Chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập hóa học khá thú vị về axit lactic. Axit lactic có công thức cấu tạo là CH3-CH(OH)-COOH. Đây là một hợp chất hữu cơ đa chức, vừa có nhóm cacboxyl (-COOH) mang tính axit, vừa có nhóm hiđroxyl (-OH) mang tính ancol. Chính vì vậy, nó có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng khác nhau.

Chúng ta sẽ đi lần lượt từng phần của bài tập nhé.

Phần a) Axit lactic tác dụng với Na dư.

Bước 1: Xác định các nhóm chức có khả năng phản ứng với Na.

Trong phân tử axit lactic CH3-CH(OH)-COOH, chúng ta thấy có hai nhóm chức có thể phản ứng với kim loại kiềm mạnh như Natri (Na):

• Nhóm cacboxyl (-COOH): Nhóm này có tính axit mạnh, nguyên tử hiđro trong nhóm này có thể bị thay thế bởi kim loại.
• Nhóm hiđroxyl (-OH) của ancol: Nhóm này cũng có thể phản ứng với kim loại kiềm, giải phóng khí hiđro.

Vì đề bài cho Na dư nên cả hai nhóm chức này đều sẽ phản ứng.

Bước 2: Viết phương trình hóa học của các phản ứng.

Phản ứng với nhóm cacboxyl (-COOH):

CH3-CH(OH)-COOH + Na → CH3-CH(OH)-COONa + 1/2 H2

Để cân bằng, chúng ta có thể nhân cả hai vế với 2:

2 CH3-CH(OH)-COOH + 2 Na → 2 CH3-CH(OH)-COONa + H2

Phản ứng với nhóm hiđroxyl (-OH):

CH3-CH(OH)-COOH + Na → CH3-CH(O-Na+)-COOH + 1/2 H2

Để cân bằng, chúng ta có thể nhân cả hai vế với 2:

2 CH3-CH(OH)-COOH + 2 Na → 2 CH3-CH(O-Na+)-COOH + H2

Lưu ý: Khi axit lactic phản ứng với Na dư, cả hai nhóm -COOH và -OH đều phản ứng. Tuy nhiên, cách viết phản ứng tổng quát thường gộp các phản ứng lại. Do Na dư, cả hai hiđro đều bị thay thế:

CH3-CH(OH)-COOH + 2 Na → CH3-CH(Ona)-COONa + H2

Hoặc chúng ta có thể viết hai phương trình riêng biệt như trên.

Bước 3: Giải thích.

Natri là một kim loại kiềm rất hoạt động, nó có khả năng phản ứng với các hợp chất có hiđro linh động như axit và ancol. Trong axit lactic, hiđro của nhóm cacboxyl và hiđro của nhóm hiđroxyl ancol đều có tính linh động.

Phần b) Axit lactic tác dụng với CH3COOH.

Bước 1: Xác định loại phản ứng có thể xảy ra.

Chúng ta có axit lactic (CH3-CH(OH)-COOH) và axit axetic (CH3COOH). Axit lactic có hai nhóm chức: nhóm cacboxyl (-COOH) và nhóm hiđroxyl (-OH). Axit axetic có nhóm cacboxyl (-COOH).

Trong trường hợp này, chúng ta cần xem xét phản ứng giữa nhóm -OH của ancol trong axit lactic với nhóm -COOH của axit axetic. Đây là phản ứng este hóa, một phản ứng đặc trưng giữa ancol và axit cacboxylic.

Bước 2: Viết phương trình hóa học.

Phản ứng este hóa xảy ra giữa nhóm hiđroxyl (-OH) của ancol trong axit lactic và nhóm cacboxyl (-COOH) của axit axetic:

CH3-CH(OH)-COOH + CH3COOH ⇌ CH3-CH(OOC-CH3)-COOH + H2O

Bước 3: Giải thích.

Phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch, thường cần xúc tác axit (ví dụ: H2SO4 đặc) để tăng tốc độ phản ứng và chuyển dịch cân bằng theo chiều tạo este. Trong phản ứng này, nhóm -OH của axit lactic kết hợp với nhóm -H của CH3COOH để tạo thành phân tử nước, đồng thời tạo thành nhóm este (-OOC-CH3) gắn vào phân tử axit lactic.

Phần c) Axit lactic tác dụng với dung dịch Ba(OH)2.

Bước 1: Xác định các nhóm chức của axit lactic có thể phản ứng với bazơ.

Axit lactic có nhóm cacboxyl (-COOH) mang tính axit. Dung dịch Ba(OH)2 là một bazơ mạnh.

Bước 2: Viết phương trình hóa học.

Nhóm cacboxyl (-COOH) của axit lactic sẽ phản ứng với bazơ Ba(OH)2 theo phản ứng trung hòa axit-bazơ:

2 CH3-CH(OH)-COOH + Ba(OH)2 → (CH3-CH(OH)-COO)2Ba + 2 H2O

Bước 3: Giải thích.

Nhóm cacboxyl (-COOH) của axit lactic có tính axit, nó sẽ phản ứng với dung dịch bazơ mạnh Ba(OH)2 để tạo thành muối bari lactat và nước. Phản ứng này là phản ứng trung hòa.

Phần d) Axit lactic tác dụng với dung dịch NaHCO3 vừa đủ, cô cạn lấy chất rắn, cho chất rắn tác dụng với vôi tôi xút nung nóng.

Bước 1: Phản ứng của axit lactic với NaHCO3.

Axit lactic có nhóm cacboxyl (-COOH) mang tính axit, có thể phản ứng với muối cacbonat hoặc hiđrocacbonat của kim loại mạnh hơn. NaHCO3 là một muối hiđrocacbonat.

Phản ứng xảy ra giữa nhóm -COOH của axit lactic và NaHCO3:

CH3-CH(OH)-COOH + NaHCO3 → CH3-CH(OH)-COONa + H2O + CO2

Lý do: Axit lactic là một axit hữu cơ, có thể tác dụng với muối hiđrocacbonat (như NaHCO3) để giải phóng khí CO2. NaHCO3 vừa đủ nghĩa là phản ứng xảy ra hoàn toàn với nhóm cacboxyl.

Bước 2: Cô cạn lấy chất rắn.

Sau phản ứng, dung dịch thu được chứa muối natri lactat (CH3-CH(OH)-COONa) và nước. Khi cô cạn dung dịch, chúng ta sẽ thu được chất rắn là natri lactat.

Bước 3: Chất rắn (natri lactat) tác dụng với vôi tôi xút nung nóng.

Vôi tôi xút là hỗn hợp của Canxi hiđroxit (Ca(OH)2) và Natri hiđroxit (NaOH). Khi nung nóng, hỗn hợp này có tính bazơ mạnh, có khả năng phản ứng với muối của axit cacboxylic để tạo ra ankan tương ứng.

Phản ứng:

CH3-CH(OH)-COONa + NaOH –(t°, vôi tôi xút)–> CH3-CH2-OH + Na2CO3

Lưu ý quan trọng: Phản ứng này còn gọi là phản ứng tách nhóm cacboxyl. Vôi tôi xút ở đây đóng vai trò là chất xúc tác và cung cấp ion OH-. Tuy nhiên, thực tế phản ứng này tạo ra ancol (CH3-CH2-OH – etanol) chứ không phải ankan. Nếu là muối cacboxylat của ankan no thì mới tạo ankan.

Trong trường hợp này, nhóm -COOH của axit lactic đã bị chuyển thành -COONa. Khi cho tác dụng với vôi tôi xút nung nóng, nhóm -COONa sẽ bị loại bỏ, và gốc CH3-CH(OH)- sẽ nhận lấy hiđro để trở thành CH3-CH2-OH.

Nếu đề bài muốn tạo ankan thì muối ban đầu phải có dạng R-COONa với R là gốc ankan. Ở đây, R là CH3-CH(OH)-, nên sản phẩm không phải ankan mà là ancol.

Phương trình phản ứng đúng là:

CH3-CH(OH)-COONa + NaOH –(t°, CaO hoặc Ca(OH)2, NaOH)–> CH3-CH2-OH + Na2CO3

Hoặc có thể viết dưới dạng tổng quát với vôi tôi xút:

CH3-CH(OH)-COONa + NaOH –(t°)–> CH3CH2OH + Na2CO3

Trong đó, vôi tôi xút (hỗn hợp NaOH và CaO) dùng để phản ứng với gốc cacboxylat, loại bỏ nhóm -COONa.

Tổng kết lại, chúng ta đã hoàn thành các phản ứng của axit lactic với các tác nhân khác nhau. Các em nhớ ôn tập kỹ các dạng phản ứng này nhé!