Bài giảng chuyên đề hóa hữu cơ - chuyên đề hidrocarbon

1 BÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ HÓA HỮU CƠ Dùng cho các lớp học hè Giảng viên: Nguyễn Thị Hiển Bộ môn Hóa học, khoa Môi trường 2 Chuyên đề 2: HIĐROCACBON Nội dung 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon 2. Phản ứng thế cơ chế gốc (S R ): 3. Phản ứng cộng hợp ái điện tử A E 4. Phản ứng thế ái điện tử S E 5. Phản ứng ozon phân 6. Các phản ứng khác 3 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon  Hidrocacbon: là hợp chất của cacbon với hidro.  Hidrocacbon no: phân tử hidrocacbon chỉ có liên kết xích ma.  Hidrocacbon không no: phân tử hidrocacbon có liên kết pi.  Hidrocacbon thơm: là hidrocacbon có chứa nhân thơm trong phân tử ví dụ nhân benzen …  Các nhóm hidrocacbon tiêu biểu: ankan, xicloankan, anken, akin, aren. 4 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon * Ankan: - Là hidrocacbon no, mạch hở. Công thức chung C n H 2n+2 - Phân tử chỉ gồm các liên kết xích ma bền vững do đó các hidrocacbon rất kém hoạt động và thường được dùng làm dung môi. - Phân tử không phân cực, nhiệt độ sôi thấp, không tan trong nước, - Các ankan là thành phần chính của khí thiên nhiên (chủ yếu là metan, etan và phần nhỏ propan, butan), chủ yếu dùng làm chất đốt. Các ankan từ 5 đến 17 cacbon là các chất lỏng, sản phẩm từ chưng cất dầu mỏ. Được dùng làm dung môi, làm nhiên liệu … Các ankan rắn được dùng làm nến, làm nhựa đường. - Tính chất hóa học đặc trưng của ankan là phản ứng thế, đặc biệt là thế halogen. 5 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon * Xicloankan: - Là hidrocacbon no mạch vòng. Công thức chung C 2 H 2n (n≥3) - Trong phân tử chỉ gồm các liên kết xích ma. Tuy nhiên vòng 3 và vòng 4 cạnh có sức căng vòng lớn lên kém bền, dễ bị phá vỡ vòng khi phản ứng cộng với các tác nhân tạo mạch hở. Các xiclo ankan mạch lớn (từ 5 cacbon trở lên), bền vững như ankan tương ứng. 6 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon * Anken: - Là hidrocacbon không no, mạch hở, phân tử có một liên kết đôi C=C. Công thức chung C 2 H 2n (n≥2) - Liên kết đôi C=C gồm có 1 liên kết xích ma và một liên kết pi. Liên kết pi xen phủ biên, kém bền do đó anken dễ tham gia phản ứng cộng phá vỡ liên kết pi. - Anken được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng phản ứng tách H 2 O của ancol no hoặc tách HX của dẫn xuất halogen. - Trong công nghiệp anken thu được từ phản ứng cracking. * Ankadien - Là hidrocacbon không no mạch hở, có 2 liên kết đôi trong phân tử. Công thức chung C n H 2n-2 . - Ankadien liên hợp là nhóm hợp chất có ứng dụng rộng rãi và quan trọng. Đặc biệt là Buta-1,3-dien và isopren. 7 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon * Ankin: - Là hidrocacbon không no, mạch hở, phân tử có một liên kết ba C≡C. Công thức chung C 2 H 2n-2 (n≥2) - Liên kết đôi C≡C gồm có 1 liên kết xích ma và hai liên kết pi. Liên kết pi xen phủ biên, kém bền do đó ankin dễ tham gia phản ứng cộng phá vỡ từng liên kết pi tạo ra sản phẩm cộng tỉ lệ 1:1 hoặc 1:2. - Axetylen là ankin đồng dãy đồng đẳng thu được bằng phản ứng của CaC 2 với H 2 O. Hoặc từ pu: CH 4 CH≡CH + H 2 1500 o C 8 1. Giới thiệu chung về hidrocacbon *Aren: - Là hidrocacbon thơm, phân tử có chứa nhân thơm, điển hình là nhân benzen C 6 H 6 . - Nhân benzen gồm 1 vòng 6 cacbon liên kết với nhau bằng 3 liên kết đôi và 3 liên kết đơn xen đều nhau tạo thành hệ liên hợp vòng phẳng bền vững. Do sự liên hợp bền của nhân benzen nên tính chất của các hợp chất thơm không giống tính chất của anken. - Các aren thu được như các sản phẩm phụ của quá trình chưng cất dầu mỏ. 9 + Là phản ứng đặc trưng của hidrocacbon no và các gốc hidrocacbon no. + Các phản ứng điển hình: Thế halogen (Clo, brom); thế nitro; … +Cơ chế: 3 giai đoạn: Khơi mào, phát triển mạch và tắt mạch. Các giai đoạn của cơ chế gốc: xét pư R-H + X 2 (X: halogen) 2. Phản ứng thế cơ chế gốc (S R ): 10 cơ chế thế gốc (S R ): X X . . 2 X . . C H + X C . + HX + X . + X 2 C . C X Khơi mào + C . C . C . C C + X . C X . C 2 X . X 2 Tắt mạch Phát triển mạch [...]... 1: a 2-metyl butan CH3-CH-CH2-CH3 CH3 +Cl2/askt Cl CH3-C-CH2-CH3 CH3 Sản phẩm chính 2-clo-2-metylbutan + HCl Cỏc sn phm ph l: Cl CH3-CH-CH-CH3 CH3 2-clo-3-metylbutan CH3-CH-CH2-CH2Cl CH3 1-clo-3-metylbutan ClCH2-CH-CH2-CH3 CH3 1-clo-2-metylbutan 14 Key: Bi tp ỏp dng 1: b isopropyl benzen CH3-CH-CH3 +Cl2/askt CH3-CCl-CH3 + HCl Sản phẩm chính 2-clo-2-phenylpropan Sn phm ph l: CH3-CH-CH2Cl 1-clo-2-phenylpropan... CH3-CCH + H2O CH3-CO-CH3 Ankin phn ng vi HX, X2 (X: Cl; Br): cú th cng vi t l 1:1 hoc 1:2 R1-CC-R2 + HCl R1CH=CCl-R2 (t l 1:1) R1-CC-R2 + 2HCl R1CH2-CCl2-R2 (t l 1:2) 21 Mt s vớ d: Vớ d 3: p ca buta-1,3-dien vi nc CH2=CH-CH=CH2 + H2O Giai on 1: Tỏc nhõn H+ tn cụng vo liờn kt pi + CH2=CH-CH=CH2 + H + CH3-CH-CH=CH2 + Cacbocation liờn hp CH3-CH-CH-CH2 Giai on 2: cacbocation kt hp vi HOOH + CH3-CH-CH-CH2... Br2 CH2Br-CBr-CH3 CH3 24 Key: Bi tp ỏp dng 2: c isopren + Br2 1:1 CH2=C-CH=CH2 + Br2 CH2Br-CBr-CH=CH2 Cộng 1,2 CH3 CH3 1:1 CH2=C-CH=CH2 + Br2 CH2Br-C=CH-CH2Br Cộng 1,4 CH3 CH3 CH2=C-CH=CH2 + 2Br2 1:2 CH2Br-CBr-CHBr-CH2Br CH3 Sn phm ph CH3 CH2=C-CHBr-CH2Br CH3 25 Key: Bi tp ỏp dng 2: d isopren + HCl CH2=C-CH=CH2 + HCl CH3 1:1 CH3 Cộng 1,2 1:1 CH2=C-CH=CH2 + HCl CH3 CH3-CCl-CH=CH2 CH3-C=CH-CH2Cl Cộng... OH- CH3-CH-CH=CH2 + CH3-CH=CH-CH2OH 22 Bi tp ỏp dng 2: Cho bit sn phm chớnh v vit c ch ca phn ng sau: a 2-metyl buten + HCl b isopropen + Br2 c isopren + Br2 d isopren + HCl (t l 1:1) Cho bit tt c cỏc sn phm ph cú th cú ca mi phn ng 23 Key:Bi tp ỏp dng 2: a 2-metyl buten + HCl CH2=CH-CH2-CH3 + HCl CH3 CH3-CCl-CH-CH3 Sản phẩm chính CH3 ClCH2-CH-CH2-CH3 Sản phẩm phụ CH3 b isopropen + Br2 CH2=C-CH3... ng: - Dung mụi: khụng phõn cc (thng dựng CCl4) - Chiu sỏng (vi clo) v un núng (vi brom) - Quy lut th chớnh: th vo nguyờn t H liờn kt vi nguyờn t C bc cao nht Vớ d: Xột phn ng ca 2-metylpropan vi clo Cl CH3 -CH -CH 3 + Cl 2 ỏskt CH3 CH 3 -C -CH 3 + HCl CH3 Sn phm chớnh 11 C ch phn ng 2-metylpropan vi clo as 2Cl ClCl Khi mo: CH3 -CH -CH 3 + Phỏt trin mch: Cl CH 3 -C -CH 3 + Cl 2 CH3 CH3 Cl CH3 -C -CH... Cl 2 CH3 Tt mch: CH3 -C -CH 3 + Cl CH3 CH3 -C -CH 3 + CH3 CH3 -C -CH 3 + Cl 2Cl Cl2 CH3 Cl CH 3 -C -CH 3 CH3 CH3 -C -CH 3 CH3 CH3 CH3 CH 3 -C C -CH 3 CH3 CH3 12 Cỏc sn phm ph: l sn phm th clo vo nguyờn t H ca cacbon bc thp v mt lng nh 2,2,3,3tetrametylbutan Bi tp ỏp dng 1: Cho bit sn phm chớnh v vit c ch ca phn ng khi cho cỏc cht sau phn ng vi khớ clo khi chiu sỏng: a 2-metyl butan b isopropyl... CH2Cl-CH-CH=CH2 CH3 CH2=C-CH2-CH2Cl CH3 CH2=C-CHCl-CH3 CH3 26 4 Phn ng th ỏi in t (SE): + L phn ng c trng ca hidrocacbon thm + iu kin: dung mụi phõn cc, thng dựng xỳc tỏc l axit Lewis + Cỏc phn ng c trng: th halogen (clo, brom) + C ch p 2 giai on Vớ d phn ng ca benzen v A+BCht p A+B- l cht phõn cc hoc b phõn cc húa trong dung mụi (vớ d Brom trong nc), trong dung mụi phõn cc cú th phõn li thnh A+ v B-... CH3 +HOOH Sn phm ph l sn phm trỏi quy tc Maccopnhicop CH2-CH2-CH2-OH 19 Mt s vớ d: Vớ d 2: p ca axetilen vi nc CH + CH + H OH HgSO4 o 80 C CH3-CHO Giai on 1: Tỏc nhõn H+ tn cụng vo liờn kt pi CH CH + H + HgSO4 80oC CH2 + CH Cacbocation kộm bn c im: giai on ny chm v thun nghch Giai on 2: cacbocation kt hp vi HOCH2 + CH + ho CH2 CH oh chuyển vị CH -CHO 3 enol kộm bn 20 Note: phn ng ankin + H2O + riờng... SE v nh hng vo octo, para Vớ d: Gc hidrocacbon no, nhúm gõy hiu ng liờn hp dng, cm ng dng + Nhúm th loi 2: l nhng nhúm th hỳt electron Lm gim kh nng phn ng th SE v nh hng th vo meta Vớ d: -NO2, -COOH, -CHO, -COOR, -CH=CH2, nhúm khụng no + Cỏc halogen l nhng nhúm c bit, lm gim kh nng phn ng th SE nhng li nh hng th octo, para 29 * Th halogen: (brom; clo) VD 1: Benzen + Brom Br + Br2 + HBr tạo tác nhân... + C +A B C C B Cht p A+B- l cht phõn cc, hoc b phõn cc húa trong dung mụi phõn cc Giai on 1: Tỏc nhõn A+ tn cụng vo liờn kt pi + C C + A+ A + C C Cacbocation c im: giai on ny chm v thun nghch Giai on 2: cacbocation kt hp vi B+ C A C A + B- C B C 18 Quy lut ca p: Sn phm chớnh ca phn ng tuõn theo quy tc Maccopnhicop Mt s vớ d: Vớ d 1: p ca propen vi nc H H + C C H CH2 + H+OH- Giai on 1: Tỏc nhõn H+ . chÝnh CH 3 -CH-CH-CH 3 CH 3 -CH-CH 2 -CH 2 Cl CH 3 CH 3 Cl ClCH 2 -CH-CH 2 -CH 3 CH 3 2-clo-2-metylbutan 1-clo-2-metylbutan 1-clo-3-metylbutan2-clo-3-metylbutan Các sản phẩm phụ là: 15 Key: Bài tập áp dụng 1: b. isopropyl benzen CH 3 - + HCl +Cl 2 /askt S¶n. 2,2,3, 3- tetrametylbutan. 14 Key: Bài tập áp dụng 1: a. 2-metyl butan CH 3 -CH-CH 2 -CH 3 CH 3 CH 3 -C-CH 2 -CH 3 CH 3 + HCl +Cl 2 /askt Cl S¶n phÈm chÝnh CH 3 -CH-CH-CH 3 CH 3 -CH-CH 2 -CH 2 Cl CH 3 CH 3 Cl ClCH 2 -CH-CH 2 -CH 3 CH 3 2-clo-2-metylbutan 1-clo-2-metylbutan 1-clo-3-metylbutan2-clo-3-metylbutan Các. mạch: CH 3 -CH -CH 3 + Cl CH 3 -C -CH 3 + Cl 2 CH 3 CH 3 . . CH 3 -C -CH 3 + Cl 2 CH 3 -C -CH 3 + Cl CH 3 CH 3 Cl . . …………………. Tắt mạch: 2Cl . → Cl 2 CH 3 -C -CH 3 + Cl CH 3 -C -CH 3