Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩

Carboxylic acids and derivatives · ⁨Axit cacboxylic và dẫn xuất⁩

A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · Topic 33 · ⁨Chủ đề 33⁩

Video lesson for this topic · ⁨Bài học video cho chủ đề này⁩ Open the video page · ⁨Mở trang video⁩
8:08

Acid carboxylic & Derivative (A2)

Mở tủ thuốc và lấy một gói aspirin. Viên thuốc đó là một ester. Ở AS, bạn gặp một nhóm nhỏ: nhóm carboxyl. Ở A2, nó trở thành ba nhóm mới…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp⁩

33.1

Carboxylic acids · ⁨Axit cacboxylic⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. recall the reaction by which benzoic acid can be produced: (a) reaction of an alkylbenzene with hot alkaline $\text{KMnO}_4$ and then dilute acid, exemplified by methylbenzene
  2. describe the reaction of carboxylic acids with $\text{PCl}_3$ and heat, $\text{PCl}_5$ or $\text{SOCl}_2$ to form acyl chlorides
  3. recognise that some carboxylic acids can be further oxidised: (a) the oxidation of methanoic acid, $\text{HCOOH}$, with Fehling’s reagent or Tollens’ reagent or acidified $\text{KMnO}_4$ or acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ to carbon dioxide and water (b) the oxidation of ethanedioic acid, $\text{HOOCCOOH}$, with warm acidified $\text{KMnO}_4$ to carbon dioxide
  4. describe and explain the relative acidities of carboxylic acids, phenols and alcohols
  5. describe and explain the relative acidities of chlorine-substituted carboxylic acids
Tiếng Việt
  1. ghi nhớ phản ứng tạo ra axit benzoic: (a) phản ứng giữa một alkylbenzene với $\text{KMnO}_4$ kiềm nóng sau đó là axit loãng, minh họa bằng methylbenzene
  2. mô tả phản ứng của axit cacboxylic với $\text{PCl}_3$ và nhiệt, $\text{PCl}_5$ hoặc $\text{SOCl}_2$ để tạo thành acyl clorua
  3. nhận biết rằng một số axit cacboxylic có thể bị oxy hóa tiếp: (a) sự oxy hóa của axit metanoic, $\text{HCOOH}$, với dung dịch Fehling hoặc dung dịch Tollens hoặc $\text{KMnO}_4$ có axit hoặc $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ có axit thành carbon dioxide và nước (b) sự oxy hóa của axit etanđioic, $\text{HOOCCOOH}$, với $\text{KMnO}_4$ có axit ấm thành carbon dioxide
  4. mô tả và giải thích độ axit tương đối của axit cacboxylic, phenol và ancol
  5. mô tả và giải thích độ axit tương đối của các axit cacboxylic thay thế bằng clo

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

Making and reacting

  • an alkylbenzene 烷基苯 (such as methylbenzene) is oxidised by hot alkaline $\text{KMnO}_4$, then dilute acid, to give benzoic acid 苯甲酸. The whole side-chain becomes a $\text{–COOH}$ group.
  • a carboxylic acid reacts with $\text{PCl}_3$ and heat, $\text{PCl}_5$, or $\text{SOCl}_2$ to form an acyl chloride 酰氯.

Acids that can be oxidised further

Two carboxylic acids 羧酸 are special because they can still be oxidised:

  • methanoic acid ($\text{HCOOH}$) is oxidised by Fehling's or Tollens' reagent, or acidified $\text{KMnO}_4$ / $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, to carbon dioxide and water.
  • ethanedioic acid ($\text{HOOCCOOH}$) is oxidised by warm acidified $\text{KMnO}_4$ to carbon dioxide.

Relative acidities

The acidity 酸性 order is:

$$\text{alcohol} < \text{phenol} < \text{carboxylic acid}$$

A carboxylic acid is the strongest because, when it loses $\text{H}^+$, the negative charge is spread over two oxygen atoms, making the ion very stable. In a phenol 苯酚 the charge spreads only into the ring, and in an alcohol 醇 (giving $\text{RO}^-$) it is not spread at all.

Chlorine atoms make a carboxylic acid more acidic. Chlorine is electron-withdrawing 吸电子: through the inductive effect 诱导效应 it pulls electron density away, helping to spread the negative charge and stabilise the ion. So more chlorine atoms (closer to the $\text{–COOH}$) give a stronger acid.

Tiếng Việt

Quýt nguyên vẹn và cắt đôi *Trái cây họ cam chanh có vị chua vì chúng chứa axit citric, một axit cacboxylic

Điều chế và phản ứng

  • một alkylbenzene (như methylbenzene) bị oxy hóa bởi $\text{KMnO}_4$ kiềm nóng, sau đó axit loãng, để tạo ra axit benzoic. Toàn bộ nhánh bên trở thành nhóm $\text{–COOH}$.
  • một axit cacboxylic phản ứng với $\text{PCl}_3$ và nhiệt độ, $\text{PCl}_5$, hoặc $\text{SOCl}_2$ để tạo thành acyl chloride.
KMnO4 nóng oxy hóa nhánh methyl trên vòng thành nhóm COOH, tạo axit benzoic
KMnO4 nóng oxy hóa nhánh methyl thành nhóm COOH

Các axit có thể oxy hóa thêm

Hai axit cacboxylic là đặc biệt vì chúng vẫn có thể bị oxy hóa:

  • acid methanoic ($\text{HCOOH}$) bị oxy hóa bởi thuốc thử Fehling hoặc Tollens, hoặc dung dịch $\text{KMnO}_4$ / $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ có axit, thành carbon dioxide và nước.
  • axit etanedioic ($\text{HOOCCOOH}$) bị oxy hóa bởi $\text{KMnO}_4$酸化 ấm thành carbon dioxide.

Độ axit tương đối

Thứ tự độ axit là:

$$\text{alcohol} < \text{phenol} < \text{carboxylic acid}$$

Một axit cacboxylic mạnh nhất vì khi nó mất $\text{H}^+$, điện tích âm được phân tán trên hai nguyên tử oxy, làm cho ion rất ổn định. Trong một phenol, điện tích chỉ lan vào vòng, và trong một ancol (tạo $\text{RO}^-$), nó không được phân tán chút nào.

Thang ba tầng từ ancol ở dưới cùng đến phenol rồi axit cacboxylic ở trên cùng, mỗi loại hiển thị cách anion của nó phân tán điện tích âm
Độ axit tăng từ ancol đến phenol rồi axit cacboxylic: càng nhiều điện tích âm trên bazơ liên hợp được phân tán thì ion càng ổn định và axit càng mạnh

Các nguyên tử clo làm cho axit cacboxylic mạnh hơn về mặt axit. Clo là hút electron: thông qua hiệu ứng cảm ứng nó kéo mật độ electron đi, giúp phân tán điện tích âm và ổn định ion. Vì vậy, càng nhiều nguyên tử clo (càng gần với $\text{–COOH}$) thì axit càng mạnh.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Carboxylic acid A2 map · ⁨Sơ đồ Axit cacboxylic A2⁩

Follow carboxylic acids through acyl derivatives and salts. · ⁨Đi qua các axit cacboxylic thông qua dẫn xuất acyl và muối.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
alkylbenzene/ˈælkɪlbenziːn/ alkylbenzen
benzoic acid/benˈzəʊɪk ˈæsɪd/ benzoic acid
acyl chloride/əˈkɪl ˈklɔːraɪd/ acyl chloride
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ acid carboxylic
acidity/æˈsɪdɪti/ tính axit
phenol/ˈfenɒl/ phenol
alcohol/ˈælkəhɒl/ ancol
electron-withdrawing/ɪˈlektrɒn wɪθˈdrɔːɪŋ/ rút electron
inductive effect/ɪnˈdʌktɪv ɪˈfekt/ hiệu ứng cảm ứng
33.2

Esters · ⁨Ester⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. recall the reaction by which esters can be produced: (a) reaction of alcohols with acyl chlorides using the formation of ethyl ethanoate and phenyl benzoate as examples
Tiếng Việt
  1. ghi nhớ phản ứng tạo ra ester: (a) phản ứng giữa ancol với acyl clorua, lấy việc tạo ethyl ethanoate và phenyl benzoate làm ví dụ

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

An alcohol (or phenol) reacts with an acyl chloride at room temperature to give an ester 酯 and $\text{HCl}$. Examples are ethyl ethanoate (from ethanol) and phenyl benzoate (from phenol).

Tiếng Việt

Một ancol (hoặc phenol) phản ứng với acyl chloride ở nhiệt độ phòng để tạo ra ester và $\text{HCl}$. Ví dụ là ethyl ethanoate (từ ethanol) và phenyl benzoate (từ phenol).

Một lọ viên nén aspirin
Aspirin là một ester, được tạo ra từ axit salicylic
Explore · ⁨Khám phá⁩

Ester A2 reaction map · ⁨Sơ đồ phản ứng Ester A2⁩

Compare ester formation, hydrolysis and transesterification routes. · ⁨So sánh các con đường tạo ester, thủy phân và transesterification.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
ester/ˈestə/ ester
33.3

Acyl chlorides

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. recall the reactions (reagents and conditions) by which acyl chlorides can be produced: (a) reaction of carboxylic acids with $\text{PCl}_3$ and heat, $\text{PCl}_5$ or $\text{SOCl}_2$
  2. describe the following reactions of acyl chlorides: (a) hydrolysis on addition of water at room temperature to give the carboxylic acid and $\text{HCl}$ (b) reaction with an alcohol at room temperature to produce an ester and $\text{HCl}$ (c) reaction with phenol at room temperature to produce an ester and $\text{HCl}$ (d) reaction with ammonia at room temperature to produce an amide and $\text{HCl}$ (e) reaction with a primary or secondary amine at room temperature to produce an amide and $\text{HCl}$
  3. describe the addition–elimination mechanism of acyl chlorides in reactions in 33.3.2(a)–(e)
  4. explain the relative ease of hydrolysis of acyl chlorides, alkyl chlorides and halogenoarenes (aryl chlorides)
Tiếng Việt
  1. ghi nhớ các phản ứng (tác nhân và điều kiện) tạo acyl clorua: (a) phản ứng giữa axit cacboxylic với $\text{PCl}_3$ và nhiệt, $\text{PCl}_5$ hoặc $\text{SOCl}_2$
  2. mô tả các phản ứng sau của acyl chloride: (a) thủy phân khi thêm nước ở nhiệt độ phòng để tạo axit cacboxylic và $\text{HCl}$ (b) phản ứng với ancol ở nhiệt độ phòng để tạo este và $\text{HCl}$ (c) phản ứng với phenol ở nhiệt độ phòng để tạo este và $\text{HCl}$ (d) phản ứng với amoniac ở nhiệt độ phòng để tạo amid và $\text{HCl}$ (e) phản ứng với amin sơ cấp hoặc thứ cấp ở nhiệt độ phòng để tạo amid và $\text{HCl}$
  3. mô tả cơ chế cộng - loại trừ của acyl clorua trong các phản ứng ở 33.3.2(a)–(e)
  4. giải thích mức độ dễ dàng thủy phân tương đối của acyl clorua, alkyl clorua và halogenoarene (aryl clorua)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

Acyl chlorides are made from carboxylic acids (with $\text{PCl}_3$, $\text{PCl}_5$ or $\text{SOCl}_2$). They are very reactive. At room temperature they react with:

Reactant Product (plus $\text{HCl}$)
water the carboxylic acid
an alcohol an ester
phenol an ester
ammonia 氨 an amide 酰胺
a primary or secondary amine 胺 an amide

The addition–elimination mechanism

All these reactions follow an addition–elimination 加成消去 mechanism: a nucleophile first adds to the slightly positive carbonyl carbon, then $\text{HCl}$ is eliminated.

Ease of hydrolysis

Compare how easily three chlorides react with water (hydrolysis 水解):

$$\text{acyl chloride} \gg \text{alkyl chloride} \gg \text{aryl chloride}$$

An acyl chloride reacts violently with cold water; an alkyl chloride reacts slowly; an aryl chloride (halogenoarene) does not react, because its C–Cl bond is strengthened by the ring.

Worked example. Ethanoyl chloride reacts violently with cold water, while ethyl ethanoate needs prolonged reflux with acid or alkali. Explain the difference. Both are attacked at the carbonyl carbon, so compare how open that carbon is to attack and how good the leaving group is. In ethanoyl chloride the chlorine is strongly electronegative and withdraws electrons, making the carbonyl carbon much more $\delta+$ and so far more open to a nucleophile; and $\text{Cl}^{-}$, the anion of a strong acid, is a good leaving group. In the ester the $\text{–OR}$ oxygen donates a lone pair into the carbonyl, reducing that $\delta+$ charge, and $\text{RO}^{-}$ is a poor leaving group. So the acyl chloride hydrolyses far more easily. Argue from both the $\delta+$ on the carbon and the leaving group: either one alone is usually only half the marks.

Tiếng Việt

Acyl chlorides được tạo ra từ axit cacboxylic (với $\text{PCl}_3$, $\text{PCl}_5$ hoặc $\text{SOCl}_2$). Chúng rất phản ứng. Ở nhiệt độ phòng chúng phản ứng với:

Chất tham gia Sản phẩm (cùng với $\text{HCl}$)
nước axit cacboxylic
một ancol một este
phenol một este
ammonia một amide
một amine sơ cấp hoặc thứ cấp một amide
Acyl chloride ở trung tâm với các mũi tên chỉ đến sản phẩm của nó với nước, ancol, phenol, ammonia và một amine
Acyl chlorides rất phản ứng: với nước, ancol, phenol, ammonia hoặc một amine, chúng tạo ra sản phẩm được ghi nhãn cùng HCl

Cơ chế cộng - loại bỏ

Tất cả các phản ứng này tuân theo cơ chế cộng - loại bỏ: một nucleophile trước tiên cộng vào carbon carbonyl hơi dương, sau đó $\text{HCl}$ bị loại bỏ.

Cơ chế acyl chloride: một nucleophile cộng vào carbon carbonyl để tạo trung gian tứ diện, sau đó mất Cl như HCl
Cộng - loại bỏ: nucleophile cộng vào $\delta+$ carbon carbonyl, sau đó C=O tái hình thành và Cl$^-$ rời đi như HCl

Ease of hydrolysis

So sánh mức độ dễ dàng mà ba loại chloride phản ứng với nước (thủy phân):

$$\text{acyl chloride} \gg \text{alkyl chloride} \gg \text{aryl chloride}$$

Một acyl chloride phản ứng mãnh liệt với nước lạnh; một alkyl chloride phản ứng chậm; một aryl chloride (halogenoarene) không phản ứng, vì liên kết C–Cl của nó được củng cố bởi vòng.

Ví dụ minh họa. Ethanoyl chloride phản ứng mãnh liệt với nước lạnh, trong khi ethyl ethanoate cần đun回流 lâu dài với axit hoặc kiềm. Giải thích sự khác biệt. Cả hai đều bị tấn công tại carbon carbonyl, nên hãy so sánh xem carbon đó mở cửa cho tấn công thế nào và nhóm rời đi tốt thế nào. Trong Ethanoyl chloride, clo có điện âm tính mạnh và rút electrons, khiến carbon carbonyl mang $\delta+$ lớn hơn nhiều và do đó mở cửa hơn cho nucleophile; và $\text{Cl}^{-}$, anion của một axit mạnh, là nhóm rời tốt. Trong ester, $\text{–OR}$ oxygen cho một cặp electron tự do vào carbonyl, làm giảm $\delta+$ điện tích đó, và $\text{RO}^{-}$ là nhóm rời kém. Vì vậy acyl chloride thủy phân dễ dàng hơn nhiều. Lập luận từ cả hai phía $\delta+$ trên carbon và nhóm rời đi: mỗi yếu tố riêng lẻ thường chỉ nhận được một nửa điểm số.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Acyl chloride reaction map · ⁨Sơ đồ phản ứng Acyl chloride⁩

Follow why acyl chlorides are reactive acylating agents. · ⁨Tìm hiểu lý do tại sao acyl chloride là tác nhân acyl hóa hoạt động.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
ammonia/æˈməʊnɪə/ amoniac
amide/əˈmaɪd/ amide
amine/ˈæmaɪn/ amin
addition–elimination/əˈdɪʃn ɪˌlɪmɪˈneɪʃn/ thêm vào – loại bỏ
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ thủy phân
33.3

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

English
  • Acyl chlorides are very reactive — learn their products with water (HCl), alcohols (esters), ammonia (amides) and amines.
  • Reactivity order of derivatives: acyl chloride > ester > amide.
  • Acid strength: electron-withdrawing groups (e.g. Cl) increase it — explain via the carboxylate ion.
Tiếng Việt
  • Acyl chlorides rất phản ứng — học các sản phẩm của chúng với nước (HCl), ancols (esters), ammonia (amides) và amines.
  • Thứ tự phản ứng của dẫn xuất: acyl chloride > ester > amide.
  • Độ mạnh axit: các nhóm hút electron (ví dụ: Cl) tăng độ mạnh — giải thích thông qua ion carboxylate.

Interactive lessons on this topic · ⁨Bài học tương tác về chủ đề này⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.⁩

Past Papers · ⁨Đề thi cũ⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP