Este Đơn Chức Mạch Hở: Tổng Quan, Tính Chất và Bài Tập

Este đơn Chức Mạch Hở là một hợp chất hữu cơ quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông và có nhiều ứng dụng trong thực tế. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về este đơn chức mạch hở, bao gồm định nghĩa, công thức tổng quát, cách gọi tên, tính chất hóa học và một số bài tập vận dụng.

Định Nghĩa và Công Thức Tổng Quát

Este là sản phẩm của phản ứng este hóa giữa axit cacboxylic và ancol. Este đơn chức mạch hở là este được tạo thành từ axit cacboxylic đơn chức và ancol đơn chức, cả hai đều có mạch cacbon hở.

Công thức tổng quát của este đơn chức mạch hở là: RCOOR’

Trong đó:

• R là gốc hiđrocacbon của axit (có thể là gốc no, không no hoặc thơm).
• R’ là gốc hiđrocacbon của ancol (thường là gốc ankyl).

Một dạng công thức khác thường được sử dụng là: C_nH_2n+2-2kO₂, với k là tổng số liên kết pi và vòng trong phân tử. Đối với este no, đơn chức, mạch hở (k=1 do nhóm -COO- có 1 liên kết pi), công thức trở thành C_nH_2nO₂ (n ≥ 2).

Cách Gọi Tên

Tên của este được hình thành theo quy tắc sau:

Tên gốc ankyl của ancol + Tên gốc axit (đuôi “at”)

Ví dụ:

• CH₃COOC₂H₅: Etyl axetat (Etyl là gốc của etanol, axetat là gốc của axit axetic).
• HCOOCH₃: Metyl fomat (Metyl là gốc của metanol, fomat là gốc của axit fomic).

Tính Chất Hóa Học

Este đơn chức mạch hở có các tính chất hóa học đặc trưng sau:

1. Phản ứng thủy phân (xà phòng hóa):

   • Trong môi trường axit (H⁺, t^o): Este bị thủy phân tạo thành axit cacboxylic và ancol tương ứng (phản ứng thuận nghịch).

     RCOOR’ + H₂O ⇌ RCOOH + R’OH

   • Trong môi trường kiềm (NaOH, KOH, t^o): Este bị thủy phân tạo thành muối của axit cacboxylic và ancol (phản ứng một chiều). Phản ứng này còn được gọi là phản ứng xà phòng hóa.

     RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH

     Alt text: Sơ đồ phản ứng xà phòng hóa este đơn chức mạch hở với dung dịch kiềm NaOH tạo thành muối natri của axit cacboxylic và ancol tương ứng.

2. Phản ứng cộng (đối với este không no):

   Nếu gốc R hoặc R’ chứa liên kết đôi (C=C) hoặc liên kết ba (C≡C), este có thể tham gia phản ứng cộng với H₂, Br₂, Cl₂,…

   Ví dụ: CH₂=CH-COOCH₃ + Br₂ → CH₂Br-CHBr-COOCH₃

3. Phản ứng cháy:

   Este cháy trong oxi tạo ra khí cacbon đioxit (CO₂) và nước (H₂O).

   C_nH_2nO₂ + (3n-2)/2 O₂ → nCO₂ + nH₂O

Bài Tập Vận Dụng

Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 8,8 gam một este đơn chức, mạch hở X thu được 17,6 gam CO₂ và 7,2 gam H₂O. Xác định công thức phân tử của X.

Giải:

• n_CO2 = 17,6/44 = 0,4 mol
• n_H2O = 7,2/18 = 0,4 mol
• Vì n_CO2 = n_H2O nên X là este no, đơn chức, mạch hở có công thức C_nH_2nO₂.
• M_X = 8,8/n_X = 8,8/(0,4/n) = 22n. Mà M_X = 14n + 32.
• Suy ra 22n = 14n + 32 => n = 4.
• Vậy công thức phân tử của X là C₄H₈O₂.

Bài 2: Cho 20 gam este X (C_nH_2nO₂) tác dụng với 300 ml dung dịch NaOH 1M. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 23,2 gam chất rắn khan. Xác định công thức cấu tạo của X.

Giải:

• n_NaOH = 0,3 mol
• Phản ứng: RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH
• Giả sử NaOH dư, chất rắn gồm RCOONa và NaOH dư. Ta có: RCOONa + NaOH (dư) = 23,2 gam.
• Nếu NaOH phản ứng hết, n_RCOONa = n_NaOH = 0,3 mol. => M_RCOONa = 23,2/0,3 > 82, loại.
• Vậy NaOH dư. Gọi số mol NaOH phản ứng là x.
• Ta có: RCOONa (x mol) + NaOH dư (0,3-x mol) = 23,2 gam. => x(R+67) + 40(0,3-x) = 23,2
• => x(R+27) = 11,2 => R = 11,2/x – 27.
• Mà n_X = x = 20/(14n+32).
• => R = 11,2/(20/(14n+32)) – 27 = (11,2(14n+32))/20 – 27 = (156,8n + 358,4)/20 – 27 = 7,84n + 17,92 – 27 = 7,84n – 9,08
• Với n = 3 => R = 14,44 (loại)
• Với n = 4 => R = 22,3 (CH3-) (nhận)
• Với n = 5 => R = 30,12 (loại)
• Vậy este là C₄H₈O₂, R = CH₃, R’ = C₂H₅. Este là CH₃COOC₂H₅ (Etyl axetat).

Este đơn chức mạch hở là một chủ đề quan trọng trong hóa học hữu cơ. Việc nắm vững định nghĩa, công thức, cách gọi tên và tính chất hóa học của este giúp học sinh giải quyết các bài tập liên quan một cách dễ dàng và hiệu quả. Hy vọng bài viết này cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan và hữu ích về este đơn chức mạch hở.