Tổng hợp hidrocacbon

Bảng tổng hợp hidrocacbon

Bảng tổng kết kiên thức cơ bản hoá học trung học phổ thông – Luyện thi đại học cao đẳng – Hoá học hữu cơ : Phần Hiđrocacbon Tr n Ph ần Phương Duy – ĐHSP Hà Nội biờn soạn ương Duy – ĐHSP Hà Nội biờn soạn ng Duy – ĐHSP Hà N i biờn so n ội biờn soạn ạn

đạI CƯƠNG Về HOá HọC HữU CƠ.

1, Hợp chất hữu cơ là các hợp chất của Cacbon trừ CO, CO2, muối cacbonat, axit cacbonic, cacbua kim loại, h.chất xianua

Ví dụ: CH4, C2H4, CHCH, C6H6(benzen), CH3CH2OH, CH3COOH, C6H12O6, (C6H10O5)n, CH3NH2,

2, Đặc điểm chung của các hợp chất hữu cơ.

a) Thành phần nguyên tố và cấu tạo.

 Thành phần nguyên tố

Chủ yếu chứa C, H, O ngoài ra có một

số ng.tố khác nh N, Hal, S, Ca, Fe,

 Cấu tạo

Liên kết hoá học trong các hợp chất

hữu cơ chủ yếu là liên kết cộng hoá trị

b) Tính chất vật lý.

 Có t0s, t0nc thấp  chúng dễ bị bay hơi và dễ bị nóng chảy

 Các chất hữu cơ tan hoặc ít tan trong dung môi nớc, nhng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ

c) Tính chất hoá học chung.

 Dễ bị cháy

 Dễ bị nhiệt độ phân huỷ

 Các phản ứng của hợp chất hữu cơ th-ờng xảy theo nhiều chiều hớng khác nhau và với tốc độ rất chậm

3, Vấn đề tách và tinh chế các hợp chất hữu cơ.

 Phơng pháp chng cất: Tách các chất hữu cơ ở thể lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau

 Phơng pháp chiết : Tách các chất hữu cơ ở thể loảng không hoà tan đợc vào nhau và có khối lợng riêng khác nhau

 Phơng pháp kết tinh : Tách riêng hỗn hợp các chất ở thể rắn có độ tan khác nhau thay đổi theo nhiệt độ

4, Một vài khái niệm trong hoá học hữu cơ

 Nhóm chức: Nhóm nguyên tử hay nguyên tử gây ra phản ứng hoá học đặc trng cho phân tử hợp chất hữu cơ

Ví dụ: Nhóm chức của ancol là –OH gây phản ứng đặc trăng cho ancol là có thể tác dụng với Na giải phóng H2

 Đồng đẳng: Là các chất hữu cơ có thành phần phân tử khác nhau một hay nhiểu nhóm metylen ( – CH 2 ) nhng có cấu tạo hoá học tơng tự nh nhau  có tính chất hoá học tơng tự nhau

Ví dụ: CH3CH2CH3 ,CH3CH2CH2CH3 và CH3CH2CH2CH2CH3 là các chất đồng đẳng

 Đồng phân: Là các các chất hữu cơ có cùng công thức phân tử nhng có công thức cấu tạo khác nhau  có tính chất hoá học không giống nhau.

Ví dụ: ứng với công thức phân tử C2H6O có 2 đồng phân là CH3CH2OH (ancol etylic) và CH3OCH3 (đimetyl ete)

5, Bản chất của một số liên kết trong hợp chất hữu cơ.

 Liên kết đơn ( – ): Tạo bởi 1 cặp e dùng chung Thành phần gồm 1 liên kết 

 Liên kết đôi ( = ) : Tạo bởi 2 cặp e dùng chung Thành phần gồm 1 liên kết  và 1 liên kết  Gọi chung là liên kết bội

 Liên kết ba (  ) : Tạo bởi 3 cặp e dùng chung Thành phần gồm 1 liên kết  và 2 liên kết 

Dãy đồng đẳng CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C3H6, C4H8, C5H10, C6H12, C2H4, C3H6, C4H8, C5H10, C6H12, C3H4, C4H6, C5H8, C6H10, C2H2, C3H4, C4H6, C5H8, C6H10, C6H6, C7H8, C8H10, C9H12,

Đặc điểm cấu tạo Mạch hở, các liên kết đều là đơn( ) Mạch chính khép kín thành một vòng, các liên kết đều là đơn ( ) Mạch hở, phân tử có một liên kết đôi (), còn lại là liên kết đơn () Mạch hở, phân tử có hai liên kết đôi (2), còn lại là liên kết đơn () Mạch hở, phân tử có một liên kết ba “C C” (2), còn lại là liên kết đơn () Hiđrocacbon phân tử chứa một nhân thơm (nhân benzene) Cấu trúc phân tử

 Các ng.tử C ở trạng thái lai hoá sp3

 Các góc liên kết đều là 109028’

CH4 có cấu trúc tứ diện đỉnh là C

 2 ng.tử C có “=” ở TT lai hoá sp2

 Các góc liên kết khoảng 1200

 C2H4 có các ng.tử đều thuộc trong mặt phẳng chứa liên kết đôi

Trong trơng trình chỉ nghiên cứu

buta-1,3-đien, iso-pren Trong phân tử CH2=CHCH=CH2

 4 ng.tử C đều ở trạng thái lai hoá sp2

 2 ng.tử C có “” ở TT lai hoá sp

 2 ng.tử C mang liên kết “” và 2 ng.tử liên kết trực tiếp với chúng nằm trên một

đờng thẳng

Xét với benzen (C6H6)

 6 ng.tử C ở TT lai hoá sp2

 Trong phân tử benzen tồn tại hệ liên hợp lk  bền vững hơn

Tính chất vật lý

 Trạng thái ở điều kiện thờng

C1  C4 : Trạng thái khí

C5 C17 : Trạng thái lỏng

C18 trở lên: Trạng thái rắn

 Không màu Thể khí và rắn: không mùi Thể lỏng: C5  C10: mùi xăng

C10  C16: mùi dầu hoả

 t0nc, t0s : tăng khi mạch C tăng

 Tính tan: Không tan trong nớc nhng tan trong một số dung môi hữu cơ khác

 Trạng thái ở điều kiện thờng

C3  C4 : Trạng thái khí

C5 trở lên: Trạng thái lỏng, rắn

 Màu sắc : Không màu

 Mùi vị: Không vị

 Tính tan: Không tan trong nớc nhng tan trong một số dung môi hữu cơ khác

 Trạng thái ở điều kiện thờng

C2  C4 : Trạng thái khí

C5 trở lên : Trạng thái lỏng, rắn

 Màu sắc: Không màu

 Mùi vị : Không vị

 t0nc, t0s : tăng khi mạch C tăng

 Tính tan: Không tan trong nớc nhng tan trong một số dung môi hữu cơ khác

 Giữa 2 ng.tử C có chứa liên kết “=” có 2 obitan p xen phủ bên tạo l.kết   Hình thành hệ liên kết  liên hợp

 Tạo cho cao su có tính chất đàn hồi

 4 ng.tử C và 6 ng.tử H trong phân tử đều nằm trên cùng một mặt phẳng

 Trạng thái ở điều kiện thờng

C2  C4 : Trạng thái khí

C5 trở lên: Trạng thái lỏng hoặc rắn

 Màu sắc : Không màu

 Mùi vị: Không vị

 Tính tan: Không tan trong nớc nhng tan trong một số dung môi hữu cơ khác

 tos, t0nc tăng khi mạch C tăng

 Benzen và các ankyl benzen là những chất không màu, không tan trong nớc, nhng tan trong một số dung mỗi hữu cơ khác đồng thời là dung môi hoà tan các chất hữu cơ khác (I2, Br2, S, cao su, chất béo, )

 Các aren đều là chất có mùi ( benzen và toluen có mùi thơm nhẹ, nhng có hại cho sức khoẻ)

Đồng phân *, Ph.tử có từ 4C trở lên có đồng phân*, Thuộc đp về mạch cacbon *, Ph.tử có 4C trở lên có đ.phân*, Thuộc đp về mạch cacbon *, Ph.tử có từ 4C trở lên có đồng phân*, Thuộc đp về mạch cacbon, đp vị trí

liên kết “=”, đp hình học (cis-trans)

*, Ph.tử có từ 4C trở lên có đồng phân

*, Thuộc đp về mạch cacbon, đồng phân vị trí 2 liên kết đôi

*, Ph.tử có từ 4C trở lên có đồng phân

*, Thuộc đp về mạch cacbon, đồng phân

vị trí liên kết ba “C C”

*, Ph.tử có 8C trở lên có đ.phân

*, Thuộc ddp về mạch cacbon

Danh

pháp

Thông

th-ờng *, 1CH*, 2CH33 đính vào C đính vào C22 m.chính  “iso” m.chính “neo”

Tên ankan tơng ứng nhng thay thế

đuôi “an”  đuôi “ ilen “

Số chỉ nhánh + tên nhánh +

+ tên mạch C chính + “a” + +vị trí 2 liên kết “=” + “đien”

Tên gốc ankyl thế + “axetylen”

Ví dụ: CHCCH3: metylaxetylen

Thay thế

(IUPAC)

Số chỉ nhánh + tên nhánh +

+ tên mạch C chính + “ an ”

Số chỉ nhánh + tên nhánh +

+“xiclo” +tên mạch C chính +“an” Số chỉ nhánh + tên nhánh +

+ tên mạch C chính+ vị trí”=” +“en”

Số chỉ nhánh + tên nhánh + + tên mạch C chính+ vị trí”” +

“in”

Số chỉ vị trí thế H của vòng

benzen + tên nhánh + benzen”

Ví dụ đồng phân và

danh pháp

CH3CH2CH2CH2CH3 (1)

CH3CH(CH3)CH2CH3 (2)

CH3

CH3-C-CH3 (3)

CH3

(1) Pentan (2) 2-metylbutan ( iso pentan) (3) 2,2-đimetylpropan ( neo pentan)

CH3

(1) (2) C2H5(3)

(4) (5)

(1) Xiclo pentan (2) Metyl xiclobutan (3) Etyl xiclopropan (4) 1,1-đimetyl xiclopropan (5) 1,2-đimetyl xiclopropan

CH2=CHCH2CH2CH3 (1)

CH3CH=CHCH2CH3 (2)

CH2=C(CH3)CH2CH3 (3)

CH2=CHCH(CH3)2 (4)

CH3CH=C(CH3)2 (5)

(1) Pent-1-en (2) Pent-2-en (3) 2-metylbut-1-en

(4) 3-metylbut-1-en (5) 2-metylbut-2-en

CH2=C=CHCH2CH3 (1)

CH2=CHCH=CHCH3 (2)

CH2=CHCH2CH=CH2 (3)

CH3CH=C=CHCH3 (4)

CH2=C(CH3)CH=CH2 (5)

CH2=C=C(CH3)2 (6)

(1) Penta-1,2-đien (2) Penta-1,3-đien (3) Penta-1,4-đien (4) Penta-2,3-đien (5) 2-metylbuta-1,3-đien

(6) 3-metylbuta-1,2-đien

CHCCH2CH2CH3 (1)

CH3C CCH2CH3 (2) CHCCH(CH3)2 (3)

(1) Pent-1-in (2) Pent-2-in (3) 3-metylbut-1-in

CH3

C2H5 (1) CH3 (2)

CH3

(3) H3C – CH3

(4)

CH3

(1) Etylbenzen

(2) o-xilen (1,2-đimetylbenzen)

(3) m-xilen (1,3-đimetylbenzen)

(4) p-xilen (1,4-đimetylbenzen)

Phản ứng thế P/ứ thế halogen (as)là p/ứ đặc trng của

các ankan và các hidrocacbon no

CnH2n+2 + kCl2  CnH2n+2-kClk + kHCl

Điều kiện: 1 ≤ k ≤ 2n + 2

Ví dụ: Ankan thế halogen tạo nhiều

sản phẩm đồng phõn vị trớ đớnh ng.tử halogen

CH3CH2CHCH3 + Cl2  CH3CH2CHCH3

CH3 CH3

Nhưng với 3-metylpentan do cú cấu tạo đối xứng nờn cú 3 sản phẩm thế

Trục đối xứng của ph.tử

CH3CH2CHCH2CH3

CH3

Ankan có thể thế với hal với nhiều tỉ lệ khác nhau tạo nhiều sản phẩm khác nhau (Hỗn hợp sản phẩm đồng phân)

Ví dụ: Ankan thế với nhiều tỉ lệ

Monoxicloankan cũng có p/ứ thế halogen khi có askt

Ví dụ: Xét phản ứng sau trục đối xứng

CH3 sp chớnh

+ Cl2 (1:1)

(askt) Hỗn hợp 4 sản phẩm thế

Quy luật thế:

P/ứ xảy ra tơng tự nh đối với ankan , nguyên tử hal sẽ u tiên thế vào nguyên tử H của C có bậc cao nhất trong phân tử monoxicloankan

Một số anken có phản ứng thế H của nguyên tử Cacbon no trong phân tử( nguyên tử không gắn với liên kết

đôi) nhng ở điều kiện khó thực hiện với nhiệt độ khoảng từ 450 đến

5000C

Ví dụ:

CH2=CHCH3+Cl2CH2=CHCH2Cl+HCl Phản ứng trên đợc ứng dụng trong việc sản xuất điều chế glixerol

CH2=CHCH3 CH2=CHCH2Cl 

C3H5(OH)3  CH2ClCHClCH2Cl

tác nhân nh hal, HNO 3 /H 2 SO 4 đ,

H 2 SO 4 đ, ankyl halogenua, Nhng tuỳ

điều kiện và bản chất các gốc đính vào vào nhân thơm mà sản phẩm p/ứ có sự khác biệt

a).Thế hal vào ankylbenzen

CH3 CH3

CH3  Cl 

Cl  C6H5CH2Cl + HCl

NO2 NO2

+ HNO 3

2 4

H SO (d)

     

+ H 2 O

NO2

+ H2SO4  SO3-H + H2O

Bột Fe

askt

CH4 + nCl2  CH4-nCln + nHCl

Với n là 1; 2; 3; 4

Quy luật thế:

Hớng u tiên là nguyên tử hal thế vào nguyên tử H của C có bậc cao nhất trong ankan

+ RX  R + HCl

Phản ứng cộng

(Không có phản ứng cộng) Chí có vòng 3 và 4 cạnh mới có

phản ứng cộng ( cộng mở vòng)

+ H2 ⃗Ni, t o C

CH3CH2CH3

+ Br2  BrCH2CH2CH2Br + HBr  CH3CH2CH2Br

Lưu ý: cỏc h.ch t cú c u t o vũng baất cú cấu tạo vũng ba ất cú cấu tạo vũng ba ạo vũng ba

c nh v n cú p ng trờn nhạo vũng ba ẫn cú p.ứng trờn như ứng trờn như ư (1) + H2 ⃗Ni, t o C

(2)

+H2 ⃗Ni, t o C

CH3CH2CH2CH3

Có phản ứng cộng với các tác nhân

H2, axit, H2O, halogen

CnH2n + H2 ⃗Ni, t o C C

nH2n + 2

Chú ý: Phản ứng k0 làm thay đổi mạch C

b) Công halogen  dẫn xuất đihal

CnH2n + Br2 CnH2nBr2

Chú ý: Phản ứng k0 làm thay đổi mạch C

c) Cộng axit(HX)  dẫn xuất hal

 CH3CHBrCH3

CH2=CHCH3 

 CH2BrCH2CH3

 CH3CHOHCH3

CH2=CHCH3

 CH2OHCH2CH3

Chú ý : cỏc ph n ng ản ứng ứng trờn như c,d tuân theo quy tắc

c ng ộng Maccopnhicop

Có p/ứ cộng với các tác nhân H2, hal,

HX, H2O

CnH2n – 2 + H2 ⃗Pd / PbCO 3 CnH2n

CnH2n – 2 + 2H2 ⃗Ni, t o C C

nH2n + 2

b) Cộng halogen Br Br

CH 2 CHCH=CH 2

CH 2 =CHCH=CH 2 +Br 2 (Cộng 1,2) Br Br

CH 2 CH=CHCH 2 (Cộng 1,4)

CH2=CHCH=CH2+2Br2 CH2CH2CH2CH2

Br Br Br Br

Chú ý: Cộng theo tỉ lệ 1:1 với H2 và X2

 Với t0 thấp: sp cộng 1,2 chiếm u thế

 Với t0 cao: sp cộng 1,4 chiếm u thế

c) Cộng axit và nớc

 Cộng axit  dẫn xuất halogen

 Cộng nớc  Ancol no hoặc không no tuỳ theo tỉ lệ

Có p/ứ cộng với các tác nhân H2, hal,

HX, H2O

CnH2n – 2 + H2 ⃗Pd / PbCO 3 CnH2n

CnH2n – 2 + 2H2 ⃗Ni, t o C C

nH2n + 2

b) Cộng halogen

CnH2n – 2 + 2Br2  CnH2n – 2Br4

Ví dụ:

HCCCH3 + Br2  CHBr2CBr2CH3

c) Cộng axit

CnH2n – 2 + 2HX  CnH2nX2

d) Công nớc  andehit hoặc xeton

Ví dụ: Xét pứng trờn như HCCCH3 + H2O Nếu sp là CH2=CCH3  CH3-C-CH3

OH O Nếu sp làCH=CHCH3CH3CH2CHO OH

Các ankyl benzen có p/ứ công với các tác nhân là H2 và halogen

a) Cộng H2

+ 3H2 ⃗Ni, t o C

b) Cộng Cl2

C6H6 + 3Cl2 ⃗askt

C6H6Cl6

Thuốc trừ sâu 666

Phản ứng

trùng hợp

(Không có phản ứng trùng hợp) (Không có phản ứng trùng hợp) Ví dụ:

nCH2=CH2 ⃗t0, xt , p (CH

2CH2)n

nCH2=CHCH3 ⃗t0, xt , p

(CH2CH)n

CH3

Ví dụ:

nCH2=CHCH=CH2 ⃗t0, xt , p

⃗t0, xt , p (CH

2CH=CHCH2)n

Cao su BuNa

 P/ứ nhị hợp axetilen (đime húa) 2C2H2  CH2=CHCCH

 P/ứ tam hợp axetilen (trime húa) 3CHCH ⃗C , 6000C C

6H6

( Không có phản ứng trùng hợp)

Phản

ứng

oxihoá

P/ứ

cháy CnH2n + 2

⃗+O2/t0C

nCO2 + (n+1)H2O

NX: nH2O > nCO2, nAnkan = nH2OnCO2

CnH2n

⃗+O2/t0C

nCO2 + nH2O

NX: nH2O = nCO2

CnH2n–2

⃗+O2/t0C

nCO2 + (n –1)H2O

NX: nH2O < nCO2, n(ankadien-ankin) = nCO2 – nH2O C

nH2n -6

⃗+O2/t0C

nCO2 + (n-3)H2O

NX: nCO2 > nH2O

Oxihoá

không

hoàntoà

n

Các xicloankan vòng 3 cạnh có p/ứ công Br2

 + Br2  BrCH2CH2CH2Br

Thể hiện khi p/ứ với Br2, KMnO4

3CnH2n+2KMnO4+4H2O 

 3CnH2n(OH)2+2MnO2+2KOH Sản phẩm là ancol no hai chức

Thể hiện khi p/ứ với Br2, KMnO4

3CnH2n – 2+ 4KMnO4+8H2O 

 3CnH2n – 2(OH)4+4MnO2+4KOH Sản phẩm là ancol no bốn chức

Ankin làm mất màu dd thuốc tím KMnO4 tạo sản phẩm cha muối kali của axit hữu cơ

 Benzen ko làm mm dd KMnO4, Các ankyl benzen khá làm mm dd KMnO4 tạo muối kali của axit hữu cơ

Điều chế.  Nung R-COOONa với vôi tôi xútCnH2n+1COOONa +NaOH  Na2CO3+CnH2n+2

 Crăckinh ankan có mạch C lớn

CnH2n+2  CmH2m +Cm’H2m’+2 (m+m’=n)

 Cộng H2 vào hiđrocacbon ko no

CnH2n+2-2k + kH2  CnH2n+2

 P2 Vuyec (P2 tăng mạch Cacbon)

Ví dụ: (xt: ete khan)

2CH3Cl + Na  C2H6 + NaCl

CH3Cl+C2H5Cl+2Na  C3H8+2NaCl

 Tách một phân tử H2 từ ankan có mạch C tơng ứng( mạch chính có 5

C trở lên)

Ví dụ:

CH3(CH2)3CH3  + H2

 Tách 1 phân tử H2 từ ankan t/ứng

CnH2n+2  CnH2n + H2

 Hiđrohoá ankin (xt: Pd/PbCO3)

CnH2n – 2 + H2  CnH2n

 Tách nớc từ ancol no đơn chức

CnH2n+1OH  CnH2n + H2O

 Tách HX từ dẫn xuất halogen

CnH2n+1X + KOH 

 CnH2n +KX+H2O

 Crăckinh ankan có mạch C lớn

CnH2n+2  CmH2m +Cm’H2m’+2 (m+m’=n)

 Điều chế butađien a) Tách 2 p.tử H2 từ butan

C4H10  CH2=CHCH=CH2 + 2H2

b) Tách H2,H2O từ etanol (xt:ZnO,MgO) 2C2H5OHCH2=CHCH=CH2+H2+H2O c) Hiđrohoá vinylaxetilen (xt:Pd/PbCO3)

CH2=CHCCH+H2CH2=CHCH=CH2

 Điều chế iso-pren Tách H2 từ iso-pentan cơ chế tách tơng

tự nh đối với butan

 Điều chế axetilen a) Đi từ CH4

2CH4 ⃗15000, LLN CHCH +

2H2 b) Đi từ đá vôi CaCO3CaO CaC2 C2H2

Phơng trình phản ứng

CaCO3  CaO + CO2

CaO + 3C  CaC2 + CO CaC2 + H2O  Ca(OH)2 + C2H2

 Phơng pháp đề hiđro hoá Tách H2 từ xiclo hexan ; hexan

 Phơng pháp tổng hợp a) Tam hợp C2H2 (xt: C, 6000C) 3CHCH ⃗C , 6000C C

6H6

b) Nung Natribenzoat với xút

C 6 H 5 COONa+NaOHC 6 H 6 +Na 2 CO 3

c)Phơng pháp Friden-Crap

C6H6 + RX    xt:AlCl3 C6H5R+ HX

Thầy tặng em bản hệ thống húa kiến thức về hidrocacbon Hi vọng nú sẽ giỳp được em phần nào đú trong quỏ trỡnh ụn tập cuả mỡnh Chỳc em học tốt!

Giỏo sinh: Trần Phương Duy

+HBr

+H 2 O xt:H +