CHƯƠNG V HROCACBON NO CHƯƠNG V HROCACBON NO KHÁI NIỆM: 1/ Hi®rocacbon no (cßn gäi hi®rocacbon b·o hoµ): Lµ hi®rocacbon mµ trong ph©n tư chØ cã c¸c liªn kÕt ®¬n C – C. 2/ Hi®rocacbon no víi m¹ch cacbon hë (kh«ng vßng) : gäi lµ ANKAN. 3/ Hi®rocacbon no víi m¹ch cacbon vßng: gäi lµ XICLOANKAN. Hi®rocacbon no lµ ngn nhiªn liƯu träng u ®èi víi con ngêi vµ còng lµ ngn nguyªn liƯu quan träng cđa c«ng nghiƯp ho¸ chÊt. Bài 33 ANKAN ĐỒNG ĐẲNG – ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP I) ĐỒNG ĐẲNG VÀ ĐỒNG PHÂN : 1. Đồng đẳng : ⇒ có công thức chung là 2. Đồng phân : - Đồng phân là những hợp chất khác nhau nhưng có cùng công thức phân tử là những chất đồng phân. a) Đồng phân mạch cacbon: - Ở dãy đồng đẳng của metan, từ thành viên thứ tư trở đi, mỗi thành viên gồm nhiều đồng phân. Thí dụ: + Ứng với công thức phân tử C 4 H 10 (thành viên thứ tư của dãy đồng đẳng) có 2 đồng phân cấu tạo: + Ứng với công thức phân tử C 5 H 12 (thành viên thứ tư của dãy đồng đẳng) có 2 đồng phân cấu tạo: + VẬY: Ankan từ C 4 H 10 trở đi có đồng phân cấu tạo, đó là đồng phân mạch cacbon. Một số lượng đồng phân ứng với các ankan sau 1 CHƯƠNG V HROCACBON NO n 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 Số đồng phân 2 3 5 9 18 35 75 4.347 366.319 4,11.10 9 +Viết ctct các đồng phân và gọi tên ankan của C 7 H 16 (có 9 đồng phân): b) Bậc cacbon: II – DANH PHÁP: 1.Ankan không phân nhánh: b) Theo IUPAC: - Tên của 10 ankan không phân nhánh đầu tiên và tên gốc ankyl (nhóm ankyl) không nhánh được gọi: n Ctpt Tên Gốc Tên n Ctpt Tên Gốc Tên 1 CH 4 CH 3 – 6 C 6 H 14 C 6 H 13 – 2 C 2 H 6 C 2 H 5 – 7 C 7 H 16 C 7 H 15 – 3 C 3 H 8 C 3 H 7 – 8 C 8 H 18 C 8 H 17 – 4 C 4 H 10 C 4 H 9 – 9 C 9 H 20 C 9 H 19 – 5 C 5 H 12 C 5 H 11 – 10 C 10 H 22 C 10 H 21 – Gốc ankyl (nhóm ankyl) không phân nhánh : - Nhóm nguyên tử còn lại sau khi lấy bớt 1 nguyên tử H từ phân tử ankan: Là gốc hrocacbon no hóa trò 1, mạch không phân nhánh . Gọi tên là ANKYL (đổi đuôi an thành yl ) ⇒ có công thức: C n H 2n+2 – 2. Ankan phân nhánh: 2 CHƯƠNG V HROCACBON NO • Mạch chính là mạch dài nhất, có nhiều nhánh nhất. Đánh số các nguyên tử cacbon thuộc mạch chính bắt đầu từ phía phân nhánh sớm nhất. • Gọi tên mạch chính (tên nhóm ankyl) theo thứ tự vần chữ cái. Số chỉ vò trí nhánh nào đặt ngay trước gạch nối với tên nhánh đó Nếu : Mạch cacbon phân nhánh : Chọn mạch cacbon chính : mạch cacbon dài nhất , có nhiều nhánh nhất Đánh số ở đầu mạch C gần nhánh nhất, sao cho tổng số số vò trí các nhánh là nhỏ nhất . (Khi đánh số ưu tiên cho đầu gần mạch nhánh hơn dù tổng số lớn hơn. Nếu 2 đầu đều gần nhánh thì ưu tiên chọn số kế tiếp mà nhỏ hơn. Nếu cả 2 đều có tổng số như nhau thì ưu tiên gọi theo mẫu tự a, b, c, …. Ví dụ: 2,3,4,5…… và 2,4,3,5,……. Thì chọn 2,3 mà không 2,4). Gọi tên các nhánh theo mẫu tự chữ cái: a,b, ……… Nếu có các nhánh giống nhau thì dùng tiền tố bội : đi- , tri- , …. Gọi tên các nhánh, nhóm thế ưu tiên theo: Trình tự Halogen → nitro (-NO 2 ) → amino (-NH 2 ) → Ankyl (-C n H 2n+1 ). Nếu đầu mạch cacbon có 2 nhóm mêtyl (CH 3 – ) thì còn dùng tiếp đầu ngữ : Iso . Nếu đầu mạch Cacbon 3 nhóm mêtyl (CH 3 – ) thì còn dùng tiếp đầu ngữ : Nêo . ; ; Gọi theo thứ tự : Theo IUPAC, tên của ankan phân nhánh được gọi theo kiểu thay thế: Số chỉ vò trí của nhánh hay nhóm thế Tiền tố chỉ độ bội cho các nhánh hay nhóm thế giống nhau Tên của nhánh hay nhóm thế Tên mạch cacbon chính an Ví dụ 1: Gọi tên các chất sau: 1/ CH 3 CH CH 3 CH 3 2/ CH 3 CH CH 2 CH 3 CH 3 3/ CH 3 C CH 3 CH 3 CH 3 4/ CH 3 C CH CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 5/ CH 3 C CH 2 CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 3 CH 3 6/ CH 3 C CH 2 C 2 H 5 CH 3 CH CH 2 CH 3 CH 3 7/ 3 3 | | 3 2 2 3 | 3 CH CH CH CH CH CCH CH CH 3 CHƯƠNG V HROCACBON NO Ví dụ: Viết CTCT thu gọn và thu gọn nhất của các chất sau: a) isobutan b) isopentan c) neopentan d) neohexan e)2,3–dimetylbutan f) 3–etyl–2–metylheptan g) 4–etyl–3,3–dimetylheptan h) 5–isopropyl–3–metyl–4–propyloctan Bài 34 CẤU TRÚC PHÂN TỬ VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ANKAN I – CẤU TRÚC PHÂN TỬ ANKAN 1. Sự hình thành liên kết trong phân tử ankan: 4 CHƯƠNG V HROCACBON NO ; ; - Các nguyên tử Cacbon của ankan ở trạng thái lai hoá sp 3 . - Mỗi nguyên tử Cacbon nằm ở tâm của tứ diện mà 4 đỉnh là các nguyên tử H hoặc C, liên kết C–C, C–H đều là liên kết σ . - Các gốc hoá trò · CCC , · CCH , · HCH đều gần bằng 109,5 0 . 2.Cấu trúc không gian của ankan: a) Mô hình phân tử: b) Cấu dạng: ; ; ; 5 CHƯƠNG V HROCACBON NO Cấu dạng: che khuất xen kẽ che khuất xen kẽ II – TÍNH CHẤT VẬT LÝ 1. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng: Bảng 5.2 . Hằng số vật lý của một số ankan Ankan Công thức C n Nhiệt độ nóng chảy ( 0 C) Nhiệt độ sôi ( 0 C) Khối lượng riêng (g/cm 3 ) Metan CH 4 C 1 –183 – 186 0,415 (–164 0 C) Etan CH 3 CH 3 C 2 –183 –89 0,561 (–100 0 C) Propan CH 3 CH 2 CH 3 C 3 –188 – 42 0,585 (–45 0 C) Butan CH 3 [CH 2 ] 2 CH 3 C 4 –138 – 0,5 0,6 (0 0 C) Pentan CH 3 [CH 2 ] 3 CH 3 C 5 –130 36 0,626 (20 0 C) Hexan CH 3 [CH 2 ] 4 CH 3 C 6 –195 69 0,66 (20 0 C) Heptan CH 3 [CH 2 ] 5 CH 3 C 7 – 91 98 0,684 (20 0 C) Octan CH 3 [CH 2 ] 6 CH 3 C 8 – 57 126 0,703 (20 0 C) Nonan CH 3 [CH 2 ] 7 CH 3 C 9 –54 151 0,718 (20 0 C) Đêcan CH 3 [CH 2 ] 8 CH 3 C 10 –30 174 0,73 (20 0 C) Icosan CH 3 [CH 2 ] 18 CH 3 C 20 37 343 0,778 (20 0 C) 2. Tính tan, màu và mùi. a) Tính tan: b) Màu và mùi: 6 CHƯƠNG V HROCACBON NO Bài 35 TÍNH CHẤT HOÁ HỌC, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA ANKAN I – TÍNH CHẤT HOÁ HỌC Ở phân tử ankan chỉ có các liên kết C – C và C – H. Đó là các liên kết σ bền vững, vì thế các ankan tương đối trơ về mặt hoá học: Ở nhiệt độ thường chúng không phản ứng với axit, bazơ và chất oxi hoá mạnh (như KMnO 4 ). ⇒ Vì thế ankan còn có tên là parafin, nghóa là ít ái lực hoá học. Dưới tác dụng của ánh sáng, xúc tác và nhiệt, ankan tham gia các phản ứng thế, phản ứng tách và phản ứng oxi hoá ⇒ sản phẩm thu được thường là hỗn hợp của nhiều chất. 1. Phản ứng thế: - Khi chiếu sáng hoặc đốt nóng hỗn hợp metan và clo sẽ xảy ra phản ứng thế lần lượt các nguyên tử hidro bằng clo: a) Mêtan tác dụng với Clo : b) Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan: - Ưu tiên thế nguyên tử hro ở nguyên tử cacbon bậc cao hơn . Ví dụ 1: Cho khí propan thế với khí clo: Dạng tổng quát : 2 2n n C H + + Cl 2 askt → 2 1n n C H Cl + + HCl hay : 2 2n n C H + + xCl 2 askt → 2 2n n x x C H Cl + − + xHCl Ví dụ 2: Cho khí propan thế với brom lỏng nguyên chất : 7 CHƯƠNG V HROCACBON NO Ví dụ 3: Butan tác dụng với brom lỏng nguyên chất : Ví dụ 4: Butan tác dụng với khí clo. • Cơ chế phản ứng: c) Phản ứng thế H bằng halogen thuộc loại phản ứng halogen hoá, sản phẩm hữu cơ có chứa halogen gọi là dẫn xuất halogen. 2 2n n C H + + xX 2 askt → 2 2n n x x C H CX + − + xHX - Clo thế H ở các cacbon khác nhau. Brom hầu như chỉ thế H ở cacbon bậc cao. Flo phản ứng mãng liệt nên phân huỷ ankan thành C và HF. Iot quá yếu nên không phản ứng với ankan. d) Cơ chế phản ứng halogen hoá. - Phản ứng clo hoá và brom hoá ankan xảy ra theo cơ chế gốc – dây chuyền. A/ Bước khơi mào: (1): Phân tử clo hấp thụ ánh sáng bò phân cắt đồng li thành 2 nguyên tử clo. B/ Bước phát triển dây chuyền: (2): Nguyên tử clo là một gốc tự do hoạt động, nó ngắt lấy nguyên tử H từ CH 4 tạo ra HCl và gốc tự do 3 CH • . (3): Gốc 3 CH • không bền, nó tách lấy nguyên tử clo từ Cl 2 để trở thành CH 3 Cl bền hơn. Nguyên tử Cl . Mới sinh ra ở phản ứng (3) lại tác dụng với CH 4 làm cho phản ứng (2) và (3) lặp đi lặp lại tới hàng chục ngàn lần như một dây chuyền. 8 CHƯƠNG V HROCACBON NO C/ Bước đứt dây chuyền: (4)(5)(6) : các gốc tự do kết hợp với nhau thành các phân tử bền hơn. 2. Phản ứng tách: (gãy liên kết C – C là phản ứng “bẻ gãy” gọi là cr ackinh .Và C – H là phản ứng đehiđro hóa). Ví dụ 1: Phản ứng tách H 2 của etan: Ví dụ 2: Phản ứng tách H 2 của butan. Ví dụ 3: Phản ứng crackinh của propan. Ví dụ 4: Phản ứng crackinh của pentan. Nhận xét: 1- Dưới tác dụng của nhiệt (t 0 ) và xúc tác (Cr 2 O 3 , Fe, Pt, ….), các ankan bò tách hidro (phản ứng đehiđro hóa ) tạo thành hidrocacbon không no. 2- Dưới tác dụng của nhiệt (t 0 ) hay xúc tác (Cr 2 O 3 , Fe, Pt, ….), các ankan (phản ứng crackinh ) bò gãy các liên kết C – C tạo ra các phân tử nhỏ hơn là anken , ankan, 3. Phản ứng oxi hoá. a) Phản ứng cháy: Ví dụ 1: Đốt cháy metan 9 CHƯƠNG V HROCACBON NO Ví dụ 1: Đốt cháy butan Dạng tổng quát : • Khi ankan cháy thì: 2 2n n C H + + 3 1 2 n + O 2 0 t → n CO 2 + (n+ 1) H 2 O a na (n + 1)a 2 CO n = na ; 2 H O n = na + a - Số mol của H 2 O > số mol CO 2 ( 2 H O n > 2 CO n ). - Số mol của ankan = số mol H 2 O – số mol CO 2 ( ankan n = 2 H O n – 2 CO n ). - Tỷ lệ mol: T = 2 2 H O CO n n = 1n n + = 1 + 1 n ⇒ 1 < T ≤ 2 b) Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn : (thiếu oxi). c. Phản ứng phân hủy: + Phân hủy bỏi nhiệt: ankan o 1000 C, không có không khí → C + H 2 Ví dụ: CH 4 + Phân hủy bỏi clo: ankan o t C, as cực tím → C + HCl Ví dụ: CH 4 II – ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG 1. Điều chế: 1) Trong công nghiệp: 2) Trong phòng thí nghiệm: Khi cần một lượng nhỏ metan, người ta nung natri axetat với vôi tôi xút, hoặc có thể cho nhôm cacbua tác dụng với nước: a) Phương pháp giảm mạch cacbon : - Từ muối của axit hữu cơ: (vôi tôi xút) 10