Hợp chất hữu cơ, Hóa học hữu cơ & Phổ IR

Hợp chất hữu cơ (Organic compound) & Hóa học hữu cơ (Organic chemistry) rất gần gũi – thân thiện trong cuộc sống; nhưng những bài toán hóa chế ra để thi thì …Trời ơi!

Còn phổ IR (Infrared spectrum) thì kinh dị hơn nữa. Hồi xưa khi học ĐHSP, mình đã bao giờ được học và thực hành môn này đâu – nên nhìn thấy nó thì… eo ôi sợ lắm!. Mãi đến khi làm luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ mới buộc phải đụng đến – nhưng phải nhờ sự trợ giúp của các cao nhân!. Mình sẽ cố gắng viết về nguyên tắc phổ IR cách nhẹ nhàng, ngây ngô!. Cuối cùng, mình chỉ nhìn vào tờ phổ và biết đọc được kết quả là quá giỏi rồi; còn thao tác đo thế nào là chuyện của người khác, không phải chuyện của chúng mình nha.

Có thể bạn sẽ thắc mắc hình minh họa của cô gái đang ăn và lời viết đính kèm ở trên. Nhưng cứ đọc bài viết nha bạn, rồi mình tự suy ngẫm.

1. Hợp chất hữu cơ

Hợp chất hữu cơ là hợp chất của CARBON, chẳng hạn:

• Đường mình ăn hàng ngày là Saccharose – C₁₂H₂₂O₁₁ 🍬 ; Thành phần chính của mật ong là Fructose – C₆H₁₂O₆ 🐝; Thành phần chính của đường quả nho là Glucose – C₆H₁₂O₆ 🍇.
• Giấm để trộn salad có chứa Acetic acid – CH₃COOH 🥗.
• Rượu, bia, cồn để sát trùng là dung dịch của Ethanol – C₂H₅OH 🍺.

TRỪ một số ít tuy là hợp chất của carbon – nhưng con người xếp vào hợp chất vô cơ, bao gồm:

• Carbon oxide (CO, CO₂).
• Acid carbonic (H₂CO₃) và Muối carbonate (CO₃^2-, HCO₃^–).
• Acid cyanidric (HCN) và Muối cyanide (CN^–).

---

2. Hóa học hữu cơ

Hóa học hữu cơ chuyên nghiên cứu về Cấu trúc, Tính chất, Phương pháp tách chiết-điều chế, Ứng dụng của chất hữu cơ vào cuộc sống.

---

3. Đặc điểm chung của hợp chất hữu cơ

3.1. Liên kết hóa học

trong hợp chất hữu cơ THƯỜNG LÀ liên kết CỘNG HÓA TRỊ.

3.2. Tính chất vật lí

THƯỜNG có t⁰_{nóng chảy} và t⁰_sôi thấp ; không tan hoặc ít tan trong nước ; tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

3.3. Tính chất hóa học

THƯỜNG dễ cháy, kém bền nhiệt – nên dễ bị phân hủy khi bị đun nóng ; phản ứng của chất hữu cơ xảy ra chậm – không hoàn toàn – không theo 1 hướng nhất định (nên tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau).

---

4. Phân loại hợp chất hữu cơ

Dựa trên thành phần nguyên tố, người ta chia thành 2 LOẠI

4.1. HydroCarbon

… chỉ tạo thành từ Carbon & Hydrogen.

4.2. Dẫn xuất của HydroCarbon

… ngoài C, H còn có thêm nguyên tố khác như Oxygen, Nitrogen, Sulfur, Halogen (F, Cl, Br, I), … Các nguyên tố này khiến cho chất hữu cơ có thêm các phản ứng đặc trưng – nhà hóa học gọi sang trọng là Nhóm chức.

4.2.1. Nhóm chức là gì?

Nhóm chức là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử gây ra những tính chất đặc trưng của hợp chất hữu cơ đó. Vài nhóm chức mình được thưởng thức trong đời học sinh:

Nguyên tố	tạo nhóm chức
O	-OH (alcohol, phenol) -O- (ether) -CHO (aldehyde) -CO- (ketone) -COOH (carboxylic acid) -COO- (ester)
N	-NH2 (amine bậc I) -NH- (amine bậc II) -N= (amine bậc III)
C (***)	C-H C-C C=C C≡C

4.2.2. Tìm nhóm chức dựa trên phổ hồng ngoại (phổ IR)

🍏 Hãy đọc câu phân biệt tưởng tượng sau:

Câu hỏi: Ông X ăn yếu hơn ông Y. Em hãy phân biệt ông X, ông Y; biết khi cho 2 ông này thưởng thức 5 món ăn A – B – C – D – E , ta có kết quả sau:

Thí nghiệm	Người 1	Người 2
Ăn vào	A – B – C	A – B – C – D
Không ăn – nhả ra	D – E	E
Số món (hoặc % số món) đã ăn, đã nhả ra là
Ăn vào	3 món (60%)	4 món (80%)
Nhả ra	2 món (40%)	1 món (20%)

Bài giải: Dựa trên thông tin X ăn yếu hơn Y; ta kết luận Người 1 là X ; Người 2 là Y

Như vậy, bằng cách đếm (%) số món ăn mà ông X, Y đã ăn hoặc đã nhả ra

• ông X: 40% ứng với 2 món.
• ông Y: 20% ứng với 1 món.

… ta dễ dàng phân biệt được đâu là ông X, đâu là ông Y. Quá dễ phải không nào?

🥦 Bây giờ người ta cũng cho các nhóm nguyên tử trong phân tử ăn;

nhưng món ăn của chúng không phải là thịt, rau củ, trái cây; mà chúng ăn năng lượng từ ánh sáng – ta nói “đồ ăn” của chúng là ánh sáng (nhớ ánh sáng chính là năng lượng, mà dễ thấy nhất là năng lượng từ ánh sáng mặt trời).

Ở đây, không dùng ánh sáng mặt trời; mà dùng ánh sáng hồng ngoại – nên gọi là phổ hồng ngoại. Trong tiếng Anh:

• Ánh sáng hồng ngoại: Infrared waves (or infrared light). Xem video bên dưới hoặc đọc bài viết đầy đủ từ Nasa Science tại đây.
• Phổ hồng ngoại (viết tắt là phổ IR): The infrared spectrum.

🥑 Chúng ăn để làm gì?

Giống như ông X, Y, khi được ăn vào sẽ giúp họ chạy nhảy, đi lại…. thì các nhóm nguyên tử (chính xác hơn là LIÊN KẾT GIỮA CÁC NGUYÊN TỬ trong nhóm đó) khi được cho ăn năng lượng (bằng cách chiếu nguồn tia IR vào), cũng khiến các nguyên tử dao động, lúc lắc qua lại.

Nhóm nguyên tử (cũng như ông X, Y) không ăn hết, mà nó ăn 1 phần và nhả ra 1 phần, nhà hóa học dùng máy – đo được % ánh sáng (năng lượng) đã nhả ra – nhưng dùng từ chuyên môn là ĐỘ TRUYỀN QUA, sẽ xác định được phân tử có nhóm nguyên tử nào? Bởi vì …mỗi nhóm nguyên tử sẽ nhả “đồ ăn” ra (có ĐỘ TRUYỀN QUA) ở mức độ khác nhau!

🥝 Kết quả thu được sau khi cho ăn tia IR biểu diễn làm sao?

Ở ví dụ trên, mình đã có: …bằng cách đếm (%) số món ăn mà ông X, Y đã ăn hoặc đã nhả ra

• ông X: 40% ứng với 2 món.
• ông Y: 20% ứng với 1 món.

… ta dễ dàng phân biệt được đâu là ông X, đâu là ông Y.

Nếu rảnh rỗi, mình ngồi vẽ biểu đồ với:

• trục đứng: biểu diễn % món ăn đã nhả ra. 🦩
• trục ngang: biểu diễn số món ăn. 🐢

thì mình sẽ có biểu đồ – gọi nôm na là PHỔ; mà nhìn vào là biết đâu là ông X, ông Y!.

Tương tự như vậy, máy đo sẽ vẽ ra 1 biểu đồ trong đó:

• trục đứng: biểu diễn % truyền qua (Transmitance, %) – giống 🦩 ở trên.
• trục ngang: biểu diễn số sóng (Wavenumbers, cm^-1). Số sóng là gì; mình cứ chấp nhận nha. Sẽ học ở Vật lý lớp 12. Đến đây mình hiểu trục ngang giống 🐢 ở trên. Các nhà khoa học dùng tia IR có số sóng từ 4000 cm^-1 đến 400 cm^-1 để đo.

Mình hãy xem phổ IR của CH₃-CH₂-OH dưới đây:

⚗ Tìm nhóm chức dựa trên số sóng đặc trưng

Các nhà Hóa học dễ thương lắm, họ đã nghiên cứu phổ IR và nhận thấy: mỗi nhóm chức sẽ có số sóng (cm^-1) đặc trưng của riêng mình. Họ liệt kê kết quả vào các bảng thật là đẹp; nhiệm vụ của chúng mình dễ lắm – mình so sánh giữa kết quả này với phổ IR cầm trên tay; rồi dự đoán xem đó là nhóm chức gì thôi à.

Ví dụ một bảng liệt kê in trong SGK dự thảo của Chân trời sáng tạo như sau:

Bây giờ quay lại với phổ IR của C₂H₅OH ở trên. Tham khảo các tài liệu ta có kết quả dưới đây. (Lưu ý là giá trị cụ thể của số sóng sẽ khác nhau do điều kiện tiến hành đo đạc, trạng thái chất đem đo, nhóm chức đó nằm trong ancol hay aldehyde hay ….?

Nếu thấy hay quá, bạn có thể xem thêm

• 🍀bảng liệt kê số sóng ứng với mỗi nhóm chức trong hợp chất hữu cơ cụ thể tại đây – www.sigmaaldrich.com.
• 🍀trình bày phổ IR của một số Hidrocarbon và bảng liệt kê bên dưới tại đây – www2.chemistry.msu.edu.

---

5. Tài liệu tham khảo thêm

Mời các em đọc thêm các bài viết về Hợp chất (Hóa học) hữu cơ tiếng Anh tại (lưu ý không dành cho người yếu tim!):

• www.acs.org
• khanacademy.org

6. Liên kết nhanh

Đọc thêm các bài viết của Hóa lớp 11 tại đây.

Viết bởi Đỗ Trọng Toan từ W3chem.com

Mình là người tự mình thực hiện toàn bộ dự án này – bao gồm xây dựng trang web, viết nội dung, tìm tài liệu tham khảo, trả lời câu hỏi bạn gởi về. Vui lòng xem xét QUYÊN GÓP để hỗ trợ W3chem CHỈ BẰNG CÁCH CHIA SẺ BÀI VIẾT NÀY LÊN MẠNG XÃ HỘI; bởi vì trong tương lai, bạn sẽ cho mình nhiều thời gian để làm việc trên W3chem, cũng có nghĩa bạn nhận thêm nhiều nội dung mới nhanh hơn tại đây.😍 🥰 😘

Mình cảm ơn bạn rất nhiều ⤵