.
Vậy khối lượng muối phenylamoni clorua thu được là $12{,}95$ gam. Dạng bài này luôn đi theo ba bước: đổi khối lượng chất đã cho về số mol, dùng tỉ lệ hệ số trong PTHH cân bằng, rồi đổi ngược lại theo đúng chất và đơn vị đề bài yêu cầu.

Ví dụ

Giải thích hiện tượng vắt chanh khử mùi tanh cá bằng phương trình hoá học

1
Giải thích bằng phương trình hoá học vì sao vắt chanh (chứa acid citric $H_3C_6H_5O_7$ ) lên cá làm giảm mùi tanh, biết chất gây mùi tanh chính là trimethylamin $(CH_3)_3N$ .
Giải thích bằng phương trình hoá học vì sao vắt chanh (chứa acid citric $H_3C_6H_5O_7$) lên cá làm giảm mùi tanh, biết chất gây mùi tanh chính là trimethylamin $(CH_3)_3N$.
2
Trimethylamin là amine base (dù bậc III, vẫn còn cặp electron tự do trên N), phản ứng với acid citric trong chanh theo đúng cơ chế amine + acid tạo muối: $(CH_3)_3N + H_3C_6H_5O_7 \to (CH_3)_3NH^+ \cdot H_2C_6H_5O_7^-$ (muối trimethylamoni dihydrocitrat, viết gọn theo bản chất ion hoá).
Trimethylamin là amine base (dù bậc III, vẫn còn cặp electron tự do trên N), phản ứng với acid citric trong chanh theo đúng cơ chế amine + acid tạo muối: $(CH_3)_3N + H_3C_6H_5O_7 \to (CH_3)_3NH^+ \cdot H_2C_6H_5O_7^-$ (muối trimethylamoni dihydrocitrat, viết gọn theo bản chất ion hoá).
3
Trimethylamin tự do dễ bay hơi, mang theo mùi tanh nồng. Khi chuyển thành muối ion, hợp chất trở nên không bay hơi ở nhiệt độ thường, nên mùi tanh giảm hẳn dù trimethylamin về bản chất vẫn còn trong miếng cá, chỉ không còn bay hơi vào không khí để mũi ta ngửi thấy.
4
Vậy chanh không "phá huỷ" chất gây mùi, mà chuyển hoá nó thành dạng muối không bay hơi thông qua chính phản ứng amine + acid vừa học.

Sai lầm thường gặp

Nhiều em nghĩ vì aniline là base rất yếu nên "không phản ứng được" với acid — đây là kết luận sai. Aniline vẫn phản ứng đầy đủ với acid mạnh như $HCl$ , chỉ là phản ứng có thể xảy ra chậm hơn hoặc cần acid dư so với amine béo, chứ không phải hoàn toàn không phản ứng.

Nhiều em nghĩ vì aniline là base rất yếu nên "không phản ứng được" với acid — đây là kết luận sai. Aniline vẫn phản ứng đầy đủ với acid mạnh như $HCl$, chỉ là phản ứng có thể xảy ra chậm hơn hoặc cần acid dư so với amine béo, chứ không phải hoàn toàn không phản ứng.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Amine (kể cả aniline, dù base yếu) phản ứng với acid mạnh tạo muối amoni thế: $RNH_2 + HCl \to RNH_3Cl$ . Muối này tan tốt trong nước và tác dụng với base mạnh ( $NaOH$ ) sẽ giải phóng lại amine tự do — nguyên lí dùng để tinh chế amine và giải thích hiện tượng vắt chanh giảm mùi tanh cá. Ghi nhớ tỉ lệ mol $1:1$ giữa amine đơn chức và acid trong mọi bài toán tính toán dạng này.

Amine (kể cả aniline, dù base yếu) phản ứng với acid mạnh tạo muối amoni thế: $RNH_2 + HCl \to RNH_3Cl$. Muối này tan tốt trong nước và tác dụng với base mạnh ($NaOH$) sẽ giải phóng lại amine tự do — nguyên lí dùng để tinh chế amine và giải thích hiện tượng vắt chanh giảm mùi tanh cá. Ghi nhớ tỉ lệ mol $1:1$ giữa amine đơn chức và acid trong mọi bài toán tính toán dạng này.

Bài tiếp theo mở rộng sang những ứng dụng thực tế khác của amine trong đời sống và công nghiệp, đồng thời nhắc lại vì sao cần cẩn trọng khi tiếp xúc với những amine độc như aniline — một chủ đề gắn liền trực tiếp với phản ứng tạo muối vừa học, vì chính phản ứng này là cơ sở của nhiều quy trình xử lí và tinh chế amine trong công nghiệp.