Cơ sở lý thuyết – CÁC ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI – https://dvn.com.vn
3. CÁC ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
3.2.2. Cơ sở lý thuyết
Anhydrid maleic, một chất xúc tác quan trọng trong kỹ thuật chất dẻo, rất dễ bị thủy giải cho ra acid maleic .
Người ta cho rằng một phân tử HCl cho phản ứng cộng 1,4 với mạng lưới hệ thống phối hợp để cho ra một chất chuyển tiếp, cơ cấu tổ chức của chất chuyển tiếp này không còn rắn chắc như cơ cấu tổ chức của acid maleic và do đó hoàn toàn có thể xoay đi để có vị trí trans bền hơn. Sau đó những nguyên tử bị loại ra để nối đôi tái lập trở lại, cho ra acid fumaric
Phương trình chuyển hóa:
O
O
O
C
C COOH
H
H COOH
C
C H
HOOC
H COOH
HCl
H2O
3.2.3. Dụng cụ thí nghiệm và hóa chất.
Dụng cụ thí nghiệm Hóa chất
– Đũa thủy tinh. – Ống đong 100 ml. – Becher 200 ml. – Erlen 250 ml. – Bình tia 500 ml .
– Phễu sứ buchner loại nhỏ – Hệ thống lọc áp suất kém – Hệ thống đun hoàn lưu
– Anhydreic maleic – HCl đậm đặc – Nước cất – Đá bọt
– Giấy lọc – Bếp điện
3.2.4. Thực hành
Cho 10 gram anhydrid maleic vào erlen 250 ml với 10 ml nước và đun nóng. Khi anhydrid maleic tan hết, làm lạnh dưới vòi nước, acid maleic sẽ kết tinh .
Đem lọc dưới áp suất kém bằng phễu buchner để lấy riêng tinh thể acid maleic. Không nên rửa những tinh thể acid maleic trên phễu vì acid maleic tan nhiều trong nước
Đổ phần dung dịch qua lọc ( còn gọi là nước cái, có chứa acid maleic hòa tan ) vào một erlen 250 ml thêm vào đó 10 ml HCl đậm đặc .
Gắn ống hoàn lưu và đun nhẹ hỗn hợp trong 10 phút. Những tinh thể acid fumaric sẽ hiện ra trong dung dịch nóng .
Để nguội hỗn hợp rồi lọc dưới áp suất kém bằng phễu buchner thu được acid fumaric .
Có thể kết tinh lại acid fumaric trong dung dịch HCl 1M. 1. Xác định khối lượng những mẫu sản phẩm tạo thành .
2. Đo nhiệt độ nóng chảy của loại sản phẩm. 3. Tính độ tan của mẫu sản phẩm .
Kết quả:
1. Khối lượng acid maleic : 4,776 g. Khối lượng acid fumaric : 2,441 g .
2. Nhiệt độ nóng chảy của acid maleic : 132,20 C. Nhiệt độ nóng chảy của fumaric : 285,10 C.
3. Độ tan của acid maleic là 78,8 g trong 100 ml nước ở 250C. Độ tan của acid fumaric là 0,7 g trong 100 ml nước ở 250C .
3.2.5. Câu hỏi
1. So sánh độ bền của acid maleic và acid fumaric ? Giải thích ? 2. Sau đây là những trị số của pK của acid maleic và acid fumaric :
Acid maleic : pK1 = 2,0, pK2 = 6,3. Acid fumaric : pK1 = 3,0, pK2 = 4,5 .
Giải thích tại sao pK1 của acid maleic nhỏ hơn pK1 của acid fumaric, pK2 của acid maleic lớn hơn pK2 của acid fumaric .
3. Có thể sửa chữa thay thế HCl bằng acid khác được không ?
4. Có thể phân biệt acid maleic và acid fumaric bằng những chiêu thức nào trong những chiêu thức sau đây :
( a ) Dựa vào độ mạnh tính acid : Acid fumaric mạnh hơn nên dễ phản ứng, dễ tan trong dung dịch NaOH hơn .
hơn .
(c) Dựa vào độ hòa tan trong nước: Acid fumaric ít tan hơn acid maleic.
Trả lời câu hỏi:
1. Acid fumaric bền hơn acid maleic do đồng phân trans có tính đối xứng cao hơn đồng phân cis nên mạng tinh thể xếp chặt hơn dẫn đến nhiệt độ nóng chảy cao hơn .
2. Acid maleic tạo link hidro nội phân tử làm link O – H còn lại phân cực hơn nên H dễ bị đứt hơn. Hơn nữa sau khi phóng thích H + anion còn lại được an định hơn bởi link H nội phân tử. Acid fumaric không tạo được link H nội phân tử nên H + trong nhóm O – H khó đứt hơn nên tính acid nấc thức nhất của acid fumaric yếu hơn acid maleic hay pK1 của acid fumaric lớn hơn pK1 của acid maleic .
Sau khi phóng thích H + thứ nhất, nguyên tử H còn lại của acid maleic bị giữ chặt hơn do link H nội phân tử nên khó phóng thích H + hơn nấc thứ nhì của acid fumaric. Vì vậy, tính acid nấc thứ nhì của acid fumaric mạnh hơn acid maleic hay pK2 của acid fumaric nhỏ hơn pK2 của acid maleic .
3. Có thể thay thế sửa chữa HCl bằng acid khác được vì acid chỉ có vai trò phân phối H +. 4. Chỉ phân biệt được bằng chiêu thức ( c ) .
3.3. Bài 3: Phản ứng oxi hóa hidrocacbon thơm – Điều chế acid benzoic[7], [12]
3.3.1. Mục đích
Khảo sát quy trình điều chế aicd benzoic bằng phản ứng oxi hóa để thấy tính năng của chất oxi hoá so với hợp những chất hữu cơ. Và biết cách tổng hợp Acid benzoic vì nó có nhiều ứng dụng trong trong thực tiễn .
3.3.2. Cơ sở lý thuyết
Oxy hóa là một quy trình tương tác của hợp chất hữu cơ với những tác nhân oxy hóa như : Oxy, ozon, peroxid, Cl2, Br2, HNO3, KMnO4, …
Benzen là hợp chất bền vững và kiên cố dưới tác nhân oxy hóa như acid cromic, acid HNO3, KMnO4. Như vậy, benzen khó oxy hóa hơn so với hidrocacbon no .
Vòng thơm sẽ bị phá vỡ khi thực thi oxy hóa bởi oxy không khí có mặc xúc tác V2O5 ở nhiệt độ 4500C-5000 C và phản ứng thực thi ở pha khí .
O2 ( CO2 ) CH COOH CH COOH ( H2O ) CH C CH C O O O
Naphtalen cũng bị oxy hóa nằng O2 không khí với sự xuất hiện của V2O5 nhưng nhiệt độ phản ứng thấp hơn 3250C-4500 C.
O2 O O O2 ( CO2 ) COOH COOH ( H2O ) C C O O O
Các đồng đẳng của benzen dễ bị oxy hóa hơn so với benzen. Dưới công dụng của những chất oxy hóa thường thì thì mạch nhánh bị oxy hóa còn vòng thơm vẫn giữ nguyên .
Ví dụ:
C6H5CH3 [ O ] C6H5COOH
Khi oxy hóa hidrocacbon thơm có mạch nhánh dài thì chỉ nguyên tử cacbon gắn trực tiếp với nhân bị giữ lại và tạo thành nhóm cacboxyl, phần còn lại tạo acid cacboxylic tương ứng .
Trong bài thí nghiệm này, ta dùng tác nhân là KMnO4 để oxi hóa Toluen. Sau đó, acid hóa bằng H2SO4 để thu được loại sản phẩm là acid benzoic .
3.3.3. Dụng cụ thí nghiệm và hóa chất. Dụng cụ thí nghiệm Hóa chất
Dụng cụ thí nghiệm Hóa chất
– Bình cầu đáy phẳng 250ml
– Becher 100ml
– Becher 500ml
– Ống đong 100ml
– Ống nhỏ giọt
– Bình tia 500ml
– Chậu thủy tinh
– Hệ thống lọc áp suất kém
– Hệ thống đun hoàn lưu
– Cân kỹ thuật
– KMnO4 rắn
– Toluen
– Dung dịch H2SO4 20%
– Tinh thể Na2CO3
– Dung dịch H2O2
– Bột tẩy
– Nước cất
– Đá bọt
3.3.4. Thực hành
Trong bình cầu đáy phẳng 250 ml, cho vào 12 g KMnO4 và 80 ml nước, vài viên đá bọt, đemđun nhẹ và khuấy đếu cho tan hết KMnO4 khoảng chừng 10 phút .
Để nguội và thêm vào 5 ml toluen, 2 g Na2CO3, 0,2 g bột tẩy, gắn bình cầu vào mạng lưới hệ thống đun hoàn lưu, đun nhẹ hỗn hợp cho đến khi dung dịch chuyển màu sậm ( khoảng chừng 60 phút ) phải liên tục lắc nhẹ bình cầu .
Để nguội bình cầu, sau đó cho vào một becher 500 ml. Thêm vào becher 100 ml dung dịch H2SO4 20 %, khuấy thật đều bằng đũa thủy tinh rồi cho từng lượng nhỏ H2O2 vừa thêm vừa khuấy cho đến khi dung dịch mất màu ( chuyển sang màu trắng đục ) thì ngừng .
tinh, lọc khô loại sản phẩm dưới áp suất kém .
Cho acid benzoic vừa lọc khô vào becher 100 ml chứa một chút ít nước, đun sôi, nếu acid benzoic chưa tan hết, thêm nước đến khi tinh thể này tan trọn vẹn ( ở nhiệt độ sôi ) .
Để nguội từ từ, acid benzoic sẽ kết tinh thành tinh thể hình kim, lọc khô mẫu sản phẩm dưới áp suất kém .
1. Cân và tính hiệu suất của phản ứng .
2. Xác định nhiệt độ nóng chảy của loại sản phẩm .
Kết quả:
1. Phương trình phản ứng :
C6H5CH3 2KM nO4 C6H5COOK 2M nO2 KOH H2O
2C6 H5COOK H2SO4 2C6 H5COOH K
2SO4
– Số mol của toluen: n x 0,047mol
92 8669, 0 5 .
– Số mol của KMnO4: n 0,076mol
158 12
.
– Hiệu suất tính dựa vào số mol của toluen. Dựa vào phương trình phản ứng số mol toluen bằng số mol acid benzoic và bằng 0,047 mol. Vậy khối lượng acid benzoic là : 0,047 x122 = 5,734 g .
– Khối lượng trong thực tiễn thu được : 2,786 g Vậy hiệu suất : 100 48,58 %
734
,
5
786
,
2
x
H.
2. Nhiệt độ nóng chảy đo được : 122,30 C.
3.3.5. Câu hỏi
1. Công dụng của đá bọt ? 2. Công dụng của Na2CO3. 3. Công dụng của H2O2. 4. Công dụng của bột tẩy .
5. Có thể tinh chế acid benzoic bằng những phương pháp nào?
Trả lời câu hỏi:
1. Đá bọt có công dụng phântán nhiệt làm cho hỗn hợp sôi đều .
2. Công dụng của Na2CO3 là để tạo môi trường tự nhiên kiềm chuyển acid benzoic vừa sinh ra thành dạng muối dễ cô lập .
3. Công dụng của H2O2 là để khử KMnO4 dư và MnO2 2 H2O2 2KM nO4 H
2O 5/2 O2 2KOH 2M nO2
MnO2 H2O2 2H O
4. Công dụng của bột tẩy là chất hoạt động giải trí mặt phẳng nên làm dung môi để hoà tan toluen vào KMnO4, và khi bột tẩy bị oxi hoá cũng cho C6H5COOK, không sinh tạp chất cho loại sản phẩm. C12H25 SO3H KMnO4 COOH SO3H H, H2O t0 COOH
5. Có thể tinh chế acid benzoic bằng 2 chiêu thức : Kết tinh và thăng hoa .
3.4. Bài 4: Phản ứng ester hoá – Điều chế ester butyl acetat [7], [12]
3.4.1. Mục đích
Khảo sát phản ứng ester hoá giữa alcol và acid qua việc điều chế butyl acetat .
3.4.2. Cơ sở lý thuyết
Phản ứng axyl hóa alcol bằng acid được gọi là phản ứng ester hóa. RCOOH R’OH H2SO4 RCOOR ‘ H
2O
Phân tử nước hình thành sau phản ứng là do nhóm OH của acid cacboxylic phối hợp với nguyên tử H của alcol. Bằng giải pháp lưu lại đồng vị, điều này đã được chứng tỏ : RCOOH H2SO4 RCO O18 H2O H O18 R R ‘ RCO O18 R ‘ H O18 H H2SO4 RCO O18 H R’OH ( 1 ) ( 2 )
Ở phản ứng ( 1 ) : Nguyên tử O18 trong alcol đã đi vào thành phần cấu trúc của ester tạo thành, còn trong phân tử nước không xuất hiện O18 .
Ở phản ứng ( 2 ) : Khi thuỷ phân ester bằng nước có chứa nguyên tử O18 thì nguyên tử này Open trong thành phần cấu trúc của acid cacboxylic .
Phản ứng ester hoá là phản ứng thuận nghịch. Ban đầu, vận tốc tạo thành ester và nước lớn, còn vận tốc phản ứng nghịch nhỏ. Khi lượng ester và nước tăng lên, vận tốc phản ứng nghịch tăng cho đến khi thiết lập được cân đối động học. Ở đó, trong 1 đơn vị chức năng thời hạn, lượng ester và nước tạo thành sẽ bằng lượng alcol và acid tạo thành do sự thủy phân ester. Do đó, chỉ có khoảng chừng 2/3 lượng acid và alcol phản ứng tạo thành ester và nước. Nghĩa là, khi đạt tới trạng thái cân đối, hiệu suất ester không vượt quá 66,7 %. Tuy vậy, hoàn toàn có thể thôi thúc cân đối phản ứng vận động và di chuyển theo chiều thuận bằng những cách sau :
– Dùng dư một trong những chất tham gia phản ứng, tức tăng nồng độ của chất phản ứng. Tỉ lệ nồng độ hai chất trong hỗn hợp phản ứng phải gấp hơn nhau khoảng chừng 8 lần ( thường dùng dư acid ) .
– Giảm nồng độ những chất tạo thành sau phản ứng. Nếu mẫu sản phẩm ester có nhiệt độ sôi thấp thì cất lấy ester ngay trong quy trình phản ứng. Trường hợp ester có nhiệt độ
sôi cao hơn nhiều so với nhiệt độ sôi của nước thì đuổi nước ra khỏi môi trường tự nhiên phản ứng. Đối với những chất kém bền thường loại nước bằng hỗn hợp đẳng phí với dung môi CHCl3, CCl4, C6H6, C6H5CH3. Cũng hoàn toàn có thể loại nước bằng những muối khan như amoni sunfat, canxi clorua .
Phản ứng xảy ra thuận tiện khi đun nóng hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ sôi thích hợp ( thường thì là từ 100 – 1500C ) .
Mặt khác, vận tốc phản ứng tạo este sẽ được tăng cường hơn nếu trong hệ phản ứng xuất hiện của chất xúc tác. Yếu tố quan trọng thôi thúc sự thiết lập trạng thái cân đối động là H +. Tuy nhiên, yếu tố này khi thôi thúc tiến trình phản ứng không làm tác động ảnh hưởng đến tỉ lượng những chất ở trạng thái cân đối. Việc lựa chọn acid làm xúc tác, lượng acid và cách di dời cân đối đều nhờ vào vào thực chất của acid cacboxylic và alcol khởi đầu .
Sự tham gia của ion H + vào quy trình phản ứng đã cho thấy rất rõ việc lựa chọn acid và lượng acid thêm vào là một yếu tố quan trọng trong quy trình tổng hợp ester .
Thông thường, acid sunfuric được dùng làm xúc tác cho phản ứng ester hóa. Chỉ một lượng nhỏ acid được thêm vào hệ phản ứng đã có công dụng làm xúc tác, còn khi đưa thêm một lượng acid lớn hơn vào phản ứng thì nó còn đóng vai trò hấp thu nước tạo thành làm thuận tiện cho quy trình tổng hợp ester. Tuy nhiên, nếu nồng độ acid quá cao thì hoàn toàn có thể làm giảm năng lực phản ứng, vì lúc này xảy ra quy trình tạo ion oxoni của alcol .
Khuynh hướng này sẽ dẫn đến sự hình thành eter. Chính thế cho nên, lượng acid sulfuric thường chỉ được đưa vào khoảng chừng 5 % – 10 % so với lượng alcol. Trong 1 số ít trường hợp, người ta thay acid dung dịch H2SO4 đặc bằng hidroclorua khan .
Phản ứng ester hóa cũng có thể được thực hiện ở pha khí bằng cách cho hơi của
alcol và acid cacboxylic đi qua ống đựng xúc tác thorioxit, titanoxit ở nhiệt độ 2800C-
3000C.
3.4.3. Dụng cụ thí nghiệm và hóa chất
Dụng cụ thí nghiệm Hóa chất
– Bình cầu đáy phẳng 100ml
– Becher 100ml
– Erlen 250ml
– Ống đong 50ml, 15ml
– Ống nhỏ giọt
– Bình lóng
– Hệ thống chưng cất phân đoạn – Hệ thống đun hoàn lưu
– Cân kỹ thuật
– Alcol butyl – Acid acetic
– Dung dịch H2SO4 đđ
– Dung dịch NaHCO3 bão hòa – Na2SO4 khan
3.4.4. Thực hành
Cho 30 ml acid acetic vào bình cầu đáy phẳng 100 ml, thêm vào 5 giọt H2SO4 đđ, lắc đều .
Sau đó thêm vào 15 ml alcol butyl và vài viên đá bọt, lắc đều bình cầu. Gắn bình cầu vào mạng lưới hệ thống đun hoàn lưu, triển khai đun sôi nhẹ trong 60 phút .
Tắt nhà bếp, để nguội hỗn hợp, cho hỗn hợp vào bình lóng đặt trên giá. Thêm vào 50 ml nước, lắc đều tay. Sau đó để yên bình lóng và tách bỏ lớp nước phía dưới .
Thêm vào 30 ml dung dịch NaHCO3 bão hòa, lắc đều bình lóng. Luôn xả khóa để điều hòa áp suất trong bình ( làm 3 lần với dung dịch NaHCO3 bão hòa ). Tiếp tục thêm vào 30 ml nước và triển khai như trên .
Để yên bình lóng, mẫu sản phẩm sẽ tách thành 2 lớp. Tách bỏ lớp nước muối phía dưới. Cho ester vào 1 erlen rồi thêm vào khoảng chừng 1,5 g Na2SO4 khan, lắc nhẹ erlen cho điều rồi để yên vài phút .
Cho chất lỏng này vào bình cầu chưng cất, thêm vài viên đá bọt, triển khai chưng cất để lấy ester tinh khiết có độ sôi khoảng chừng 124 – 1260C .
1. Cân và tính hiệu suất phản ứng ester hoá .
2. Xác định nhiệt độ sôi và tỷ khối tương đối của chất lỏng .
Kết quả:
1. Phương trình phản ứng :
CH3CH2CH2CH2OH CH3COOH CH3COOCH2CH2CH2CH3 H2O
– Số mol của n-butyl alcol: n x 0,164mol
74 81, 0 15
– Số mol của acid acetic: n x 0,525mol
60 049, 1 30
– Số mol của bubyl acetat bằng với số mol của butyl alcol : 0,164 mol. Vậy khối lượng của butyl acetat là : 0,164 x130 = 21,32 g .
– Khối lượng thực tiễn thu được : 9,14 g Vậy hiệu suất : 100 42,87 %
32
,
21
14
,
9
x
H
2. Nhiệt độ sôi và tỷ khối tương đối
– Nhiệt độ sôi đo được theo chiêu thức Sivolobow là : 1240C. – Tỷ khối tương đối : 0,88 .
3.4.5. Câu hỏi
1. Công dụng của đá bọt ?
2. Tại sao phải dùng lượng thừa acid acetic .
3. Cho biết tác dụng của dung dịch NaHCO3 bão hòa .
4. Có thể dùng CaCl2 khan làm chất hút nước trong alcol không? Tại sao?
H2SO4 đặc, t0
5. Quan sát và giải thích sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng.
Trả lời câu hỏi:
1. Đá bọt có công dụng phântán nhiệt làm cho hỗn hợp sôi đều .
2. Ta phải dùng lượng acid acetic để tăng nồng của acid acetic, để cân đối dịch
Source: https://dvn.com.vn
Category: Tiêu Dùng
