Lý thuyết Ancol

I. ĐỊNH NGHĨA

- Ancol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm -OH liên kết với nguyên tử C no (C sp³) của gốc hiđrocacbon.

- Ancol là sản phẩm thu được khi thay thế nguyên tử H liên kết với C sp³ trong hiđrocacbon bằng nhóm -OH.
- Công thức tổng quát của ancol:
     + C_xH_yO_z (x, y, z thuộc N^*; y chẵn; 4 ≤ y ≤ 2x + 2; z ≤ x): thường dùng khi viết phản ứng cháy.
      + C_xH_y(OH)_z hay R(OH)_z: thường dùng khi viết phản ứng xảy ra ở nhóm OH.
      + C_nH_2n+2-2k-z(OH)_z (k = số liên kết p + số vòng; n, z là các số tự nhiên; z ≤ n): thường dùng khi viết phản ứng cộng H₂, cộng Br₂, khi biết rõ số chức, no hay không no…
- Độ ancol là % thể tích của C₂H₅OH nguyên chất trong dung dịch C₂H₅OH
- Lần ancol là số nhóm OH có trong phân tử ancol.
- Bậc ancol là bậc của nguyên tử C liên kết với nhóm OH.

II. DANH PHÁP

1. Tên thay thế

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

2. 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

III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

1. Trạng thái              

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

2. Nhiệt độ sôi

- 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

- 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.

IV. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

1. Phản ứng với kim loại kiềm

R(OH)_z + zNa → R(ONa)_z + z/2H₂
R(ONa)_z: Natri ancolat rất dễ bị thủy phân trong nước:         
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. Phản ứng với axit

a. Với axit vô cơ HX
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. 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

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 (phản ứng với 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

- Ancol etylic CH₃CH₂OH:

C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (men giấm)
2C₂H₅OH → CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂O + H₂ (Al₂O₃, ZnO, 450⁰C)

- Ancol không no có phản ứng như hidrocacbon tương ứng ví dụ: alylic CH₂ = CH - CH₂OH

CH₂=CH-CH₂OH + H₂ → CH₃-CH₂-CH₂OH (Ni, t⁰)
CH₂=CH-CH₂OH + Br₂ → CH₂Br-CHBr-CH₂OH
3CH₂=CH-CH₂OH + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3C₃H₅(OH)₃ + 2KOH + 2MnO₂

- 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

- 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

V. ĐIỀU CHẾ

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.

VI. NHẬN BIẾT

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

Bài viết liên quan:

• Dẫn xuất Halogen của Hidrocacbon
• Hệ thống hóa Hidrocacbon