Bài 24. Carboxylic acid

a) Định nghĩa

Acid carboxylic: Hợp chất hữu cơ có nhóm carboxyl (-COOH)

Công thức chung: R-COOH hoặc CₙH₂ₙ₊₁COOH

Nhóm carboxyl: -COOH = -C(=O)-OH

Gồm nhóm carbonyl (C=O) và hydroxyl (-OH)

Ví dụ:

• HCOOH: Formic acid (methanoic acid)
• CH₃COOH: Acetic acid (ethanoic acid)
• C₂H₅COOH: Propionic acid (propanoic acid)

b) Phân loại

1. Theo số nhóm -COOH:

Monocarboxylic acid (1 nhóm):

• CH₃COOH: Acetic acid
• C₁₇H₃₅COOH: Stearic acid

Dicarboxylic acid (2 nhóm):

• HOOC-COOH: Oxalic acid
• HOOC-CH₂-COOH: Malonic acid

2. Theo mạch carbon:

Acid no: CH₃COOH, C₂H₅COOH

Acid không no: CH₂=CH-COOH (acrylic acid)

Acid thơm: C₆H₅COOH (benzoic acid)

c) Danh pháp

Tên thông thường:

• HCOOH: Formic acid (acid kiến)
• CH₃COOH: Acetic acid (acid giấm)
• C₁₇H₃₅COOH: Stearic acid

Tên IUPAC: Tên alkane + oic acid

• HCOOH: Methanoic acid
• CH₃COOH: Ethanoic acid
• C₂H₅COOH: Propanoic acid

a) Trạng thái và nhiệt độ sôi

Giải thích:

• Acid có liên kết H mạnh (dimer)
• → Nhiệt độ sôi cao hơn alcohol cùng M
• Tạo cặp phân tử (dimer) qua 2 liên kết H

b) Độ tan

Trong nước:

• HCOOH, CH₃COOH: Tan vô hạn
• C₂H₅COOH: Tan tốt
• Acid nặng (C₁₀+): Không tan
• Tạo liên kết H với H₂O

Trong dung môi hữu cơ: Tan tốt

c) Mùi và tính chất khác

Formic acid (HCOOH):

• Chất lỏng không màu
• Mùi hắc, cay
• Có trong nọc kiến, ong
• Ăn da

Acetic acid (CH₃COOH):

• Chất lỏng không màu
• Mùi giấm đặc trưng
• Đông đặc ở 17°C (glacial acetic acid)
• Ăn da

Acid béo (C₁₆-C₁₈):

• Chất rắn màu trắng
• Không mùi
• Không tan trong nước

a) Tính acid (mạnh hơn phenol)

1. Với kim loại:

2R-COOH + 2Na → 2R-COONa + H₂↑

Ví dụ:

2CH₃COOH + 2Na → 2CH₃COONa + H₂↑

2. Với base:

R-COOH + NaOH → R-COONa + H₂O

Ví dụ:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

3. Với muối của acid yếu hơn:

2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + CO₂↑ + H₂O

Hiện tượng: Sủi bọt khí CO₂

4. Thứ tự tính acid:

HCl > CH₃COOH > H₂CO₃ > C₆H₅OH > H₂O > C₂H₅OH

b) Phản ứng este hóa

R-COOH + R'-OH ⇌ R-COOR' + H₂O (H₂SO₄ đặc, t°)

Ví dụ:

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Tạo ethyl acetate (mùi thơm)

Đặc điểm:

• Phản ứng thuận nghịch
• Cần H₂SO₄ đặc làm xúc tác
• Đun nóng
• Tách H₂O để tăng hiệu suất

c) Phản ứng thế halogen (formic acid)

Đặc biệt với HCOOH:

HCOOH có tính chất của aldehyde

HCOOH + Cl₂ → ClCOOH + HCl (ánh sáng)

d) Phản ứng khử (formic acid)

HCOOH có tính khử như aldehyde:

HCOOH + 2AgNO₃ + 4NH₃ + 2H₂O → (NH₄)₂CO₃ + 2Ag↓ + 2NH₄NO₃

Hiện tượng: Tráng gương (như aldehyde)

HCOOH + 2Cu(OH)₂ → CO₂ + Cu₂O↓ + 3H₂O (t°)

Hiện tượng: Kết tủa đỏ gạch

Giải thích: HCOOH = H-CHO + [O] (có cấu trúc aldehyde)

e) Phản ứng cháy

CₙH₂ₙ₊₁COOH + (3n+2)/2 O₂ → (n+1)CO₂ + (n+1)H₂O

Ví dụ:

CH₃COOH + 2O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

a) Điều chế acid carboxylic

1. Oxi hóa aldehyde:

R-CHO + [O] → R-COOH

Ví dụ:

CH₃CHO + [O] → CH₃COOH (CuO, t° hoặc KMnO₄)

2. Oxi hóa alcohol bậc 1:

R-CH₂OH + 2[O] → R-COOH + H₂O

Ví dụ:

C₂H₅OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O

3. Lên men giấm (acetic acid):

C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (men giấm)

Sản xuất giấm ăn (3-5% CH₃COOH)

4. Thủy phân ester:

R-COOR' + H₂O → R-COOH + R'-OH (H⁺ hoặc OH⁻, t°)

5. Từ nitrile (công nghiệp):

R-CN + 2H₂O → R-COOH + NH₃ (H⁺, t°)

b) Ứng dụng formic acid

• Chất bảo quản thức ăn gia súc
• Thuốc nhuộm, da
• Chất khử trùng
• Công nghiệp cao su

c) Ứng dụng acetic acid

1. Thực phẩm:

• Giấm ăn (3-5%)
• Chất bảo quản
• Gia vị

2. Công nghiệp:

• Sản xuất cellulose acetate (tơ, phim)
• Sản xuất vinyl acetate (keo dán)
• Sản xuất aspirin
• Dung môi

3. Y tế:

• Sát trùng (dung dịch loãng)
• Điều trị nhiễm trùng tai

d) Ứng dụng acid béo

Stearic acid (C₁₇H₃₅COOH):

• Sản xuất xà phòng
• Sản xuất nến
• Mỹ phẩm

Palmitic acid (C₁₅H₃₁COOH):

• Sản xuất xà phòng
• Mỹ phẩm

e) Tác hại và an toàn

Formic acid:

• Ăn da, gây bỏng
• Kích thích mắt, mũi
• Độc nếu nuốt phải

Acetic acid đặc:

• Ăn da, gây bỏng
• Hơi kích thích đường hô hấp
• Dễ cháy

Biện pháp:

• Đeo găng tay, kính bảo hộ
• Làm việc trong tủ hút
• Rửa ngay bằng nước nếu dính da
• Bảo quản nơi thoáng mát, tránh lửa