Lý thuyết về hiđrocacbon no

Danh pháp: “Mẹ em phải bón phân hóa học ở ngoài đồng”, đây là chữ cái đầu của tên 10 ankan đầu dãy, mạch không phân nhánh.. • Theo IUPAC: tên mạch ankan phân nhánh = số chỉ vị trí – tên

I HIĐROCACBO NO

A Ankan

1 Đồng đẳng, đồng phân: công thức dãy đồng đẳng là CnH2n + 2 (n ≥ 1) Đồng phân cấu tạo dạng này là đồng phân mạch cacbon → tăng nhanh theo số lượng C Viết đp ankan cũng chính là công việc viết vẽ bộ khung

mạch C trong việc tính đồng phân của các dẫn xuất hđc sau này → importance

2 Danh pháp: “Mẹ em phải bón phân hóa học ở ngoài đồng”, đây là chữ cái đầu của tên 10 ankan đầu dãy,

mạch không phân nhánh Tuy nhiên, như nói trên, mạch ankan là cơ sở vì thế nhớ 10 tên + mạch này là cơ

sở quan trọng cho các BT sau này Trong danh pháp ankan, ta cần nhớ thêm các gốc ankyl CnH2n + 1 Cần chú ý một số gốc ankyl như sau:

C

H3 CH

C

CH3

CH2

C

H3 CH2 CH

C

CH3

CH3

H3

C

H3 HC

CH3

CH2 CH2

C

CH3

CH3

CH2 C

CH3

CH3 C

H3 CH3CH2(CH3)2C– tert-pentyl

► Note: cần phân biệt rõ iso, neo với sec, tert (luôn chỉ gốc ankyl là gốc bậc 2, bậc 3), còn iso, neo thì có thể là bậc 1, bậc 2 hay bậc 3 Tiếng anh: sec = secondaryl (bậc 2) và tertiary (bậc 3)

• Theo IUPAC: tên mạch ankan phân nhánh = số chỉ vị trí – tên nhánh (gốc ankyl) + tên ankan mạch chính Trong tên gọi này, cần nhớ 1 số quy tắc cơ bản về thứ tự ưu tiên, nhánh, tên + cách đánh số như sau:

♦ 1: mạch chính là mạch dài nhất, có nhiều nhánh nhát Đánh số các nguyên tử cacbon thuộc mạch chính bắt đầu từ phía phân nhánh sớm hơn

♦ 2: gọi tên mạch nhánh (tên gốc ankyl) theo thứ tự vần chữ cái, số chỉ vị trí nhánh nào đặt ngay trước gạch nối với tên nhánh đó

rongden_167 - http://moon.vn/

4-isopropyl-3,4-đimetylheptan

3 Cấu trúc, cấu tạo, cấu dạng: các nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp3 (lai hóa tứ diện) → mỗi C nằm ở tâm của tứ diện, 4 đỉnh còn lại là C hoặc H, liên kết C–C; C–H là các liên kết σ, các góc hóa trị CCC, CCH hay

Cấu dạng @@

4 Tính chất vật lí: • Ở điều kiện thường, từ C1 đến C4 (cái này đúng với cả các hđc sau) ở trạng thái khí, từ C5

đến khoảng C18 ở trạng thái lỏng, còn từ C18 trở đi ở trạng thái rắn

• Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của ankan nói chung đều tăng theo số nguyên tử cacbon trong phân tử tức tăng theo phân tử khối

• Ankan nhẹ hơn nước

• Thêm: cùng C, nhánh có to

s nhỏ hơn mạch thẳng nhưng nhiệt độ nóng chảy lại cao hơn

• Ankan nhje nhất như metan, etan, propan là những chất khí không mùi Ankan từ C5 đến C10 có mùi xăng (ns đến xăng → chỉ số octan trong xăng), từ C10 đến C16 có mùi dầu hỏa, còn lại các ankan rắn, ít bay hơi nên hầu như không mùi

• các ankan không tan trong nước, trộn vào nước → nhẹ nổi lên, phân lớp nên nói chúng có tính kị nước

(hiđrophobic) hay không có tính ưa nước (hiđrophin), nhưng lại hòa tan tốt các chất phân cực như dầu mỡ, → có tính ưa dầu mỡ (lipophin)

5 Tính chất hóa học: ankan chỉ có liên kết C-C và C-H Đó là các liên kết σ bền vững, vì thế các ankan tương

đối trơ về mặt hóa học: ở nhiệt độ thường chúng không phản ứng với axit, bazơ và chất hóa học mạnh (như KMnO4) Vì thế ankan còn có tên là parafin, nghĩa là ít ái lực

a) Phản ứng thế:

 Thế halogen: F2 ≫ Cl2 > Br2 ≫ I2 (phân hủy ≫ bt > bt ≫ không phản ứng), theo cơ chế SR

Xem lại bài phản ứng hữu cơ: với gốc tự do thì gốc bậc 2 bền hơn bậc 1 → thế HX thì X vào bậc 2 là sản phẩm chính (bậc 3 > bậc 2 > bậc 1)

 Thế nitro (phản ứng nitro hóa): RH + H-O-NO2

o

420 500 C 

chế SR → hỗn hợp sản phẩm

b) Phản ứng tách (gãy liên kết C-C, C-H): phản ứng hiđro hóa, crăcking:

Ví dụ: CH3CH3500 C, xto  CH =CH + H2 2 2

oC

500 , xt

CH CH=CHCH + H

CH =CH + CH CH











► Xúc tác gồm nhiệt và các kim loại hoặc oxit như Cr2O3; Fe, Pt,

c) Phản ứng oxi hóa:

 Khi đốt cháy, tỏa nhiều nhiệt: CnH2n + 2 + O2 → CO2 + H2O

Tỉ lệ: nankan = nH2O – nCO2

 Đốt thiếu oxi, cháy không hoàn toàn: CH4 + O2 → HCHO + H2O

d) Phản ứng loại H2: 500 C, Cr Oo 2 3

n 2n+2 n 2n 2

C H  C H + H

1400 C 600 C

4 2 2 2 2 6 2 4 2

6 Điều chế

 Nguồn gốc thiên nhiên: khí thiên nhiên và dầu mỏ

 Phương pháp tổng hợp ankan

a) Hiđro hóa hiđrocacbon không no: (điều kiện: to, áp suất cao, xúc tác Ni, Pt hay Pd)

CnH2n + H2 xt t,o CnH2n + 2

b) Crăcking dầu mỏ: CnH2n + 2 → CmH2m + Cn – mH2(n – m) + 2

CaO t

 RH + Na2CO3 d) Một số phản ứng khác ngoài chương trình:

R' R'







 

 



(X thường dùng là I hoặc Br)

ete khan

• điện phân dd muối RCOONa (pp Kolbe):

dien phan

Anot Katot

7 Ứng dụng: (làm nhiên liệu, vật liệu + làm nguyên liệu: đều là những hóa chất quan trọng: xăng, dầu hỏa,

nhựa đường, khí gas, biogas, đều là những tên quen thuộc và ứng dụng quan trọng trong cuộc sống hàng

ngày)

B Xicloankan

1 Cấu trúc: công thức phân tử và cấu trúc một số monoxicloankan không nhánh như sau:

Chương trình: học mỗi mônxicloankan (chỉ có 1 vòng, đơn vòng); CTPT chung CnH2n – 2 (n ≥ 3)

► Note: trừ xiclopropan, ở mỗi phân tử xicloankan các nguyên tử cacbon không cùng nằm trên một mặt

phẳng

2 Đồng phân:

Chương trình chỉ học đồng phân cấu tạo (ngoài thì học thêm các cấu dạng, đồng phân cấu dạng bền, kém

bền, )

3 Danh pháp: = số chỉ vị trí – tên nhánh + xiclo + tên mạch chính + “an”

mạch chính là mạch vòng, đánh số sao cho tổng các số chỉ vị trí các mạch nhánh là nhỏ nhất

rongden_167 - http://moon.vn/

#: tên = xiclo + tên ankan (có cùng số C)

tên có nhánh = vị trí nhóm thế trên vòng được đánh số bắt đầu từ cacbon mang nhóm thế đọc trước và theo quy tắc số nhỏ nhất Ví dụ:

tên là 2-etyl-1,3-đimetylxiclohexan

4 Tính chất vật lí: C3 và C4 ở thể khí, lớn hơn là lỏng hoặc rắn; các xicloankan không màu, nhiệt độ sôi, nóng chảy, khối lượng riêng tăng theo phân tử khối Nhẹ hơn nước, không tan trong nước nhưng tan trong các dung mỗi hữu cơ

5 Tính chất hóa học:

a) Phản ứng cộng mở vòng của xiclopropan và xiclobutan:

+

+

+

H2

Br2

HBr

CH2 CH2Br

C

H3 CH2 CH2Br BrCH2

Ni, 80°C

+ H2 Ni, 120 °C CH3CH2CH2CH3

H3C CH2 CH3

(vòng 3 cạnh có khả năng cộng được H2, HBr và cả Br2 còn vòng 4 cạnh chỉ cộng được H2; vòng 5, 6 cạnh trở lên không có phản ứng cộng mở vòng trong những điều kiện trên)

b) Phản ứng thế: tương tự như phản ứng thế của một ankan bình thường:

as

t°

Cl c) Phản ứng oxi hóa:

n 2n 2 2 2

3n

d) Thêm: • phản ứng tác loại hiđro (đehiđro hóa):

• Phản ứng nhiệt phân (biến metylxiclopentan → vòng 6 cạnh); phản ứng co hẹp hay mở rộng vòng (*hóa tính đặc biệt của dẫn xuất xiclo*)

6 Điều chế:

 Tách trực tiếp từ quá trình chưng cất dầu mỏ

 Điều chế từ ankan:

 Khử hóa hđc thơm hoặc tecpen ở nhiệt độ, áp suất cao (benzen + H2 (Ni, to) → vòng 6 cạnh)

 Đóng vòng dẫn chất ω – đihalogen ankan (có ít nhất 3 C) bằng phản ứng với Na kim loại hay

+ 3S

CH3

C2H5

CH3

CH3[CH2]4CH3

t°, xt

Zn (phản ứng Wurtz):

7 Ứng dụng: Làm nhiên liệu như ankan, đồng thời được sử dụng để điều chế các chất khác như benzen,

toluen,

C Anken

1 Đồng đẳng – danh pháp:

a) Anken thuộc dãy hiđrocacbon có một liên kết đôi C=C, có công thức chung là CnH2n (n ≥ 2)

b) Danh pháp: chú ý việc chọn mạch chính và đánh số, cần ưu tiên như sau:

+ có nhiều liên kết đôi nhất

+ có chỉ số thấp nhất cho nhóm chức

+ có chỉ số thấp nhất cho liên kết đôi

+ có nhiều nhánh nhất

+ có mạch nhánh có chỉ số thấp hơn

 Đánh số: cần chú ý ưu tiên: nhóm chức > liên kết > mạch nhánh

 Đọc tên = số chỉ vị trí – tên mạch nhánh + tên anken với chỉ số đứng trước hậu tố chỉ độ bội của liên kết

2 Cấu trúc và đồng phân:

a) Cấu trúc: hai nguyên tử C mang nối đôi ở trạng thái lai hóa sp2 còn lại là sp3 như ankan Liên kết đôi C=C gồm một liên kết σ và một liên kết π Liên kết σ = sự xen phủ trục (của 2 obitan lai hóa sp2) nên tương đối

bền vững, còn liên kết π = sự xem phủ bên (của 2 obitan p) nên kém bền vững hơn → trung tâm của phản

ứng Ngoài ra, liên kết π tạo ra mặt phẳng π làm xuất hiện đồng phân hình học

Ở etilen, hai C và bốn nguyên tử H đều cùng nằm trên một mặt phẳng (gọi là mặt phẳng phân tử), các góc

b) Đồng phân: gồm đồng phân cấu tạo và đồng phân hình học:

• đồng phân cấu tạo gồm: đồng phân mạch cacbon và vị trí nối đôi C=C (từ C4 trở đi)

• đồng phân hình học: do liên kết π tạo ra mặt phẳng phân cách các nhóm nguyên tử khác trong mặt phẳng phân tử → tạo ra 2 đồng phân hình học cis-trans

H2C

CH2Br

CH2Br

CH2

CH2

H2C

rongden_167 - http://moon.vn/

Cis = cùng = cao: tức lấy mặt phẳng π là mặt phẳng phân cách 2 nhóm chức đính vào cùng một C: do sự cản trở nên không có sự xoay quanh qua lại của 2 nhóm này → nếu 2 nhóm này khác nhau thì vị trí tương đối so sánh với bên kia C sẽ là 2 chất khác nhau 2 nhóm lớn cùng 1 phía mặt phẳng là cis (cùng); đồng phân cis có nhiệt độ sôi cao hơn trans (cao)

3 Tính chất vật lí: nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng anken không khác nhiều so với ankan

tương ứng và thường nhỏ hơn so với xicloankan có cùng số nguyên tử C

Ở điều kiện thường, anken từ C2 đến C4 là chất khí Nhiệt độ sôi, nóng chảy tăng theo khối lượng mol phân

tử Các anken đều nhẹ hơn nước

• anken hòa tan tốt trong dầu mỡ, anken hầu như không tan trong nước và là những chất không màu

4 Tính chất hóa học: liên kết π kém bền vững là trung tâm của phản ứng gây ra những phản ứng hóa học đặc

trưng cho anken Ngoài ra với những điều kiện phản ứng “áp buộc” thì cũng xảy ra phản ứng với liên kết σ như ankan Cụ thể:

a) Phản ứng cộng hợp:

2

(xúc tác như Ni, Pd, Pt, chúng ở dạng bột mịn, hấp phụ H nguyên tử trên bề mặt)

 Phản ứng cộng hợp ái điện tử (AE):

Tác nhân: X2 là Cl2 > Br2 > I2;

HX là HCl, HBr;

HOX là HOCl, HOBr

(AE, cộng trans)

• quy tắc Maccopnhicop (xem chương I)

• TH anken có nhóm hút e mạnh gắn vào liên kết đôi → cộng HX ngược Maccopnhicop Ví dụ:

(H+) + H2O + HOX

+ X2

+ HX

H2SO4

OH H

OH X

HO 3 SO H

 

+ E  Y  cham

-Y (-) C C

E

(+) + Y(-)

E Y (trans)

C C [O] + H2 O

F

F

CH CH2

 

• TH có xúc tác peroxid → hiệu ứng Kharash → trái quy tắc Maccopnhicop

b) Phản ứng oxi hóa

n 2n 2 2 2

3

nhận biết anken:

Phản ứng với chất oxi hóa nhẹ

Phản ứng đặc biệt:

•

o

o

No, 600 C

4 2 100atm

3

400 C

HCHO

CH OH







• 100atm, 400 C o

o

10atm, Mn + NaOH

n 2n+2 80-100 C



Mn

OH OH