Bài 12: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

I. Công thức phân tử

1. Khái niệm

- Công thức phân tử cho biết thành phần nguyên tố và số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử.

- Ví dụ: Khí butane và propane là khí hóa lỏng được nén trong bình gas, được các gia đình sử dụng để đun nấu, có công thức phân tử là C₄H₁₀ và C₃H₈.

2. Cách biểu diễn công thức phân tử hợp chất hữu cơ

a) Công thức tổng quát:

- Cho biết các nguyên tố có trong phân tử hợp chất hữu cơ.

Ví dụ: C_xH_yO_z (x, y, z là các số nguyên dương) cho biết phân tử chất hữu cơ đã cho chứa ba nguyên tố C, H, O.

b) Công thức đơn giản nhất:

- Cho biết tỉ lệ số nguyên tử cúa các nguyên tố có trong phân tử hợp chất hữu cơ (tỉ lệ các số nguyên tối giản).

Ví dụ: Hợp chất có công thức phân tử là C₂H₄O₂ thì công thức đơn giản nhất là CH₂O.

II. Lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ

1. Xác định phân tử khối bằng phương pháp khổ khối lượng

- Phương pháp phổ khối lượng được sử dụng để xác định khối lượng phân tử các hợp chất hữu cơ.

- Trong máy khối phổ, chất nghiên cứu bị bắn phá bởi một dòng electron tạo ra các mảnh ion.

Ví dụ:

- Mảnh ion [M⁺] được gọi là mảnh ion phân tử. Giá trị m/z của mỗi mảnh ion và hàm lượng của chúng được thể hiện trên phổ khối lượng.

- Đối với các hợp chất đơn giản, thường mảnh có giá trị m/z lớn nhất ứng với mảnh ion phân tử [M⁺] và giá trị này bằng giá trị phân tử khối của chất nghiên cứu.

Ví dụ: Phổ khối lượng của ethanol có peak ion phân tử [C₂H₆O⁺] có giá trị m/z = 46, đúng bằng phân tử khối của chất.

2. Lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ

- Một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là C_xH_yO_z. Thiết lập công thức đơn giản nhất bằng cách lập tỉ lệ x : y : z ở dạng số nguyên tối giản p : q : r.

- Phân tích định lượng, ta được tỉ lệ phần trăm các nguyên tố trong phân tử.

\[x\ :\ y\ :\ z = \ \frac{\% m_{C}}{12,0}\ :\frac{\% m_{H}}{1,0}\ :\frac{\% m_{O}}{16,0} = \ p\ :q\ :\ r\ \]

\(\Rightarrow\) Thiết lập được công thức đơn giản nhất C_pH_qO_r.

- Mối liên hệ giữa công thức phân tử với công thức đơn giản nhất:

C_xH_yO_z = (C_pH_qO_r)_n

Trong đó: x, y, z là các số nguyên dương; p, q, r là các số nguyên tối giản.

- Biết phân tử khối \(\Rightarrow\) giá trị n \(\Rightarrow\) công thức phân tử.

Ví dụ: Hợp chất X có phần trăm khối lượng của carbon, hydrogen, oxygen lần lượt là 54,54%, 9,10% và 36,36%. Khối lượng mol phân tử bằng 88,0 g/mol.

Ta có:

\[x\ :\ y\ :\ z = \ \frac{\% m_{C}}{12,0}\ :\frac{\% m_{H}}{1,0}\ :\frac{\% m_{O}}{16,0} = \frac{54,54}{12,0}\ :\frac{9,10}{1,0}\ :\frac{36,36}{16,0}\]\[= \ 4,55\ :9,10\ :2,27 \approx 2\ :4\ :1\ \]

\(\Rightarrow\) Công thức đơn giản nhất là C₂H₄O.

\(\Rightarrow\) Công thức phân tử có dạng (C₂H₄O)n.

Mà M = 88 g/mol \(\Rightarrow\) n = 2 \(\Rightarrow\) Công thức phân tử của atenol là: C₄H₈O₂.

1. Công thức phân tử cho biết số lượng nguyên tử của mỗi nguyênn tố trong phân tử.

2. Công thức tổng quát cho biết thành phần định tính các nguyên tố.

3. Công thức đơn giản nhất cho biết tỉ lệ số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử (tỉ lệ số nguyên tối giản nhất).

4. Phổ khối lượng được sử dụng để xác định phân tử khối của hợp chất hữu cơ.

5. Lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_z):

+ Công thức đơn giản nhất: C_pH_qO_r.

+ C_xH_yO_z = (C_pH_qO_r)_n 

(p, q, r là các số nguyên tối giản; x, y, z, n là các số nguyên dương).