Phương pháp xác định CTCT của hợp chất hữu cơ

1
BIỆN LUẬN XÁC ĐỊNH CTPT VÀ VIẾT CTCT
CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ

I- KIẾN THỨC CẦN NHỚ
1) Nguyên tắc viết CTCT của hợp chất hữu cơ:
B1: - Viết mạch cacbon ( theo nhận dạng ở mục 2 )
B2: - Liên kết các nguyên tử ( hoặc nhóm chức ) vào mạch theo thứ tự hoá trị từ cao đến thấp.
B3: - Kiểm tra : đủ số lượng nguyên tố và chỉ số nguyên tử, đúng hoá trị ( bằng số gạch liên kết),
có nhóm chức theo yêu cầu của đề: Rượu : –OH, axit: –COOH , ete: –O– , este: –COO– , anđehit : –
CHO …
2) Nhận dạng mạch hiđrocacbon :

CTTQ
Tên chung
Cấu tạo mạch cacbon
C
n
H
2n+2

* An kan ( hiđrocacbon no)
( n  1 )
* Mạch hở:chỉ có liên kết đơn
C
n
H
2n

* An ken ( n  2 )
* Xyclô Ankan ( n  3 )
* Mạch hở : có 1 liên kết đôi
* Mạch vòng : liên kết đơn
C
n
H
2n – 2

* Ankin ( n  2 )
* Ankađien ( n  3 )
* Xyclo Anken ( n  3 )
* Mạch hở : 1 liên kết ba
* Mạch hở : 2 liên kết đôi
* Mạch vòng : 1 liên kết đôi
C
n
H
2n – 6

* Aren ( Hiđro cacbon thơm )
( n  6 )

*Xyclô ankin hoặc Xyclô
Ankađien ( n  4 )
* Dạng khác :
* Vòng 6 cạnh đều : 3 liên kết đôi xen kẽ 3
liên kết đơn ( vòng liên hợp)

* Vòng : có 1 liên kết ba hoặc 2 liên kết

đôi.

* Mạch hở : có 4 liên kết đôi

* Lưu ý :
- CTCT của các dẫn xuất được viết chủ yếu từ các hiđrocacbon bằng phương pháp tương đương
Ví dụ : C
2
H
5
Cl  C
2
H
6
( vì H và Cl đều có hoá trị bằng I )
C
2
H
6
O  C
2
H
5
OH  C
2
H
6
( vì OH và H đều có hoá trị I )
- Cấu tạo không bền : khi - OH liên kết với nguyên tử C đã có liên kết đôi, hoặc có 2 nhóm OH trở
lên cùng gắn vào 1 nguyên tử C.

Ví dụ : cấu tạo sau đây là không bền CH
2
= CH–OH
- Mỗi công thức phân tử có thể có nhiều cấu tạo khác nhau - gọi là các đồng phân.
3) Phương pháp xác định CTPT từ công thức nguyên.
Khi đề bài cho công thức nguyên của một loại chất nào đó, để xác định CTPT của chất này ta cần làm
các bước sau đây:
B
1
: Biến đổi công thức nguyên theo dạng chung.
B
2
: Viết công thức dạng chung của lọai chất đang khảo sát
B
3
: Đồng nhất thức giữa công thức nguyên và công thức dạng chung ( đồng nhất về chỉ số: C, H, O
và các nhóm chức giữa 2 công thức )
B
4
: Biện luận theo ẩn số để xác định công thức đúng.
* Chú ý:
CTTQ của hi đro cacbon có thể theo dạng: C
n
H
2n+2 -2k
( k = số liên kết  + số vòng )
CTTQ của một dẫn xuất có nhóm chức A: C
n
H
2n+2 -2k – a

(A)
a
( với a là số nhóm chức A )


2
4) Một số lưu ý khi giải các bài tập tìm CTPT của hợp chất hữu cơ.
a) Phản ứng cộng của hiđrocacbon có a liên kết

.
Tổng quát: C
x
H
y
+ aBr
2
 C
x
H
y
Br
2a

C
x
H
y
+ aH
2
 C

x
H
x+2a

Hoặc có thể biểu diễn dạng :
C
n
H
2n+2

-2a
+ aBr
2
 C
n
H
2n +2

-2a
Br
2a
( trong đó a là số liên kết  )
b) Phản ứng thế với AgNO
3
của hiđrocacbon có liên kết ba đầu mạch:
2C
x
H
y
+ aAg

2
O
0
t
3
dd NH

2C
x
H
y - a
Ag
a
 + aH
2
O
( a là số phân tử Ag
2
O pư )
Thực ra hợp chất tham gia phản ứng này có dạng : C
n
H
2n – 2
nên có thể biểu diễn dạng sau:
2C
n
H
2n – 2
+ aAg
2

O
0
t
3
dd NH

2C
n
H
2n – 2 –
a

Ag
a
 + aH
2
O
c) Giới hạn về chỉ số của cacbon và hiđro trong hiđrocacbon C
x
H
y

Ở trạng thái khí : x ≤ 4
Giới hạn của số nguyên tử hiđro: x ≤ y ≤ 2x + 2 ; y chẵn.
Trong rượu no đơn chức: C
n
H
2n+1
OH và axit no đơn chức : C
n

H
2n+1
COOH thì chỉ số H
luôn là số chẵn.
.v.v

II- BÀI TẬP ÁP DỤNG VÀ NÂNG CAO
1)Viết CTCT của các hợp chất : C
3
H
8
, C
4
H
4
, C
6
H
6
, C
3
H
4
, C
3
H
8
O, C
3
H

9
N , C
3
H
8
O
3
, C
7
H
8
, C
5
H
12

2) Cho biết công thức đơn giản của axit mạch hở (A): C
2
H
3
O
2
; công thức đơn giản của một axit hữu cơ
mạch hở (B): C
3
H
4
O
3
; rượu mạch hở (C) : C

2
H
5
O. Hãy xác định CTPT của các chất A,B,C và viết
CTCT.
Hướng dẫn: Tìm CTPT của chất A
Từ CTĐG : C
2
H
3
O
2
 CT nguyên : (C
2
H
3
O
2
)
n
 C
n
H
2n
(COOH)
n
(*)
Mặt khác CTTQ của axit hữu cơ mạch hở có dạng : C
m
H

2m+2-2k-a
(COOH)
a
(**) ( k: số l/ k  trong mạch
C)
Đồng nhất hai công thức trên ta có :
m n (1)
2m 2 2k a 2n (2)
a n (3)



   




thay (1) và (3) vào (2)  n = 2 – 2k
k
0 1 2
Chọn k = 0 , n = 2 là phù hợp nhất
 CTPT : C
2
H
4
(COOH)
2
, HS tự viết CTCT
n
2 0 -2

3) Cho biết X là một hiđrocacbon có công thức thực nghiệm (C
3
H
4
)
n
. Biết X không làm mất màu dung
dịch nước Brom.
a) Lập luận xác định CTPT của X
b) Xác định CTCT đúng của X. Biết X khi tác dụng với Clo ( ánh sáng) chỉ thu được một sản phẩm hữu
cơ duy nhất chứa một nguyên tử Clo trong phân tử ( dẫn xuất mono clo)
Hướng dẫn:
a) X không làm mất màu dung dịch brom : có 2 trường hợp xảy ra
- X là hiđro cacbon mạch hở chỉ chứa liên kết đơn. CTTQ : C
x
H
2x + 2

- X là hiđro cacbon có chứa vòng benzen. CTTQ : C
x
H
2x – 6

( có thể có trường hợp thứ 3 là hiđrocacbon mạch vòng chỉ có liên kết đơn. CTTQ : C
x
H
2x
với x  4
nhưng học sinh THCS chưa được học )

* X có dạng C
3n
H
4n

- Nếu X có dạng C
x
H
2x + 2
 4n = 6n + 2 ( loại)
- Nếu X có dạng C
x
H
2x – 6
 4n = 6n – 6  n = 3
CTPT của X là C
9
H
12


3
b) Vì X tác dụng với Cl
2
( ánh sáng) chỉ thu được một sản phẩm hữu cơ duy nhất chứa một nguyên tử
Clo, nên X có cấu tạo đối xứng.
CTCT :


4) Viết CTCT của các chất có tên sau :

a) Butađien-1,3 (C
4
H
6
) ; d) Polivinyl clorua (PVC ) ; b) Pen ten -2 ; c) 2- Brom,2-Mêtyl butan
d) 2-Mêtyl, buten -1 ; e) đimêtyl Axetilen ; g) glyxerol ( C
3
H
8
O
3
) ; h) Glucozơ mạch hở
5) Một ankin X có tỉ khối so với Heli bằng 13,5
a) Viết CTPT của chất X và cấu tạo mạch hở của X, biết X tác dụng được với Ag
2
O trong ddNH
3

b) Viết PTPƯ khi cho X tác dụng với Cl
2
, HBr, H
2
O, AgNO
3
trong dung dịch NH
3
.
6) Có 3 chất hữu cơ A,B,C đều có M = 46, trong đoc A và B tan nhiều trong nước và tác dụng được với
Na, Ngoài ra B còn tác dụng được với NaOH; còn C không có các tính chất trên nhưng nhiệt độ sôi thấp
hơn A và B. Xác định cấu tạo A,B,C và viết các PTHH minh hoạ cho các tính chất trên.

7) Mì chính ( bột ngọt ) là muối Natri của aminoaxit glutamic. Đây là một axit mạch thẳng có nhóm
amino –NH
2
và nhóm –COOH cùng kết hợp với 1 nguyên tử Cacbon và có công thức phân tử là
C
5
H
9
O
4
N. Hãy viết CTCT của axit glutamic và CTCT của mì chính.
8) Đốt cháy hoàn toàn một lượng hyđrocacbon A thì thu được 8,8gam CO
2
và 1,8 gam H
2
O.
a) Xác định CTPT của A biết khối lượng phân tử của A không quá 80đvC.
b) Nếu A làm mất màu dung dịch brom ở điều kiện thường và tạo thành sản phẩm chứa 18,09% cacbon
theo khối lượng. Xác định CTPT của A và đề xuất một CTCT của A.
Hướng dẫn:
a) Đặt CTTQ của hợp chất A là C
n
H
m
( số mol : a )
Lập luận tìm được : n = m và n  6,15  các CTPT có thể có: C
2
H
2
, C

4
H
4
, C
6
H
6

b) * Giả sử A là C
2
H
2
, viết PTHH xảy ra
Theo đề ta có :
24 18,09
26 160 100k


 k = 0,66 ( loại )
* làm tương tự với C
4
H
4
và C
6
H
6
ta chọn được C
6
H

6

* Cách khác : Có thể dùng công thức tổng quát: C
n
H
2n+2 -2a
( với a = số pt ử Br
2
p-ứng )
9) Đốt cháy hoàn toàn 15,6 gam hợp chất hữu cơ (A) thu được 26,88 lít CO
2
( đktc)và 10,8 gam H
2
O.
1) Xác định CTĐG của (A)
2) Xác định CTCT và viết PTHH xảy ra của (A) trong 2 trường hợp sau đây:
a. Biết : 1mol (A) + 4 mol H
2
( xúc tác Ni, t
0
C); 1 mol (A) + 1mol Br
2
/CCl
4
và d(A)/He =26.
b. Biết : 0,1 mol (A) phản ứng với AgNO
3
dư/ NH
3
thu được 15,9 gam kết tủa. (A) có dạng mạch hở.

Hướng dẫn;
Lập luận tìm được : x : y = 1: 1
Chứng minh A không chứa Oxi.
Do đó công thức đơn giản của A là C
x
H
y
với x : y = 1,2 : 1,2 = 1:1 CTTQ là (CH)
n

d
A
/He = 26  M
A
= 104.
(CH)
n
= 104, suy ra n = 8
A = C
8
H
8
, lập luận để tìm độ bất bão hòa = 5 ( tức là số  + vòng = 5 )
- Lập luận suy ra A có 1 liên kết đôi C = C
- Lập luận suy ra A phải có vòng benzen
Công thức cấu tạo của A là :
2b- Làm tương tự, tìm được C
4
H
4

10) Hỗn hợp A gồm C
3
H
4
, C
3
H
6
, C
3
H
8
có tỷ khối hơi đối với H
2
bằng 21. Đốt cháy hoàn toàn 1,12 lít A
(đktc), cho toàn bộ sản phẩm cháy vào bình chứa dung dịch nước vôi trong dư. Hỏi khối lượng bình nước
vôi trong tăng bao nhiêu gam ?
2. Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon X, cho toàn bộ sản phẩm cháy lội qua dung dịch Ba(OH)
2
dư
thu được 118,2 gam kết tủa, đồng thời khối lượng dung dịch trong bình giảm đi 77,4 gam. Xác định công
thức phân tử của hiđrocacbon X.
CH
3

CH
3

CH
3