Bài toán xác định công thức cấu tạo (CTCT) của hợp chất hữu cơ luôn là một phần quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông và cả trong các kỳ thi. Một dạng bài thường gặp là cho biết công thức phân tử (CTPT) và sản phẩm phản ứng, từ đó suy ra cấu trúc của chất ban đầu. Bài viết này sẽ tập trung vào việc giải quyết bài toán với chất X có CTPT C4H8O2 khi tác dụng với dung dịch NaOH sinh ra chất Y có CTPT C3H5O2Na.
Phân tích bài toán:
- Chất X có CTPT C4H8O2.
- Khi X tác dụng với NaOH tạo ra chất Y có CTPT C3H5O2Na.
- Phản ứng xảy ra là phản ứng xà phòng hóa, X là este.
Từ các dữ kiện này, ta có thể suy luận như sau:
-
Xác định loại chất: Với CTPT C4H8O2, X có thể là este hoặc axit cacboxylic. Tuy nhiên, do X tác dụng với NaOH tạo ra muối (chất Y) nên X phải là este.
-
Phản ứng xà phòng hóa: Phản ứng xảy ra là phản ứng thủy phân este trong môi trường kiềm (xà phòng hóa):
R-COO-R’ + NaOH → R-COONa + R’OH
Trong đó:
- R-COO-R’ là este X.
- R-COONa là muối Y.
- R’OH là ancol.
-
Xác định gốc axit và gốc ancol: So sánh CTPT của X (C4H8O2) và Y (C3H5O2Na), ta thấy:
- Số nguyên tử C trong gốc axit (R-COO-) của este X bằng số nguyên tử C trong muối Y (R-COONa), tức là 3C. Vậy gốc axit là gốc propionic (C2H5COO-).
- Số nguyên tử C trong gốc ancol (R’OH) là 4 – 3 = 1C. Vậy gốc ancol là gốc metyl (-CH3).
-
Kết luận CTCT của X: Dựa trên phân tích trên, CTCT của X là CH3COOC2H5 (Etyl axetat).
C2H5COOCH3 + NaOH → C2H5COONa + CH3OH
Các phương án khác:
- A. HCOOC3H7: Phản ứng với NaOH tạo ra HCOONa (1C) và C3H7OH (3C), không phù hợp.
- C. CH3COOC2H5: Phản ứng với NaOH tạo ra CH3COONa (2C) và C2H5OH (2C), không phù hợp.
- D. HCOOC3H5: Phản ứng với NaOH tạo ra HCOONa (1C) và C3H5OH (3C), không phù hợp.
Ví dụ minh họa:
Xét phản ứng este hóa giữa axit propionic (C2H5COOH) và metanol (CH3OH) ta thu được este X có CTPT C4H8O2.
C2H5COOH + CH3OH → C2H5COOCH3 + H2O
Sau đó, este X (C2H5COOCH3) tác dụng với NaOH tạo ra muối Y (C2H5COONa) và metanol (CH3OH).
C2H5COOCH3 + NaOH → C2H5COONa + CH3OH
Hình ảnh minh họa công thức cấu tạo của etyl propionat (C2H5COOCH3), este có CTPT C4H8O2 phù hợp với bài toán, thể hiện rõ các nhóm chức etyl và propionat.
Ứng dụng và mở rộng:
Bài toán này không chỉ giúp củng cố kiến thức về este, phản ứng xà phòng hóa mà còn rèn luyện kỹ năng phân tích, suy luận để giải quyết các bài tập hóa hữu cơ.
Lưu ý: Khi giải các bài toán tương tự, cần chú ý đến các yếu tố sau:
- CTPT của các chất.
- Loại phản ứng xảy ra.
- Số lượng nguyên tử C trong các gốc axit và ancol.
- Kiểm tra lại kết quả để đảm bảo phù hợp với dữ kiện bài toán.
