Bài 12: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

1. Kiến thức trọng tâm

Công thức phân tử cho biết số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong một phân tử hợp chất hữu cơ, ví dụ $C_2H_6O$ là công thức phân tử của ethanol và dimethyl ether. Công thức đơn giản nhất (công thức thực nghiệm) cho tỉ lệ tối giản số nguyên tử các nguyên tố trong phân tử. Công thức phân tử là bội số nguyên của công thức đơn giản nhất.

Để xác định công thức phân tử, trước hết cần xác định thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố bằng phân tích nguyên tố. Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ, carbon chuyển thành $CO_2$, hydrogen chuyển thành $H_2O$, nitrogen chuyển thành $N_2$. Từ khối lượng các sản phẩm, tính được khối lượng từng nguyên tố, từ đó suy ra phần trăm khối lượng và tỉ lệ số mol các nguyên tố.

Kết hợp khối lượng mol phân tử từ phổ khối lượng để suy ra công thức phân tử.

Phổ khối lượng (MS) cho biết khối lượng mol phân tử thông qua giá trị $m/z$ của ion phân tử.

2. Ví dụ minh họa

Đốt cháy hoàn toàn $4,6$ gam hợp chất hữu cơ X thu được $8,8$ gam $CO_2$ và $5,4$ gam $H_2O$. Biết $M_X = 46$. Xác định công thức phân tử của X.

Lời giải: số mol $CO_2$ là $8,8 / 44 = 0,2$ mol, suy ra X chứa $0,2$ mol C, tương ứng $2,4$ gam. Số mol $H_2O$ là $5,4 / 18 = 0,3$ mol, suy ra X chứa $0,6$ mol H, tương ứng $0,6$ gam. Khối lượng oxygen trong X là $4,6 - 2,4 - 0,6 = 1,6$ gam, tương ứng $0,1$ mol O. Tỉ lệ $C : H : O = 0,2 : 0,6 : 0,1 = 2 : 6 : 1$, công thức đơn giản nhất là $C_2H_6O$. Vì $M_X = 46$ đúng bằng khối lượng của $C_2H_6O$ nên công thức phân tử của X là $C_2H_6O$.

3. Ghi nhớ

Công thức đơn giản nhất cho tỉ lệ tối giản, công thức phân tử cho số nguyên tử thực trong phân tử. Phân tích nguyên tố qua phản ứng đốt cháy cho tỉ lệ $C : H : O : N$. Kết hợp với khối lượng mol phân tử từ phổ khối lượng để suy ra công thức phân tử.