Hoá hữu cơ

Axit cacboxylic, este, amin, amit

Liên hệ axit cacboxylic, este, amin và amit qua cấu tạo nhóm chức, tính axit–bazơ và hoá học ngưng tụ, trong đó có cộng hưởng của amit.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: hoá học carbonyl và các nhóm chứa nitrogen

Axit cacboxylic chứa nhóm axit –CO₂H; thay –OH bằng –OR tạo este, còn thay bằng nhóm nitrogen tạo amit. Amin chứa nitrogen nhưng không có nhóm carbonyl làm thay đổi như trong amit, nên tính bazơ và phản ứng theo cân bằng khác.

Quan sát sự liên hợp giữa nitrogen và carbonyl có thể làm vùng C–N ngắn và cứng hơn trong amit; mô phỏng nhấn mạnh cấu trúc điện tử chứ không liệt kê mọi kiểu thế.

Phổ thôngKiến thức phổ thông: công thức, tên và chuyển hoá

Định nghĩa: Định nghĩa các nhóm chức

Axit cacboxylic có –CO₂H, este có –CO₂R, amin là R–NH₂/R₂NH/R₃N, còn amit có –CON–. Trong este hoặc amit, mảnh acyl đến từ axit; nhóm oxygen hoặc nitrogen còn lại xác định dãy chất.

\ce{RCOOH + R'OH <=>[H+] RCOOR' + H2O}\qquad \ce{RCOOH + R'NH2 -> RCONHR' + H2O}

Tổng quan các dãy
Dãy	Công thức chung	Tính chất đặc trưng
Axit cacboxylic	–CO₂H	Axit yếu; tạo muối
Este	–CO₂R	Thường có mùi đặc trưng; thủy phân
Amin	R–NH₂/R₂NH/R₃N	Trung tâm nitrogen có tính bazơ
Amit	–CON–	Liên kết được bền bởi cộng hưởng

Ví dụ: Sản phẩm este hoá

Lời giải

Ethyl axetat (ethyl ethanoat), CH₃COOCH₂CH₃, cùng nước. Phản ứng thuận nghịch nên loại nước hoặc dùng dư một tác chất có thể chuyển cân bằng.

Amin được phân loại theo số nhóm carbon gắn vào nitrogen: bậc một, bậc hai và bậc ba. Tính bazơ không chỉ phụ thuộc thế alkyl mà còn phụ thuộc solvat và độ bền dạng proton hoá; amin bậc ba cồng kềnh không tự động là bazơ mạnh nhất trong nước.

Đại họcĐại học: độ mạnh axit–bazơ và thủy phân

Định nghĩa: Sự ổn định của cacboxylat

Mất proton của axit cacboxylic tạo ion cacboxylat có điện tích âm chia sẻ trên hai oxygen. Nhóm thế hút electron làm anion bền hơn và tăng tính axit; proton hoá đảo ngược cân bằng.

\ce{RCOOH + H2O <=> RCOO^- + H3O+},\qquad K_a=\frac{[\ce{RCOO^-}][\ce{H3O^+}]}{[\ce{RCOOH}]}

Ví dụ: Giải thích thứ tự pKa

Lời giải

Ion acetat giải tỏa điện tích trên hai oxygen, trong khi ion ethoxide tập trung phần lớn điện tích trên một oxygen. Bazơ liên hợp càng bền thì axit càng mạnh, vì vậy axit axetic mạnh hơn.

Thủy phân este là thuận nghịch khi xúc tác axit và gần như đi theo một chiều khi xúc tác bazơ vì sản phẩm cacboxylat bị deproton hoá. “Xà phòng hoá” thường chỉ thủy phân bằng bazơ của chất béo/dầu thành glycerol và muối cacboxylat, không phải mọi phản ứng cắt este.

Nâng caoNâng cao: cộng hưởng, cơ chế và polime

Cộng hưởng amit tạo tính liên kết đôi một phần cho C–N và giảm khả năng quay quanh liên kết này. Ràng buộc này quan trọng trong peptit và protein, nơi các đơn vị peptit phẳng hỗ trợ gấp cuộn dự đoán được. Cơ chế chuyển acyl giải thích vì sao tạo este và amit có thể cần xúc tác hoặc hoạt hoá thay vì chỉ trộn axit với ancol.