Tại sao este không có liên kết hiđro

Trong hóa học, este là một hợp chất hóa học được sinh ra từ một acid [hữu cơ hoặc vô cơ], trong đó, ít nhất một nhóm LIPOH [hydroxyl] được thay bằng nhóm alkyl [kiềm].[1] Thông thường, este được cấu tạo từ acid carboxylic và alcohol. Glyceride, este acid béo của glycerol, là loại este rất quan trọng trong sinh học. Glyceride cũng là một loại lipid phổ biến và có mặt trong chất béo động vật và dầu thực vật. Este có trọng lượng phân tử thấp và thường được sử dụng làm nước hoa. Ngoài ra, este cũng được tìm thấy trong các loại tinh dầu và pheromone. Phosphoester tạo nên mạch khung của phân tử DNA. Các este nitrat, chẳng hạn như nitroglycerin, là thành phần của thuốc nổ. Polyester lại là những chất dẻo quan trọng; trong polyester, các đơn phân được liên kết bởi các gốc este. Este thường có mùi thơm và được coi là dung môi tốt cho rất nhiều các chất dẻo, chất hóa dẻo, nhựa cây và sơn mài.[2] Đây cũng đồng thời là một trong chất bôi trơn tổng hợp lớn nhất trên thị trường.[3]

Tên gốc hydrocarbon của alcohol [yl] + Tên gốc acid [at]

Nếu rượu có tên riêng thì không cần biến đổi đuôi.

Có bốn loại este:

1. Este của acid đơn chức và alcohol đơn chức.
2. Este của acid đa chức và alcohol đơn chức. Loại này lại có thể chia thành các nhóm là este trung hòa và este axit.
3. Este của acid đơn chức và alcohol đa chức.
4. Este của acid đa chức và alcohol đa chức [ít gặp].

Este của các loại rượu đơn chức và acid đơn chức [với số nguyên tử cacbon không lớn lắm] thường là các chất lỏng, dễ bay hơi, có mùi thơm dễ chịu của các loại hoa quả khác nhau.

Nhiệt độ sôi của este so với acid có cùng công thức phân tử thấp hơn rất nhiều vì không có sự tạo thành liên kết hiđrô. Tính tan của este: tan ít trong nước.

Các este có một số tính chất chung như:

1. Thủy phân trong môi trường axít [phản ứng thuận nghịch]: RCOOR′ + H2O [H+] ↔ RCOOH + R′OH
2. Thủy phân trong môi trường kiềm hay còn gọi là phản ứng xà phòng hóa. RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH

Một số tính chất riêng:

1. Este của acid formic: HCOOR có tính chất của một aldehyde.
2. Este của phenol bị thủy phân trong môi trường kiềm không tạo ra rượu. Ví dụ: CH3COOC6H5 + 2 NaOH → CH3COONa + C6H5ONa + H2O
3. Este của các rượu có liên kết pi khi thủy phân có thể tạo ra aldehyde hoặc keton. Ví dụ: CH3COOCH=CH2 + H2O → CH3COOH + CH3CHO
4. Este không no có phản ứng cộng và trùng hợp như hydrocarbon không no. Ví dụ phản ứng điều chế thủy tinh hữu cơ: nCH2=C[CH3]–COOCH3 → [CH2=C[CH3]–COOCH3] [plexiglass]

Đây là phản ứng trùng hợp với điều kiện về nhiệt độ, xúc tác thích hợp cùng áp suất cao.

Este có thể bị khử bằng hydro:

RCOOR’ + H2 -> R’-H + R-H + CO/CO2/H2O [Mo-Ni/Co-Mo trên nền alumina, to,p]

Đây là bản chất của quá trình tái chế dầu ăn/mỡ động vật thành nhiên liệu.

Có thể điều chế este bằng phản ứng giữa rượu đơn chức hoặc đa chức với axit hữu cơ đơn chức hoặc đa chức. Phản ứng này được gọi là phản ứng este hóa. Ngoài ra còn có thể dùng axit tác dụng với ankin hoặc cũng có thể cho phenol cộng với anhiđrit axit.

Công thức tổng quát phản ứng este hoá giữa rượu và axit cacboxylic [Phản ứng thuận nghịch, điều kiện: H2SO4 đặc, to]

1. R[COOH]x + xR'OH R[COOR']x + xH2O
2. yR[COOH]x + xR'[OH]y Ry[COO]xyR'x + xyH2O
3. xRCOOH + R'[OH]x R'[OOCR]x + xH2O

Ví dụ:

Mùi của một số este thông dụng

1. Isoamyl axetat có mùi dầu chuối.
2. Amyl fomat có mùi mận.
3. Metyl salicylat có mùi dầu gió.
4. Etyl Isovalerat có mùi táo.
5. Etyl butirat và Etyl propionat có mùi dứa.
6. Geranyl axetat có mùi hoa hồng.
7. Metyl 2-aminobenzoat có mùi hoa cam.
8. Benzyl axetat có mùi thơm hoa nhài

1. ^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "esters". Toàn văn bản Giản Lược Thuật Ngữ Hoá Học.
2. ^ Cameron Wright [1986]. A worker's guide to solvent hazards. The Group. tr. 48.
3. ^ E. Richard Booser [ngày 21 tháng 12 năm 1993]. CRC Handbook of Lubrication and Tribology, Volume III: Monitoring, Materials, Synthetic Lubricants, and Applications. CRC. tr. 237. ISBN 978-1-4200-5045-5.

[[1]]

Liên kết hydro [thường được viết tắt không chính thức là liên kết H] là lực hút tĩnh điện chủ yếu giữa nguyên tử hydro [H] liên kết cộng hóa trị với một nguyên tử hoặc nhóm có độ âm điện cao hơn, đặc biệt là các nguyên tố bậc hai nitơ [N], oxy [O], hoặc flo [F] Cách nguyên tố cho điện tử tới liên kết hydro [Dn] và một nguyên tử có độ âm điện khác mang một cặp electron đơn độc - nguyên tố nhận điện tử [Ac]. Một hệ thống tương tác như vậy thường được ký hiệu là Dn–H···Ac, trong đó đường liền nét biểu thị một liên kết cộng hóa trị hoàn toàn và đường chấm chấm hoặc nét đứt cho biết đây là liên kết hydro. Việc sử dụng ba chấm ở giữa cho liên kết hydro được IUPAC đặc biệt khuyến nghị.[4] Có một thỏa thuận chung rằng thực sự có một thành phần cộng hóa trị nhỏ trong liên kết hydro, đặc biệt là đối với các liên kết hydro trung bình đến mạnh [> 5 kcal/mol], mặc dù tầm quan trọng của hóa trị trong liên kết hydro còn đang được tranh luận. Ở phía đối diện của thang đo, không có ranh giới rõ ràng giữa liên kết hydro yếu và tương tác van der Waals [ví dụ, lưỡng cực - lưỡng cực].

Liên kết hydro có thể là liên phân tử [xảy ra giữa các phân tử riêng biệt] hoặc nội phân tử [xảy ra giữa các phần của cùng một phân tử].[5][6][7] Tùy thuộc vào bản chất của các nguyên tử người cho và người nhận tạo thành liên kết, hình học và môi trường của chúng, năng lượng của liên kết hydro có thể thay đổi trong khoảng từ 1 đến 40 kcal / mol.[8] Điều này làm cho chúng mạnh hơn một chút so với tương tác van der Waals và yếu hơn so với liên kết cộng hóa trị hoặc ion hoàn toàn. Loại liên kết này có thể xảy ra trong các phân tử vô cơ như nước và trong các phân tử hữu cơ như DNA và protein.

Liên kết hydro chịu trách nhiệm cho nhiều tính chất vật lý và hóa học dị thường của các hợp chất N, O và F. Đặc biệt, liên kết hydro liên phân tử chịu trách nhiệm cho điểm sôi cao của nước [100   °C] so với các hydride nhóm 16 khác có liên kết hydro yếu hơn nhiều.[9] Liên kết hydro nội phân tử chịu trách nhiệm một phần cho cấu trúc bậc hai và bậc ba của protein và axit nucleic. Nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong cấu trúc của các polyme, cả tổng hợp và tự nhiên.

Các liên kết hydro yếu hơn [10] được biết đến với các nguyên tử hydro liên kết với các nguyên tố như lưu huỳnh [S] hoặc clo [Cl]; thậm chí carbon [C] có thể đóng vai trò là một nguyên tử cho electron, đặc biệt khi carbon hoặc một trong những nguyên tố láng giềng của nó có độ âm điện [ví dụ, trong cloroform, aldehyd và acetylen cuối].[11][12] Dần dần, người ta đã nhận ra rằng có nhiều ví dụ về liên kết hydro yếu hơn liên quan đến nguyên tố cho điện tử khác ngoài N, O, hoặc F và/hoặc nguyên tố nhận Ac với độ âm điện tiếp cận với hydro [chứ không phải là độ âm điện lớn hơn nhiều]. Mặc dù các tương tác liên kết hydro "phi truyền thống" này thường khá yếu [~ 1 kcal/mol], nhưng chúng cũng có mặt khắp nơi và ngày càng được công nhận là các yếu tố kiểm soát quan trọng trong tương tác phối tử thụ thể trong hóa dược hoặc tương tác giữa các phân tử trong vật liệu khoa học. Định nghĩa về liên kết hydro đã dần dần mở rộng theo thời gian để bao gồm các tương tác hấp dẫn yếu hơn này. Năm 2011, một nhóm nhiệm vụ IUPAC đã đề xuất một định nghĩa dựa trên bằng chứng hiện đại về liên kết hydro, được công bố trên tạp chí IUPAC Pure and Application Chemistry. Định nghĩa này quy định:

The hydrogen bond is an attractive interaction between a hydrogen atom from a molecule or a molecular fragment X–H in which X is more electronegative than H, and an atom or a group of atoms in the same or a different molecule, in which there is evidence of bond formation.[13]

Là một phần của danh sách các tiêu chí chi tiết hơn, ấn phẩm IUPAC thừa nhận rằng sự tương tác hấp dẫn có thể phát sinh từ một số sự kết hợp của tĩnh điện [tương tác đa cực và đa cực tạo đa cực], cộng hóa trị [chuyển điện tích bằng cách chồng chéo quỹ đạo điện tử] và phân tán [lực London], và nói rằng tầm quan trọng tương đối của mỗi loại liên kết sẽ khác nhau tùy thuộc vào hệ thống. Tuy nhiên, một chú thích cho tiêu chí khuyến nghị loại trừ các tương tác trong đó phân tán là tác nhân đóng góp chính, đặc biệt đưa Ar --- CH4 và CH4 --- CH4 làm ví dụ về các tương tác đó được loại trừ khỏi định nghĩa trên.[4]

Tuy nhiên, hầu hết các sách giáo khoa giới thiệu vẫn hạn chế định nghĩa liên kết hydro với loại liên kết hydro "cổ điển" được đặc trưng trong đoạn mở đầu.

Một nguyên tử hydro gắn liền với một nguyên tử tương đối có độ âm là người cho liên kết hydro.[15] Liên kết CH chỉ tham gia vào liên kết hydro khi nguyên tử carbon liên kết với các nhóm thế điện tử, như trường hợp của cloroform, CHCl3.[16] Trong một liên kết hydro, nguyên tử âm điện không liên kết cộng hóa trị với hydro được đặt tên là chất nhận proton, trong khi đó liên kết cộng hóa trị với hydro được đặt tên là chất cho proton. Mặc dù danh pháp này được IUPAC [4] khuyến nghị, nhưng nó có thể gây hiểu nhầm, vì trong các liên kết chấp nhận của nhà tài trợ khác, việc gán nhà tài trợ / chấp nhận dựa trên nguồn của cặp electron [danh pháp đó cũng được sử dụng cho liên kết hydro tác giả [8]]. Trong các nhà tài trợ liên kết hydro, trung tâm H là protic. Các nhà tài trợ là một axit Lewis. Các liên kết hydro được biểu diễn dưới dạng hệ thống H···Y, trong đó các chấm đại diện cho liên kết hydro. Các chất lỏng cho thấy có liên kết hydro [như nước] được gọi là chất lỏng liên quan.

Liên kết hydro thường được mô tả là tương tác lưỡng cực tĩnh điện - lưỡng cực. Tuy nhiên, nó cũng có một số tính năng của liên kết cộng hóa trị: đó là có định hướng và mạnh, tạo ra khoảng cách tương tác ngắn hơn tổng của bán kính van der Waals và thường liên quan đến một số đối tác tương tác hạn chế, có thể được hiểu là một loại hóa trị. Các tính năng cộng hóa trị này là đáng kể hơn khi nguyên tố chấp nhận điện tử liên kết các nguyên tử hydro từ các nguyên tố cho điện tử có độ âm điện cao hơn.

1. ^ Sweetman, A. M.; Jarvis, S. P.; Sang, Hongqian; Lekkas, I.; Rahe, P.; Wang, Yu; Wang, Jianbo; Champness, N.R.; Kantorovich, L. [2014]. “Mapping the force field of a hydrogen-bonded assembly”. Nature Communications. 5: 3931. Bibcode:2014NatCo...5.3931S. doi:10.1038/ncomms4931. PMC 4050271. PMID 24875276.
2. ^ Hapala, Prokop; Kichin, Georgy; Wagner, Christian; Tautz, F. Stefan; Temirov, Ruslan; Jelínek, Pavel [ngày 19 tháng 8 năm 2014]. “Mechanism of high-resolution STM/AFM imaging with functionalized tips”. Physical Review B. 90 [8]: 085421. arXiv:1406.3562. Bibcode:2014PhRvB..90h5421H. doi:10.1103/PhysRevB.90.085421.
3. ^ Hämäläinen, Sampsa K.; van der Heijden, Nadine; van der Lit, Joost; den Hartog, Stephan; Liljeroth, Peter; Swart, Ingmar [ngày 31 tháng 10 năm 2014]. “Intermolecular Contrast in Atomic Force Microscopy Images without Intermolecular Bonds”. Physical Review Letters. 113 [18]: 186102. arXiv:1410.1933. Bibcode:2014PhRvL.113r6102H. doi:10.1103/PhysRevLett.113.186102. PMID 25396382. Bản gốc lưu trữ ngày 20 tháng 1 năm 2018.
4. ^ a b c Arunan, Elangannan; Desiraju, Gautam R.; Klein, Roger A.; Sadlej, Joanna; Scheiner, Steve; Alkorta, Ibon; Clary, David C.; Crabtree, Robert H.; Dannenberg, Joseph J. [ngày 8 tháng 7 năm 2011]. “Definition of the hydrogen bond [IUPAC Recommendations 2011]”. Pure and Applied Chemistry. 83 [8]: 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02. ISSN 1365-3075.
5. ^ Pimentel, G. The Hydrogen Bond Franklin Classics, 2018], ISBN 0343171600
6. ^ Jeffrey, G. A.; An introduction to hydrogen bonding; Oxford university press New York, 1997. ISBN 0195095499
7. ^ Jeffrey, G. A.; Saenger, W. Hydrogen bonding in biological structures; Springer: Berlin, 1994, 2012 Springer; ISBN 3540579036
8. ^ a b Steiner, Thomas [2002]. “The Hydrogen Bond in the Solid State”. Angew. Chem. Int. Ed. 41: 48–76. doi:10.1002/1521-3773[20020104]41:13.0.CO;2-U.
9. ^ Sabin, John R. [1971]. “Hydrogen bonds involving sulfur. I. Hydrogen sulfide dimer”. J. Am. Chem. Soc. 93 [15]: 3613–3620. doi:10.1021/ja00744a012.
10. ^ Desiraju, G. R. and Steiner, T. The Weak Hydrogen Bond: In Structural Chemistry and Biology, International Union of Crystallography;2001, ISBN 0198509707
11. ^ Nishio, M.; Hirota, M.; Umezawa, Y. The CH–π Interactions; Wiley-VCH, New York, 1998. • Wiley-VCH; 1998] ISBN 0471252905
12. ^ Nishio, M [2011]. “The CH/[small pi] hydrogen bond in chemistry. "Title”. Phys. Chem. Chem. Phys. 13: 13873–13900. doi:10.1039/c1cp20404a.
13. ^ Arunan, Elangannan; Desiraju, Gautam R.; Klein, Roger A.; Sadlej, Joanna; Scheiner, Steve; Alkorta, Ibon; Clary, David C.; Crabtree, Robert H.; Dannenberg, Joseph J.; Hobza, Pavel; Kjaergaard, Henrik G.; Legon, Anthony C.; Mennucci, Benedetta; Nesbitt, David J. [2011]. “Definition of the hydrogen bond”. Pure Appl. Chem. 83 [8]: 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.
14. ^ Beijer, Felix H.; Kooijman, Huub; Spek, Anthony L.; Sijbesma, Rint P.; Meijer, E. W. [1998]. “Self-Complementarity Achieved through Quadruple Hydrogen Bonding”. Angew. Chem. Int. Ed. 37 [1–2]: 75–78. doi:10.1002/[SICI]1521-3773[19980202]37:1/23.0.CO;2-R.
15. ^ Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden [2006]. Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-250882-7. Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 11 năm 2014.
16. ^ Wiley, G.R.; Miller, S.I. [1972]. “Thermodynamic parameters for hydrogen bonding of chloroform with Lewis bases in cyclohexane. Proton magnetic resonance study”. Journal of the American Chemical Society. 94 [10]: 3287. doi:10.1021/ja00765a001.