Phần

Biện luận công thức cấu tạo ester từ dữ kiện tổng hợp

Em sẽ làm được gì?

Bài này dạy em cách dùng nhiều dữ kiện phản ứng — phản ứng tráng gương, bậc của alcohol sinh ra, alcohol cụ thể sinh ra — để chọn ra đúng một cấu tạo trong số các đồng phân đã đếm ở bài trước, thay vì đoán.

Cần nhớ trước

Cần nhớ lại 6 chất của $C_4H_8O_2$ ở bài trước (4 ester, 2 acid); phản ứng tráng gương $AgNO_3/NH_3$ (Foundation: chỉ chất có nhóm $-CHO$ mới tráng gương); và oxi hóa alcohol bằng $CuO, t^o$ — alcohol bậc 1 cho aldehyde (tráng gương được), alcohol bậc 2 cho ketone (không tráng gương).

Vì sao $HCOOH$ vừa là acid vừa tráng gương được, trong khi $CH_3COOH$ thì không? Nhìn kỹ công thức: $HCOOH$ viết đầy đủ là $H-CO-OH$ , bên trong đã có sẵn nhóm $-CHO$ gắn với $-OH$ . Nhóm $-CHO$ ẩn này chính là lý do acid formic — và mọi ester của nó — tham gia được phản ứng tráng gương, còn acid acetic $CH_3-COOH$ không có nhóm $-CHO$ nên không tráng gương.

Vì sao $HCOOH$ vừa là acid vừa tráng gương được, trong khi $CH_3COOH$ thì không? Nhìn kỹ công thức: $HCOOH$ viết đầy đủ là $H-CO-OH$, bên trong đã có sẵn nhóm $-CHO$ gắn với $-OH$. Nhóm $-CHO$ ẩn này chính là lý do acid formic — và mọi ester của nó — tham gia được phản ứng tráng gương, còn acid acetic $CH_3-COOH$ không có nhóm $-CHO$ nên không tráng gương.

Mở rộng dành cho HSG: hệ số Ag của gốc formate

Foundation chỉ dạy tráng gương ở mức định tính ("aldehyde tráng gương"). Ở đây cần thêm một chi tiết định lượng vượt khỏi YCCĐ chuẩn: mỗi gốc $HCOO-$ (dù trong acid formic hay trong một ester formate) phản ứng với đúng 2 mol $[Ag(NH_3)_2]OH$ , sinh ra 2 mol Ag, chứ không phải 1 mol như một aldehyde thường. Bản chất là nhóm $-CHO$ trong $HCOO-$ bị oxi hóa hai bước liên tiếp thành $-COOH$ rồi thành muối carbonate, mỗi bước giải phóng 1 Ag — tổng 2 Ag trên mỗi gốc formate.

Foundation chỉ dạy tráng gương ở mức định tính ("aldehyde tráng gương"). Ở đây cần thêm một chi tiết định lượng vượt khỏi YCCĐ chuẩn: mỗi gốc $HCOO-$ (dù trong acid formic hay trong một ester formate) phản ứng với đúng 2 mol $[Ag(NH_3)_2]OH$, sinh ra 2 mol Ag, chứ không phải 1 mol như một aldehyde thường. Bản chất là nhóm $-CHO$ trong $HCOO-$ bị oxi hóa hai bước liên tiếp thành $-COOH$ rồi thành muối carbonate, mỗi bước giải phóng 1 Ag — tổng 2 Ag trên mỗi gốc formate.

Xác định cấu tạo từ hai tiêu chí độc lập

Ví dụ

Ví dụ 1 — Xác định X từ tráng gương và bậc alcohol

1
Ester X đơn chức, mạch hở, có công thức phân tử $C_4H_8O_2$ . Thủy phân X trong $NaOH$ thu được alcohol $Y$ bậc một (oxi hóa $Y$ bằng $CuO, t^o$ cho hợp chất có phản ứng tráng gương). Bản thân X cũng tham gia phản ứng tráng gương. Xác định công thức cấu tạo của X.
Ester X đơn chức, mạch hở, có công thức phân tử $C_4H_8O_2$. Thủy phân X trong $NaOH$ thu được alcohol $Y$ bậc một (oxi hóa $Y$ bằng $CuO, t^o$ cho hợp chất có phản ứng tráng gương). Bản thân X cũng tham gia phản ứng tráng gương. Xác định công thức cấu tạo của X.
2
Trong 4 ester của $C_4H_8O_2$ (bài trước), chỉ 2 ester nhóm formate mang nhóm $-CHO$ ẩn: propyl methanoate và isopropyl methanoate. X tráng gương được nên X thuộc nhóm formate, loại ngay ethyl ethanoate và methyl propanoate.
Trong 4 ester của $C_4H_8O_2$ (bài trước), chỉ 2 ester nhóm formate mang nhóm $-CHO$ ẩn: propyl methanoate và isopropyl methanoate. X tráng gương được nên X thuộc nhóm formate, loại ngay ethyl ethanoate và methyl propanoate.
3
Thủy phân propyl methanoate cho alcohol $Y=$ propan-1-ol (bậc 1, $R'=-CH_2CH_2CH_3$ ); thủy phân isopropyl methanoate cho $Y=$ propan-2-ol (bậc 2, $R'=-CH(CH_3)_2$ ). Đề cho $Y$ bậc một nên loại isopropyl methanoate.
Thủy phân propyl methanoate cho alcohol $Y=$ propan-1-ol (bậc 1, $R'=-CH_2CH_2CH_3$); thủy phân isopropyl methanoate cho $Y=$ propan-2-ol (bậc 2, $R'=-CH(CH_3)_2$). Đề cho $Y$ bậc một nên loại isopropyl methanoate.
4
X là propyl methanoate: $HCOOCH_2CH_2CH_3$ (tên quen: n-propyl formate). Hai tiêu chí độc lập cùng thu hẹp về đúng một cấu tạo trong 4 ứng viên ban đầu.
X là propyl methanoate: $HCOOCH_2CH_2CH_3$ (tên quen: n-propyl formate). Hai tiêu chí độc lập cùng thu hẹp về đúng một cấu tạo trong 4 ứng viên ban đầu.
5
Cho $m$ gam X tráng gương hoàn toàn thu được 21,6 gam Ag. Vì mỗi mol X (gốc formate) cho 2 mol Ag: $n_{Ag}=21{,}6/108=0{,}2$ mol, suy ra $n_X=0{,}2/2=0{,}1$ mol. Với $M_X=88$ g/mol (kiểm tra: $C_4H_8O_2 = 4\times 12+8\times 1+2\times 16=88$ ), $m=0{,}1\times 88=8{,}8$ gam. Vậy $m=8{,}8$ gam.
Cho $m$ gam X tráng gương hoàn toàn thu được 21,6 gam Ag. Vì mỗi mol X (gốc formate) cho 2 mol Ag: $n_{Ag}=21{,}6/108=0{,}2$ mol, suy ra $n_X=0{,}2/2=0{,}1$ mol. Với $M_X=88$ g/mol (kiểm tra: $C_4H_8O_2 = 4\times 12+8\times 1+2\times 16=88$), $m=0{,}1\times 88=8{,}8$ gam. Vậy $m=8{,}8$ gam.

Kết hợp thêm tiêu chí thứ ba cho hỗn hợp

Ví dụ

Ví dụ 2 — Xác định cả hai ester trong hỗn hợp Z

1
Hỗn hợp Z gồm hai ester đồng phân, cùng công thức phân tử $C_4H_8O_2$ . Chỉ một trong hai ester tham gia phản ứng tráng gương; thủy phân ester đó trong $NaOH$ sinh alcohol bậc hai duy nhất. Ester còn lại khi thủy phân sinh ra ethanol. Xác định công thức cấu tạo của cả hai ester.
Hỗn hợp Z gồm hai ester đồng phân, cùng công thức phân tử $C_4H_8O_2$. Chỉ một trong hai ester tham gia phản ứng tráng gương; thủy phân ester đó trong $NaOH$ sinh alcohol bậc hai duy nhất. Ester còn lại khi thủy phân sinh ra ethanol. Xác định công thức cấu tạo của cả hai ester.
2
Tráng gương được $\Rightarrow$ thuộc nhóm formate (propyl methanoate hoặc isopropyl methanoate). Alcohol sinh ra bậc hai $\Rightarrow$ propan-2-ol, tức là isopropyl methanoate ( $HCOOCH(CH_3)_2$ ), vì propyl methanoate cho alcohol bậc một.
Tráng gương được $\Rightarrow$ thuộc nhóm formate (propyl methanoate hoặc isopropyl methanoate). Alcohol sinh ra bậc hai $\Rightarrow$ propan-2-ol, tức là isopropyl methanoate ($HCOOCH(CH_3)_2$), vì propyl methanoate cho alcohol bậc một.
3
Ester còn lại không tráng gương nên thuộc nhóm còn lại (ethyl ethanoate hoặc methyl propanoate). Ethyl ethanoate thủy phân cho ethanol; methyl propanoate thủy phân cho methanol. Đề cho alcohol là ethanol $\Rightarrow$ ester thứ hai là ethyl ethanoate ( $CH_3COOC_2H_5$ ).
Ester còn lại không tráng gương nên thuộc nhóm còn lại (ethyl ethanoate hoặc methyl propanoate). Ethyl ethanoate thủy phân cho ethanol; methyl propanoate thủy phân cho methanol. Đề cho alcohol là ethanol $\Rightarrow$ ester thứ hai là ethyl ethanoate ($CH_3COOC_2H_5$).
4
Cả hai chất vừa chọn — isopropyl methanoate và ethyl ethanoate — đều đúng công thức $C_4H_8O_2$ , khớp với đề bài.
Cả hai chất vừa chọn — isopropyl methanoate và ethyl ethanoate — đều đúng công thức $C_4H_8O_2$, khớp với đề bài.
5
Z gồm isopropyl methanoate và ethyl ethanoate. Hai tiêu chí (tráng gương + bậc alcohol) định vị ester thứ nhất, tiêu chí thứ ba (alcohol cụ thể) định vị ester thứ hai — mỗi dữ kiện thu hẹp đúng một bước trong bảng 4 ứng viên.

Chỉ gốc formate (HCOO-) mang nhóm -CHO ẩn, mới tráng gương được.

Bẫy thường gặp

Nhiều em nhớ máy móc "mọi ester phản ứng NaOH tỉ lệ 1:1 sinh alcohol" rồi bỏ qua dữ kiện oxi hóa alcohol khi đề cho thêm. Bậc của alcohol (qua sản phẩm oxi hóa) là một tiêu chí biện luận độc lập với phản ứng tráng gương — không thể suy tiêu chí này từ tiêu chí kia, phải xét cả hai.

Tóm tắt

Biện luận CTCT là ghép nhiều tiêu chí độc lập (tráng gương, bậc alcohol, alcohol cụ thể…) để thu hẹp dần danh sách ứng viên đã đếm ở bài trước, từng bước một, không nhảy cóc.

Chương tiếp theo chuyển từ "xác định cấu tạo" sang "tính định lượng": dựng bảng mol khi xà phòng hóa một hỗn hợp ester, dùng bảo toàn khối lượng để tìm khối lượng mà không cần biết hết thành phần.