Chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập khá thú vị về este, nằm trong chương trình Hóa học lớp 12 của chúng ta.

Đề bài cho chúng ta biết: Este X có công thức phân tử là C6H10O4. X không tác dụng với Na. Khi đun nóng X với dung dịch NaOH, ta thu được sản phẩm Y và Z. Sản phẩm Y có khả năng phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường, tạo ra dung dịch màu xanh lam. Sản phẩm Z thì không có phản ứng tráng gương. Nhiệm vụ của chúng ta là tìm xem có bao nhiêu công thức cấu tạo (CTCT) thỏa mãn các tính chất này của X.

Chúng ta sẽ đi từng bước một, phân tích thật kỹ các dữ kiện đề bài cho nhé.

Bước 1: Phân tích CTPT và các đặc điểm của X

Công thức phân tử là C6H10O4.
Mạch hở hay vòng? Chúng ta tính độ bất bão hòa (hay còn gọi là số liên kết pi và vòng) để xác định.
Công thức tính độ bất bão hòa cho hợp chất hữu cơ no, mạch hở có dạng \(C_nH_{2n+2}O_k\).
Trong trường hợp này, với C6, số H tối đa có thể là \(2 \times 6 + 2 = 14\).
Số H thực tế là 10.
Độ bất bão hòa = \(\frac{(2 \times 6 + 2) – 10}{2} = \frac{14 – 10}{2} = \frac{4}{2} = 2\).

Độ bất bão hòa bằng 2 cho thấy X có thể có:
– Hai liên kết pi (ví dụ: 2 nhóm C=O, hoặc 1 nhóm C=O và 1 liên kết pi C=C, hoặc 2 liên kết pi C=C).
– Hoặc một vòng và một liên kết pi.

X là este, mà có 4 nguyên tử O. Cấu tạo của este thường là R1-COO-R2. Với 2 nguyên tử O. Vậy với 4 nguyên tử O, X có thể là este đa chức.
Các trường hợp có thể xảy ra với 4 nguyên tử O trong este:
– Hai nhóm este (-COO-): R1-COO-R2-COO-R3, hoặc R1-COO-R2-O-CO-R3, hoặc (R1-COO)2-R2.
– Một nhóm este và một nhóm cacboxyl (-COOH) hoặc một nhóm hidroxyl (-OH) hoặc ete (-O-). Tuy nhiên, đề bài cho là este X, nên tập trung vào cấu trúc este.
– Hai nhóm cacbonyl (C=O) ở dạng anhydrit axit. Nhưng X là este, nên trường hợp này không xét trực tiếp.

Đề bài cho X không tác dụng với Na.
– Ancol đơn chức, đa chức có nhóm -OH sẽ tác dụng với Na.
– Axit cacboxylic đơn chức, đa chức có nhóm -COOH sẽ tác dụng với Na.
– Nếu X có nhóm -OH tự do hoặc nhóm -COOH tự do, nó sẽ tác dụng với Na.
Do X không tác dụng với Na, chứng tỏ X không có nhóm -OH tự do và không có nhóm -COOH tự do.
Như vậy, X phải là este thuần chức, hoặc có dạng R-COO-R’ trong đó R và R’ chỉ chứa gốc hidrocacbon.
Với CTPT C6H10O4, độ bất bão hòa là 2.
Nếu X là este đơn chức, thì nó có dạng R-COOR’. Cần 2 nguyên tử O. Còn 2 nguyên tử O nữa. Vậy X phải là este đa chức.
Vì X không có nhóm -OH hoặc -COOH tự do, nên các nhóm chức còn lại phải nằm trong gốc R và R’.
Với CTPT C6H10O4, độ bất bão hòa bằng 2.
Nếu X là este của axit cacboxylic và ancol, thì hai nhóm chức này phải là hai nhóm este (-COO-).
Vậy X có thể là:
– Este của axit đa chức và ancol đa chức.
– Este của axit đa chức và ancol đơn chức.
– Este của axit đơn chức và ancol đa chức.

Tuy nhiên, C6H10O4 có hai nhóm chức este là hợp lý nhất.
Nếu là hai nhóm este, thì công thức tổng quát có thể là:
– Dạng axit diester: R(COOR’)2. Để có 6C, 4O, độ bất bão hòa 2, R là gốc hidrocacbon.
– Dạng este của axit đơn chức với ancol đa chức có 2 nhóm chức este: R1-COO-R2-COO-R3.
– Dạng este vòng: có thể có vòng benzen hoặc vòng no. Tuy nhiên, với C6H10O4, khả năng có vòng benzen là không cao vì vòng benzen đã có 3 liên kết pi, cộng thêm 2 nhóm C=O sẽ là 5 liên kết pi, vượt quá độ bất bão hòa cho phép.
– Dạng este hai chức có mạch cacbon là vòng no.

Xét trường hợp X có 2 nhóm este (-COO-). Tổng cộng có 2 nhóm C=O, tương ứng với 2 liên kết pi. Độ bất bão hòa bằng 2. Vậy X là este mạch hở, không có liên kết pi C=C hay C=O nào khác ngoài các nhóm este.

Bước 2: Phân tích phản ứng với NaOH

Đun nóng X với dung dịch NaOH thu được sản phẩm Y và Z.
Vì X là este hai chức, khi phản ứng với NaOH sẽ thủy phân tạo ra muối của axit đa chức và ancol đa chức (hoặc hỗn hợp các sản phẩm này).
R1(COOR2)2 + 2NaOH -> R1(COONa)2 + 2R2OH (ví dụ)
(R1COO)2R2 + 2NaOH -> 2R1COONa + R2(OH)2 (ví dụ)

Sản phẩm Y có thể phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch xanh lam.
Hiện tượng này đặc trưng cho các hợp chất có nhiều nhóm -OH kề nhau (gọi là cis-diol hoặc vicinal diol) hoặc các hợp chất có nhóm chức đa chức có thể tạo phức với Cu(OH)2 (như axit α-hidroxycacboxylic).
Tuy nhiên, sản phẩm Y là sản phẩm của phản ứng thủy phân este.
Nếu Y là ancol đa chức, thì Y phải có ít nhất hai nhóm -OH kề nhau. Ví dụ: HO-CH2-CH(OH)-R.
Hoặc Y là axit α-hidroxycacboxylic.
Hoặc Y là polihiđroxi.

Sản phẩm Z không có phản ứng tráng gương.
Phản ứng tráng gương thường xảy ra với:
– Anđehit (RCHO).
– Axetylen có nhóm đầu mạch (-C≡CH).
– Axit fomic và este của nó (HCOOR).
– Một số hợp chất có gốc hidrocacbon đặc biệt.

Trong trường hợp thủy phân este, Z có thể là:
– Ancol.
– Axit cacboxylic (dưới dạng muối natri).
– Este khác (nếu phản ứng không hoàn toàn hoặc cấu tạo phức tạp).

Hãy quay lại công thức C6H10O4 với độ bất bão hòa là 2, và là este 2 chức, không có nhóm -OH hay -COOH tự do.
Điều này dẫn đến hai khả năng cấu tạo chính cho X:
1. Axit có 2 nhóm cacboxyl, este hóa với ancol đơn chức. Ví dụ: R(COOH)2 + 2R’OH -> R(COOR’)2 + 2H2O. (Nhưng X là este, nên không có nhóm -COOH tự do).
Hoặc axit có 2 nhóm cacboxyl, este hóa một phần với ancol đa chức.
Phổ biến hơn là:
Khả năng 1: X là este của axit 2 chức với ancol đơn chức.
CTPT dạng (RCOO)2R’. Ta có 2 nhóm COO, mỗi nhóm có 1 lk pi. Tổng cộng 2 lk pi, đúng độ bất bão hòa.
Nếu R là gốc hidrocacbon không no, hoặc R’ là gốc hidrocacbon không no, thì độ bất bão hòa sẽ cao hơn.
Vậy R và R’ phải là gốc no.
(RCOO)2R’ có 2 nhóm COO. Số C là 6. Số O là 4. Số H là 10.
Số nguyên tử C trong 2 nhóm COO là 2.
Vậy số nguyên tử C trong R và R’ cộng lại là 6 – 2 = 4.
Số nguyên tử H là 10.

Để đơn giản, giả sử R là gốc hidrocacbon no, R’ là gốc hidrocacbon no.
Gọi R là \(C_nH_{2n+1}\) và R’ là \(C_mH_{2m+1}\).
Tổng số C là \(2n + m + 2\). (2C trong 2 nhóm COO).
\(2n + m + 2 = 6 \implies 2n + m = 4\).
Số H: \(2(2n+1) + (2m+1) = 4n+2+2m+1 = 4n+2m+3 = 10 \implies 4n+2m = 7\).
Phương trình \(4n+2m=7\) với n, m là số nguyên không âm vô lý vì vế trái là chẵn, vế phải là lẻ.
Điều này có nghĩa là R hoặc R’ không phải là gốc no đơn chức.

Xem lại CTPT C6H10O4.
Nếu X là este hai chức, có 2 nhóm COO.
Số C của 2 nhóm COO là 2.
Số C còn lại là 6 – 2 = 4.
Số H là 10.
Số O là 4.

Cấu tạo có thể là:
a) R1-COO-R2-COO-R3 (Axit 2 chức este hóa 2 ancol đơn chức)
b) R1-COO-R2 (Este đơn chức của axit cacboxylic chưa no hoặc ancol chưa no) – không đúng vì C6H10O4 là este 2 chức.
c) Anhydrit cacboxylic – không phải este.

Vậy X có thể là este của axit 2 chức và 2 ancol đơn chức, hoặc este của axit đơn chức và ancol 2 chức.

Trường hợp 1: X là este của axit 2 chức và ancol 2 chức (hoặc hỗn hợp).
Dạng R(COOR’)2, với R là gốc hidrocacbon no, R’ là gốc hidrocacbon no.
Số C của 2 nhóm COO là 2.
Số C còn lại là 4.
Nếu R là gốc hidrocacbon no C1, thì R’ là gốc hidrocacbon no C3.
– R là CH2 (gốc từ axit oxalic H2C2O4), R’ là C3H7 (gốc từ propanol).
CTPT là (CH2(COO)2)(C3H7)2. Có 4C trong 2 gốc C3H7. Tổng 1+4 = 5C. Không đúng.
– R là gốc C1 (CH2) ứng với Axit oxalic. CTPT C2H2O4.
CTPT của este là C2H2O4 + 2R’. C6H10O4.
Số C trong R’ là 6 – 2 = 4C.
Số H trong este là 10. Số H trong gốc R’ là 10.
X là \( (COO)_2 R’ \). Số C của R’ là 4.
CTPT của R’ là C4H10. Gốc này không thể là gốc no vì tối đa C4 là \(C_4H_9\).
Vậy R’ không thể là gốc no.

Trường hợp 2: X là este của axit đơn chức và ancol 2 chức.
Dạng R1-COO-R2-O-CO-R3. Tổng C=6, H=10, O=4.
Hoặc R1-COO-R2-COO-R3. Tổng C=6, H=10, O=4.

Quay lại dữ kiện:
X không tác dụng với Na (không có OH, COOH tự do).
Thủy phân X với NaOH cho Y và Z.
Y phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch xanh lam.
Z không tráng gương.

Nếu Y là ancol đa chức:
Y phải có ít nhất hai nhóm OH kề nhau (vicinal diol).
Ví dụ: HOCH2-CH(OH)-R.
Nếu Y là sản phẩm thủy phân este, thì Y phải là ancol.
Vậy ancol thu được phải có cấu tạo đặc biệt.

Nếu Y là axit α-hidroxycacboxylic:
Ví dụ: HO-CHR-COOH. Sản phẩm này cũng tạo phức xanh lam với Cu(OH)2.
Nhưng Y là sản phẩm thủy phân este X.
Nếu X là R1-COO-R2, khi thủy phân cho R1COOH và R2OH.
Nếu Y là R1COOH, thì R1COOH phải là axit α-hidroxycacboxylic.
Nếu Y là R2OH, thì R2OH phải là ancol có nhiều nhóm OH kề nhau.

Xét lại CTPT C6H10O4, độ bất bão hòa 2, là este hai chức.
Các dạng cấu tạo có thể:
– Este của axit đicacboxylic no với ancol no đơn chức, hoặc axit cacboxylic no đơn chức với ancol no đa chức.
– Este của axit cacboxylic chưa no hoặc ancol chưa no.
– Este vòng.

Dữ kiện Y phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch xanh lam => Y có nhóm polyol (nhiều nhóm OH) hoặc nhóm chức có thể tạo phức.
Trong ngữ cảnh thủy phân este, Y thường là ancol hoặc axit.
Nếu Y là ancol đa chức, nó phải có ít nhất hai nhóm OH cạnh nhau.
Nếu Y là axit cacboxylic, nó phải là axit α-hidroxycacboxylic.

Dữ kiện Z không tráng gương.
Nếu Z là ancol, thì nó không phải là ancol đơn chức có nhóm OH ở C bậc 1 hoặc C bậc 2 (chúng có thể tráng gương với dung dịch Tollens trong điều kiện đặc biệt). Z có thể là ancol bậc 3 hoặc ancol no mạch nhánh phức tạp.
Nếu Z là axit cacboxylic, nó không có nhóm HCO-.

Trường hợp 1: X là este của axit đicacboxylic no với ancol no đơn chức.
Dạng: R1(COOR)2.
Số C của 2 nhóm COO là 2.
Số C còn lại là 4.
Nếu R1 là gốc C1 (từ axit oxalic, C2H2O4), thì 2 gốc R là C5H11 (từ C5H11OH).
X là \( (CH_3CH_2CH_2CH_2COO)_2 \) – Không đúng, đây là este đơn chức.
X là \( R_1(COOR)_2 \).
Số C trong R1 + 2*số C trong R = 4.
Số H trong R1 + 2*số H trong R = 10.
Nếu R1 là CH2 (từ H2C2O4), thì R là C3H7 (từ C3H7OH).
CTPT của X: \( CH_2(COOC_3H_7)_2 \).
Số C: 1 (từ CH2) + 2*(1 C từ COO) + 2*(3 C từ C3H7) = 1 + 2 + 6 = 9C. Sai.

Chắc chắn X là este hai chức, C6H10O4, độ bất bão hòa 2.
Nếu X là este của axit đicacboxylic no với 2 ancol no đơn chức: \(R_1(COOR_2)_2\).
Số C của R1 + 2 * Số C của R2 = 6 – 2 = 4.
Số H của R1 + 2 * Số H của R2 = 10.
R1 là gốc no C_n H_{2n+1}, R2 là gốc no C_m H_{2m+1}.
n + 2m = 4.
(2n+1) + 2(2m+1) = 10 => 2n + 1 + 4m + 2 = 10 => 2n + 4m = 7.
Phương trình \(2n+4m=7\) vô lý vì vế trái chẵn, vế phải lẻ.
=> R1 hoặc R2 không no. Nhưng độ bất bão hòa đã bằng 2 (hai nhóm COO).
Vậy không thể có liên kết pi C=C nào khác. R1 và R2 phải là gốc no.
=> Trường hợp này không thể.

Trường hợp 2: X là este của axit no đơn chức với ancol no đa chức.
Dạng R1-COO-R2-O-CO-R3. Hoặc (R1COO)2R2.

Dạng este của axit đơn chức R1COOH và ancol đa chức R2(OH)2:
\( R_1-COO-R_2-O-CO-R_3 \).
Tổng C=6, H=10, O=4.
Có hai nhóm este.
Ví dụ: CH3-COO-CH2-CH2-O-OC-CH3 (Axit axetic este hóa Etylenglicol).
CTPT: \( C_2H_5O_2 \cdot C_2H_4 \cdot C_2H_5O_2 \). Tổng C=6, H=10, O=4.
Phản ứng với NaOH:
CH3-COO-CH2-CH2-O-OC-CH3 + 2NaOH -> 2CH3COONa + HOCH2CH2OH.
Sản phẩm Y và Z.
Y phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch xanh lam.
Ancol đa chức có nhóm OH kề nhau (vicinal diol) như etylenglicol (HOCH2CH2OH) có tính chất này.
Vậy, HOCH2CH2OH có thể là Y.
Z không tráng gương.
CH3COONa không tráng gương.
=> Vậy, trong trường hợp này, Y là HOCH2CH2OH, Z là CH3COONa.
CTCT của X là CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. (Etyl axetat).

Chúng ta cần tìm tất cả các CTCT thỏa mãn.
Chúng ta xét các gốc R1, R2, R3 là gốc hidrocacbon no.
Cấu trúc chung: R1-COO-R’-O-CO-R3.
Tổng C = 6. 2 C trong 2 nhóm COO. 4 C còn lại thuộc R1, R’, R3.
Số H = 10.

Khả năng 1: X là este của axit đơn chức và ancol đa chức có 2 nhóm OH kề nhau.
Dạng: R1-COO-R’-O-CO-R3. (R1, R’, R3 là gốc no).
Số C trong R1 + Số C trong R’ + Số C trong R3 = 4.
Số H trong R1 + Số H trong R’ + Số H trong R3 = 10.
Thủy phân X: R1COONa + R3COONa + R'(OH)2.
Sản phẩm ancol R'(OH)2 phải là vicinal diol (Y).
Sản phẩm muối R1COONa và R3COONa là Z (không tráng gương).

Để R'(OH)2 là vicinal diol, R’ phải là gốc no có 2 nhóm OH gắn vào 2 C cạnh nhau.
Ví dụ:
– R’ là -CH2-CH2-. R'(OH)2 là HOCH2CH2OH (etylenglicol).
Cần 2 C cho R’ (-CH2-CH2-).
Số C còn lại cho R1 và R3 là 4 – 2 = 2 C.
R1 và R3 có tổng cộng 2 C, no.
Các khả năng:
– R1 = CH3-, R3 = CH3-. (2 gốc CH3 có 2C, 6H).
CTCT X: CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. (Đây là 1 CTCT).
Y = HOCH2CH2OH (etylenglicol). Z = CH3COONa (natri axetat).
Y có phản ứng với Cu(OH)2 tạo xanh lam. Z không tráng gương. Thỏa mãn.

– R1 = H-, R3 = C2H5-. (1C + 2C = 3C, sai).
– R1 = H-. Cần 2C còn lại.
Nếu R1 = H (từ HCOOH), thì R3 phải có 2C.
CTCT X: H-COO-CH2-CH2-OOC-C2H5.
Y = HOCH2CH2OH. Z = HCOONa (natri fomat).
HCOONa có tráng gương. Vậy Z không thể là HCOONa.
=> R1 và R3 không thể là H.

– R1 và R3 có tổng 2C.
R1 + R3 = 2C.
– R1 = CH3 (1C), R3 = CH3 (1C). Đã xét.
– R1 = C2H5 (2C), R3 = H (0C). Sai.

Xét R’ là gốc no có 2 nhóm OH kề nhau.
– R’ = -CH2-CH2- (2C). Y = HOCH2CH2OH.
Tổng C = 6. 2C từ nhóm COO. 2C từ R’. Còn 2C cho R1 và R3.
R1 và R3 phải là gốc no.
R1 có x C, R3 có y C. x + y = 2.
R1 có (2x+1) H, R3 có (2y+1) H.
Tổng số H của X = (2x+1) + (2y+1) + 2*(2) + 2*(1) = 2x+1+2y+1+4+2 = 2(x+y)+8 = 2(2)+8 = 12H. Sai.
Số H trong X là 10.

Xem lại công thức tính H.
CTCT: R1-COO-R’-O-CO-R3.
Số H = H(R1) + H(R’) + H(R3).
Với R’ = -CH2-CH2-. H(R’) = 4.
Với R1 = CH3-. H(R1) = 3.
Với R3 = CH3-. H(R3) = 3.
Tổng số H = 3 + 4 + 3 = 10H. Đúng.
Tổng số C = C(R1) + C(R’) + C(R3) + 2*C(COO) = 1 + 2 + 1 + 2 = 6C. Đúng.
CTCT: CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. (1 CTCT)

– R’ = -CH(CH3)-CH2- (3C). Y = HOCH(CH3)CH2OH (propandiol-1,2).
Cần 3C cho R’.
Tổng C = 6. 2C từ COO. 3C từ R’. Còn 6 – 2 – 3 = 1C cho R1 và R3.
R1 và R3 có tổng cộng 1C.
R1 = CH3-. R3 = H-.
CTCT X: CH3-COO-CH(CH3)-CH2-OOC-H.
Y = HOCH(CH3)CH2OH (propandiol-1,2). Z = CH3COONa và HCOONa.
HCOONa có tráng gương. Vậy Z không thể có HCOONa.
=> Trường hợp này bị loại.

– R’ = -CH2-CH(CH3)- (3C). Y = HOCH2CH(CH3)OH (propandiol-1,2).
Tương tự trường hợp trên, R1 hoặc R3 sẽ là H-, dẫn đến Z có HCOONa. Bị loại.

– R’ = -CH2-CH2-CH2- (3C). Y = HOCH2CH2CH2OH (propandiol-1,3).
R’ có 3C. Y là propandiol-1,3. Các nhóm OH không kề nhau. Không phản ứng với Cu(OH)2 tạo xanh lam. Bị loại.

Khả năng 2: X là este của axit đicacboxylic no với ancol no đơn chức.
Dạng R(COOR’)2.
Số C của R + 2*Số C của R’ = 4.
Số H của R + 2*Số H của R’ = 10.
Thủy phân X: R(COONa)2 + 2 R’OH.
Y là ancol R’OH. Z là muối R(COONa)2.
Y phản ứng với Cu(OH)2 tạo xanh lam => Y là ancol có nhiều nhóm OH kề nhau.
=> R’OH phải là ancol đa chức có nhóm OH kề nhau.
Nhưng R’ là gốc no đơn chức, nên R’OH chỉ có 1 nhóm OH.
=> Trường hợp này không thể xảy ra.

Khả năng 3: X là este của axit đicacboxylic no với ancol no đa chức.
Dạng R1(COOR2COO)R3.
Hoặc R1(COO-R2-COO)R3.
Hoặc R1(COO)2R2.

Xem lại CTPT C6H10O4, độ bất bão hòa 2.
Dạng este 2 chức, mạch hở.
Các dạng cấu tạo có thể:
– R1-COO-R2-COO-R3 (Axit diester)
Tổng C = 6, H = 10, O = 4.
Thủy phân X: R1COOH + R2(OH)2 + R3COOH.
Y có khả năng phản ứng với Cu(OH)2 => Y là ancol đa chức có nhóm OH kề nhau, hoặc axit α-hidroxycacboxylic.
Z không tráng gương => Z là muối R1COONa hoặc R3COONa.

Xét trường hợp R2(OH)2 là vicinal diol.
a) R2 = -CH2-CH2- (etylenglicol).
Số C của R2 = 2.
Số C còn lại cho R1 và R3 = 6 – 2 (COO) – 2 (R2) = 2C.
R1 và R3 là gốc no đơn chức.
Tổng số C R1 + R3 = 2C.
– R1 = CH3-, R3 = CH3-.
X: CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3.
Thủy phân: CH3COOH + HOCH2CH2OH + CH3COOH.
Y = HOCH2CH2OH (etylenglicol). Z = CH3COONa.
Y phản ứng xanh lam. Z không tráng gương. Thỏa mãn. (Đây là 1 CTCT).

– R1 = H-, R3 = C2H5-.
X: H-COO-CH2-CH2-COO-C2H5.
Thủy phân: HCOOH + HOCH2CH2OH + C2H5COOH.
Y = HOCH2CH2OH. Z = HCOONa và C2H5COONa.
HCOONa tráng gương. Vậy Z không được chứa HCOONa. Loại.

– R1 = C2H5-, R3 = H-. Tương tự, loại.

b) R2 = -CH(CH3)-CH2- (propandiol-1,2).
Số C của R2 = 3.
Số C còn lại cho R1 và R3 = 6 – 2 (COO) – 3 (R2) = 1C.
R1 + R3 = 1C.
– R1 = CH3-, R3 = H-.
X: CH3-COO-CH(CH3)-CH2-COO-H.
Thủy phân: CH3COOH + HOCH(CH3)CH2OH + HCOOH.
Y = HOCH(CH3)CH2OH. Z = CH3COONa và HCOONa.
HCOONa tráng gương. Loại.

c) R2 = -CH2-CH(CH3)- (propandiol-1,2). Tương tự, loại.

d) R2 = -CH2-CH2-CH2- (propandiol-1,3).
Số C của R2 = 3.
Y = HOCH2CH2CH2OH. Các nhóm OH không kề nhau. Không tạo phức xanh lam. Loại.

– Dạng este vòng:
Với C6H10O4, độ bất bão hòa 2. Có thể có vòng no.
Ví dụ: este vòng của axit 2 chức và ancol đa chức.
HOOC-R-COOH + R'(OH)2 -> este vòng.
HOOC-(CH2)n-COOH + R'(OH)2.
CTPT: C6H10O4.
Xem xét khả năng este vòng có thể tạo ra sản phẩm Y là vicinal diol.

Xem lại câu hỏi: X có bao nhiêu CTCT thỏa mãn tính chất trên?

Chúng ta đã tìm được 2 CTCT sau:
1. CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3 (Etyl axetat este hóa etylenglicol hai lần)
2. CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3 (Đây là este của axit axetic với etylenglicol, tức là 2 nhóm CH3CO- gắn vào 2 đầu của -CH2CH2-) – Tên gọi sai.
CTCT đúng là: CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. Tên gọi: Etylenglicol điaxetat.

3. CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3 (Este của axit đicacboxylic oxalic với 2 phân tử metanol)
CTPT: C6H10O4.
Thủy phân: CH3COOH + HOCH2CH2OH + CH3COOH.
Y = HOCH2CH2OH (vicinal diol). Z = CH3COONa.
Thỏa mãn. (Đây là 1 CTCT).

Còn CTCT nào nữa không?
Chúng ta đã xét:
– Este của axit đơn chức với ancol đa chức có 2 nhóm OH kề nhau.
– Este của axit đicacboxylic no với ancol no đơn chức.

Xem lại dữ kiện:
Y phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo dung dịch xanh lam.
=> Y là ancol đa chức có nhóm OH kề nhau, hoặc axit α-hidroxycacboxylic.
Z không tráng gương.

Nếu Y là axit α-hidroxycacboxylic.
Thủy phân X cho Y và Z.
Nếu X = R1-COO-R2. Thủy phân cho R1COOH và R2OH.
Nếu Y là R1COOH, thì R1COOH là axit α-hidroxycacboxylic.
Nếu Y là R2OH, thì R2OH là vicinal diol.

Chúng ta đã xét Y là ancol vicinal diol.

Xét trường hợp Y là axit α-hidroxycacboxylic.
Cấu tạo của X:
C6H10O4, độ bất bão hòa 2.
Thủy phân X tạo ra axit α-hidroxycacboxylic (Y) và ancol (Z, hoặc ngược lại).
Nếu Y là axit α-hidroxycacboxylic, Z là ancol.
Axit α-hidroxycacboxylic có dạng HO-CR1R2-COOH.
Số C trong Y: C6H10O4. Y có nhóm COOH và nhóm OH.
Nếu Y là axit α-hidroxycacboxylic, ví dụ HOCH2-COOH (axit glycolic). Cần 2C.
C6H10O4.
Nếu Y là một axit α-hydroxycacboxylic, ví dụ: CH3-CH(OH)-COOH (axit lactic). C3H6O3.
Khi X thủy phân cho Y và Z.
Nếu Y = CH3CH(OH)COOH (C3H6O3).
Z là ancol.
Số C còn lại cho Z = 6 – 3 = 3C.
Số H còn lại cho Z = 10 – 6 = 4H.
CTPT của Z là C3H4O. Không phải ancol. (Ancol no phải có \(C_nH_{2n+2}O\)).
=> Y không thể là axit lactic.

Hãy quay lại các CTCT đã tìm được:
1. CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3 (Etylenglicol điaxetat)
Y = HOCH2CH2OH (etylenglicol), Z = CH3COONa.
Thỏa mãn.

2. CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3 (Đimetyl etylenglicol)
Y = HOCH2CH2OH (etylenglicol), Z = CH3COONa. (Sai, Z phải là CH3COONa).
CTPT: C6H10O4.
X: CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3.
Thủy phân: CH3COOH + HOCH2CH2OH + CH3COOH.
Y = HOCH2CH2OH. Z = CH3COONa.
Thỏa mãn.

Có khả năng các gốc R1, R2, R3 có thể thay đổi vị trí, đồng phân hình học.
Với CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3:
– Cấu trúc: R1-COO-R’-O-CO-R3.
R1=CH3, R3=CH3, R’=-CH2-CH2-.
– Cấu trúc: R1-COO-R2-COO-R3.
R1=CH3, R3=CH3, R2=-CH2-CH2-.

Chúng ta cần tìm tất cả các đồng phân của C6H10O4 là este 2 chức, thỏa mãn điều kiện.
Độ bất bão hòa 2.
Thủy phân tạo Y (vicinal diol) và Z (không tráng gương).

Các cấu trúc ancol đa chức có nhóm OH kề nhau (vicinal diol) có C <= 4:
– Etylenglicol: HOCH2CH2OH (2C).
– Propandiol-1,2: HOCH(CH3)CH2OH hoặc HOCH2CH(CH3)OH (3C).
– Butandiol-1,2: HOCH2CH(OH)CH2CH3 hoặc HOCH(OH)CH2CH2CH3 hoặc HOCH2CH2CH(OH)CH3 (4C).
– Butandiol-1,3: HOCH2CH2CH(OH)CH3 – không kề nhau.
– Butandiol-1,4: HOCH2CH2CH2CH2OH – không kề nhau.
– Butandiol-2,3: HOCH(CH3)CH(OH)CH3 (4C).
– Các đồng phân khác của butandiol có nhóm OH kề nhau.

Trường hợp 1: Y là Etylenglicol (HOCH2CH2OH).
Số C của Y là 2.
X có dạng R1-COO-CH2-CH2-OOC-R3 hoặc R1-COO-CH2-CH2-COO-R3.
Tổng C = 6. 2C từ COO. 2C từ -CH2-CH2-. Còn 2C cho R1 và R3.
– Dạng R1-COO-CH2-CH2-OOC-R3:
R1 và R3 có tổng 2C.
Nếu R1 = CH3-, R3 = CH3-.
X = CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. (1 CTCT)
Z = CH3COONa. Thỏa mãn.

– Dạng R1-COO-CH2-CH2-COO-R3:
R1 và R3 có tổng 2C.
Nếu R1 = CH3-, R3 = CH3-.
X = CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3. (2 CTCT)
Z = CH3COONa. Thỏa mãn.

Còn trường hợp nào khác cho R1 và R3 có tổng 2C?
R1 = H-, R3 = C2H5-. => Z chứa HCOONa. Loại.

Trường hợp 2: Y là Propandiol-1,2 (HOCH(CH3)CH2OH hoặc HOCH2CH(CH3)OH).
Số C của Y là 3.
X có dạng R1-COO-R’-O-CO-R3 hoặc R1-COO-R2-COO-R3.
Tổng C = 6. 2C từ COO. 3C từ R’ hoặc R2. Còn 1C cho R1 và R3.
– Dạng R1-COO-R’-O-CO-R3:
R’ là gốc propandiol-1,2.
Nếu R’ = -CH(CH3)-CH2-. R1=CH3-, R3=H-.
X = CH3-COO-CH(CH3)-CH2-OOC-H.
Y = HOCH(CH3)CH2OH. Z = CH3COONa và HCOONa. HCOONa tráng gương. Loại.
=> R1 hoặc R3 phải không là H.

Nếu R1 và R3 có tổng 1C. Chỉ có thể là CH3 và H.
=> Không có CTCT nào thỏa mãn trong trường hợp này.

– Dạng R1-COO-R2-COO-R3:
R2 là gốc propandiol-1,2.
R2 = -CH(CH3)-CH2-.
Số C của R2 = 3.
Tổng C = 6. 2C từ COO. 3C từ R2. Còn 1C cho R1 và R3.
R1 + R3 = 1C.
=> R1 = CH3-, R3 = H-.
X = CH3-COO-CH(CH3)-CH2-COO-H.
Thủy phân: CH3COOH + HOCH(CH3)CH2OH + HCOOH.
Y = HOCH(CH3)CH2OH. Z = CH3COONa và HCOONa.
HCOONa tráng gương. Loại.

Trường hợp 3: Y là Butandiol-1,2.
Số C của Y là 4.
X có dạng R1-COO-R’-O-CO-R3 hoặc R1-COO-R2-COO-R3.
Tổng C = 6. 2C từ COO. 4C từ R’ hoặc R2. Không còn C nào cho R1 và R3.
=> R1 và R3 phải là H-.
– Dạng R1-COO-R’-O-CO-R3:
R’ là gốc butandiol-1,2.
Ví dụ R’ = -CH2-CH(OH)-CH2-CH2-. Sai, Y là ancol.
R’ là gốc của ancol, tức là sau khi bỏ H.
Y = HOCH2-CH(OH)-CH2-CH3. (Butandiol-1,2).
R’ = -CH2-CH(OH)-CH2-CH2-. Cần suy nghĩ kỹ về R’.
Y là sản phẩm thủy phân, nên Y là ancol.
Nếu Y là HOCH2-CH(OH)-CH2-CH3.
CTPT của Y là C4H10O2.
Số C còn lại cho R1 và R3 là 6 – 2(COO) – 4(R’) = 0C.
R1 = H-, R3 = H-.
X = H-COO-R’-OOC-H.
R’ = -CH2-CH(OH)-CH2-CH2-.
Y là HOCH2-CH(OH)-CH2-CH2OH. => Y là butandiol-1,2-4. Sai.

Y phải là ancol.
Nếu Y là HOCH2-CH(OH)-CH2-CH3.
Số C của Y là 4.
Số C còn lại cho R1 và R3 = 6 – 2(COO) – 4(gốc ancol) = 0.
R1 = H-, R3 = H-.
X = H-COO-R’-OOC-H.
R’ là gốc hidrocacbon no có 4C, và khi gắn 2 nhóm OCOCH- vào thì tạo thành este.
Dạng R1-COO-R’-O-CO-R3.
R’ là gốc ancol.
Nếu Y là HOCH2-CH(OH)-CH2-CH3, thì cấu tạo của este là:
H-COO-CH2-CH(OH)-CH2-CH3-OOC-H.
Cần xem xét lại cấu tạo Y.
Y là ancol đa chức có nhóm OH kề nhau.
Y là sản phẩm thủy phân của X.

Xem lại các CTCT đã tìm được:
1. CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3.
Thủy phân: CH3COOH + HOCH2CH2OH + CH3COOH.
Y = HOCH2CH2OH (vicinal diol). Z = CH3COONa. Thỏa mãn.

2. CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3.
Thủy phân: CH3COOH + HOCH2CH2OH + CH3COOH.
Y = HOCH2CH2OH (vicinal diol). Z = CH3COONa. Thỏa mãn.

Có thể còn đồng phân nào khác?
Hãy xem xét lại gốc R’ trong CH3-COO-R’-OOC-CH3.
R’ là gốc no C2H4. CH2-CH2. Chỉ có 1 đồng phân.
Hãy xem xét lại gốc R2 trong CH3-COO-R2-COO-CH3.
R2 là gốc no C2H4. CH2-CH2. Chỉ có 1 đồng phân.

Xem xét trường hợp Y là Butandiol-2,3. HOCH(CH3)-CH(OH)CH3.
Số C của Y là 4.
Số C còn lại cho R1 và R3 = 0. R1 = H-, R3 = H-.
X = H-COO-R’-OOC-H.
R’ = -CH(CH3)-CH(OH)-CH3. Sai.
R’ là gốc hidrocacbon.
Cấu tạo của X: H-COO-C4H8-OOC-H.
R’ phải là gốc hidrocacbon C4H8.
Các gốc C4H8 có thể tạo ra ancol có OH kề nhau.
– Gốc C4H8 là -CH(CH3)-CH2-CH2-. Ancol tương ứng là HOCH(CH3)CH2CH2OH. Không có OH kề nhau.
– Gốc C4H8 là -CH2-CH(CH3)-CH2-. Ancol tương ứng là HOCH2CH(CH3)CH2OH. Không có OH kề nhau.
– Gốc C4H8 là -CH2-CH2-CH2-CH2-. Ancol tương ứng là HOCH2CH2CH2CH2OH. Không có OH kề nhau.
– Gốc C4H8 là -CH2-CH(OH)-CH2-CH2-. Không phải gốc hidrocacbon.
– Gốc C4H8 là -CH2-CH2-CH(OH)-CH3.

Cấu trúc của Y là vicinal diol.
Nếu Y là HOCH(CH3)-CH(OH)-CH3 (Butandiol-2,3).
Gốc R’ = -CH(CH3)-CH(CH3)-.
X = H-COO-CH(CH3)-CH(CH3)-OOC-H.
Thủy phân: HCOOH + HOCH(CH3)-CH(OH)-CH3 + HCOOH.
Y = HOCH(CH3)-CH(OH)-CH3. Z = HCOONa.
HCOONa tráng gương. Loại.

Cần xem xét các trường hợp của Z là ancol, không tráng gương.
Nếu Z là ancol, thì Z không có nhóm OH ở C bậc 1 hoặc C bậc 2 (trừ trường hợp nhóm OH đó bị che chắn bởi cấu trúc phức tạp).
Nhưng Z là sản phẩm thủy phân của este X.
Nếu X là este của axit đơn chức và ancol đa chức, Z là muối.
Nếu X là este của axit đa chức và ancol đơn chức, Z là ancol.

Xem lại trường hợp: X là este của axit đơn chức R1COOH và ancol đa chức R2(OH)2.
Dạng: R1-COO-R’-O-CO-R3.
Thủy phân: R1COONa + R3COONa + R'(OH)2.
Y = R'(OH)2 (vicinal diol). Z = R1COONa và R3COONa.
Z không tráng gương => R1COONa và R3COONa không bắt nguồn từ HCOOH.
=> R1 và R3 không thể là H-.

Chúng ta đã xét R’ = -CH2-CH2-.
R1+R3 = 2C.
R1=CH3-, R3=CH3-. => X = CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. Z = CH3COONa. Thỏa mãn. (1 CTCT)

Xem xét trường hợp: X là este của axit đicacboxylic R(COOH)2 và ancol đơn chức R’OH.
Dạng: R(COOR’)2.
Thủy phân: R(COONa)2 + 2 R’OH.
Y = R’OH. Z = R(COONa)2.
Y phản ứng với Cu(OH)2 tạo xanh lam => Y là ancol đa chức có OH kề nhau.
Mà Y là R’OH, ancol đơn chức.
=> Trường hợp này không thể.

Xem xét trường hợp: X là este của axit đicacboxylic R(COOH)2 và ancol đa chức R'(OH)2.
Dạng: R(COO-R’)2. Hoặc R(COO-R’-COO)R”.
Trong C6H10O4, có 2 nhóm COO.
Nếu là R(COO-R’)2.
Số C của R + 2*Số C của R’ = 4.
R là gốc hidrocacbon, R’ là gốc hidrocacbon.
Thủy phân: R(COONa)2 + 2 R'(OH).
Y = R'(OH). Z = R(COONa)2.
Y là R'(OH). Y phải là vicinal diol.
Ancol đa chức có 2 nhóm OH kề nhau.
Nếu R’ là ancol đơn chức, thì không thể là vicinal diol.
Nếu R’ là gốc ancol đa chức, thì cấu tạo phức tạp hơn.

Xem lại cấu trúc R(COOR’)2. R’ là gốc ancol no.
Ví dụ: Malonat đietyl: CH2(COOCH2CH3)2. C7H14O4. Sai C.

Quay lại các CTCT đã tìm được:
1. CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. (Etylenglicol điaxetat)
Y = HOCH2CH2OH, Z = CH3COONa.

2. CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3. (Đimetyl etylenglicol)
Y = HOCH2CH2OH, Z = CH3COONa.

Chúng ta đã xét Y là etylenglicol. Còn các vicinal diol khác như propandiol-1,2, butandiol-1,2, butandiol-2,3.

Trường hợp: X là este của axit đicacboxylic no với 2 ancol no đơn chức.
Dạng R1(COOR2)2. C6H10O4.
Số C của R1 + 2*Số C của R2 = 4.
Thủy phân: R1(COONa)2 + 2 R2OH.
Y = R2OH. Z = R1(COONa)2.
Y là ancol => Y phải là vicinal diol.
Nhưng R2OH là ancol đơn chức. Không thể là vicinal diol.
=> Trường hợp này loại.

Vậy chỉ còn dạng R1-COO-R’-O-CO-R3 và R1-COO-R2-COO-R3.

Trường hợp 1: R1-COO-R’-O-CO-R3.
Y = R'(OH)2 (vicinal diol). Z = R1COONa, R3COONa. Z không tráng gương.
R’ = -CH2-CH2-. (Y = HOCH2CH2OH).
R1+R3 = 2C. R1, R3 không là H-.
=> R1=CH3-, R3=CH3-.
X = CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. (1 CTCT)

Trường hợp 2: R1-COO-R2-COO-R3.
Y = R2(OH)2 (vicinal diol). Z = R1COONa, R3COONa. Z không tráng gương.
R2 = -CH2-CH2-. (Y = HOCH2CH2OH).
R1+R3 = 2C. R1, R3 không là H-.
=> R1=CH3-, R3=CH3-.
X = CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3. (1 CTCT)

Có thể có các đồng phân về vị trí của nhóm OH trong vicinal diol.
Y = Propandiol-1,2.
HOCH(CH3)-CH2OH. Gốc R’ = -CH(CH3)-CH2-.
R1+R3 = 1C. R1=CH3-, R3=H-. => Z chứa HCOONa. Loại.

Y = Butandiol-1,2.
HOCH2-CH(OH)-CH2-CH3. Gốc R’ = -CH2-CH(OH)-CH2-CH3. Sai, R’ là gốc hidrocacbon.
Gốc R’ = -CH2-CH(OH)-CH2-CH3. Cần làm rõ cấu tạo R’.
Y = HOCH2-CH(OH)-CH2-CH3. (Butandiol-1,2)
Số C của Y là 4.
X có dạng R1-COO-R’-O-CO-R3.
Số C của R’ = 4.
Số C còn lại cho R1 và R3 = 6 – 2(COO) – 4(R’) = 0.
=> R1=H-, R3=H-.
X = H-COO-R’-OOC-H.
R’ là gốc butandiol-1,2. R’ = -CH2-CH(OH)-CH2-CH3. Không phải gốc hidrocacbon.
R’ là gốc hidrocacbon C4H8.
Y là HOCH2-CH(OH)-CH2-CH3.
Gốc R’ là -CH2-CH-CH2-CH3. Cần có 2 nhóm OH kề nhau.

Cấu tạo của X:
Để Y là vicinal diol, thì ancol tạo ra phải có cấu tạo đó.
Nếu Y = HOCH2-CH(OH)-CH2-CH3.
Thì cấu tạo của X có thể là:
a) R1-COO-CH2-CH(OH)-CH2-CH3-OOC-R3. Không đúng dạng.
b) R1-COO-CH2-CH(OH)-CH2-CH3. (Este đơn chức).

Cấu trúc của este X:
1. CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3
Thủy phân cho Y = HOCH2CH2OH (vicinal diol), Z = CH3COONa. Thỏa mãn.

2. CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3
Thủy phân cho Y = HOCH2CH2OH (vicinal diol), Z = CH3COONa. Thỏa mãn.

Hãy xem xét trường hợp cấu tạo của ancol Y có các nhóm OH không ở vị trí 1,2 nhưng vẫn phản ứng với Cu(OH)2.
Ví dụ: Ancol có 3 nhóm OH trở lên.
HOCH2-CH(OH)-CH2OH (Glicerol). C3H8O3.
Nếu Y là glicerol.
Số C của Y là 3.
Số C còn lại cho R1 và R3 = 6 – 2(COO) – 3(gốc ancol) = 1C.
R1=CH3-, R3=H-.
X = CH3-COO-CH2-CH(OH)-CH2OH-OOC-H. Sai.
X = CH3-COO-CH(OH)-CH(OH)-CH2-OOC-H.
CTPT C6H10O4.
Thủy phân: CH3COOH + Glicerol + HCOOH.
Y = Glicerol. Z = CH3COONa, HCOONa.
HCOONa tráng gương. Loại.

Số CTCT thỏa mãn là 2.

KIỂM TRA LẠI:
Este X: C6H10O4. Độ bất bão hòa = 2.
Không tác dụng với Na => không có OH, COOH tự do.
Thủy phân X + NaOH -> Y + Z.
Y + Cu(OH)2 (t độ thường) -> xanh lam. Y là vicinal diol hoặc có nhóm OH ở vị trí đặc biệt.
Z không tráng gương.

Cấu trúc Y: vicinal diol là phổ biến nhất.
Trường hợp 1: Y = HOCH2CH2OH (etylenglicol). (2C).
X dạng R1-COO-CH2-CH2-OOC-R3 hoặc R1-COO-CH2-CH2-COO-R3.
Tổng C=6. 2C (COO) + 2C (CH2CH2) + C(R1) + C(R3) = 6.
=> C(R1) + C(R3) = 2.
Do Z không tráng gương, nên R1COONa và R3COONa không được tạo từ HCOOH.
=> R1 và R3 không thể là H-.
Các khả năng cho R1, R3 với tổng 2C và không là H-:
– R1 = CH3-, R3 = CH3-.
Dạng R1-COO-CH2-CH2-OOC-R3: CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3. (1 CTCT)
Y = HOCH2CH2OH. Z = CH3COONa. Thỏa mãn.
Dạng R1-COO-CH2-CH2-COO-R3: CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3. (1 CTCT)
Y = HOCH2CH2OH. Z = CH3COONa. Thỏa mãn.

Trường hợp 2: Y = Propandiol-1,2. (3C).
HOCH(CH3)CH2OH hoặc HOCH2CH(CH3)OH.
X dạng R1-COO-R’-O-CO-R3 hoặc R1-COO-R2-COO-R3.
Tổng C=6. 2C (COO) + 3C (R’ hoặc R2) + C(R1) + C(R3) = 6.
=> C(R1) + C(R3) = 1.
Do Z không tráng gương, R1, R3 không là H-.
=> Chỉ có 1C, không thể phân chia thành 2 gốc mà không có H.
=> Trường hợp này không có CTCT nào thỏa mãn.

Trường hợp 3: Y = Butandiol-1,2 hoặc Butandiol-2,3. (4C).
X dạng R1-COO-R’-O-CO-R3 hoặc R1-COO-R2-COO-R3.
Tổng C=6. 2C (COO) + 4C (R’ hoặc R2) + C(R1) + C(R3) = 6.
=> C(R1) + C(R3) = 0.
=> R1 = H-, R3 = H-.
Z = HCOONa. => Z tráng gương. Loại.

Vậy chỉ có 2 CTCT thỏa mãn.

Kết luận:
Có 2 công thức cấu tạo thỏa mãn tính chất của este X.

CTCT thứ nhất: CH3-COO-CH2-CH2-OOC-CH3.
CTCT thứ hai: CH3-COO-CH2-CH2-COO-CH3.

Chúc các em học tốt!

Đáp án: Có 2 công thức cấu tạo thỏa mãn tính chất trên.