Ứng dụng độ bất bão hòa giải bài tập hóa hữu cơ (Bài viết được đăng trên Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng) Võ Văn Thiện-Bookgol Đại học Y Dược TP.HCM I. Độ Bất Bão Hòa - Độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ là đại lượng đặc trưng cho mức độ không no của phân tử hợp chất hữu cơ. - Độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ là đại lượng đặc trưng cho mức độ không no của phân tử hợp chất hữu cơ.  Độ bất bão hòa thường ký hiệu là k. - Với k là tổng số  và vòng của phân tử đó. - Hợp chất hữu cơ mạch hở thì k=a+b ( với a là số liên kết  ở gốc hidrocacbon và b là số liên kết  ở nhóm chức .  Công thức : 2 (a 2) b 2 ii k      với i a , i b lần lượt là hóa trị, số nguyên tử của nguyên tố thứ i  Ví dụ : Hợp chất 3 4 2 C H O có độ bất bão hòa là 2 (4 2) 3 (1 2) 4 (2 2) 2 2 2 k           II,Ứng dụng 1.Liên kết  trung bình - Hợp chất hữu cơ mạch hở có độ bất bão hòa bằng số liên kết  .  Kí hiệu tb  2 1 1 2 3 3 1 2 3 nn tb n a a a a a a a a               với 1 2 3 , , n a a a a lần lượt là số mol của các hợp chất hữu cơ và 1 2 3 , , n     lần lượt là số liên kết  tương ứng của các hợp chất hữu cơ đó. 2.Phản ứng đốt cháy với Oxi  Bảng Công thức thể hiện mối liên hệ giữa số mol CO 2, H 2 O, (hoặc N 2 ) và độ bất bão hòa trong phản ứng đốt cháy Hợp Chất Hữu cơ Độ Bất bão hòa k Công thức thể hiện mối liên hệ giữa số mol CO 2 , H 2 O, (hoặc N 2 )và k Các trường hợp cụ thể: Dạng tổng quát: C n H 2n+2+t-2k N t O z C x H y 22 2 xy k   22 .( 1) xy CH OOC H n k n n   Ankan 22 ,0 nn C H k   : 22 ankan H O CO n n n Anken 2 ,1 nn C H k  22 H O CO nn Ankin 22 ,2 nn C H k   22 ankin CO H O n n n x y z C H O 22 2 xy k   22 .( 1) x zy O CO H OCH n k n n   Ancol X no đơn,mạch hở, 22 ,0 nn C H O k   : 22 X H O CO n n n Anđehit X no,đơn chức mạch hở, 2 ,1 nn C H O k  : 22 H O CO nn Axit X hoặc este X no, đơn chức, mạch hở, 22 ,1 nn C H O k  : 22 H O CO nn x y t C H N 22 2 x y t k     22 ( 1 0,5 ) x y t C CO H OHN n k t n n    hay 2 2 2 ( 1) x y t CO N H OC H N n k n n n    Amin no, đơn chức, mạch hở 23 N, 0 nn C H k   : 22 .( 1,5) X CO H O n n n   hay 2 2 2 .( 1) X CO N H O n n n n    x y t z C H N O 22 2 x y t k     22 ( 1 0,5 ) x y t z C H N O CO H O n k t n n    hay 2 2 2 ( 1) x y t z CO N H OC H N O n k n n n    Amino axit X no,đơn chức,mạch hở phân tử có chứa 1 nhóm –NH 2 và 1 nhóm – COOH 2 1 2 ,1 nn C H NO k   : 1 2222 .( 0,5) nn C H N COO OH n n n   hay 2 2 2 CO N H O n n n X: nm CH Và Y: x y t C H N 22 ( 1) ( 1 0,5 ) X X Y Y CO H O n k n k t n n      Hỗn hợp X gồm:ankin 22 ,2 nn CH k   và amin 23 ,0 mm NCH k   : 2 2 2 3 2 2 ( 1,5) n n m m NC H C CO OH H n n n n       Chứng minh: * Đối với Hidrocacbon xy CH 2 (4 2) (1 2) 2 2 22 2 2 2 x y x y k y x k              Vậy công thức của Hidrocacbon được viết ở dạng khác 2 2 2n n k CH  Giả sử đốt cháy hoàn toàn C x H y sau phản ứng thu được CO 2 và H 2 O . Ta có: 2 xy CO CH n x n  ; 2 2 xy HO CH n y n  thay vào biểu thức: 22 22 22 2 2. 2 22 1 ( 1) 22 x y x y xy x y x y CO H O C H C H CO H O C H CO H O C H C H nn nn nn xy k n k n n nn            *Đối với hỗn hợp gồm X:C n H m và Y:C x H y N t . Ta có biểu thức liên hệ với CO 2 và H 2 O như sau : 22 ( 1) ( 1 0,5 ) X X Y Y CO H O n k n k t n n       .  Chứng minh: - Khi đốt X : 22 ( 1) X X CO H O n k n n   (1) - Khi đốt Y: 22 ( 1 0,5 ) Y Y CO H O n k t n n    (2)  (1)+(2), ta được: 22 ( 1) ( 1 0,5 ) X X Y Y CO H O n k n k t n n       Như Các trường hợp còn lại chứng minh tương tự.  -Trường hợp đặc biệt : Các aminoaxit   no, mạch hở phân tử có 1 nhóm 2 NH và 1 nhóm OOHC có dạng 2 1 2 ,1 nn C H NO k   . Các peptit tạo từ các aminoaxit   đó có dạng : 2 1 2 2 . 2 . 2 1 ( 1) 2 . 2 (2 . . 2) 2 n n t n t n t t t C H NO t H O C H N O tn t t n t t kt                với (t-1) liên kết peptit. Vậy đối với peptit tạo bởi các aminoaxit   trên có kt .Công thức mối liên hệ là: 2 2 2 2 ( 1 0,5 ) , (0,5.t 1) peptit CO H O peptit CO H O n k t n n k t n n n          Vị dụ: Đipeptit tạo bởi aminoa xit   no mạch hở,phân tử có 1 nhóm –NH 2 và 1 nhóm – COOH,k=t=2 :C n H 2n N 2 O 3 ,Ta có: 2 2 2 2 (0,5.2 1) dipeptit CO H O CO H O n n n n n     Tripeptit tạo bởi aminoa xit   no mạch hở,phân tử có 1 nhóm –NH 2 và 1 nhóm –COOH,k=t=3 :C n H 2n-1 N 3 O 4 ,Ta có: 2 2 2 2 (0,5.3 1) .0,5 tripeptit CO H O tripeptit CO H O n n n n n n      2.Phản ứng với H 2 và dung dịch Br 2 Xét các phản ứng: 2 4 2 2 6 2 2 2 2 6 4 4 2 4 10 n 2n 2 2k 2 n 2n 2 C H (k 1) H C H C H (k 2) 2H C H C H (k 3) 3H C H C H kH C H              Từ đó suy ra : n 2 n 2 2 k 2 2 n 2 n 2 2 k C H H n 2 n 2 2 k H sè mol cña C H k.n n (1) sè mol cña C H n         Tương tự đối với Br 2 ta có: n 2 n 2 2 k 2 2 n 2 n 2 2 k C H Br n 2n 2 2 k Br sè mol cña C H k.n n (2) sè mol cña C H n         (1)+(2), ta được : n 2 n 2 2 k 2 2 n 2 n 2 2 k C H Br H sè mol cña C H k. n n n      III,Ví dụ minh họa 1: Hỗn hợp X gồm các amin đơn chức và các hidrocacbon đều mạch hở.Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X thu được V 1 (lít) CO 2 8,96(lít) H 2 O(đktc)và V 2 (lít)N 2 .Mặt khác 0,1 mol X phản ứng vừa đủ với 0,15mol H 2 .Tổng thể tích của CO 2 và N 2- (lít)(đktc) là: A. 2,016 B. 10,08 C. 1,568 D. 13,44 Hướng dẫn giải Cơ chế phản ứng với H 2 : X+kH 2  Y(hợp chất hữu cơ no)  2 0,15 1,5 0,1 H X n k n    X có dạng : x y t C H N với k=1,5 nên ta sử dụng công thức : 2 2 2 2 2 22 1,5 0,1 0,4 ( 1) 0,45 0,45 22,4 10,08             X CO N H O CO N CO N n k n n n n n V 2 : Hỗn hợp X gồm etilen , 2 ankan đồng đẳng và hidrocacbon mạch hở M .Đốt cháy hoàn toàn 0,6 mol X thu được hỗn hợp chứa 1,4 mol H 2 O và 1,5 mol CO 2 .M là : A. 26 CH B. 36 CH C. 34 CH D. 38 CH Hướng dẫn giải Nhận xét : Hỗn hợp X mạch hở có dạng xy CH chứa k liên kết  . Theo công thức : 22 0,6 1,5 1,4 7 ( 1) 6 X CO H O n k n n k     Vì 7 6 k  nên trong X có ít nhất 1 hidrocacbon có số liên kết  lớn hơn 7 6 . Theo đáp án chỉ có 34 CH thỏa mãn.Đáp án C 3 : Hỗn hợp X gồm 3 este mạch hở đều có dạng 3 COOCH R trong đó tỉ lệ khối lượng 216 31 C H m m  .Cho 0,2 mol X làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,1 mol 2 Br .Mặt khác đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X thu được m(gam) 2 CO .Giá trị của m là : A. 31,68. B. 30. C.60. D.32. Hướng dẫn giải Giả sử X có k +1 liên kết  suy ra gốc –R có k liên kết  0,2 mol X làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,1 mol 2 Br => 2 0,1 0,5 0,2 Br x n k n    Vậy X có dạng 2 2 2 ( 1) 2 2 1 2x x k x x C H O C H O       Mặt khác ta có : 3,6 6,2 2 12 216 3,6 : 2 1 31 C H m x x X C H O mx        2 0,36 0,2 0,72 44 0,72 31,68        CO n mol m 4 : Hỗn hợp A chứa X và Y là 2 andehit đều no , mạch hở(M X <M Y ).Đốt cháy hoàn toàn 0,4 mol hỗn hợp A cần dùng 0,52 mol O 2 thu được 0,64 mol CO 2 .Mặt khác 0,4 mol A làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa a mol Br 2 .Giá trị của a là: A. 0,8. B. 0,4. C.0,2. D. 0,64. Hướng dẫn giải A: 2 2 2n n k k C H O  BTNT O: 2 2 2 2 (A) 0,4 0,52 0,64 .O 2. 2. 0,4. 0,52.2 0,64.2 A O CO H O H O k n n n n k n       Theo công thức ta có : 2 2 2 ( 1) 0,4( 1) 0,64 A C O H O H O n k n n k n        2 1,6, 0,4 HO kn Nhận xét : 2 0,64 1,6 0,4 CO A n n n     X hoặc Y có C=1và M X <M Y  X :HCHO Dễ thấy : n=k=1,6 mà X :C=O=1  Y: C=O  Y chỉ có thể là :OHC-CHO Ta có : 2 A 0,4 2. 2 2.n 0,8      Br HCHO OHC CHO n n n 5 : X là este no, đơn chức, Y là axit cacboxylic đơn chức , không no chứa một liên kết đôi C=C; Z là este 2 chức tạo bởi etylen glicol và axit Y (X, Y, Z, đều mạch hở,số mol Y bằng số mol Z). Đốt cháy a(gam) hỗn hợp E chứa X, Y, Z cần dùng 0,335 mol O2 thu được tổng khối lượng 2 CO và 2 HO là 19,74gam. Mặt khác a (gam) E làm mất màu vừa đủ dung dịch chứa 0,14 mol 2 Br .Biết X có khả năng tráng bạc.Khối lượng của X trong E là A. 8,6 gam. B. 6,6 gam. C. 6,0 gam. D. 7,4 gam. Hướng dẫn giải Theo đề bài : X có dạng HCOOR x mol Gọi y,a,b lần lượt là số mol của Y, 2 CO , 2 HO Khi tác dụng với 2 Br ta có : (2 1) (4 2) 0,14x y y     Bảo toàn O :   2 0,335.2 2 2 0,95a b x y y      . Theo đề : 44 18 19,74ab 0,33 ; 0,29ab   Theocôngthức:       1 1 2 1 4 1 0,33 0,29 0,01 0,11x y y y x           2 3 0,33 33 : 2 : 0,11( ) 0,11 0,01 0,01 14 CO tb E n C X C X HCOOCH mol n         Vậy : 0,11 60 6,6  m 6 : Cho X,Y là hợp chất đồng đẳng của axit acrylic và XY MM ;Z là ancol có cùng số nguyên tử cacbon với X,T là este 2 chức tạo bỡi X,Y và Z.Đốt cháy hoàn toàn 11,16 gam hỗn hợp E gồm X,Y,Z,T cần vừa đủ 13,216(l) 2 O (đktc) thu được 2 CO và 9,26(g) nước.Mặt khác lượng E trên tác dụng tối đa với 0,04mol 2 Br .Khối lượng muối thu được khi cho cùng 1 lượng E trên tác dụng KOH dư là ? A. 4,68. B. 5,44. C. 5,04. D. 5,8. Hướng dẫn giải 2 13,216 0,59 22,4 O n mol , 2 9,38 0,52 18 HO n  Theo định luật bảo toàn khối lượng : 2 2 2 11,16 0,52 32 9,38 20,68 0,47 CO CO CO m m n        Dễ thấy :Este 2 chức và 22 H O CO nn => ancol no,2 chức Nên ta gọi : 2 2 2 2 2 2 2 4 2 6 4 , :C (k 2)( 3)x(mol) :C ( 3)(k 0) y(mol) : ( 4) ( ) nn mm n m n m X Y H O n Z H O m T C H O k z mol              Bảo toàn O : 2 2 4 0,59.2 0,47.2 0,52(1)x y z     Khi tác dụng với 2 Br ta có :     2 1 4 2 0,05(2)xz    Theo công thức : (2-1)x+(0-1)y+(4-1)z=0,47-0,52(3) Từ (1),(2),(3) suy ra : 0,02; 0,1; 0,01x y z   2 0,47 47 0,02 0,1 0,01 13 CO E E n C n      nên Z : 3 8 2 C H O Bảo toàn C : 0,02 3.0,1 0,01(2 3) 0,47 3,5n n n      X,Y : 3,5 5 2 C H O Khi E tác dụng KOH tạo ra muối 2,5 4 COOKCH 2,5 4 COOK 0,02 0,01 2 0,04 C H KOH nn     => 2,5 4 COOK 0,04 117 4,68   CH m 7 : Hỗn hợp E chứa 3 peptit X,Y,Z đều tạo từ 2 aminoaxit   no chứa 1 nhóm 2 NH và 1 nhóm OOHC . Đốt cháy hoàn toàn x mol hỗn hợp E thu được 1 V (lít) 2 CO (đktc)và 2 V (lít) 2 HO (đktc).Mặt khác 0,04 mol E tác dụng vừa đủ với 0,13 mol NaOH.Biểu thức liên hệ giữa x, 1 V và 2 V : A. 12 7 8 22,4 VV x   B. 12 9 8 22,4 VV x   C. 12 3 8 22,4 VV x   D. 12 5 8 22,4 VV x   Hướng dẫn giải E có dạng : 1x y t t C H O N  Ta có: 1x y t t C H O N  + tNaOH  Muối của các aminoaxit    4,25 3,25 0,13 3,2 ,4 :C5 00 xy E H O Nt    Áp dụng công thức : 22 12 12 3,25 22,4 22,4 5 n (0,5 t 1) 8 22,4       E CO H O x VV VV n n x 8 : Petit X,Y lần lượt có công thức tổng quát dạng 3q p t C H O N , 4m n k C H O N (X,Y được tạo từ 1 aminoaxit   M chỉ 1 nhóm 2 NH và 1 nhóm OOHC ).Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Q gồm 3amol X và 2amol Y cần dùng 85,68(lit) 2 O (dktc) thu được hỗn hợp gồm 2 2 2 ,,CO H O N , trong đó tổng khối lượng của 22 ,CO H O là 204,5 gam.Xác định M : A.Alanin B. glyxin. C. valin. D. axit 2-aminobutanoic Hướng dẫn giải Quy về peptit hỗn hợp Q : C x H y N tb O tb 3 3 2 4 3,4 1 4,4 32 tb tb tb aa N O N aa           Theo công thức ta có : 2 2 2 2 2 2 3,4 32 (0,5 1) (3 2 )(0,5 3,4 1) 3,5 Q tb CO H O CO H O CO H O aa n N n n a a n n a n n               BTNT O ta được : 2 2 2 2 2 Q tb 4,4 5 3,825 n .O 2. 2. 22 7,65 2. O CO H O CO H O a n n n a n n       Ta có hệ : 2 2 2 2 2 2 22 3,5 3,4 22 7,65 2. 3,05 44. 18. 204,5 0,1 CO H O CO CO H O H O CO H O a n n n a n n n n n a                    Xét trong Q : 2 3,4 6,8 3 0,1 2 0,1 CO tb Q n C n         X hoặc Y có 6,8C  vì X là tripeptit nên C=6 => M chỉ có thể là glyxin 9 : Đốt cháy hoàn toàn X gồm axit cacboxylic no đơn chức mạch hở A và aminoaxit no chứa 1 nhóm –NH 2 và a nhóm –COOH B thu được m(mol)CO 2 ,n(mol) H 2 O và b (mol) N 2 .Biết rằng n-m=0,09.Giá trị của b là : A. 0,08. B. 0,1. C. 0,09. D. 0,07. Hướng dẫn giải Ta có: :1 : Ak X B k a      Theo công thức ta có: 22 BB 11 ( 1) n (k 1 0,5. ) 1 0,5.1 0, 0 1,5 1 09 A A B CO H O a n k N n a n aa mn                  1 X k  X có dạng: C x H y N t O z với 1 X k   2 2 2 2 2 2 ( 1) 0,09          X X CO N H O N H O CO n k n n n n n n 10 : X là hỗn hợp amin no 2 chức mạch hở,Y là hỗn hợp aminoaxit no mạch hở chứa 1 nhóm 2 NH và 2 nhóm OOCH .Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp E gồm 0,06 mol X và 0,12 mol Y cần dùng 30,912(l) 2 O ( dktc) thu được 2 N , 2 CO và m(g) 2 HO .Giá trị của m là : A. 22,3. B. 20,16. C. 12,3 D. 22,5. Hướng dẫn giải 2 24 4 m 2m 1 : ,k 0;0,06mol :C H , 2;0,12 nn X C H N Y NO k mol          2 0,06 0,12 4 0,06 0,12 3 tb N     , 0 0,06 2 0,12 4 0,06 0,12 3 tb k       4 3 4 :, 3 tb x y z E C H N O k BTNT O: 2 2 2 2 2 (Y) 0,12 4 1,38 .O 2. 2 3,24 2 Y O CO H O CO H O n n n n n n      Theo công thức : 22 22 4 0,06 0,12 4 3 3 ( 1 0,5 ) 44 0,18.( 1 0,5 ) 0,06 33                tb E tb CO H O CO H O n k N n n nn 2 2 1,06 18.1,12 20,16 1,12            CO HO n m n IV.Bài Tập Tự Luyện 1,Hỗn hợp X gồm propylamin,etylamin và Hidrocacbon M.Đốt cháy hoàn toàn 0,4(mol) X thu được 26,88(lít) 2 HO (đktc) và 24,64(lít) hỗn hợp CO 2 và N 2 .M là: A.CH4 B.C2H4 C.C2H6 D.C3H8 2,X là mina oaxit   no chứa 1 nhóm 2 NH và 1 nhóm OOCH .Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp E chứa X và terapeptit tạo từ X thu được 24,84(gam) H 2 O và 1,44 (mol) CO 2 .Khối lượng của E là : A.46,44 B.44,44 C.47,5 D.43,56 3, X là axit cacboxylic đơn chứa, không no chứa một liên kết đôi C=C,Y là este tạo từ axit X ,axit axetic và etylen glicol.Đốt cháy hoàn toàn 11,56(gam) hỗn hợp E gồm X,Y và axit axetic ( trong đó số mol axit axetic bằng số mol Y) thu được tổng khối lượng H 2 O, CO 2 là 27,24 .Mặt khác hỗn hợp E tác dụng vừa đủ với 0,16 (mol) NaOH.Khối lượng của X trong E : A.7,2 B.8,62 C.9,36 D.10,08 4,Đốt cháy 0,1(mol) hỗn hợp X gồm ancol A và amin B(A,B đều no đơn chức mạch hở) có tỉ khối so với 2 H là 33,3 cần dùng a(mol) 2 O .Giá trị của a là : A.0,333 B.0,6 C.0,4 D.0,555 5 * , Hỗn hợp X gồm etilen,propin, but-1-in, vinyl axetilen,anđehit axetic,trong đó chiếm 1/7 về thể tích.Nung nóng 0,42 mol hỗn hợp X với 0,54 mol H 2 (xúc tác Ni),sau một thời gian thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với H 2 bằng 467/21.Dẫn Y qua bình đựng dung dịch AgNO 3 /NH 3 dư,thấy có 0,06 mol AgNO 3 phản ứng và thu được m gam kết tủa, khí thoát ra chỉ chứa các hidrocacbon(không có ankadien) dẫn qua bình đựng dung dịch Br 2 dư thấy khối lượng brom phản ứng là 22,4, đồng thời khối lượng của bình tăng là 5,6 gam.Tiếp tục thấy 4,032 lít hỗn hợp khí T thoát ra có tỉ khối so với H 2 bằng 212/9.Biết rằng đốt cháy 0,42 mol hỗn hợp X trên cần dùng 1,65 mol O 2 Giá trị của m là: A. 8,3. B. 6,4. C. 4,0. D. 9,6. [...]...6, Hỗn hợp X gồm C2H2,C2H6 và C3H6.Đốt cháy hoàn toàn 24,8g hỗn hợp X thu được 28,8g nước.Mặt khác 0,5 mol hỗn hợp này tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 0,625 mol Br2.Khối lượng của C2H2 trong X: A 15,79 B 10,2 C 11 D 9,4 . Ứng dụng độ bất bão hòa giải bài tập hóa hữu cơ (Bài viết được đăng trên Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng) Võ Văn Thiện- Bookgol Đại học Y Dược TP.HCM I. Độ Bất Bão Hòa - Độ bất bão hòa của. trưng cho mức độ không no của phân tử hợp chất hữu cơ. - Độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ là đại lượng đặc trưng cho mức độ không no của phân tử hợp chất hữu cơ.  Độ bất bão hòa thường ký. i a , i b lần lượt là hóa trị, số nguyên tử của nguyên tố thứ i  Ví dụ : Hợp chất 3 4 2 C H O có độ bất bão hòa là 2 (4 2) 3 (1 2) 4 (2 2) 2 2 2 k           II ,Ứng dụng 1.Liên kết