Lý thuyết về Axit cacboxylic

 I. ĐỊNH NGHĨA

- Các định nghĩa về axit cacboxylic:
     + Axit cacboxylic là hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm - COOH liên kết với gốc hiđrocacbon, với H hoặc với nhau.

     + Axit cacboxylic là sản phẩm thu được khi thay nguyên tử H trong hiđrocacbon hoặc H₂ bằng nhóm - COOH.
- Công thức tổng quát của axit:
     + C_xH_yO_z (x, y, z là các số nguyên dương; y chẵn; z chẵn; 2 ≤ y ≤ 2x + 2 - 2z;): thường dùng khi viết phản ứng cháy.
     + C_xH_y(COOH)_z hay R(COOH)_z: thường dùng khi viết phản ứng xảy ra ở nhóm COOH.
     + C_nH_2n+2-2k-z(COOH)_z (k = số liên kết p + số vòng): thường dùng khi viết phản ứng cộng H₂, cộng Br₂…
- Một số loại axit hữu cơ thường gặp:
     + Axit no đơn chức: C_nH_2n+1COOH (n ≥ 0) hoặc C_mH_2mO₂ (m ≥ 1).
     + Axit hữu cơ không no, mạch hở, đơn chức trong gốc hiđrocacbon có 1 liên kết đôi: C_nH_2n-1COOH (n ≥ 2) hoặc C_mH_2m-2O_{2 (}m ≥ 3).
     + Axit hữu cơ no, 2 chức, mạch hở: C_nH_2n(COOH)₂ (n ≥ 0).

II. DANH PHÁP

1. Tên thay thế

Tên thay thế = Tên hiđrocacbon tương ứng + oic

2. Tên thường của một số axit thường gặp

HCOOH                                    Axit fomic
CH₃COOH                                Axit axetic 
CH₃CH₂COOH                         Axit propionic
CH₃CH₂CH₂COOH                  Axit butiric
CH₂=CH-COOH                        Axit acrylic
CH₂=C(CH₃)-COOH                 Axit metacrylic 
(COOH)_2­                                          Axit oxalic
C₆H₅COOH                               Axit benzoic
HOOC(CH­₂)₄COOH                  Axit ađipic
C₁₅H₃₁COOH                           Axit pamitic 
C₁₇H₃₅COOH                           Axit stearic
C₁₇H₃₃COOH                           Axit oleic 
C₁₇H₃₁COOH                           Axit linoleic

III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

1. Nhiệt độ sôi

     Axit có nhiệt độ sôi cao hơn Ancol có khối lượng phân tử tương đương vì phân tử axit tạo được 2 liên kết H và liên kết H giữa các phân tử axit bền hơn liên kết H giữa các phân tử Ancol.

2. Tính tan

- Từ C₁ đến C₃ tan vô hạn trong nước do có khả năng tạo liên kết H liên phân tử với nước.
- C₄ đến C₅ ít tan trong nước; từ C₆ trở lên không tan do gốc R cồng kềnh và có tính kị nước.

IV. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

1. Tính axit

a. So sánh tính axit giữa các phân tử axit
- Phân tử axit có nhóm cacbonyl C = O là nhóm hút e mạnh nên làm giảm mật độ e tự do trên nguyên tử O làm cho liên kết O - H bị phân cực hơn → dễ bị phân li thành H⁺ thể hiện tính axit.

RCOOH ↔ RCOO^- + H⁺
                (RCOOH + H₂O ↔ RCOO^- + H₃O⁺)

- Độ mạnh của axit phụ thuộc vào độ linh động của nguyên tử H và độ tan của axit trong dung môi nước.
- Nếu nhóm COOH gắn với nhóm đẩy e (gốc hiđrocacbon no) thì tính axit yếu hơn so với HCOOH. Gốc ankyl càng có nhiều nguyên tử H thì đẩy e càng mạnh làm cho tính axit càng giảm.
- Nếu nhóm COOH gắn với nhóm hút e (gốc hiđrocacbon không no, gốc có chứa nhóm NO₂, halogen, OH…) thì tính axit mạnh hơn so với HCOOH. Càng nhiều gốc hút e thì tính axit càng mạnh. Gốc hút e càng mạnh thì tính axit càng mạnh, nhóm hút e nằm càng gần nhóm COOH thì làm cho tính axit của axit càng mạnh.
b. Các phản ứng thể hiện tính axit
- Axit làm quỳ tím chuyển thành màu hồng.
- Tác dụng với bazơ → muối + H₂O

R(COOH)_x + xNaOH → R(COONa)_x + xH₂O        

- Tác dụng với oxit bazơ → muối + H₂O

2R(COOH)_x + xNa₂O → 2R(COONa)_x + xH₂O

- Tác dụng với kim loại đứng trước H → muối + H­₂

2R(COOH)_x + xMg → [2R(COO)_x]Mg_x + xH₂

→ Phản ứng này có thể dùng để nhận biết axit.
- Tác dụng với muối của axit yếu hơn (muối cacbonat, phenolat, ancolat) → muối mới + axit mới.

R(COOH)_x + xNaHCO₃ → R(COONa)_x + xH₂O + xCO₂

→ Thường dùng muối cacbonat hoặc hiđrocacbonat để nhận biết các axit.

2. Phản ứng este hóa

R(COOH)_x + R’(OH)_t → R_y(COO)_xyR’_x + xyH₂O (H₂SO₄, t⁰)

3. Phản ứng tách nước

2RCOOH → (RCO)₂O + H₂O (P₂O₅)

4. Phản ứng oxi hóa hoàn toàn

C_xH_yO_z + (x + y/4 - z/2)O₂ → xCO₂ + y/2H₂O
Nếu đốt cháy axit thu được n_CO2 = n_H2O thì axit thuộc loại no, đơn chức, mạch hở:
C_nH_2n+1COOH → (n + 1)CO₂ + (n + 1)H₂O
Chú ý:
- HCOOH có phản ứng tương tự như anđehit:

HCOOH + 2AgNO₃ + 4NH₃ + H₂O → 2NH₄NO₃ + (NH₄)₂CO₃ + 2Ag

- Các axit không no còn có các tính chất của hiđrocacbon tương ứng:

CH₂=CH-COOH + Br₂ dung dịch → CH₂Br-CHBr-COOH
3CH₂=CH-COOH + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₂OH-CHOH-COOH + 2MnO₂ + 2KOH

Sản phẩm cộng của CH₂ = CH - COOH với HX trái với Maccopnhicop
- Axit thơm có phản ứng thế vào vị trí meta.
- Axit no có phản ứng thế vào vị trí α.

V. ĐIỀU CHẾ

1. Oxi hóa anđehit

R(CHO)_x + x/2O₂ → R(COOH)_x (xúc tác Mn²⁺, t⁰)

2. Thủy phân este trong môi trường axit

R_y(COO)_xyR’_x + xyH₂O ↔ yR(COOH)_x + xR’(OH)_y

3. Thủy phân dẫn xuất 1,1,1 - trihalogen

RCCl₃ + 3NaOH → RCOOH + 3NaCl + H₂O (H₂O)

4. Riêng CH₃COOH

n-C₄H₁₀ + 5/2O₂ → 2CH₃COOH + H₂O (xúc tác Mn²⁺, t⁰)
C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (men giấm)

5. Một số phản ứng khác

C₆H₅-CH₃ → C₆H₅COOK → C₆H₅COOH
R-X → R-CN → R-COOH
CH₃OH + CO → CH₃COOH

VI. NHẬN BIẾT

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ; tác dụng với kim loại giải phóng H₂; tác dụng với muối cacbonat hoặc hiđrocacbonat giải phóng khí CO_­2­.
- Axit không no làm mất màu dung dịch Br₂, dung dịch thuốc tím.
- HCOOH có phản ứng tương tự andehit: tạo được kết tủa trắng với AgNO₃/NH₃…

Bài viết liên quan: 

• Andehit - Xeton
• Lý thuyết Ancol