Este

BÀI 1. ESTE

A. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Cấu tạo phân tử

Khi thay nhóm OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng nhóm OR thì được este.

Este đơn giản có công thức cấu tạo như sau :

\(\begin{matrix} R- & C & -O-R' \\ {} & || & {} \\ {} & O & {} \\ \end{matrix}\)

Với R, R’ là gốc hiđrocacbon no, không no hoặc thơm (trừ trường hợp este của axit fomic của R là H).

Este là dẫn xuất của axit cacboxylic. Một vài dẫn xuất khác của axit cacboxylic có cấu tạo như sau :

\(\begin{matrix} R- & C & -O-C-R' \\ {} & || & || \\ {} & O & O \\ \end{matrix}\)

anhiđrit axit 

\(\begin{matrix} R- & C & -X \\ {} & || & {} \\ {} & O & {} \\ \end{matrix}\)

halogenua axit

\(\begin{matrix} R- & C & -NR_{2}^{'} \\ {} & || & {} \\ {} & O & {} \\ \end{matrix}\)

amit

2. Cách gọi tên este

Tên este gồm: tên gốc hiđrocacbon R' + tên anion gốc axit (đuôi "at").

\(\begin{matrix} H- & C & -O-{{C}_{2}}{{H}_{5}} \\ {} & || & {} \\ {} & O & {} \\ \end{matrix}\)

etyl fomiat

\(\begin{matrix} C{{H}_{3}}- & C & -O-CH=C{{H}_{2}} \\ {} & || & {} \\ {} & O & {} \\ \end{matrix}\)

vinyl axetat

\(\begin{matrix} {{C}_{6}}{{H}_{5}}- & C & -O-C{{H}_{3}} \\ {} & || & {} \\ {} & O & {} \\ \end{matrix}\)

metyl benzoat

\(\begin{matrix} C{{H}_{3}}- & C & -O-C{{H}_{2}}{{C}_{6}}{{H}_{5}} \\ {} & || & {} \\ {} & O & {} \\ \end{matrix}\)

benzyl axetat

3. Tính chất vật lí của este

Giữa các phân tử este không có liên kết hiđro vì thế este có nhiệt độ sôi thấp hơn so với axit và ancol có cùng số nguyên tử C.

Các este thường là những chất lỏng, nhẹ hơn nước, rất ít tan trong nước, có khả năng hoà tan được nhiều chất hữu cơ khác nhau. Những este có khối lượng phân tử rất lớn có thể ở trạng thái rắn (như­ mỡ động vật, sáp ong,...). Các este thường có mùi thơm dễ chịu, chẳng hạn isoamyl axetat có mùi chuối chín, benzyl propionat có mùi hoa nhài, etyl butirat có mùi dứa, etyl isovalerat có mùi táo,...

4. Tính chất hoá học của este

1. Phản ứng ở nhóm chức

a) Phản ứng thuỷ phân

Este bị thuỷ phân cả trong môi trường axit và môi trường kiềm. Thuỷ phân este trong môi trường axit là phản ứng nghịch với phản ứng este hoá :

\(R-COO-{R}'+H-OH\overset{{}}{\mathop{\overset{{{H}_{2}}S{{O}_{4}},{{t}^{o}}}{\longleftrightarrow}}}\,R-COOH+{R}'-OH\)

Phản ứng thuỷ phân trong môi trường kiềm là phản ứng một chiều và còn được gọi là phản ứng xà phòng hoá:

R-COOR' + NaOH \[\xrightarrow{{{H}_{2}}O,\,{{t}^{o}}}\] R-COONa + R'–OH

b) Phản ứng khử

Este bị khử bởi liti nhôm hiđrua (LiAlH4), khi đó nhóm \[R\,-\,\underset{\underset{O}{\mathop{||}}\,}{\mathop{C}}\,\,-\] (gọi là nhóm axyl) trở thành ancol bậc I :

\[R\,-\,COO\,-\,R'\,\,\xrightarrow{LiAl{{H}_{4}},\,\,{{t}^{o}}}\,\,R-C{{H}_{2}}\,-\,OH\,\,+\,\,R'\,-\,OH\]

2. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon

Este có thể tham gia phản ứng thế, cộng, tách, trùng hợp,… Sau đây chỉ xét phản ứng cộng và phản ứng trùng hợp.

a) Phản ứng cộng vào gốc không no : Gốc hiđrocacbon không no ở este có phản ứng cộng với H2, Br2, Cl2... giống như hiđrocacbon không no. Thí dụ :

\[\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}{{\text{ }\!\![\!\!\text{ C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ }}_{\text{7}}}\text{CH=CH }\!\![\!\!\text{ C}{{\text{H}}_{\text{2}}}{{\text{ }\!\!]\!\!\text{ }}_{\text{7}}}\text{COOC}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{ + }{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{ }\xrightarrow{Ni,\,\,{{t}^{o}}}\,\,\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}{{\text{ }\!\![\!\!\text{ C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ }}_{\text{16}}}\text{COOC}{{\text{H}}_{\text{3}}}\]

Metyl oleat Metyl stearat

b) Phản ứng trùng hợp : Một số este đơn giản có liên kết C = C tham gia phản ứng trùng hợp giống như anken. Thí dụ :

\[nC{{H}_{2}}=CH-\underset{\underset{O}{\mathop{||}}\,}{\mathop{C}}\,-O-C{{H}_{3}}\xrightarrow{xt,\,{{t}^{o}}}-\,{{(\,\underset{\underset{COOC{{H}_{3}}}{\mathop{|}}\,}{\mathop{CH}}\,-C{{H}_{2}})}_{n}}-\]

Metyl acrylat Poli(metyl acrylat)

III. Điều chế và ứng dụng

1. Điều chế

a) Este của ancol

Phương pháp thường dùng để điều chế este của ancol là đun hồi lưu (xem hình 4.3a, SGK Hoá học 11 nâng cao) ancol với axit hữu cơ, có H2SO4 đặc xúc tác, gọi là phản ứng este hoá. Thí dụ :

\(\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\,\text{+}\,{{\text{(C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{)}}_{\text{2}}}\text{CHC}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{OH }\overset{{{\text{H}}_{\text{2}}}S{{O}_{4}},\,{{t}^{o}}}{\longleftrightarrow}\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOC}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{CH(C}{{\text{H}}_{\text{3}}}{{\text{)}}_{\text{2}}}\text{+ }{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\)

ancol isoamylic isoamyl axetat

Phản ứng este hoá là phản ứng thuận nghịch. Để nâng cao hiệu suất của phản ứng (tức chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành este) có thể lấy dư một trong hai chất đầu hoặc làm giảm nồng độ các sản phẩm. axit sunfuric vừa làm xúc tác vừa có tác dụng hút nước, do đó góp phần làm tăng hiệu suất tạo este.

b) Este của phenol : Để điều chế este của phenol không dùng axit cacboxylic mà phải dùng anhiđrit axit hoặc clorua axit tác dụng với phenol. Thí dụ :

\[{{C}_{6}}{{H}_{5}}\,-\,OH\,\,+\,\,{{(C{{H}_{3}}CO)}_{2}}O\,\,\xrightarrow{{}}\,\,C{{H}_{3}}COO{{C}_{6}}{{H}_{5}}\,\,+\,\,C{{H}_{3}}COOH\]

anhiđrit axetic phenyl axetat

2. ứng dụng

Este có khả năng hoà tan tốt các chất hữu cơ, kể cả hợp chất cao phân tử, nên được dùng làm dung môi (thí dụ : butyl và pentyl axetat được dùng để pha sơn tổng hợp).

Poli(metyl acrylat), poli(metyl metacrylat) dùng làm thuỷ tinh hữu cơ. Poli(vinyl axetat) dùng làm chất dẻo, hoặc thuỷ phân thành poli(vinyl ancol) dùng làm keo dán. Một số este của axit phtalic được dùng làm chất hoá dẻo, làm dược phẩm.

Một số este có mùi thơm của hoa quả được dùng trong công nghiệp thực phẩm (kẹo bánh, nước giải khát) và mĩ phẩm (xà phòng, nước hoa,...).

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

DẠNG 1. PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY ESTE

Kiến thức cần nắm vững:

+) Các phương pháp xử lí số liệu trong bài tập đốt cháy.

+) Các phương pháp giải toán đặc trưng:

• Phương pháp bảo toàn nguyên tố
• Phương pháp bảo toàn khối lượng
• Phương pháp trung bình

+) Một số phản ứng este quan trọng:

• Este no, đơn chức, mạch hở (k = 1) (\[{{C}_{n}}{{H}_{2n}}{{O}_{2}}\])

Phản ứng cháy: \[{{C}_{n}}{{H}_{2n}}{{O}_{2}}\]+ \[\frac{3n-2}{2}\] O2 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] \[nC{{O}_{2}}+\text{ }n{{H}_{2}}O\]

• \[{{n}_{C{{O}_{2}}}}=\text{ }{{n}_{{{H}_{2}}O}}\]
• \[{{n}_{{{O}_{2}}}}=\frac{3}{2}{{n}_{C{{O}_{2}}}}-\text{ }{{n}_{Este}}\]
• Các este có công thức dạng \[{{C}_{n}}{{H}_{2n-2}}{{O}_{x}}\] (no, mạch hở, 2 chức hoặc không no, một nối đôi, mạch hở, đơn chức) khi đốt cháy: \({{n}_{{{H}_{2}}O}}<{{n}_{C{{O}_{2}}}}\) và \({{\text{n}}_{\text{este}}}\text{ = }{{\text{n}}_{\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}}}\text{ - }{{\text{n}}_{{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}}}\)
• Este bất kì, có công thức tổng quát \[{{C}_{x}}{{H}_{y}}{{O}_{z}}\]

\[{{n}_{{{C}_{x}}{{H}_{y}}{{O}_{z}}}}=\frac{{{n}_{{{H}_{2}}O}}-{{n}_{C{{O}_{2}}}}}{1-k}\]

Ví dụ: Đốt cháy hoàn toàn m (gam) hỗn hợp các este no, đơn chức, mạch hở rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy vào bình đựng dung dịch nước vôi trong dư thì thấy khối lượng của bình tăng thêm 6,2 gam. Hỏi khối lượng phần dung dịch trong bình sau phản ứng thay đổi như thế nào?

1. Tăng 6,2 gam C. Giảm 6,2 gam
2. Giảm 8 gam D. Giảm 3,8 gam

Hướng dẫn giải:

Giả thiết cho este no, đơn chức, mạch hở nên \[{{n}_{C{{O}_{2}}}}=\text{ }{{n}_{{{H}_{2}}O}}\text{ }=\text{ }x\text{ }\left( mol \right)\]

m(bình tăng) \[=\text{ }{{m}_{C{{O}_{2}}}}+\text{ }{{m}_{{{H}_{2}}O}}\]

→ 6,2 = 44x + 18x

→ x = 0,1 (mol)

Vì \[{{m}_{CaC{{O}_{3}}}}>\text{ }{{m}_{C{{O}_{2}}}}+\text{ }m_{{{H}_{2}}O}^{{}}\]

m(dd giảm) = \[{{m}_{CaC{{O}_{3\downarrow }}}}\text{ }\left( {{m}_{C{{O}_{2}}}}+\text{ }{{m}_{{{H}_{2}}O}} \right)\]

→ m(dd giảm) = 0,1.100 – 6,2 = 3,8 (gam)

Đáp án D.

DẠNG 2. PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ESTE

• Thủy phân trong môi trường axit: \(RCOOR'+{{H}_{2}}O\overset{{{H}^{+}}}{\longleftrightarrow}RCOOH+R'OH\)
• Thủy phân trong môi trường kiềm: \[RCOOR'+NaOH\xrightarrow{{{t}^{o}}}RCOONa+R'OH\]
• Trong phản ứng thủy phân este đơn chức thì tỉ lệ

nNaOH(hoặc KOH) : neste = 1:1

• Phản ứng thủy phân este của phenol thì tỉ lệ là

nNaOH(hoặc KOH) : neste = 2:1

• Trong phản ứng thủy phân este đa chức thì tỉ lệ nNaOH : neste > 1
• Áp dụng các phương pháp giải nhanh: bảo toàn khối lượng, tăng giảm khối lượng, bảo toàn nguyên tố, phương pháp trung bình… để giải các bài tập.

Ví dụ: Xà phòng hóa 8,8 gam etyl axetat bằng 200 ml dung dịch NaOH 0,2M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, cô cạn dung dịch thu được chất rắn khan có khối lượng là:

A. 8,56 gam. B. 8,2 gam. C. 3,28 gam. D. 10,4 gam.

Hướng dẫn giải:

Etyl axetat : \[C{{H}_{3}}COO{{C}_{2}}{{H}_{5}}\]

n\[C{{H}_{3}}COO{{C}_{2}}{{H}_{5}}\]= \[\frac{8,8}{88}\]= 0,1 (mol)

\[nNaOH=0,04\,\,\left( mol \right)\]

\(C{{H}_{3}}COO{{C}_{2}}{{H}_{5}}+\text{ }NaOH\xrightarrow{{{t}^{o}}}C{{H}_{3}}COONa\text{ }+\text{ }{{C}_{2}}{{H}_{5}}OH~\)

0,04 0,04 0,04

Khối lượng chất rắn khan : \(m={{m}_{C{{H}_{3}}COONa}}=0,04.82=3,28(gam)\)

Đáp án C.

C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Bài 1 (trang 7 SGK Hoá học 12):

Những phát biểu sau đây đúng hay sai ?

a) Este là sản phẩm của phản ứng giữa axit và ancol.

b) Este là hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm COO-

c) Este no, đơn chức, mạch hở có công thức phân tử CnH2nO2, với n ≥ 2.

d) Hợp chất CH3COOC2H5 thuộc loại este.

e) Sản phẩm của phản ứng giữa axit và ancol là este.

Hướng dẫn giải:

a) S. Ví dụ phản ứng giữa axit vô cơ và ancol không phải là este

B) S. Vì phân tử este không có anion COO-

c) Đ

d) Đ

e) S. Ví dụ phản ứng giữa axit vô cơ và ancol không phải là este

Bài 2 (trang 7 SGK Hoá học 12):

Ứng với công thức phân tử C4H8O2 có bao nhiêu este đồng phân của nhau ?

A. 2 B. 3

C. 4 D. 5

Hướng dẫn giải:

Các đồng phân của C4H8O2 là:

CH3CH2COOCH3: metyl propionat

CH3COOCH2CH3: etyl axetat

HCOOCH2CH2CH3: propyl fomat : isopropyl fomat

Đáp án C

Bài 3 (trang 7 SGK Hoá học 12):

Chất X có công thức phân tử C4H8O2. Khi X tác dụng với dung dịch NaOH sinh ta chất Y có công thức C2H3O2Na. Công thức cấu tạo của X là :

A. HCOOC3H7. B. C2H5COOCH3.

C.CH3COOC2H5. D.HCOOC­3H5.
Hướng dẫn giải:

X có công thức cấu tạo C4H8O2 nên X là este no, đơn chức, mạch hở

Y có CTCT là CH3COONa

Vậy X là CH3COOC2H5

Đáp án C

Bài 4 (trang 7 SGK Hoá học 12):

Thủy phân este có công thức phân tử C4H8O2 trong dung dịch NaOH thu được hỗn hợp hai chất hữu cơ Y và Z trong đó Z có tỉ khối hơi so với H2 là 23. Tên của X là

A. etyl axetat. B. metyl axetat.

C. metyl propionate D. propyl fomat.

Hướng dẫn giải:

\(RCOOR' + NaOH \xrightarrow{{{t}^{o}}} RCOONa + R'OH\)

- Vì Z có tỉ khối hơi so với H2 nên suy ra Z có thể ở dạng hơi. Do đó, Z là rượu.

CTPT của este X có dạng CnH2nO2 nên X là este no đơn chức mạch hở. Do đó, Z là rượu no đơn chức. Gọi CTPT của Z là CmH2m+2O

Ta có:

MZ = 14m + 18 = 46 ⇒ m = 2

Do đó: Z: C2H5OH→X:CH3COOC2H5C2H5OH→X:CH3COOC2H5

Đáp án A

Bài 5 (trang 7 SGK Hoá học 12):

Phản ứng thủy phân của este trong môi trường axit và bazơ khác nhau ở điểm nào ?
Hướng dẫn giải:

- Phản ứng thủy phân este trong môi trường axit là phản ứng thuận nghịch, este vẫn còn, nổi lên trên bề mặt dung dịch.

\[C{{H}_{3}}COO{{C}_{2}}{{H}_{5}}+{{H}_{2}}O\overset{{{H}_{2}}S{{O}_{4}},{{t}^{O}}}{\longleftrightarrow}C{{H}_{3}}COOH+{{C}_{2}}{{H}_{5}}OH\]

- Phản ứng thủy phân este trong môi trường kiềm là phản ứng một chiều, este phản ứng hết.Phản ứng này còn được gọi là phản ứng xà phòng hóa.

\(C{{H}_{3}}COO{{C}_{2}}{{H}_{5}}+NaOH\xrightarrow{{{t}^{o}}}C{{H}_{3}}COONa+{{C}_{2}}{{H}_{5}}OH\)

Bài 6 (trang 7 SGK Hoá học 12):

Đốt cháy hoàn toàn 7,4 gam este X đơn chức thu được 6,72 lít khí CO2 (đktc) và 5,4 gam nước.

a) Xác định công thức phân tử của X.

b) Đun 7,4 gam X trong dung dịch NaOH vừa đủ đến khi phản ứng hoàn toàn thu được 3,2 gam ancol Y và một lượng muối Z. Viết công thức cấu tạo của X và tính khối lượng của Z.

Hướng dẫn giải:

1. Ta có: \[{{n}_{C{{O}_{2}}}}=\frac{6,72}{22,4}=0,3mol\]; \[{{n}_{{{H}_{2}}O}}=\frac{5,4}{18}=0,3mol\]

\[{{n}_{C{{O}_{2}}}}={{n}_{{{H}_{2}}O}}\] => Este no, đơn chức, mạch hở.

Gọi CTTQ là CnH2nO2 (n>=2)

\[{{n}_{X}}=\frac{7,4}{14n+32}mol\]

PTHH:

\[{{C}_{n}}{{H}_{2n}}{{O}_{2}}+(1,5n-1){{O}_{2}}\to nC{{O}_{2}}+n{{H}_{2}}O\]

\[\frac{7,4}{14n+32}\] 0,3

\[\to \]\[\frac{7,4}{14n+32}\]=0,3 \[\to \]7,4n=4,2n+9,6\[\to \]3,2n=9,6\[\to \]n=3

\[\to \]CTPT: C3H6O2

b) Do este là este đơn chức nên ta có nX = nY = 0,1 mol.

MY = 3,2/0,1 = 32g/mol => CTPT của Y : CH3OH

CTCT của X : CH3COOCH3

CH3COOCH3 + NaOH -> CH3COONa + CH3OH

0,1 0,1

mZ = 0,1.82 = 8,2g

Hy vọng rằng, bài học về Este sẽ giúp ích cho các em trong quá trình học môn Hóa học 12.