BÀI GIẢNG hóa đại CƯƠNG b2 CHƯƠNG II HYDROCACBON

ỨNG DỤNG CỦA ANKAN : - Metan, etan, propan, butan là các chất khí có chủ yếu trong dầu mỏ ; metan còn có trong các khí thiên nhiên - Hỗn hợp metan : oxy 1:2 là hỗn hợp nổ mạnh.. - Etan,

HÓA ĐẠI CƯƠNG B2

CHƯƠNG II : HYDRO CACBON

A – ANKAN - PARAPHIN

I TÊN GỌI

II ĐIỀU CHẾ

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC

V ỨNG DỤNG III TÍNH CHẤT VẬT LÝ

CHƯƠNG II : HYDRO CACBON

I TÊN GỌI :

Danh pháp quốc tế : các ankan có tên chung tận cùng bằng AN

CH4 : metan CH3 – CH2 – CH3 : propan

CH3 – CH3 : etan CH3 – CH2 – CH2 – CH3 : butan

Các ankan có từ 5 carbon trở lên :

+ mạch không phân nhánh+ mạch phân nhánh

CH3 – (CH2)3 – CH3 : pentan CH3 – (CH2)6 – CH3 : octan

CH3 – (CH2)7 – CH3 : nonan CH3 – (CH2)8 – CH3 : decan

CH3 – (CH2)10 – CH3 : dodecan

CH3 – (CH2)18 – CH3 : eicosan

* Với ankan mạch không phân nhánh : tên tiếp đầu ngữ bằng

tiếng Hy Lạp chỉ số nguyên tử carbon ghép với đuôi AN

•Với ankan mạch phân nhánh : Gọi theo quy tắc IUPAC

( International Union of Pure and Applied Chemistry ) :

- Chọn mạch carbon dài nhất làm mạch chính

- Đánh số mạch chính sao cho các nguyên tử carbon mang nhánh có số nhỏ

- Khi gọi tên : gọi tên mạch nhánh trước rồi đến tên mạch chính Trước tên nhánh có con số để chỉ vị trí của nhánh :

5 4

3 2

1

CH

: 2 - metylpentan

CH3 - CH - CH2 - CH2 - CH3

- Nếu có nhiều nhánh giống nhau, dùng các tiếp đầu ngữ di, tri, tetra,… đặt trước tên nhánh

II TÍNH CHẤT VẬT LÝ :

+ Các ankan từ C1 đến C4 ở thể khí, từ C5 đến C16 : thể lỏng; từ

C17 trở lên : thể rắn ở nhiệt độ thường

+ Các ankan có tỷ trọng nhỏ, từ 0,4 – 0,8

+ Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng tăng

dần theo số carbon

+ Các ankan là các phân tử không phân cực nên không tan trong nước, nhưng dễ tan trong các dung môi hữu cơ như benzen, cloroform

III ĐIỀU CHẾ :

1 Hidro hóa các anken, ankin :

2 Khử Halogenua ankyl RX :

3 Tổng hợp Wurtz :

4 Khử hợp chất carbonyl : phản ứng khử Clemmensen.

5 Khử CO 2 của muối RCOONa :

6 Khử rượu : phản ứng hoàn nguyên

3 loại tác nhân khử : H2 (xúc tác là Pt, Ni) ; hydro đang sinh ; LiAlH4

4 RX + LiAlH 4 4 RH + LiX + AlX 3

3 Tổng hợp Wurtz :

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC :

Ở nhiệt độ thường, không có ánh sáng, ankan trơ về mặt hóa học HNO3, H2SO4 (đặc nóng), O2, KMnO4, K2Cr2O7/H+ ở nhiệt độ thường không phá hủy được ankan

Khi có mặt xúc tác, ánh sáng, nhiệt độ cao, … ankan trở nên hoạt động, tham gia được nhiều phản ứng hóa học

+ Phản ứng thế hydro (C – H)

+ Phản ứng cắt mạch cacbon

Ankyl sunfo axit

2 Phản ứng cắt mạch cacbon :

Phản ứng oxy hóa Phản ứng nhiệt phân (cracking) Phản ứng vòng hóa

V ỨNG DỤNG CỦA ANKAN :

- Metan, etan, propan, butan là các chất khí có chủ yếu trong dầu mỏ ; metan còn có trong các khí thiên nhiên

- Hỗn hợp metan : oxy (1:2) là hỗn hợp nổ mạnh

- Etan, propan, butan cũng như metan dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu để tổng hợp các chất hữu cơ có giá trị như etylen, propylen, isopren, …

- Ankan còn dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, có khả năng chống kích nổ lớn (khả năng chịu nén của nhiên liệu càng cao càng tốt)

- Hợp chất iso octan (2,2,4-trimetylpentan) có khả năng chống kích nổ cao nhất – được gán cho chỉ số octan bằng 100

- n-heptan có khả năng chống kích nổ kém nhất, chỉ số octan bằng 0

- Khả năng chống kích nổ của xăng được xác định bằng chỉ số octan Xăng có chỉ số octan cao chịu được độ nén cực đại trong buồng đốt trước khi nổ, nên sinh ra công cực đại và giảm tiêu hao nhiên liệu

B – ANKEN - OLEPHIN

– Hợp chất Hydro cacbon Etylenic, công thức tổng quát CnH2n ( n nguyên và n ≥ 2 )

I TÊN GỌI : xem SGK

II ĐIỀU CHẾ

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC

III TÍNH CHẤT VẬT LÝ : xem SGK

CHƯƠNG II : HYDRO CACBON

- Các gốc ankenyl có số thứ tự được đánh bắt đầu từ carbon mang hóa trị tự do :

Xiclohexen Xiclopenten

II ĐIỀU CHẾ :

1) Có rất ít trong dầu mỏ, là hợp chất kém bền Phần lớn olefin nhận được từ sản phẩm cracking dầu mỏ

2) Các ankan thường sử dụng trong công nghiệp : dehydro hóa các ankan có xúc tác oxyt crom

3) Loại nước rượu : ( de hydrat hóa )

Sản phẩm chính là anken mang nhiều nhóm thế hơn.

Phản ứng tách loại tuân theo quy tắc tách loại Zaitxev

Khả năng phản ứng : rượu bậc 3 > rượu bậc 2 > rượu bậc 1

4) Loại HX của ankyl halogenua :

Khả năng phản ứng :

+ Với các dẫn xuất R – X có cùng R : RI > RBr > RCl > RF

+ Với một halogen cho trước : R bậc 3 > R bậc 2 > R bậc 1.

Quy tắc Zaitxev :

X bị loại cùng với hydro gắn với cacbon có bậc caohơn

5) Loại halogen X 2 của α - dihalogenua :

6) Hydro hóa hữu hạn ankin :

III TÍNH CHẤT VẬT LÝ :

- Các anken từ C2 đến C4 ở thể khí, từ C5 đến C18 ở thể lỏng và từ C19 trở lên ở thể rắn

- Ít tan trong nước, các dung môi phân cực như axit, rượu ; tan tốt trong các dung môi không phân cực

- Tỷ khối của anken nhỏ hơn 1, nhẹ hơn nước và lớn hơn

ankan

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC :

Liên kết C = C của anken gồm 1 nối σ bền và 1 nối π kém bền dễ bị bẻ gãy

1 – Phản ứng cộng của anken:

1.1 Phản ứng cộng H 2 : 1.2 Phản ứng cộng ion :

e Phản ứng hidrobor hóa

d Cộng hợp hypohalogenơ (HOX)

a Cộng halogen

b Cộng HX

c Cộng H 2 SO 4 và hidrat hóa

1.1 Phản ứng cộng H 2 :

1 – Phản ứng cộng :

R - CH = CH 2 + H 2 Pt

t o R - CH 2 - CH 3

1.2 Phản ứng cộng ion :

Chất nào dưới đây phản ứng nhanh với nước brom ?

a) Benzen

b) 1-clopropan

c) Axeton

d) Propylen

1.2 Phản ứng cộng ion :

Phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng ái điện tử ( cộng electrophil )

(2)

Phản ứng sẽ xảy ra thuận lợi nếu anken có mật độ electron

cao ở nối đôi C = C :

R – CH = CH2 < R – CH = CH – R < R2C = CH – R < R2C = CR2

Nhóm thế đẩy e làm tăng tốc độ phản ứng ; nhóm thế hút e làm giảm tốc độ phản ứng

R - CH = CH 2 + HCl R - CH - CH 3

Cl

Ghi chú :

Với HBr, với sự có mặt peroxit, phản ứng xảy ra theo quy tắc Kharash – ngược lại với quy tắc Maccopnhicop

R - CH = CH 2 + HBr Peroxit R - CH 2 - CH 2 Br

c Cộng H 2 SO 4 và hidrat hóa :

ankyl sunfat axit

Ngoài H2SO4, còn có thể sử dụng H3PO4 hoặc cho hơi ancol

đi qua Al O ở nhiệt độ 350 – 400oC

1.2 Phản ứng cộng ion :

R - CH = CH 2 H 2 O H 2 SO 4 R - CH - CH 3

d Cộng hợp hypohalogenơ : HOX

e Phản ứng hidrobor hóa :

* Khả năng phản ứng của anken :

- Khi thay nguyên tử H trong etilen bằng nhóm đẩy e (-CH3, -C2H5, ) mật độ e ở nối đôi tăng lên

→ Cacbocation sinh ra sẽ bền hơn → phản ứng cộng xảy

ra dễ dàng hơn

- Nhóm thế hút e làm giảm mật độ e ở nối đôi → cacbocation sinh ra sẽ kém bền → phản ứng cộng xảy ra khó khăn hơn

Khả năng phản ứng :

CH2 = CHCOOH < CH2 = CHCl < CH2 = CH2 <

2 – Phản ứng oxi hóa :

2.1 Phản ứng với KMnO 4 :

 Với dung dịch KMnO4 loãng, nhiệt độ thấp ( 00C – 50C )

o

O C

KMnO4 loãng

OH OH

2 – Phản ứng oxi hóa :

2.2 Phản ứng với ozon – Sự ozon giải :

(1) ozonit

R

O CH

O CH

O

CH2

O H2O

Để ngăn H2O2 oxi hóa andehit thành axit → thủy phân ozonit có

mặt bột kẽm :

R - CH = CH2 1 - O3

R - CH = O + HCH = O (3)

Phản ứng ozon giải cho sản phẩm là andehit hoặc xeton tùy thuộc vào cấu tạo anken :

O3 H2O / Zn

R2C = O : xeton

R2C = O3 H2O / Zn

C ANKIN : CnH2n-2 (n ≥ 2, n nguyên)

CHƯƠNG II : HYDRO CACBON

I TÊN GỌI

II ĐIỀU CHẾ

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC

V ỨNG DỤNGIII TÍNH CHẤT VẬT LÝ

I TÊN G I : Ọ

Tên gọi của ankin được tạo thành bằng cách đổi đuôi AN

trong tên ankan thành đuôi IN, số được đánh sao cho nối 3 có số nhỏ

Theo cách gọi tên thông thường, các ankin được gọi như là dẫn xuất của axetylen :

Nếu tách hydro ra khỏi các ankin ta được các gốc ankinyl :

CH ≡ C - : etinyl

CH3 – C ≡ C - : 1 – propinyl

HC ≡ C – CH2 - : 2 – propinyl

II ĐIỀU CHẾ :

1 Điều chế axetylen :

2 Điều chế các ankin khác :

R - CH - CH2 KOH / rượu R - C CH + 2HCl

to

III TÍNH CHẤT VẬT LÝ :

Các ankin từ C2 đến C4 ở thể khí, từ C5 đến C14 ở thể lỏng và từ C15 trở lên ở rắn ở nhiệt độ thường

Ankin thường có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi lớn hơn ankan và anken tương ứng; không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ như eter, benzen,…

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC :

Nối ba của ankin gồm một nối σ và hai nối π ; hoạt tính của nối ba kém hơn hoạt tính của nối đôi

Nguyên tử hidro gắn vào carbon nối ba có tính axit yếu, có

thể bị thay thế bởi các ion kim loại như Na + , Cu + , Ag +

1 Phản ứng cộng

2 Phản ứng oxy hóa

3 Phản ứng của các ankin – 1

1 Phản ứng cộng :

1.1 Cộng H2 : 1.2 Cộng halogen : 1.3 Cộng hidraxit HX :

1.4 Cộng H2O :

1.5 Cộng HCN và CH3COOH :

1.3 Cộng hidraxit HX :

1.5 Cộng HCN và CH 3 COOH :

HCN và CH3COOH chỉ cộng một lần vào ankin :

2 Phản ứng oxy hóa :

3 Phản ứng của các ankin – 1 :

3.1 Phản ứng với NaNH 2 :

3.2 Phản ứng với CuCl/ NH 3 và AgNO 3 / NH 3 :

R - C C - R' + NaNH 2 NH 3 lỏng R - C C Na - + + NH 3

R - C CH + [ Cu(NH 3 ) 2 ] + R - C C Cu + NH 3 + NH 4 +

R - C CH + [ Ag (NH 3 ) 2 ] + R - C C Ag + NH 3 + NH 4 +

CHƯƠNG II : HYDRO CACBON

D HYDRO CACBON THƠM

I TÊN GỌI

II ĐIỀU CHẾ

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC

V ỨNG DỤNGIII TÍNH CHẤT VẬT LÝ

I TÊN GỌI :

* Khi thay thế một hay nhiều nguyên tử hidro của vòng benzen bằng các gốc hidrocarbon ta được nhiều hợp chất khác nhau :

CH = CH2

Vinyl benzen

Styren

* Vòng benzen có hai hoặc nhiều nhóm thế thì sẽ xuất hiện các đồng phân vị trí :

CH3

CH3

1,4 - dimetylbenzen ( p - xilen )

CH3

CH3

Tên gọi chung của các hidrocarbon thơm có vòng benzen là aren, nếu tách một hidro ra khỏi các aren ta có các gốc aryl :

II ĐIỀU CHẾ :

Khi chưng cất than đá ở nhiệt độ cao, không có không khí ta được than cốc, khí than đá và nhựa than đá Nhựa than đá chủ yếu chứa các hydro carbon thơm : benzen, toluen, các xilen, …

1 Từ than đá hay từ dầu mỏ :

Ngày nay một lượng lớn aren được sản xuất từ dầu mỏ

2 Phương pháp Wurtz – Fittig :

III TÍNH CHẤT VẬT LÝ :

Phần lớn các aren là chất lỏng có mùi đặc trưng, một số chất có mùi thơm Nhiệt độ sôi của aren thường cao hơn ankan

Một số chất như benzen, toluen, xilen là những dung môi tốt hòa tan mỡ, cao su,

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC :

Các aren vừa có tính chất của HC no và tính chất của HC không no

Aren có khả năng tham gia phản ứng cộng và phản ứng thế, tuy nhiên chúng có xu hướng dễ cho phản ứng thế hơn Đặc biệt, phản ứng thế hydro ở nhân thơm dễ thực hiện

Phản ứng oxy hóa nhân benzen khó hơn rất nhiều so với phản ứng oxy hóa ankan và anken

1 – Phản ứng thế ái điện tử

2 – Phản ứng cộng của benzen

1 – Phản ứng thế ái điện tử :

H X

+

H X

X

+ H+

1.1 Phản ứng nitro hóa1.2 Phản ứng sunfo hóa1.3 Phản ứng halogen hóa 1.4 Phản ứng ankyl hóa1.5 Phản ứng axyl hóa

1.1 Phản ứng nitro hóa :

Phản ứng nitro hóa benzen được thực hiện với một hỗn hợp axit nitric và axit sunfuric đậm đặc ( hỗn hợp axit nitro hoá )

+ Nhóm sunfo cũng có thể bị thay bằng nhóm khác :

+ Ứng dụng của hợp chất aryl sulfonic :

Để tổng hợp các dẫn xuất hydro cacbon thơm khác

Các axit aryl sulfonic và muối của chúng dùng để tổng hợp chất màu dễ tan trong nước

Các aryl ankyl sulfonat là chất tẩy rửa rất tốt Khả năng tẩy rửa tốt là các aryl ankyl sulfonat có gốc ankyl thẳng và có

C11 – C14

1.2 Sunfon hóa :

1 – Phản ứng thế ái điện tử :

1.3 Phản ứng halogen hóa :

Phản ứng được thực hiện với halogen có mặt xúc tác là các axit Lewis : FeCl3, FeBr3, AlCl3, …

o

t

FeCl3

HCl+

Cl+ Cl2

1 – Phản ứng thế ái điện tử :

1.3 Phản ứng halogen hóa :

1 – Phản ứng thế ái điện tử :

1.4 Phản ứng ankyl hóa : phản ứng ankyl hóa Friedel - Craft

1.5 Phản ứng axyl hóa :

Tác nhân axyl hóa là axyl halogenua RCOCl hoặc anhydrit

axit (RCO)2O với xúc tác axit Lewis

phản ứng axyl hóa Friedel – Crafts

1.6 Quy luật thế :

Khi trong vòng benzen đã có sẵn một nhóm thế thì nó sẽ ảnh hưởng đến các phản ứng tiếp theo trên 2 phương diện :

+ khả năng phản ứng ( dễ hay khó hơn )

+ trên vị trí của nhóm vào sau ( sự định hướng )

1 – Phản ứng thế ái điện tử :

a Các nhóm đẩy electron :

Các nhóm đẩy electron làm tăng hoạt tính của nhân thơm

Nhóm đẩy e (nhóm thế loại 1) :

- OH, - OR, - NH2, - NHR, - NR2, - NHCOCH3, các gốc ankyl R - , …

1.6 Quy luật thế :

1 – Phản ứng thế ái điện tử :

→ phản ứng xảy ra dễ dàng hơn đồng thời định hướng các

nhóm thế mới vào vị trí octo và para so với nó

b Các nhóm hút electron

Các nhóm hút electron làm giảm hoạt tính của nhân thơm →

phản ứng xảy ra khó khăn hơn đồng thời định hướng các

nhóm thế mới vào vị trí meta so với nó

Nhóm thế hút e (nhóm thế loại 2) :

- NO2, - +NH3, - +NR3, - COOH, - COOR, - CONH2, -

CN, - CHO, - COR, - SO3H, …

c Các halogen là trường hợp đặc biệt :

Các halogen làm giảm hoạt tính của nhân thơm nhưng lại

1.6 Quy luật thế :

1 – Phản ứng thế ái điện tử :

2 – Phản ứng cộng của benzen :

C6H6

3 – Phản ứng của mạch nhánh ankyl :

3.1 Oxi hóa :

Các ankyl benzen có thể bị oxi hóa bởi KMnO4 hoặc HNO3

CH3

KMnO4[ O ]

COOH

+ H2O Axit benzoic

COOH

[ O ] KMnO4

CH2 - CH2 - CH3

Ứng dụng của hydrocacbon thơm :

- Các hợp chất nitro thơm : tổng hợp các amin thơm Các amin thơm dùng để điều chế thuốc hạ nhiệt và kháng sinh, chế tạo màu azo và chất cảm quang diazoni

- Trinitro benzen, trinitro toluen là chất nổ mạnh Một số

chất nổ khác : nitroglyxerin, nitroamit, nitrocellulose, …

- Clo benzen chủ yếu dùng để sản xuất phenol, anilin, thuốc trừ sâu DDT ; để tổng hợp các ancol thơm sử dụng trong lĩnh