tổng hợp hidrocacbon

Tài liệu sưu tầm, tuyển tập chương hidrocacbon hay và khó, dành cho học sinh lớp 11, 12 trước bài kiểm tra chương hidrocacbon, ôn thi học kì, thi tốt nghiệp cao đẳng, đại học một cách tập trung............................................

Bài 10: HIDROCACBON

A ANKAN (PARAFIN)

I ĐỒNG ĐẲNG

- CH4 và cỏc đồng đẳng của nú tạo thành dóy đồng đẳng của metan, gọi chung là ankan

- Ankan là cỏc hiddro cacbon no, mạch hở cú cụng thức chung là C n H 2n+2 , n  1

- Trong phõn tử ankan chỉ cú cỏc liờn kết đơn (liờn kết ) C – C và C – H

II ĐỒNG PHÂN

 Đồng phõn

- Cỏc ankan từ C1 → C3 khụng cú đồng phõn

- Từ C4 trở đi cú đồng phõn mạch C

- Số lượng cỏc đồng phõn: C4 : 2 C5: 3 C6: 5 C7: 9

 Cỏch viết đồng phõn của ankan:

- Viết mạch cacbon thẳng

- Bẻ 1 cacbon làm nhỏnh Đặt nhỏnh vào cỏc vị trớ khỏc nhau trong mạch Lưu ý khụng đặt nhỏnh vào vị trớ C đầu mạch

- Khi bẻ 1 cacbon khụng cũn đồng phõn thỡ bẻ đến 2 cacbon 2 cacbon cú thể cựng liờn kết với 1C hoặc 2C khỏc nhau

- Lần lượt bẻ tiếp cỏc Cacbon khỏc cho đến khi khụng bẻ được nữa thỡ dừng

 Bậc của Cacbon trong ankan

- Bậc của 1nguyờn tử Cacbon bằng số nguyờn tử C liờn kết trực tiếp với nú

- Cacbon cú bậc cao nhất là IV và thấp nhất là bậc 0

III DANH PHÁP

1 Tờn của 10 ankan mạch thẳng đầu dóy

Tên gọi Công thức Nhiệt độ sôi, o C Tên gọi Công thức Nhiệt độ sôi

2 Tên các nhóm ankyl

a Tên gốc ankyl mạch thẳng

- Khi phân tử ankan bị mất đi 1 nguyên tử H thì tạo thành gốc ankyl

- Tên của gốc ankyl được đọc tương tự như tên ankan nhưng thay đuôi “an” bằng đuôi “yl” VD: CH4 - H - CH3 C2H6 - H - C2H5

Metan Metyl Etan Etyl

b Tên gốc akyl mạch nhánh

* Khi 1 nhóm – CH3 phân nhánh ở vị trí Cacbon số 2 thì đọc là iso Khi đọc phải tính tất cả

các nguyên tử C trong gốc ankyl

CH3 – CH – CH2 – : iso butyl CH3 – CH – : iso propyl

CH3 CH3

* Tên 1 số gốc ankyl khác:

CH3 – CH2 – CH – : Sec butyl C(CH3)3 – CH2 – : neo pentyl

CH3 C(CH3)3 – : Tert butyl

3 Tên thay thế của ankan

Tên ankan = Số chỉ vị trí nhánh – Tên nhánh + Tên mạch chính + an

- Mạch chính là mạch dài nhất và có nhiều nhánh nhất

- Để xác định vị trí nhánh phải đánh số cacbon trên mạch chính

 Đánh số C trên mạch chính từ phía C đầu mạch gần nhiều nhánh hơn sao cho tổng vị trí là nhỏ nhất Khi tổng vị trí là nhỏ nhất thì đánh số sao cho nhánh đọc đầu tiên có vị trị nhỏ nhất

 Nếu có nhiều nhánh giống nhau thì phải nêu đầy đủ vị trí của các nhánh và phải thêm các tiền tố đi (2), tri (3), tetra (4) trước tên nhánh

 Nếu có nhiều nhánh khác nhau thì tên nhánh được đọc theo thứ tự chữ vần chữ cái Nếu nhánh lại có nhánh hì không tính tên phụ (như iso, neo, )

Lưu ý:

- Giữa số và số có dấu phẩy, giữa số và chữ có dấu gạch “ – ”

- Nếu ankan có nhóm thế là Hal thì ưu tiên đánh số Hal nhỏ nhất và đọc trước

VÝ dô:

CH3 –CH- CH3 : 2-metylpropan CH3 –CH- CH2- CH3 : 2-metylbutan

CH3 –CH- CH- CH3 : 2,3-dimetylbutan

CH3 CH3

4 Tên thông thường:

CH3 –CH- CH3 : izo-butan CH3 –CH2- CH- CH3 izo- pentan

CH3

CH3 –C - CH3 : neo- pentan

CH3

IV TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Trạng thái:

 Ankan từ C 1 → C 4 ở trạng thái khí

 An kan từ C 5 → khoảng C 18 ở trạng thái lỏng Từ C18 trở đi thì ở trạng thái rắn

- Màu: Các ankan không có màu

- Mùi:  Ankan khí không có mùi

 Ankan từ C5 – C10 có mùi xăng

 Ankan từ C10 – C16 có mùi dầu hỏa

 Ankan rắn rất ít bay hơi nên hầu như không có mùi

- Độ tan: Các ankan không tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ

- Nhiệt độ nóng chảy, sôi:

 Các ankan có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần theo khối lượng phân tử

 Khi cấu trúc phân tử càng gọn thì 0

nc

T càng cao còn 0

s

T càng thấp và ngược lại

V TÍNH CHẤT HÓA HỌC

- Do trong phân tử chỉ có các liên kết đơn là các liên kết bền nên ở điều kiện thường các ankan tương đối trơ về mặt hóa học

- Khi có as, t o , xt thì ankan tham gia các phản ứng thế, tách và oxi hóa

3 2 1

4 3 2 1

1 2 3 4

1 Phản ứng thế halogen

- Thường xét phản ứng với Cl 2 , Br 2

- Dưới tác dụng của as, các ankan tham gia phản ứng thế halogen Các nguyên tử H có thể lần lượt bị thế hết bằng các nguyên tử Halogen

C2H6 + Cl2  as C2H5Cl + HCl

* Quy tắc thế: Khi tham gia phản ứng thế, nguyên tử Hal sẽ ưu tiên tham gia thế vào nguyên tử H của C bậc co hơn ( có ít H hơn)

CH3 – CH2 – CH3 + Br2  as CH3 – CHBr – CH3 spc + HBr

as

 CH3 – CH2 – CH2Brspp + HBr

2 Phản ứng tách H 2

- Dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp, các ankan bị tách ra 2 nguyên tử H

C n H 2n+2 t xt0,  C n H 2n + H 2

* Quy tắc tách:

- Hai nguyên tử C cạnh nhau bị tách H Mỗi nguyên tử C bị mất 1 nguyên tử H và nối đôi chuyển thành nối đơn

- H của C bậc cao hơn bị ưu tiên tách để tạo sản phẩm chính (anken có nhiều H α nhất)

CH3 – CH – CH2 – CH3 t xt0,  CH3 – C = CH – CH3 + H2

Chú ý: Số mol hỗn hợp thu được trội hơn so với ban đầu là số mol H 2 sinh ra

3 Phản ứng cracking (bẻ gãy mạch)

- Khi có xúc tác thích hợp và dưới tác dụng của nhiệt độ, các ankan bị bẻ gãy mạch C tạo ra các phân tử nhỏ hơn

C n H 2n+2 crk C a H 2a+2 + C b H 2b (với a ≥ 1, b ≥ 2 và a + b = n)

C4H10 crk CH4 + C2H6 C4H10 crk C2H6 + C2H4

Chú ý:

- Khi ankan sinh ra có mạch cacbon dài thì cũng có thể bị bẻ mạch tiếp Nhưng luôn có + Số mol ankan thu được bằng số mol ankan ban đầu

+ Số mol hỗn hợp thu được sau phản ứng trội hơn so với ban đầu là số mol anken sinh ra + Số mol sp gấp đôi số mol ban đầu (nếu cracking hoàn hoàn)

4 Phản ứng cháy ( Oxi hóa hoàn toàn)

C n H 2n+2 + 3n + 1

2 O 2 t0 nCO 2 + (n +1) H 2 O

- Khi đốt ankan luôn có

2 CO

n <

2

H O

n và

2

H O

n –

2 CO

n = n ankan

- Nếu đốt hiđrocacbon mà cho biết số e nhường của 1 phân tử hiđrocacbon thì khi đó biết tỉ

lệ hệ số cân bằng của Oxi trong phản ứng cháy so với hiđrocacbon

5 Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

- Ankan có thể bị oxi hóa không hoàn toàn tạo ra các sản phẩm khác nhau

CH4 + O2 600-800 C, NO0 HCHO + H2O 2CH4 + O2 → 2CH3OH

CH4 → C + 2H2 2CH4 → CH CH + 3H 2

RCH2 – CH2R’ + O2 t , Mn0 2 RCOOH + R’COOH + H2O

CH3–CH2–CH2–CH3 + O2

→ CH3COOH + H2O

VI ĐIỀU CHẾ

1 Từ anken, xicloankan: CnH2n + H2 t , Ni0  CnH2n+2

2 Từ ankin CnH2n-2 + 2H2 t , Ni0  CnH2n+2

3 Phương pháp craking CnH2n+2 crk CaH2a+2 + CbH2b

4 Phản ứng Vuyêch RX + R’X + Na → R – R’ + 2NaX

5 Phản ứng vôi tôi xút CnH2n+1COONa + NaOH CaO, t0 CnH2n+2 + Na2CO3

6 Điều chế metan C + 2H2

0

500 C, Ni

 

  CH4

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4

B.ANKEN (OLEFIN)

Anken là những hidrocacbon mạch hở có một nối đôi trong phân tử

I Đồng đẳng, đồng phõn, dỏnh phỏp

1 Đồng đẳng

Anken đơn giản nhất là etilen Công thức tổng quát: CnH2n (n2)

2 Đồng phõn

a- Đồng phân cấu tạo:

- Các anken có đồng phân mạch cacbon và đồng phân về vị trí nối đôi

b- Đồng phân hình học

- Nếu hai nhóm thế tạo nên mạch chính nằm về cùng phía so với nối đôi gọi là đồng phân cis, nếu nằm về hai phía so với nối đôi gọi là đồng phân trans

Ví dụ 1: Viết các đồng phân hình học của buten-2 (CH3 – CH = CH – CH3)

H H H CH3

C = C cis-but-2-en C = C trans-but-2-en

CH3 CH3 CH3 H

Ví dụ 2: Viết các đồng phân hình học của penten-2 (CH3–CH= CH–CH2-CH3)

H H H C2H5

C = C cis-penten-2 C = C trans-penten -2

CH3 C2H5 CH3 H

3- Danh phỏp

a- Tờn thường:

Tên anken = Tên ankan t-ơng ứng, đổi đuôi an thành đuối ilen

C2H4 : etilen C3H6: propilen

b- Tên quốc tế:

- Chọn mạch cacbon dài nhất chứa nối đôi làm mạch chính

- Đánh số thứ tự các nguyên tử cacbon trong mạch chính, bắt đầu từ đầu mạch gần nối đôi hơn

- Tên Anken = Vị trí nhóm thế+Tên nhóm thế + Tên mạch chính (tên quốc tế của anken t-ơng ứng)+ vị trí nối đôi

CH3 –CH2 - CH = CH2 : but-1-en CH3 –CH2 = CH2 - CH3 : but-2-en

CH3 –CH- CH = CH2 : 3-metylbut-1-en

CH3

II- Tính chất vật lí

Ba anken đầu tiên trong dãy đồng đẳng: C2H4, C3H6, C4H8 là những chất khí ở điều kiện th-ờng và đktc

Các anken tiếp theo là chất lỏng hoặc rắn

Tất cả các anken đều hầu nh- không tan trong n-ớc

III- TÍNH CHẤT HểA HỌC

1- Phản ứng cộng

a- Phản ứng cộng hidro ankan

CH2 = CH2 + H2 → CH3 - CH3 CH3- CH= CH2 + H2 → CH3 - CH2- CH3

b- Phản ứng cộng ddBr 2 , Cl 2

CH2 = CH2 + Br2  Br – CH2 – CH2 - Br CH3– CH= CH2 + Br2  CH3- CH - CH2

Br Br Phản ứng làm mất màu da cam của dung dịch brom

Clo cũng phản ứng t-ơng tự

Tổng quát: C n H 2n + Br 2  C n H 2n Br 2

c- Phản ứng cộng axit: HCl, HBr, HI

CH2 = CH2 + H-Cl  CH3- CH2 - Cl etyl clorua

Phản ứng cộng axit tuân theo qui tắc Maccopnhicop:

CH3-CH-CH3 (sản phẩm chính)

CH3 –CH = CH2 + H- Br Br

CH3-CH2-CH2-Br (sản phẩm phụ)

d- Phản ứng cộng n-ớc

CH2=CH2 + H-OH  CH3-CH2-OH

H +

Phản ứng cộng nước tuân theo qui t¾c Maccopnhicop:

OH

CH3 –CH2 – C – CH3 (s¶n phÈm chÝnh)

CH3 –CH = C – CH3 + H-OH CH3

CH3 CH3 –CH – CH – CH3 (s¶n phÈm phô)

OH CH3

Qui tắc Maccopnhicop:

Khi tham gia pư cộng của liên kết bội với tác nhân HX, X (phần mang điện âm hơn) ưu tiên gắn vào C có bậc cao hơn (ít H hơn), H (phần mang điện dương hơn) sẽ gắn vào C có bậc thấp hơn (nhiều H hơn)

2 Phản ứng trùng hợp

- Qu¸ tr×nh céng hîp liªn tiÕp nhiÒu ph©n tö nhá (monome) t¹o thµnh ph©n tö lín (polime)

®-îc gäi lµ ph¶n øng trïng hîp

- Polietilen (PE): n CH2 = CH2 → (- CH 2 - CH2 -)n

- Polipropylen n CH2 = CH → (- CH 2 – CH -)n

CH3 CH3

3 Phản ứng thế:

CH2=CH2 + Cl2 → CH 2=CH – Cl + HCl

CH2= CH – CH3 + Cl2 → CH 2=CH – CH2 – Cl + HCl

4 Phản ứng oxi hóa:

a Oxi hóa hoàn toàn: C n H 2n +

2

3n

O 2  n CO 2 + n H 2 O

Lưu ý: = ;

b Oxi hóa không hoàn toàn:

3C n H 2n + 2KMnO 4 + 4H 2 O 3C n H 2n (OH) 2 + 2KOH + 2MnO 2

3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O 3CH2(OH) – CH2(OH) + 2KOH + 2MnO2

3CH3-CH=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O 3CH3-CH(OH) – CH2(OH) + 2KOH + 2MnO2

H +

CH3-CH=CH2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 CH3-COOH + CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 4H2O

CH3–CH=CH–CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 10CH3-COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O 5CH3–C(CH3)=CH–CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4

5CH3-COOH +5CH3-CO-CH3 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 9H2O 2CH2=CH2 + O2 → 2CH3–CHO pp hiện đại điều chế andehit axetic từ etilen

IV- Điều chế

1 Đi từ ankan:

a- Phương phỏp crackinh

CH3 –CH2- CH3 CH4 + CH2 = CH2

CH4 + C3H6

CH3 -CH2- CH2- CH3

C2H6 + C2H4

b- Phương phỏp tách hidro (đehidro hoá): CH3 –CH2- CH3 → CH3 - CH = CH2 + H2

2 Đi từ ankin: C n H 2n-2 + H 2 → C n H 2n

C2H2 + H2 → C 2H4 CH3-C CH + H2 → CH 3-CH=CH2

3- Đi từ rượu : C n H 2n+1 OH → C n H 2n + H 2 O

CH3 –CH2- OH → CH 2 = CH2 + H2O

Phản ứng tách nước tuân theo qui tắc Zaixep: Nhóm OH bị tách cùng với nguyên tử H ở nguyên tử cacbon bên cạnh có bậc cao hơn (ớt H hơn)

CH3-CH=CH-CH3 + H2O (sản phẩm chính)

CH3 –CH- CH2- CH3

OH CH3-CH2-CH=CH2 + H2O (sản phẩm phụ)

4 Đi từ dẫn xuất halogen:

a Mono halogen: C n H 2n+1 Cl + KOH → C n H 2n + KCl + H 2 O

CH3 –CH2-Cl + KOH → C 2 H 4 + KCl + H 2 O

b Đi halogen: C n H 2n Cl 2 + Zn C n H 2n + ZnCl 2

CH 3 -CHCl-CH 2 Cl + Zn CH 3 -CH=CH 2 + ZnCl 2

crackinh crackinh

H 2 SO 4 đặc

170 o C

cộng 1,2

cộng 1,4

C ANKADIEN:

Ankađien (hay đien, hay điolefin) là những hidrocacbon mạch hở có hai nối đôi trong phân

tử CTTQ: CnH2n-2

CH2 = CH – CH = CH2 Buta-1,3-đien CH2 = C – CH = CH2 Isopren

CH3

I- Tính chất hoá học

1- Phản ứng cộng:

a- Phản ứng cộng hidro ankan

CH2 = CH–CH=CH2 + 2H2 → CH3-CH2–CH2 – CH3

b- Phản ứng cộng Br 2 , Cl 2

CH2 - CH – CH = CH2

CH2=CH – CH= CH2 + Br2 Br Br

CH2 - CH = CH - CH2

Br Br

c- Phản ứng cộng axit: HCl, HBr, HI

CH3 - CH – CH = CH2

CH2=CH – CH= CH2 + H-Br Br

CH3 - CH = CH - CH2

Br

2- Phản ứng trựng hợp:

- Cao su Buna:

CH2 = CH - CH = CH2 → (- CH 2 – CH = CH – CH2 -)n

Butadien

- Poliisopren (cao su thiên nhiên):

n CH2 = C - CH = CH2 → (- CH 2 – C = CH – CH2 -)n

CH3 CH3

3- Phản ứng chỏy: C n H 2n-2 + O 2 → nCO 2 + (n-1)H 2 O

cộng 1,4 cộng 1,2

II- Điều chế Buta -1,3-đien

1- Từ rượu etylic

2C2H5OH → CH2 = CH - CH = CH2 + H2 + 2H2O

2- Phương phỏp tỏch Hidro (đề Hidro húa)

CH3 –CH2- CH2 –CH3 → CH2 = CH- CH = CH2 + 2H2

3- Từ axetilen

2CH CH → CH 2 = CH – C CH

CH2 = CH – C CH + H2 → CH 2 = CH- CH = CH2

D ANKIN

Ankin là những hidrocacbon mạch hở có một nối ba trong phân tử

I- Đồng đẳng - đồng phân - danh pháp

1 Đồng đẳng:

Ankin đơn giản nhất là axetilen

Công thức tổng quát: CnH2n-2 (n2)

2- Đồng phõn

Các ankin có đồng phân mạch cacbon và đồng phân về vị trí nối ba

C5H8:

CH C-CH2-CH2-CH3 CH3-C C-CH2-CH3 CH C-CH(CH3)-CH3

3- Danh phỏp:

a- Tờn thường:

Dùng đặt riêng cho một số ankin

C2H2 : axetilen

b- Tên quốc tế:

- Chọn mạch cacbon dài nhất chứa nối ba làm mạch chính

- Đánh số thứ tự các nguyên tử cacbon trong mạch chính, bắt đầu từ đầu mạch gần nối ba hơn

- Tên Ankin = Vị trí nhóm thế+Tên nhóm thế + Tên mạch chính (tên quốc tế của ankin t-ơng ứng)+ vị trí nối ba

CH3 –CH2 - C CH : but-1-in CH3 –C  C–CH3 : but-2-in

CH3 –CH- C CH : 3-metylbut-1-in

CH3

II- Tính chất vật lí

Bốn ankin đầu tiên trong dãy đồng đẳng: C2H2, C3H4, C4H6 là những chất khí ở điều kiện

th-ờng và đktc Các ankin tiếp theo là chất lỏng hoặc rắn

Tất cả các ankin đều hầu nh- không tan trong n-ớc

III- Tính chất hoá học

1- Phản ứng cộng:

a- Phản ứng cộng hidro anken, ankan

C n H 2n-2 + H 2 → C n H 2n C n H 2n-2 + 2H 2 → C n H 2n+2

CH CH + H2 → CH 2 = CH2 CH  CH + 2H2 → CH3 - CH3

b- Phản ứng cộng Br 2 , Cl 2

Phản ứng tiến hành theo 2 giai đoạn:

CH CH + Br2  Br – CH= CH - Br Br– CH= CH -Br + Br2  Br– CH - CH -Br

Br Br

Phản ứng làm mất màu da cam của dung dịch brom Clo cũng phản ứng t-ơng tự

C n H 2n-2 + 2Br 2  C n H 2n-2 Br 4

c- Phản ứng cộng HX: HCl, H 2 O, HCN, CH 3 COOH

CH CH + HCl → CH 2 = CH - Cl vinyl clorua

CH CH + 2HCl CH3–CHCl2

CH CH + H2O → CH 3 –CHO