Title Chuyên Đề 63 - CHẤT BÉO- ESTER- LÊ QUẾ- VĨNH PHÚC.docx ✅

1 GV: Lê Quế – Vĩnh Phúc CHUYÊN ĐỀ 63: CHẤT BÉO - ESTER PHẦN A: LÍ THUYẾT I. LIPID VÀ CHẤT BÉO 1. Khái niệm, phân loại và trạng thái tự nhiên. • Lipid là những hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống không hòa tan trong nước nhưng tan trong các dung môi không phân cực như ether, chloroform, ether dâu hỏa, ... Lipid bao gồm chất béo, sáp, steroit, photpholipit, ... chúng đều là các ester phức tạp. Dưới đây ta chỉ xét về chất béo. • Chất béo là triester của glycerol với các acid monocacboxylic có số chẵn nguyên tử carbon (khoảng từ 12C đến 24C) không phân nhánh (acid béo), gọi chung là triglyceride hay triaxylglixerol. Công thức chung của chất béo: Khi thủy phân chất béo thì thu được glycerol và acid béo. Một số acid béo thường gặp là: Acid béo no thường gặp là: C 15 H 31 COOH: CH 3 -[CH 2 ] 14 -COOH (Panmitic acid) CH 3 COOH: CH 3 -[CH 2 ] 16 -COOH (Stearic acid). 2. Tính chất của chất béo a) Tính chất vật lí - Các triglyceride chứa chủ yếu các gốc acid béo no thường là chất rắn (mỡ) ở nhiệt độ phòng. Các triglyceride chứa chủ yếu các gốc acid béo không no thường là chất lỏng (dầu) ở nhiệt độ phòng. Ví dụ: tristearin, t nc = 72°C (rắn); triolein, t nc = - 4°C (lỏng) Chú ý: Các triglyceride không no có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn là vì các gốc acid không no, đặc biệt là dạng cis như oleic acid, không thể xếp chặt khút được trong mạng tinh thể rắn như trường hợp acid no. - Chất béo nhẹ hơn nước và không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ như benzene, xăng, ether,… b) Tính chất hóa học - Phản ứng thủy phân trong môi trường acid: Khi đun nóng chất béo có xúc tác acid, chất béo bị thuỷ phân tạo ra glycerol và các acid béo.
2 - Phản ứng xà phòng hóa: Khi đun nóng chất béo với dung dịch kiềm (KOH hoặc NaOH) thì tạo ra glycerol và hỗn hợp muối của các acid béo. Muối sodium hoặc potassium của các acid béo chính là xà phòng. Phản ứng của chất béo với dung dịch kiềm gọi là phản ứng xà phòng hoá. - Phản ứng hydrogen hóa Chất béo chứa các gốc acid béo không no tác dụng với hydrogen ở nhiệt độ và áp suất cao có Ni xúc tác. Khi đó hydrogen cộng vào nối đôi C=C. 3. Chất giặt rửa a) Khái niệm về chất giặt rửa • Chất giặt rửa là những chất khi dùng cùng với nước thì có tác dụng làm sạch các chất bẩn bám trên các vật rắn mà không gây ra phản ứng hóa học với các chất đó. • Từ xưa, con người đã biết dùng các chất giặt rửa lấy trực tiếp từ thiên nhiên như bồ kết, bồ hòn, ...Trước khi hóa học hữu cơ ra đời, người ta cũng đã biết nấu xà phòng từ dầu mỡ và các chất kiềm. Xà phòng chính là muối hỗn hợp của sodium (hoặc potassium) của các acid béo. Ngày nay người ta còn tổng hợp ra nhiều chất không phải muối sodium (hoặc potassium) của các acid béo, nhưng có tác dụng giặt rửa tương tự như xà phòng. Chúng gọi là các chất giặt rửa tổng hợp và đượcđiều chế thành các loại bột giặt, kem giặt, ... b) Tính chất giặt rửa • Một số khái niệm liên quan - Chất tẩy màu làm sạch các viết màu bẩn nhờ những phản ứng hóa học. Ví dụ: nước Javel, nước chlorine oxygenhóa chất màu thành chất không màu; SO 2 khử chất màu thành không màu. Chất giặt rửa như xà phòng làm sạch các vết bẩn không phải nhờ các phản ứng hóa học (xem mục c). - Chất ưa nước là những chất tan tốt trong nước, chẳng hạn như methanol, ethanol, axetic, muối acetate kim loại kiềm, ... - Chất kị nước là những chất hầu như không tan trong nước, chẳng hạn như hydrocarbon, dẫn xuất halogen, ... Chất kị nước thì lại ưa dầu mỡ, tức là tan tốt vào dầu mỡ. Chất ưa nước thường kị dầu mỡ, tức là không tan trong dầu mỡ. • Đặc điểm cấu trúc phân tử muối sodium của các acid béo
3 Phân tử muối sodium của acid béo gồm một "đầu" ưa nước là nhóm COONa nối với một "đuôi" kị nước, ưa dầu mỡ là nhóm xyCH (thường x  15). Cấu trúc hóa học gồm đầu ưa nước và đuôi ưa dầu mỡ là hình mẫu chung cho "phân tử chất giặt rửa". • Cơ chế hoạt động của chất giặt rửa Lấy trường hợp stearate làm ví dụ, nhóm CH 3 [CH 2 ] 16 -, "đuôi" ưa dầu mỡ của phân tử stearate thâm nhập vào vết bẩn, còn nhóm COONa ưa nước lại có xu hướng kéo ra phía các phân tử nước. Kết quả vết bẩn bị phân chia thành các ( hạt rất nhỏ được giữ chặt bởi các phân tử sodium stearate không bám vào vật rắn nữa mà phân tán vào nước rồi bị rửa trôi. c) Xà phòng • Sản xuất xà phòng - Phương pháp thông thường để sản xuất xà phòng là đun dầu thực vật hoặc mỡ động vật (thường là loại không dùng để ăn) với xút hoặc KOH ở nhiệt độ và áp suất cao. Sau khi phản ứng xà phòng hóa kết thúc, người ta cho thêm NaCl vào và làm lạnh. Xà phòng tách ra khỏi dung dịch được cho thêm phụ gia và thành bánh. Dung dịch còn lại được loại tạp chất, cô đặc rồi li tâm tách muối NaCl để thu lấy glycerol. - Người ta còn sản xuất xà phòng bằng cách oxygenhóa parafin của dầu mỏ nhờ oxygen không khí, ở nhiệt độ cao, có muối manganese xúc tác, rồi trung hòa acid sinh ra bằng NaOH. 20 Mn,t 222RCHCHRORCOOHRCOOH 2 2 RCOOHNaOHRCOONaHO R'COOHNaOHR'COONaHO   - Muối sodium của các acid có phân tử khối nhỏ tan nhiều, còn muối sodium của các phân tử acid phân tử khối lớn không tan trong dung dịch NaCl. Chúng được tách ra dùng làm xà phòng tổng hợp. Xà phòng tổng hợp có tính chất giặt rửa tương tự xà phòng thường. •Thành phần của xà phòng và sử dụng xà phòng - Thành phần chính của xà phòng là các muối sodium (hoặc potassium) của acid béo, thường là sodium stearate (C 17 H 35 COONa), natripanmitat (C 15 H 31 COONa), natrioleat (C 17 H 33 COONa), ... các phụ gia thường có là chất màu, chất thơm. - Xà phòng dùng trong tắm gội, giặt giũ, ... có ưu điểm là không gây hại cho da, cho môi trường (vì dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật có trong thiên nhiên). Xà phòng có nhược điểm là khi dùng với nước cứng (nước chứa nhiều ion Ca 2+ và Mg 2+ ) thì các muối calcium stearate, calcium palmitate ... sẽ kết tủa làm giảm chất lượng giặt rửa và ảnh hưởng đến vải sợi. d) Chất tẩy rửa tổng hợp • Sản xuất chất tẩy rửa tổng hợp - Để đáp ứng nhu cầu to lớn và đa đạng về chất giặt rửa, người ta đã tổng hợp nhiều chất theo hình mẫu "phân tử xà phòng" (từ là gồm đầu phân cực gắn với đuôi dài không phân cực), chúng đều có tính chất giặt rửa tương tự như xà phòng và được gọi là chất giặt rửa tổng hợp. Ví dụ: 3223 10CHCHCHOSONa 322643 10CHCHCHCHOSONa sodium lauryl sulfate sodium đodecylbenzen sunfonate - Chất giặt rửa tổng hợp được điều chế từ các sản phẩm của dầu mỏ. Chẳng hạn, oxygen hóa parafin được carboxylic acid, khử acid thu được alcohol , cho alcohol phản ứng với H 2 SO 4 rồi trung hòa thì được chất giặt rửa loại alkyl sulfate. 2RCOOHRCHOHkhu 24HSONaOH 23RCHOSOH 23RCHOSONa • Thành phần và sử dụng các chế phẩm từ chất giặt rửa tổng hợp
4 - Các chế phẩm như bột giặt, kem giặt ngoài chất rửa tổng hợp, chất thơm, chất màu ra, còn có thể có chất tẩy trắng như sodium hypochlorite, ... Sodium hypochlorite có hại cho da khi giặt bằng tay.. - Ưu điểm của chất giặt rửa tổng hợp là dùng được với nước cứng, vì chúng ít bị kết tủa bởi ion calcium. Những chất giặt rửa tổng hợp có chứa gốc hydrocarbon phân nhánh gây ô nhiễm môi trường, vì chúng không bị các vị sinh vật phân hủy. II. ESTER 1. Cấu tạo phân tử • Ester đơn giản có công thức cấu tạo như sau: R – C – OR’ || O R, R' là gốc hydrocarbon no, không no hoặc thơm (trừ trường hợp ester của acid fomic có R là H) • Ester tạo bởi acid đa chức và alcohol đa chức nmmR(COOH)nR(OH)   24 0mnmn2R(COO)RnmHOHSOñaëc t m mol n mol 1 mol • Ester tạo bởi acid đơn chức và alcohol đa chức   24 0mm2mRCOOHR(OH)(RCOO)RmHOHSOñaëc t m mol 1 mol 1 mol • Ester tạo bởi acid đa chức và alcohol đơn chức nR(COOH)nROH 2402 n RCOORnHOHSOñaëc t 1 mol n mol 1 mol • Ester tạo bởi acid đơn chức và alcohol đơn chức RCOOHROH  24 0 HSOñaëc t 2RCOORHO 1 mol 1 mol 1 mol 2. Cách gọi tên ester Tên gốc hydrocarbon R' + tên anion gốc acid (đuôi "at") Ví dụ: HCOOCH 3 : Methyl formate CH 2 =CHCOOC 6 H 5 : Phenyl acrylate C 6 H 5 COOCH=CH 2 : Vinyl benzoate CH 3 CH 2 CH 2 COOC 2 H 5 : Ethyl butirat C 2 H 5 OCO-CH 2 -COOCH 3 : Ethylmetylmalonat CH 3 OCO-COOCH 3 : Đimethyl oxalate 3. Tính chất vật lí • Giữa các phân tử ester không có liên kết hydrogen vì thế ester có nhiệt độ sôi thấp hơn so với các acid và alcohol có cùng số nguyên tử C. • Các ester thường là những chất lỏng, nhẹ hơn nước, rất ít tan trong nước, có khả năng hòa tan được nhiều chất hữu cơ khác nhau. Những ester có khối lượng phân tử rất lớn có thể ở trạng thái rắn (như mỡ động vật, sáp ong, ...). Các ester thường có mùi thơm dễ chịu, chẳng hạn: - Isoamyl formate HCOOCH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 : Mùi chuối chín. - Benzyl propionate CH 3 CH 2 COOCH 3 C 6 H 5 : Mùi hoa nhài. - Ethyl butirat CH 3 CH 2 CH 2 COOC 2 H 5 : Mùi dứa. - Ethyl isovalerate CH 3 CH(CH 3 )CH 2 COOC 2 H 5 : Mùi táo, - Geranyl acetate CH 3 COOC 10 H 17 : Mùi hoa hồng. 4. Tính chất hóa học