Hóa học hữu cơ lớp 11

Hữu cơ lớp 11 thường chiếm 2–3 câu trong đề tốt nghiệp: câu nhiều lựa chọn về danh pháp, tính chất đặc trưng, phổ hồng ngoại; câu trả lời ngắn đếm đồng phân hoặc đếm chất phản ứng; đôi khi có câu đúng/sai về thí nghiệm điều chế, nhận biết. Đây cũng là nền tảng trực tiếp cho ester, carbohydrate, amine ở lớp 12 — nắm chắc nhóm chức quyết định tính chất là chìa khóa.

Kiến thức trọng tâm

Đại cương hóa học hữu cơ

• Hợp chất hữu cơ là hợp chất của carbon (trừ CO, $\ce{CO2}$, muối carbonate, cyanide, carbide…). Liên kết chủ yếu là cộng hóa trị; thường dễ cháy, kém bền nhiệt, phản ứng chậm và theo nhiều hướng.
• Nhóm chức là nhóm nguyên tử gây ra tính chất đặc trưng: –OH (alcohol, phenol), –CHO (aldehyde), –CO– (ketone), –COOH (carboxylic acid), –COO– (ester), $\ce{-NH2}$ (amine).
• Đồng phân cấu tạo: cùng công thức phân tử, khác cấu tạo (khác mạch carbon, khác vị trí nhóm chức hoặc liên kết bội, khác loại nhóm chức). Đồng đẳng: cùng loại, hơn kém nhau một hay nhiều nhóm $\ce{CH2}$.
• Tách, tinh chế: chưng cất (chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau), chiết (chất lỏng không trộn lẫn, hoặc tách chất tan bằng dung môi), kết tinh (chất rắn), sắc kí cột.

Phổ khối lượng (MS): tín hiệu ion phân tử $[\mathrm{M}^+]$ thường có giá trị m/z lớn nhất → cho biết phân tử khối.

Phổ hồng ngoại (IR) — nhận ra nhóm chức qua số sóng hấp thụ đặc trưng (giá trị gần đúng):

Hydrocarbon

Danh pháp: chọn mạch chính dài nhất (chứa liên kết bội). Alkane: đánh số từ đầu gần nhánh; alkene, alkyne: ưu tiên đầu gần liên kết bội, sau đó mới xét nhánh. Tên gồm vị trí và tên nhánh, tên mạch chính, đuôi ane/ene/yne kèm vị trí liên kết bội: 2-methylbutane, but-2-ene, 2-methylprop-1-ene, but-1-yne. But-2-ene có đồng phân hình học cis – trans vì mỗi carbon của liên kết đôi gắn hai nhóm khác nhau.

Sản phẩm chính tuân theo quy tắc Markovnikov: H cộng vào carbon mang nhiều H hơn của liên kết đôi.

Dẫn xuất halogen

Thay nguyên tử H của hydrocarbon bằng nguyên tử halogen, ví dụ $\ce{CH3CH2Br}$ (bromoethane), $\ce{CH3CHClCH3}$ (2-chloropropane).

Phản ứng tách HX theo quy tắc Zaitsev: H bị tách ở carbon bậc cao hơn bên cạnh, tạo alkene nhiều nhóm thế hơn (sản phẩm chính). Các hợp chất CFC từng dùng làm chất làm lạnh gây suy giảm tầng ozone nên đã bị hạn chế.

Alcohol

• Nhóm –OH liên kết với carbon no. Bậc alcohol = bậc của carbon mang nhóm OH. Alcohol no, đơn chức, mạch hở: $\ce{C_{n}H_{2n+1}OH}$.
• Danh pháp thay thế: tên hydrocarbon (bỏ e) + vị trí OH + ol: propan-2-ol, 2-methylpropan-2-ol, ethane-1,2-diol, propane-1,2,3-triol (glycerol).
• Có liên kết hydrogen → sôi cao hơn hydrocarbon cùng phân tử khối; methanol, ethanol, propanol tan vô hạn trong nước.

Oxi hóa bằng CuO: alcohol bậc I → aldehyde, bậc II → ketone, bậc III không phản ứng. Alcohol có từ hai nhóm OH kề nhau (ethylene glycol, glycerol) hòa tan $\ce{Cu(OH)2}$ tạo dung dịch xanh lam. Methanol rất độc (gây mù, tử vong); ethanol dùng pha xăng sinh học E5, sát trùng.

Phenol

Nhóm –OH gắn trực tiếp vào vòng benzene. Phenol có tính acid rất yếu (không làm đổi màu quỳ tím) nhưng tác dụng được với NaOH; vòng benzene được hoạt hóa nên phản ứng thế dễ hơn benzene:

Kết tủa trắng là 2,4,6-tribromophenol. Phenol dùng sản xuất nhựa poly(phenol formaldehyde), chất sát trùng, thuốc diệt cỏ.

Hợp chất carbonyl: aldehyde, ketone

• Aldehyde có nhóm –CHO (methanal $\ce{HCHO}$, ethanal $\ce{CH3CHO}$); ketone có nhóm C=O nằm giữa mạch carbon (propanone $\ce{CH3COCH3}$, butan-2-one).
• Không có liên kết hydrogen giữa các phân tử → sôi thấp hơn alcohol tương ứng.
• Khử bằng $\ce{NaBH4}$ (hoặc $\ce{LiAlH4}$): aldehyde → alcohol bậc I, ketone → alcohol bậc II.
• Oxi hóa aldehyde (ketone không phản ứng): thuốc thử Tollens (lớp bạc), $\ce{Cu(OH)2}$/NaOH đun nóng (kết tủa đỏ gạch $\ce{Cu2O}$), nước bromine (mất màu).
• Cộng HCN tạo cyanohydrin; hợp chất có nhóm $\ce{CH3CO}$– cho phản ứng iodoform (kết tủa vàng $\ce{CHI3}$ với $\ce{I2}$/NaOH).

Formalin (dung dịch formaldehyde 37–40%) dùng ngâm mẫu vật; acetone là dung môi phổ biến.

Carboxylic acid

• Nhóm –COOH; danh pháp: methanoic acid (formic acid), ethanoic acid (acetic acid), propanoic acid.
• Liên kết hydrogen bền → nhiệt độ sôi cao nhất trong các loại hợp chất có phân tử khối tương đương.
• Tính acid yếu: làm quỳ tím hóa đỏ; tác dụng với kim loại đứng trước H, base, oxide base, muối carbonate:

• Phản ứng ester hóa (xem bài Ester – Lipid). Điều chế acetic acid: lên men giấm ethanol loãng; trong công nghiệp đi từ methanol và CO.

So sánh nhiệt độ sôi và bảng nhận biết

Các chất có phân tử khối gần nhau (58–60): butane (khoảng −1 °C) < propanal (khoảng 48 °C) < acetone (khoảng 56 °C) < propan-1-ol (khoảng 97 °C) < acetic acid (khoảng 118 °C).

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Phổ MS kết hợp đốt cháy – đếm đồng phân

Xem lời giải

1. $n_{\ce{CO2}} = 0{,}2$ mol → $m_{\ce{C}} = 2{,}4$ g → $m_{\ce{H}} = 2{,}8 - 2{,}4 = 0{,}4$ g → $n_{\ce{H}} = 0{,}4$ mol.
2. C : H = 0,2 : 0,4 = 1 : 2 → công thức $\ce{(CH2)_n}$; $M = 56$ → $14n = 56$ → $n = 4$: X là $\ce{C4H8}$.
3. Alkene $\ce{C4H8}$: but-1-ene, but-2-ene, 2-methylpropene → 3 đồng phân cấu tạo (but-2-ene có thêm hai đồng phân hình học cis, trans nên tổng cộng 4 đồng phân alkene).

Dạng 2: Oxi hóa alcohol rồi tráng bạc

Xem lời giải

1. $n_{\text{propan-1-ol}} = \dfrac{6{,}0}{60} = 0{,}1$ mol → propanal $\ce{CH3CH2CHO}$: $0{,}1 \cdot 80\% = 0{,}08$ mol.
2. Aldehyde đơn chức (không phải HCHO): 1 mol → 2 mol Ag → $n_{\ce{Ag}} = 0{,}16$ mol → $m = 17{,}28$ g.
3. Lưu ý: nếu là methanol thì HCHO tạo 4 Ag cho mỗi phân tử.

Dạng 3: Nhận biết các chất (đúng/sai)

Xem lời giải

• a) Đúng. Chỉ acetic acid làm quỳ tím hóa đỏ.
• b) Sai. Acetic acid cũng hòa tan $\ce{Cu(OH)2}$ (phản ứng acid – base) tạo dung dịch xanh.
• c) Đúng. Acetaldehyde tạo lớp bạc sáng.
• d) Sai. Glycerol, acetic acid (và nước trong các dung dịch) đều phản ứng với Na giải phóng $\ce{H2}$.

Dạng 4: Đếm phát biểu đúng

Xem lời giải

(b), (d), (e) đúng. (a) sai: tính acid của phenol quá yếu, không đổi màu quỳ. (c) sai: vòng benzene bền, không làm mất màu $\ce{KMnO4}$. Đáp số 3.

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

1. Có bao nhiêu alcohol đồng phân cấu tạo có công thức $\ce{C4H10O}$? Gọi tên alcohol bậc III.

Xem đáp án

4 alcohol: butan-1-ol, butan-2-ol, 2-methylpropan-1-ol, 2-methylpropan-2-ol. Alcohol bậc III: 2-methylpropan-2-ol.

2. Cho 9,2 g ethanol tác dụng với sodium dư. Tính thể tích $\ce{H2}$ (điều kiện chuẩn) thu được.

Xem đáp án

$n_{\ce{C2H5OH}} = 0{,}2$ mol → $n_{\ce{H2}} = 0{,}1$ mol → $V = 2{,}479$ L.

3. Cho 4,7 g phenol tác dụng với nước bromine dư. Tính khối lượng kết tủa. (H = 1; C = 12; O = 16; Br = 80.)

Xem đáp án

$n = 0{,}05$ mol → 0,05 mol $\ce{C6H2Br3OH}$ ($M = 331$) → 16,55 g.

4. Gọi tên theo IUPAC: $\ce{CH3CH2CHO}$, $\ce{CH3COCH2CH3}$, $\ce{CH3CH(CH3)CH2OH}$.

Xem đáp án

Propanal; butan-2-one; 2-methylpropan-1-ol.

5. Vì sao giấm ăn dùng để làm sạch cặn trắng (calcium carbonate) trong ấm đun nước?

Xem đáp án

Acetic acid trong giấm hòa tan $\ce{CaCO3}$ tạo calcium acetate tan trong nước:

$$\begin{aligned}&\ce{2CH3COOH + CaCO3} \\ &\ce{-> (CH3COO)2Ca + CO2 + H2O}\end{aligned}$$