Bài giảng hóa hữu cơ chương 4: alkane

1 Hóa HọcHữuCơ TS Phan Thanh SơnNam Bộ môn Kỹ ThuậtHữuCơ Khoa Kỹ ThuậtHóaHọc Trường ĐạiHọc Bách Khoa TP. HCM Điệnthoại: 8647256 ext. 5681 Email: ptsnam@hcmut.edu.vn http://hhud.tvu.edu.vn 2 Chương 4: Alkane I. Giớithiệu chung • Alkane Æ hydrocarbon no mạch hở, nguyên tử carbon Æ lai hóa sp 3 • Công thứctổng quát: C n H 2n+2 • Góc hóa trị 109 o 5’, liên kết C-H: 1.09Å, C-C: 1.53Å • Đồng phân: cấutạo, cấudạng (quay) methane http://hhud.tvu.edu.vn 3 II. Danh pháp IUPAC II.1. Alkane không phân nhánh: • 4 alkane đầu: gọitheotênthôngthường methane, ethane, n-propane, n-butane • Các alkane từ C5: dựa theo cách đếmsố củaHy LạphoặcLatin. Ví dụ: pentane, hexane, heptane, octane…(tựđọc) http://hhud.tvu.edu.vn 4 II. 2. Alkane phân nhánh • Chọnmạch dài nhấtlàmmạch chính • Đánh số sao cho mạch nhánh có chỉ số nhỏ nhất • Dùng chữ số & gạch (-) để chỉ vị trí nhánh, nhóm cuối cùng phảiviếtliềnvớitênmạch chính • Nếu có nhiều nhánh tương đương: dùng tiếp đầu ngữ di-, tri-, tetra- để chỉ số lượng nhóm tương đương http://hhud.tvu.edu.vn 5 •Nếu có nhiều nhóm thế khác nhau: sắpxếptheo thứ tự alphabetical. Lưuý: bỏ qua các tiếp đầu ngữ di-, tri-, tetra-… khi xét thứ tự alphabetical. •Tuy nhiên không bỏ qua iso!!! sec-& tert- được bỏ qua khi xét thứ tự với các nhóm khác, nhưng vẫn dùng để so sánh giữa chúng với nhau. • Ví dụ: dimethyl hoặcmethyl sẽđi sau ethyl hay diethyl •isopropyl đitrướcmethy l •tert-butyl đitrước isobutyl •sec-butyl đitrước tert-butyl http://hhud.tvu.edu.vn 6 • Ví dụ (H viếttắt): CCC C C C C C C C 4-Ethyl-2,2-dimethylhexane CCC C C C C C C CC C C C C C 3,3-Diethyl-5-isopropyl-4-methyloctane CCCCCCC C C C C C 5-Ethyl-2,3,5-trimethylheptane CCC C C C C C C C C C C C C 2-methyl-5-(1,2-dimethylpropyl)nonane http://hhud.tvu.edu.vn 7 II.3. Tên gốc alkyl • Đượclấy1 H từ alkane, gọi theo tên alkane nhưng đổianeÆ yl • CH 3 -: methyl • CH 3 -CH 2 -: ethyl • CH 3 -CH 2 -CH 2 -: n-propyl CH 3 CHCH 3 : isopropyl CH 3 CH 2 CHCH 3 : sec-butyl • (CH 3 ) 2 CHCH 2 -: isobutyl • (CH 3 ) 3 C-: tert-butyl http://hhud.tvu.edu.vn 8 III. Các phương pháp điềuchế alkane III.1. Khử các dẫnxuấtcủa halogen, alcohol, carbonyl: a. Khử bằng HI 80%, 180 o C: CH 3 I + HI P ñ oû CH 4 + I 2 CH 3 -CH 2 -OH + HI Pño û CH 3 -CH 3 + I 2 + H 2 O b. Khử bằng Zn/HCl RCR' O Zn(Hg)/HCl R-CH 2 -R' (Khử Clemmensen) http://hhud.tvu.edu.vn 9 III.2. Hydro hóa alkene R-CH 2 -CH 3 R-CH=CH 2 + H 2 Ni, Pd, Pt alkene có thể điềuchế từ alcohol (H 2 SO 4 /t o C) III.3. Thủy phân hợpchấtcơ kim (CH 3 ) 2 Zn + H 2 O Æ CH 4 + Zn(OH) 2 C 2 H 5 -MgBr + H 2 O Æ C 2 H 6 + Mg(OH)Br Điềuchế hợpchấtcơ magnesium (Grignard): C 2 H 5 -Br + Mg/ether khan Æ C 2 H 5 -MgBr http://hhud.tvu.edu.vn 10 III.4. Phản ứng Wurtz CH 3 CH 2 Br + Na Æ CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + NaBr • Chỉ có hiệuquả khi điềuchế alkane đốixứng: CH 3 CH 2 Br + CH 3 Br Æ CH 3 CH 2 CH 3 + CH 3 CH 3 + CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 Æ khôngcótínhchọnlọc Æ ít sử dụng • Chỉ hiệuquả cho R-Br & R-I •Hiệusuất: bậc 1 (60%) > bậc 2 (40%) > bậc 3 (10%) http://hhud.tvu.edu.vn [...]... 3% + CH3-CHBr-CH3 97% 19 V.2 Phản ứng nitro hóa alkane R-H + HNO3 R-NO2 + H2O • Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao ,cơ chế gốc tự do • Thường xảy ra phản ứng đứt mạch carbon CH3-CH2-CH3 + HNO3 CH3-CH2-CH2-NO2 (25%) + CH3-CHNO2-CH3 (40%) + CH3-CH2-NO2 (25%) + CH3-NO2 (10%) http://hhud.tvu.edu.vn 20 V.3 Phản ứng đồng phân hóa • Chuyển các alkane mạch thẳng thành alkane mạch nhánh dưới tác dụng của xúc tác... c Khả năng phản ứng của dãy halogen F2 > Cl2 > Br2 > I2 F hóa: mãnh liệt, đứt liên kết ít dùng I hóa: rất khó xảy ra (ΔH = + 13 Kcal/mol), chỉ xảy ra khi loại HI trong quá trình http://hhud.tvu.edu.vn 18 d Tính chọn lọc của phản ứng • Phản ứng Br hóa có tốc độ chậm hơn Cl hóa nhưng có độ chọn lọc cao •Tỷ lệ vận tốc tương đối ở 127 oC của Br hóa: bậc 1/bậc 2/bậc 3 = 1/82/1000 CH3 H3C C CH3 + Cl2 H CH3... Na2CO3 IV Tính chất vật lý (tự đọc) • Alkane không phân cực chỉ tan trong dung môi không phân cực to sôi của alkane nhánh < thẳng http://hhud.tvu.edu.vn 11 V Tính chất hóa học • Alkane trơ không có phản ứng cộng, đặc trưng là phản ứng thế H V.1 Phản ứng thế H bằng halogen • Chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao hoặc khi có ánh sáng R-H + X2 to hν http://hhud.tvu.edu.vn R-X + HX 12 a Cơ chế phản ứng (gốc tự do SR ) •... Cracking nhiệt: 800oC – 1000oC, cracking xúc tác (thường là zeolite): 500oC -600oC •Sử dụng trong sản xuất nhiên liệu (không dùng để điều chế alkane hay alkene vì không chọn lọc) http://hhud.tvu.edu.vn 23 V.5 Phản ứng oxy hóa alkane • Alkane bền với tác nhân oxy hóa ở nhiệt độ thường • Ở nhiệt độ cao hoặc có mặt xúc tác có thể phản ứng với oxygen, KMnO4, K2Cr2O7… phản ứng đứt mạch tạo alcohol (ROH),... thường dùng: acid Lewis như AlCl3, xúc tác acid trên cơ sở zeolite • Ví dụ: CH3-CH2-CH2-CH3 AlCl3 to http://hhud.tvu.edu.vn CH3 H3C C CH3 H 21 Cơ chế: CH3-CH-CH2-CH3 H AlCl3 HAlCl3 + CH3-C-CH2-CH3 H -HAlCl3 CH3 H3C C CH3 H to H HH C H H C C+ HH C H H + AlCl3 • Xu hướng: tạo carbocation bền hơn http://hhud.tvu.edu.vn chuyển vị 22 V.4 Phản ứng cracking •Tạo alkane có mạch carbon ngắn hơn dưới tác dụng của... http://hhud.tvu.edu.vn R-X + HX 12 a Cơ chế phản ứng (gốc tự do SR ) • Khơi mào: X-X to 2X hν •Truyền mạch: R-H R + X + X2 R + RX HX + X Phản ứng có thể tiếp tục để tạo sản phẩm di-, tri-, tetra• Ví dụ chlor hóa CH4 có thể thu được CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4 CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl ΔH = -25Kcal/mol http://hhud.tvu.edu.vn 13 • Ngắt mạch: X + X X-X R + R R-R R + X R-X http://hhud.tvu.edu.vn 14 • Giai đoạn tạo... KMnO4, K2Cr2O7… phản ứng đứt mạch tạo alcohol (ROH), aldehyde (RCHO), ketone (RCOR’), carboxylic acid (RCOOH)… • Phản ứng quan trọng: 2CnH2n+2 + (3n + 1)O2 2nCO2 + (2n+2) H2O tỏa nhiệt mạnh, -341 kcal/mol alkane được dùng 24 làm nhiên liệu http://hhud.tvu.edu.vn . C C C C C C CC C C C C C 3,3-Diethyl-5-isopropyl -4 - methyloctane CCCCCCC C C C C C 5-Ethyl-2,3,5-trimethylheptane CCC C C C C C C C C C C C C 2-methyl- 5-( 1,2-dimethylpropyl)nonane http://hhud.tvu.edu.vn 7 II.3 từ alkane, gọi theo tên alkane nhưng đổianeÆ yl • CH 3 -: methyl • CH 3 -CH 2 -: ethyl • CH 3 -CH 2 -CH 2 -: n-propyl CH 3 CHCH 3 : isopropyl CH 3 CH 2 CHCH 3 : sec-butyl •. chlor hóa CH 4 có thể thu đượcCH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 , CCl 4 CH 4 + Cl 2 Æ CH 3 Cl + HCl ΔH = -2 5Kcal/mol http://hhud.tvu.edu.vn 14 X X R R R X R-R R-X X-X + + + •