Lý thuyết Hóa học 11 Bài 20: Alcohol

1. Khái niệm

Alcohol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm hydroxy (−OH) liên kết với nguyên tử carbon no.

Alcohol no, đơn chức, mạch hở trong phân tử có một nhóm – OH liên kết với gốc alkyl, có công thức tổng quát là C_nH_{2n + 1}OH (n ≥ 1). Ví dụ: CH₃OH; C₂H₅OH …

Nếu alcohol có hai hay nhiều nhóm – OH thì các alcohol đó được gọi là các alcohol đa chức (polyalcohol). Ví dụ: C₂H₄(OH)₂; C₃H₅(OH)₃ ….

Ngoài ra, alcohol có thể được phân loại theo bậc. Bậc của alcohol là bậc của nguyên tử carbon liên kết với nhóm hydroxy. Do đó, ta có alcohol bậc I, alcohol bậc II và alcohol bậc III.

2. Danh pháp

- Tên theo danh pháp thay thế của monoalcohol:

Tên hydrocarbon (bỏ e ở cuối) - vị trí nhóm (OH) - ol

Ví dụ:

3 – methylbutan – 1 – ol

- Tên theo danh pháp thay thế của polyalcohol:

Tên hydrocarbon – vị trí nhóm (OH) – độ bội nhóm (OH) + ol

Ví dụ:

Ethane – 1,2 – diol

Chú ý:

- Nếu nhóm – OH chỉ có một vị trí duy nhất thì không cần số chỉ vị trí nhóm – OH.

- Mạch carbon được ưu tiên đánh số từ phía gần nhóm – OH hơn.

- Nếu mạch carbon có nhánh thì cần thêm tên nhánh ở phía trước.

- Nếu có nhiều nhóm – OH thì cần thêm độ bội (di, tri, …) trước “ol” và giữ nguyên tên hydrocarbon.

Trong phân tử alcohol, các liên kết O – H và C – O đều phân cực về phía nguyên tử oxygen do oxygen có độ âm điện lớn hơn.

Vì vậy, trong các phản ứng hoá học, alcohol thường bị phân cắt ở liên kết O – H hoặc liên kết C – O.

Ở điều kiện thường, các alcohol no, đơn chức từ C1 đến C12 ở trạng thái lỏng, các alcohol từ C13 trở lên ở trạng thái rắn. Các polyalcohol như ethylene glycol, glycerol là chất lỏng sánh, nặng hơn nước và có vị ngọt.

Alcohol có nhiệt độ sôi cao hơn các hydrocarbon, dẫn xuất halogen có phân tử khối tương đương và dễ tan trong nước do các phân tử alcohol có thể tạo liên kết hydrogen với nhau và với nước.

Liên kết hydrogen giữa các phân tử ethanol (a) và giữa ethanol với nước (b)

Khi số nguyên tử carbon trong phân tử tăng lên, độ tan trong nước của alcohol giảm nhanh do gốc hydrocarbon là phần kị nước tăng lên.

1. Phản ứng thế nguyên tử H của nhóm – OH.

Liên kết O – H phân cực nên trong một số phản ứng, nguyên tử hydrogen trong nhóm hydroxy có thể bị thay thế.

Alcohol phản ứng với các kim loại mạnh như sodium, potassium giải phóng khí hydrogen:

2R – OH + 2Na → 2RONa + H₂

2. Phản ứng tạo ether

Khi đun nóng alcohol với H₂SO₄ đặc ở nhiệt độ thích hợp thì thu được ether.

Ví dụ:

2C₂H₅OH $\overset{140^{o}C , H_{2}SO_{4}}{\to}$ C₂H₅OC₂H₅ + H₂O

C₂H₅OC₂H₅: diethyl ether

⇒ Công thức tính số ether tạo thành từ n alcohol khác nhau là $\frac{n ( n + 1 )}{2}$ .

3. Phản ứng tạo alkene

Khi cho hơi alcohol no, đơn chức, mạch hở đi qua bột Al₂O₃ nung nóng hoặc đun alcohol với H₂SO₄ đặc, H₃PO₄ đặc, alcohol bị tách nước tạo thành alkene:

Ví dụ:

CH₃CH₂OH $\overset{180^{o}C , H_{2}SO_{4}}{\to}$ CH₂ = CH₂ + H₂O

Chú ý:

Phản ứng tách nước của alcohol tạo alkene ưu tiên theo quy tắc tách Zaitsev: Trong phản ứng tách nước của alcohol, nhóm – OH bị tách ưu tiên cùng với nguyên tử hydrogen ở carbon bên cạnh có bậc cao hơn.

Ví dụ:

4. Phản ứng oxi hoá

a) Oxi hoá không hoàn toàn

+ Các alcohol bậc I bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành aldehyde. Ví dụ:

CH₃CH₂OH + CuO $\overset{t^{o}C}{\to}$ CH₃CHO + Cu + H₂O

Tổng quát:

R – CH₂ – OH + CuO $\overset{t^{o}C}{\to}$ R – CHO + Cu + H₂O

+ Các alcohol bậc II bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành ketone. Ví dụ:

CH₃ - CH(OH) – CH₃ + CuO $\overset{t^{o}C}{\to}$ CH₃ – CO – CH₃ + Cu + H₂O

Tổng quát:

R – CH(OH) – R’ + CuO $\overset{t^{o}C}{\to}$ R – CO – R’ + Cu + H₂O

+ Trong điều kiện trên, alcohol bậc III không phản ứng.

b) Phản ứng cháy của alcohol

Các alcohol có thể bị đốt cháy trong không khí tạo thành carbon dioxide, hơi nước và toả nhiệt:

C_nH_{2n + 2}O + $\frac{3n}{2}$ O₂ $\overset{t^{o}C}{\to}$ nCO₂ + (n + 1)H₂O

Ví dụ:

C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) $\overset{t^{o}C}{\to}$ 2CO₂(g) + 3H₂O(g) $∆_{r}H_{298}^{0} = - 1367kJ$

Ethanol được sử dụng phổ biến làm nhiên liệu cho đèn cồn, bếp cồn hoặc phối trộn với xăng để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.

5. Phản ứng riêng của polyalcohol với Cu(OH)₂

Các polyalcohol có các nhóm – OH liền kề như ethylene glycol, glycerol có thể tác dụng với copper(II) hydroxide tạo thành dung dịch màu xanh lam đậm.

Ví dụ:

Vì vậy, phản ứng này có thể dùng để nhận biết các polyalcohol có các nhóm – OH liền kề.

1. Ứng dụng của alcohol

Ứng dụng của một số alcohol được thể hiện trong sơ đồ sau:

2. Ảnh hưởng của rượu, bia và đồ uống có cồn đến sức khoẻ con người

Khi đưa đồ uống có cồn vào cơ thể, một phần ethanol sẽ được hấp thụ tại dạ dày, ruột non, thẩm thấu vào máu và được đưa vào các cơ quan trong cơ thể, phần còn lại sẽ được chuyển hoá ở gan.

Việc lạm dụng đồ uống có cồn như rượu, bia … sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ con người như tổn thương hệ thần kinh, rối loạn tâm thần, viêm gan, xơ gan, viêm loét dạ dày, viêm tuỵ, … Trong thời gian mang thai, nếu người mẹ lạm dụng rượu, bia thì sẽ gây độc cho thai nhi, có thể gây dị tật ở trẻ.

1. Hydrate hoá alkene

Các alcohol có thể được điều chế bằng phản ứng hydrate hoá alkene. Phương pháp này được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp để điều chế ethanol.

Ví dụ:

CH₂ = CH₂ + H₂O $\overset{t^{o}C , H_{3}PO_{4}}{\to}$ CH₃ – CH₂ – OH

2. Điều chế ethanol bằng phương pháp sinh hoá

Khi lên men tinh bột, enzyme sẽ phân giải tinh bột thành glucose, sau đó glucose sẽ chuyển hoá thành ethanol:

(C₆H₁₀O₅)_n $\overset{enzyme , H_{2}O}{\to}$ C₆H₁₂O₆ $\overset{enzyme}{\to}$ C₂H₅OH

Ngoài các sản phẩm chứa tinh bột (gạo, ngô, sắn, …) người ta còn sử dụng các phế phẩm của công nghiệp đường, chế phẩm thuỷ phân cellulose, … để sản xuất ethanol.

Phương pháp sinh hoá được sử dụng phổ biến để sản xuất các đồ uống có cồn, điều chế ethanol làm nhiên liệu sinh học.

3. Điều chế glycerol

Trong công nghiệp, glycerol được tổng hợp từ propylene theo sơ đồ sau:

Ngoài ra, glycerol còn thu được khi thuỷ phân chất béo trong quá trình sản xuất xà phòng.