Bài 8: Hợp chất hữu cơ và hoá học hữu cơ

I. Hợp chất hữu cơ và hóa học hữu cơ

1. Khái niệm

- Hợp chất hữu cơ là hợp chất của carbon (trừ một số các hợp chất như carbon monoxide, carbon dioxide, muối carbonate, cyanite, carbide,...).

- Hóa học hữu cơ là ngành hóa học chuyên nghiên cứu các hợp chất hữu cơ.

2. Đặc điểm chung của các hợp chất hữu cơ

Các hợp chất hữu cơ có đặc điểm chung sau đây:

- Thành phần phân tử nhất thiết phải chứa nguyên tố carbon, thường có hydrogen, oxygen, nitrogen, halogen, sulfur, phosphorus,...

- Liên kết hóa học chủ yếu là liên kết cộng hóa trị. Các nguyên tử carbon không những có khả năng liên kết với nguyên tử các nguyên tố khác mà còn có thể liên kết với nhau tạo thành mạch carbon.

- Nhiệt độ nóng chảy thấp, nhiệt độ sôi thấp (dễ bay hơi) và thường không tan hoặc ít tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ.

- Dễ cháy, kém bền với nhiệt nên dễ bị phân hủy.

- Phản ứng của các hợp chất hữu cơ thường xảy ra chậm, theo chiều hướng và tạo ra hỗn hợp các sản phẩm. Để tăng tốc độ phản ứng thường cần đun nóng và có xúc tác.

II. Phân loại hợp chất hữu cơ

Dựa vào thành phần nguyên tố, hợp chất hữu cơ có thể phân thành hai loại: hydrocarbon và dẫn xuất của hydrocarbon.

- Hydrocarbon là những hợp chất được tạo thành chỉ từ hai nguyên tố carbon và hydrogen. 

- Dẫn xuất của hydrocarbon thu được khi một hay nhiều nguyên tử hydrogen trong phân tử hydrocarbon được thay thế bằng một hay nhiều nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác (thường chứa oxygen, nitrogen, sulfur, halogen,...). Dẫn xuất của hydrocarbon được phân thành nhiều loại:

III. Nhóm chức trong phân tử hợp chất hữu cơ

1. Khái niệm

- Nhóm chức là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong phân tử gây ra những tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất hữu cơ.

Ví dụ: Dimetyl ether (H₃C − O − CH₃) và ethanol (C₂H₅ – OH) có cùng công thức phân tử C₂H₆O nhưng có các tính chất khác nhau. Dimethyl ether không phản ứng với sodium, trong khi ethanol phản ứng với sodium giải phóng hydrogen.

2C₂H₅OH + 2Na \(\rightarrow\) 2C₂H₅ONa + H₂

Nhóm – OH đã gây ra các phản ứng đặc trưng, phân biệt ethanol với dimethyl ether và với các hợp chất khác nên nhóm – OH được gọi là nhóm chức alcohol.

2. Một số loại nhóm chức cơ bản

3. Phổ hồng ngoại và nhóm chức

- Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy, được viết tắt là IR) là phương pháp vật lí rất quan trọng và phổ biến để nghiên cứu cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ.

- Mỗi liên kết trong phân tử hợp chất hữu cơ hấp thụ một vài bức xạ hồng ngoại đặc trưng cho liên kết đó.

- Phổ hồng ngoại của một chất được máy phổ ghi lại tự động khi cho nguồn bức xạ hồng ngoại đi qua chất nghiên cứu. Phổ hồng ngoại thường biểu thị sự phụ thuộc của độ truyền qua (%) của bức xạ hồng ngoại vào số sóng (cm^-1). Các cực tiểu truyền qua (hoạc cực đại hấp thụ) ứng với dao động của các liên kết trong phân tử chất nghiên cứu gọi là các tín hiệu (hoặc peak). Dựa vào các số sóng hấp thụ đặc trưng trên phổ IR có thể dự đoán nhóm chức trong phân tử chất nghiên cứu.

1. Hợp chất của carbon là hợp chất hữu cơ (trừ một số các hợp chất như carbon monoxide, muối carbonate, cyanide, carbide,...).

2. Liên kết hóa học trong hợp chất hữu cơ thường là liên kết cộng hóa trị; nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp và thường không tan hoặc ít tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ.

3. Hợp chất hữu cơ dễ cháy, dễ bị nhiệt phân hủy, các phản ứng thường xảy ra chậm, theo chiều hướng và tạo ra hỗn hợp các sản phẩm.

4. Hợp chất hữu cơ được chia làm hai loại: hydrocarbon và dẫn xuất của hydrocarbon.

5. Nhóm chức là nguyên tử hoặc nhóm của nguyên tử gấy ra những tính chất hóa học đặc trưng của phân tử hợp chất hữu cơ.

6. Phổ hồng ngoại thường được sử dụng để xác định sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử hợp chất hữu cơ.