HÓA cơ bản HIĐROCACBON NO

HIĐROCACBON NO A Mục đích – Yêu cầu Kiến thức trọng tâm I Ankan Đồng phân, danh pháp Phản ứng gốc SR Một số phương pháp điều chế ankan II Xicloankan Đồng phân: đơn vòng, đa vòng (dạng bixiclo, spiro) Đồng phân lập thể Phản ứng cộng mở vòng 3, cạnh Phản ứng gốc vịng vừa trung bình Một số phương pháp điều chế xicloankan B Nội dung giảng  ●Hiđrocacbon no loại hiđrocacbon mà phân tử chúng, nguyên tử liên kết với lk đơn (lk σ) ●Hiđrocacbon no chia thành loại: ankan xicloankan  ●Hiđrocacbon no phổ biến thiên nhiên Metan tạo thành từ phân hủy yếm khí HCHC (khí thiên nhiên) khí dầu mỏ (khí đồng hành) Các ankan từ C1-C40 thành phần dầu mỏ, thực vật gặp hiđrocacbon no C10-C37 Bài 1: Ankan I Cấu trúc, đồng dẳng, đồng phân danh pháp Khái niệm: - Ankan hiđrocacbon no mạch hở, có cơng thức chung CnH2n+2 (n ≥ 1) Cấu trúc a) Sự hình thành liên kết phân tử ankan - Ở ankan, nguyên tử C trạng thái lai hóa sp3 Mỗi nguyên tử C nằm tâm tứ diện mà đỉnh nguyên tử H C Các góc hóa trị xấp xỉ 109°28´ Ví dụ: CH4, C2H6 b) Cấu trúc không gian ankan ● Mô hình phân tử ● Cấu dạng - Các nhóm nguyên tử liên kết với liên kết đơn C-C quay tương đối tự quanh trục liên kết tạo vơ số dạng khác vè vị trí tương đói khơng gian gội cấu dạng - Cấu dạng xen kẽ bền cấu dạng che khuất - Cấu dạng chuyển đổi cho nhau, khonng thể cô lập rieng cấu dạng Đồng đẳng Ankan: metan (CH4), etan ( C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), có cơng thức chung CnH2n+2 (n ≥ 1) Chúng hợp thành dãy đồng đẳng gọi dãy đồng đẳng metan Đồng phân a) Đồng phân cấu tạo: thay đổi trật tự xếp nguyên tử C ankan xuất đp cấu tạo  ●Khái niệm bậc nguyên tử C: nguyên tử C liên kết trực tiếp với ng tử C khác ngun tử C coi C bậc I, …Nguyên tử H liên kết với C bậc I gọi H bậc I, …  ●Các dạng mạch cacbon: - Các ankan mạch thẳng (không phân nhánh) gọi nankan (n: normal): gồm C bậc I II - Khi phân tử có từ 4C trở lên, ngồi n-ankan cịn có ankan phân nhánh với C bậc III IV b) Đồng phân cấu hình (đp lập thể): n ≥ ankan xuất đp quang học Danh pháp a) Ankan không phân nhánh Theo IUPAC, tên 10 ankan không phân nhánh gọi bảng sau: Nhóm ngun tử cịn lại sau lấy bớt nguyên tử H từ phân tử ankan, có cơng thức CnH2n+1, gọi nhóm ankyl Tên nhóm ankyl khơng phân nhánh lấy từ tên ankan tương ứng đổi đuôi an thành đuôi yl b) Ankan phân nhánh Theo IUPAC, tên ankan phân nhánh gọi theo kiểu tên thay thế: - ● Mạch mạch dài nhất, có nhiều nhánh Đánh số nguyên tử cacbon thuộc mạch phía phân nhánh sớm ● Gọi tên mạch nhánh (tên nhóm ankyl) theo thứ tự vần chữ Số vị trí nhánh đặt trước gạch nối với tên nhánh Ví dụ: II Tính chất vật lý Nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy  ●Nhiệt độ sơi phụ thuộc vào: i Khối lượng phân tử (liên quan đến chuyển động nhiệt phân tử) ii Tương tác phân tử: Lực hút VđV: phân tử ankan gần ko phân cực, tương tác khuếch tán đóng vai trị định Tương tác khuếch tán phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc phân tử  ● Nhiệt độ nóng chảy phụ thuộc vào: i Khối lượng phân tử 10  Dạng ghế có đặc điểm cấu trúc sau: - Ở dạng ghế, nguyên tử C2, C3, C5, C6 (tương tự C1, C2, C4 C5; C3, C4, C6 C1: nghĩa nguyên tử C nằm cạnh đối diện song song) tạo thành mặt phẳng 33 - Ba nguyên tử C1, C3 C5 nằm mặt phẳng (và tạo thành tam giác đều); nguyên tử C2, C4 C6 nằm mặt phẳng khác song song với mặt phẳng cách mặt phẳng 50 pm - Có trục đối xứng bậc - Để đảm bảo góc lai hóa tứ diện hai liên kết C-H ng tử C vòng định hướng sau: lk C-H song song với trục đx bậc phân tử (đó trục qua trọng tâm ΔC1C3C5 vng góc với mp chứa ng tử C này), lk C-H lk „a“ (axial) (cách vẽ: lk a lk C-C ng tử C tạo góc tù!); lk C-H cịn lại hướng phía ngoại vi vịng, gọi lk biên, kí hiệu „e“ (equatorial) (cách vẽ: e1‖ C2C3, e2 ‖ C3C4, e3‖ C4C5, …) 34 - Ngay t° thường, cấu dạng xiclohexan chuyển đổi cho nhau: lk a chuyển thành lk e ngược lại ( t° thường, tốc độ chuyển cấu dạng lớn nên ko phân lập chúng: mp (135) chuyển động xuống dưới, mp (246) chuyển động lên trên) - Khi vòng xiclohexan dạng ghế, nhóm lớn (cồng kềnh) lk e bền vững nhóm lk a - Khi nhóm –CH3 vị trí a có sức căng Preloc (sức căng qua nhân) với 2H vị trí a 35 - Đối với dx xiclohexan, cấu dạng mà nhóm lớn lk e thường bền chúng lk a (tương tác 1,3-a,a: tương tác qua nhân, tương tác Preloc)  Dẫn xuất lần thế: xem ví dụ  Dẫn xuất lần thế: nhóm có kích thước lớn ưu tiên chiếm vị trí e vị trí chịu tương tác khơng gian với phần cịn lại phân tử 36 Đồng phân danh pháp a) Đồng phân: •Xicloankan có đp cấu tạo đp cấu hình i Đồng phân cấu tạo - Đp mạch cacbon: khác cách thức phân vòng/độ lớn vòng - Danh pháp: + chọn mạch vịng mạch + Đánh số thứ tự cho nhánh có số thứ tự nhỏ → Tên= số vị trí + độ bội + tên nhánh + tên hợp chất mạch vịng 37 - Đp nhóm chức: monoxicloankan anken đp nhóm chức ii Đồng phân cấu hình (đp lập thể): xicloankan có đp hình học đp quang học  Vòng 3,4 cạnh coi vịng phẳng Nếu hai nhóm phía có đp cis, khác phía có đp trans (danh pháp cistrans thường sử dụng với vòng xicloankan) Đồng phân có yếu tố khơng trùng vật ảnh có đp quang học 38  Vịng cạnh: - Trường hợp có nhóm thế: hai nhóm dạng aa, ee, ea ee 39 - Đecalin tồn hai cấu dạng cis- trans- (xem trên) III Tính chất vật lý •Ở điều kiện thường, xiclopropan xichobutan khí; xiclopentan , xiclohexan thể lỏng Các xicloankan nhẹ nước, không tan nước, tan dung môi hữu hòa tan nhiều chất hữu khác IV Tính chất hóa học  Nhận xét chung: tính chất hóa học xicloankan ankan có nhiều điểm tương đồng Chẳng hạn, xicloankan tham gia phản ứng gốc điều kiện giống ankan 40 Tuy nhiên, ankan xicloankan vòng cạnh có điểm khác biệt Phản ứng cộng mở vòng 3,4 cạnh  Xiclopropan tham gia phản ứng cộng mở vòng anken:  Xiclobutan tham gia phản ứng cộng mở vòng với H2 t° cao so với xiclopropan khơng có phản ứng với tác nhân lại 41 Các vịng từ cạnh trở lên khơng có sức căng nội phân tử lớn nên tham gia phản ứng giống ankan mạch hở Chúng bị hiđro hóa mở vịng t° cao (> 500°C) có xúc tác  Phản ứng nhiệt phân - Ở t° cao (> 500°C) có mặt xúc tác (Pt, Ni, …), xicloankan bị đề hiđro hóa thành hiđrocacbon thơm Phản ứng sử dụng phương pháp reforming nhằm tăng số octan để sản xuất hiđrocacbon thơm (benzen, toluen, xilen, …) Ví dụ: - Khi có AlCl3 (hay AlBr3 xúc tác), xiclopropan bị đồng phân hóa thành thành propen, xicloankan khác đồng phân hóa thành vịng cạnh bền 42 V Điều chế ứng dụng Điều chế a) Trong công nghiệp - Xicloankan có dầu mỏ (30 ÷ 60%) dạng vịng 5, cạnh với nhánh từ đến hàng chục ngun tử C, ngồi cịn có polixicloankan 2,3,4 vòng (hiđrocacbon naphtenic hay naphten) Khi chưng cất dầu mỏ, người ta thu xicloankan vòng 5,6 cạnh phân đoạn sôi 60 - 90°C 43 Từ phân đoạn này, tinh cất thu xiclohexan, metylxiclopentan, … dùng công nghiệp b) Trong phịng thí nghiệm 44 Ứng dụng - Hiđrocacbon naphtenic thành phần quan trọng nhiên liệu động dầu nhờn - Xicloankan dầu mỏ nguồn nguyên liệu quí cho tổng hợp hữu cơ, chẳng hạn xiclohexan từ phân đoạn sôi 60 – 90°C nguyên liệu quan trọng tổng hợp nilon-6 nilon-6,6 Xiclohexan đồng đẳng dùng để sản xuất benzen, toluen xilen 45 : 46 47 ... C1-C40 thành phần dầu mỏ, thực vật gặp hiđrocacbon no C10-C37 Bài 1: Ankan I Cấu trúc, đồng dẳng, đồng phân danh pháp Khái niệm: - Ankan hiđrocacbon no mạch hở, có cơng thức chung CnH2n+2 (n ≥ 1) Cấu... CO+H2, metanol - Cracking ankan dầu mỏ: etilen, propilen, dùng tổng hợp etanol, etilenglicol, glixerol, … - Refoming ankan C6-C8 hiđrocacbon thơm - Oxi hóa cắt mạch ankan mạch dài axit ankanoic dùng... khơng có mùi III Tính chất hóa học Đặc điểm chung: ● Ankan (parafin) tương đối trơ mặt hóa học đk thường Ankan có khả phản ứng với H2SO4 đặc, kiềm đặc, chất oxi hóa (KMnO4, K2Cr2O7, …) chất khử