Lý thuyết về hiđrocacbon no

rongden_167 - http://moon.vn/ I HIĐROCACBO NO A Ankan Đồng đẳng, đồng phân: công thức dãy đồng đẳng CnH2n + (n ≥ 1) Đồng phân cấu tạo dạng đồng phân mạch cacbon → tăng nhanh theo số lượng C Viết đp ankan công việc viết vẽ khung mạch C việc tính đồng phân dẫn xuất hđc sau → importance Danh pháp: “Mẹ em phải bón phân hóa học đồng”, chữ đầu tên 10 ankan đầu dãy, mạch không phân nhánh Tuy nhiên, nói trên, mạch ankan sở nhớ 10 tên + mạch sở quan trọng cho BT sau Trong danh pháp ankan, ta cần nhớ thêm gốc ankyl CnH2n + Cần ý số gốc ankyl sau: Cấu tạo mạch gốc H3C CH CH3 H3C CH CH2 CH3 H3C CH2 CH CH3 Thu gọn Tên (CH3)2CH– isopropyl (CH3)2CHCH2– isobutyl CH3CH2(CH3)CH– sec-butyl (CH3)3C– tert-butyl (CH3)2CHCH2CH2– isopentyl (CH3)3CCH2– neopentyl CH3CH2(CH3)2C– tert-pentyl CH3 C H3 C CH3 H3C HC CH CH CH3 CH3 H3C C CH CH3 CH3 H3C CH C CH3 ► Note: cần phân biệt rõ iso, neo với sec, tert (luôn gốc ankyl gốc bậc 2, bậc 3), iso, neo bậc 1, bậc hay bậc Tiếng anh: sec = secondaryl (bậc 2) tertiary (bậc 3) • Theo IUPAC: tên mạch ankan phân nhánh = số vị trí – tên nhánh (gốc ankyl) + tên ankan mạch Trong tên gọi này, cần nhớ số quy tắc thứ tự ưu tiên, nhánh, tên + cách đánh số sau: ♦ 1: mạch mạch dài nhất, có nhiều nhánh nhát Đánh số nguyên tử cacbon thuộc mạch phía phân nhánh sớm ♦ 2: gọi tên mạch nhánh (tên gốc ankyl) theo thứ tự vần chữ cái, số vị trí nhánh đặt trước gạch nối với tên nhánh Phạm Hùng Vương – Trường Đại Học Dược Hà Nội rongden_167 - http://moon.vn/ 3,4-đimetyl-4-(prop-2-yl)heptan Ví dụ: 4-isopropyl-3,4-đimetylheptan Cấu trúc, cấu tạo, cấu dạng: nguyên tử C trạng thái lai hóa sp3 (lai hóa tứ diện) → C nằm tâm tứ diện, đỉnh lại C H, liên kết C–C; C–H liên kết σ, góc hóa trị CCC, CCH hay HCH gần 109,5o Cấu dạng @@ Tính chất vật lí: • Ở điều kiện thường, từ C1 đến C4 (cái với hđc sau) trạng thái khí, từ C5 đến khoảng C18 trạng thái lỏng, từ C18 trở trạng thái rắn • Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi khối lượng riêng ankan nói chung tăng theo số nguyên tử cacbon phân tử tức tăng theo phân tử khối • Ankan nhẹ nước • Thêm: C, nhánh có t os nhỏ mạch thẳng nhiệt độ nóng chảy lại cao • Ankan nhje metan, etan, propan chất khí không mùi Ankan từ C5 đến C10 có mùi xăng (ns đến xăng → số octan xăng), từ C10 đến C16 có mùi dầu hỏa, lại ankan rắn, bay nên không mùi • ankan không tan nước, trộn vào nước → nhẹ lên, phân lớp nên nói chúng có tính kị nước (hiđrophobic) hay tính ưa nước (hiđrophin), lại hòa tan tốt chất phân cực dầu mỡ, → có tính ưa dầu mỡ (lipophin) Tính chất hóa học: ankan có liên kết C-C C-H Đó liên kết σ bền vững, ankan tương đối trơ mặt hóa học: nhiệt độ thường chúng không phản ứng với axit, bazơ chất hóa học mạnh (như KMnO4) Vì ankan có tên parafin, nghĩa lực a) Phản ứng thế:  Thế halogen: F2 ≫ Cl2 > Br2 ≫ I2 (phân hủy ≫ bt > bt ≫ không phản ứng), theo chế SR Xem lại phản ứng hữu cơ: với gốc tự gốc bậc bền bậc → HX X vào bậc sản phẩm (bậc > bậc > bậc 1) 420500o C  Thế nitro (phản ứng nitro hóa): RH + H-O-NO2   R-NO2 + H2O xảy tướng hơi, theo chế SR → hỗn hợp sản phẩm b) Phản ứng tách (gãy liên kết C-C, C-H): phản ứng hiđro hóa, crăcking: 500o C, xt  CH2 =CH2 + H2 Ví dụ: CH3  CH3  CH3CH=CHCH3 + H  CH3CH 2CH 2CH3   CH3CH=CH + CH CH =CH + CH3CH3  ► Xúc tác gồm nhiệt kim loại oxit Cr2O3; Fe, Pt, c) Phản ứng oxi hóa:  Khi đốt cháy, tỏa nhiều nhiệt: CnH2n + + O2 → CO2 + H2O Tỉ lệ: nankan = nH2O – nCO2  Đốt thiếu oxi, cháy không hoàn toàn: CH4 + O2 → HCHO + H2O 500o C, Cr2O3  Cn H2n + H2 d) Phản ứng loại H2: Cn H2n+2  500oC , xt 1400 C 600 C CH4   C2 H2 + H2 || C2H6   C2 H + H Điều chế  Nguồn gốc thiên nhiên: khí thiên nhiên dầu mỏ  Phương pháp tổng hợp ankan o o Phạm Hùng Vương – Trường Đại Học Dược Hà Nội rongden_167 - http://moon.vn/ o a) Hiđro hóa hiđrocacbon không no: (điều kiện: t , áp suất cao, xúc tác Ni, Pt hay Pd) xt ,t CnH2n + H2   CnH2n + o b) Crăcking dầu mỏ: CnH2n + → CmH2m + Cn – mH2(n – m) + CaO c) Từ muối axit cacboxylic: RCOONa + NaOH    RH + Na2CO3 to d) Một số phản ứng khác chương trình: R  R  etekhan • phản ứng Wurtz: RX + 2Na + XR'   R  R' + 2NaX (X thường dùng I Br) R'  R'  + H2 O + Mg • thủy phân hợp chất kim: R-X  RMgX   RH + Mg(OH)X ete khan • khử hóa dẫn chất halogen: R-X + Zn + HX → R-H + ZnX2 • điện phân dd muối RCOONa (pp Kolbe): dien phan RCOONa + H2O   R-R + CO2 + NaOH + H Anot Katot Ứng dụng: (làm nhiên liệu, vật liệu + làm nguyên liệu: hóa chất quan trọng: xăng, dầu hỏa, nhựa đường, khí gas, biogas, tên quen thuộc ứng dụng quan trọng sống hàng ngày) B Xicloankan Cấu trúc: công thức phân tử cấu trúc số monoxicloankan không nhánh sau: Chương trình: học mônxicloankan (chỉ có vòng, đơn vòng); CTPT chung CnH2n – (n ≥ 3) ► Note: trừ xiclopropan, phân tử xicloankan nguyên tử cacbon không nằm mặt phẳng Đồng phân: Chương trình học đồng phân cấu tạo (ngoài học thêm cấu dạng, đồng phân cấu dạng bền, bền, ) Danh pháp: = số vị trí – tên nhánh + xiclo + tên mạch + “an” mạch mạch vòng, đánh số cho tổng số vị trí mạch nhánh nhỏ Phạm Hùng Vương – Trường Đại Học Dược Hà Nội rongden_167 - http://moon.vn/ #: tên = xiclo + tên ankan (có số C) tên có nhánh = vị trí nhóm vòng đánh số cacbon mang nhóm đọc trước theo quy tắc số nhỏ Ví dụ: CH3 C2H5 tên 2-etyl-1,3-đimetylxiclohexan CH3 Tính chất vật lí: C3 C4 thể khí, lớn lỏng rắn; xicloankan không màu, nhiệt độ sôi, nóng chảy, khối lượng riêng tăng theo phân tử khối Nhẹ nước, không tan nước tan dung hữu Tính chất hóa học: a) Phản ứng cộng mở vòng xiclopropan xiclobutan: Ni, 80°C + H2 H3C CH2 CH3 + Br2 BrCH2 CH2 + HBr H3C CH2 + CH 2Br Ni, 120 °C H2 CH3CH 2CH2CH CH 2Br (vòng cạnh có khả cộng H2, HBr Br2 vòng cạnh cộng H2; vòng 5, cạnh trở lên phản ứng cộng mở vòng điều kiện trên) b) Phản ứng thế: tương tự phản ứng ankan bình thường: as + Cl + Br2 Cl t° Cl + HCl + HCl c) Phản ứng oxi hóa: 3n to O2   nCO2 + nH 2O • Chú ý khác anken: xiclopropan không làm màu dung dịch KMnO4 (kể vòng cạnh) • Đốt cháy: Cn H 2n + d) Thêm: • phản ứng tác loại hiđro (đehiđro hóa): + 3S + (Se, Pt) H2S • Phản ứng nhiệt phân (biến metylxiclopentan → vòng cạnh); phản ứng co hẹp hay mở rộng vòng (*hóa tính đặc biệt dẫn xuất xiclo*) Điều chế:  Tách trực tiếp từ trình chưng cất dầu mỏ  Điều chế từ ankan: t°, xt CH 3[CH2] 4CH + 3H2  Khử hóa hđc thơm tecpen nhiệt độ, áp suất cao (benzen + H2 (Ni, to) → vòng cạnh)  Đóng vòng dẫn chất ω – đihalogen ankan (có C) phản ứng với Na kim loại hay Phạm Hùng Vương – Trường Đại Học Dược Hà Nội rongden_167 - http://moon.vn/ Zn (phản ứng Wurtz): CH 2Br H2C CH 2Br + 2Na H2C CH CH Ứng dụng: Làm nhiên liệu ankan, đồng thời sử dụng để điều chế chất khác benzen, toluen, C Anken Đồng đẳng – danh pháp: a) Anken thuộc dãy hiđrocacbon có liên kết đôi C=C, có công thức chung CnH2n (n ≥ 2) b) Danh pháp: ý việc chọn mạch đánh số, cần ưu tiên sau:  Chọn mạch: + chọn mạch dài + có nhiều liên kết đôi + có số thấp cho nhóm chức + có số thấp cho liên kết đôi + có nhiều nhánh + có mạch nhánh có số thấp  Đánh số: cần ý ưu tiên: nhóm chức > liên kết > mạch nhánh  Đọc tên = số vị trí – tên mạch nhánh + tên anken với số đứng trước hậu tố độ bội liên kết Cấu trúc đồng phân: a) Cấu trúc: hai nguyên tử C mang nối đôi trạng thái lai hóa sp2 lại sp3 ankan Liên kết đôi C=C gồm liên kết σ liên kết π Liên kết σ = xen phủ trục (của obitan lai hóa sp2) nên tương đối bền vững, liên kết π = xem phủ bên (của obitan p) nên bền vững → trung tâm phản ứng Ngoài ra, liên kết π tạo mặt phẳng π làm xuất đồng phân hình học Ở etilen, hai C bốn nguyên tử H nằm mặt phẳng (gọi mặt phẳng phân tử), góc HCH HCC gần 120o b) Đồng phân: gồm đồng phân cấu tạo đồng phân hình học: • đồng phân cấu tạo gồm: đồng phân mạch cacbon vị trí nối đôi C=C (từ C4 trở đi) • đồng phân hình học: liên kết π tạo mặt phẳng phân cách nhóm nguyên tử khác mặt phẳng phân tử → tạo đồng phân hình học cis-trans Phạm Hùng Vương – Trường Đại Học Dược Hà Nội rongden_167 - http://moon.vn/ Cis = = cao: tức lấy mặt phẳng π mặt phẳng phân cách nhóm chức đính vào C: cản trở nên xoay quanh qua lại nhóm → nhóm khác vị trí tương đối so sánh với bên C chất khác nhóm lớn phía mặt phẳng cis (cùng); đồng phân cis có nhiệt độ sôi cao trans (cao) Tính chất vật lí: nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy khối lượng riêng anken không khác nhiều so với ankan tương ứng thường nhỏ so với xicloankan có số nguyên tử C Ở điều kiện thường, anken từ C2 đến C4 chất khí Nhiệt độ sôi, nóng chảy tăng theo khối lượng mol phân tử Các anken nhẹ nước • anken hòa tan tốt dầu mỡ, anken không tan nước chất không màu Tính chất hóa học: liên kết π bền vững trung tâm phản ứng gây phản ứng hóa học đặc trưng cho anken Ngoài với điều kiện phản ứng “áp buộc” xảy phản ứng với liên kết σ ankan Cụ thể: a) Phản ứng cộng hợp: xt,t  Phản ứng hiđro hóa: 1π + 1H2 → no: R1R 2C=CR 3R + H2    R1R 2CH-CHR 3R o (xúc tác Ni, Pd, Pt, chúng dạng bột mịn, hấp phụ H nguyên tử bề mặt) + X2 + HX  Phản ứng cộng hợp điện tử (AE): C + HOX C C C X X C C X X C C OH H Tác nhân: X2 Cl2 > Br2 > I2; + H2 O (H+) HX HCl, HBr; C C OH X H2SO4 HOX HOCl, HOBr C C HO3SO H   Cơ chế phản ứng: (AE, cộng trans)   C C +  E  Y cham -Y(-) (+) C E C Y + Y(-) nhanh C E C (trans) Quy tắc định hướng phản ứng cộng hợp vào anken: • quy tắc Maccopnhicop (xem chương I) • TH anken có nhóm hút e mạnh gắn vào liên kết đôi → cộng HX ngược Maccopnhicop Ví dụ: Phạm Hùng Vương – Trường Đại Học Dược Hà Nội rongden_167 - http://moon.vn/ F F C   CH CH2 + HCl F3C-CH 2CH2Cl F • TH có xúc tác peroxid → hiệu ứng Kharash → trái quy tắc Maccopnhicop b) Phản ứng oxi hóa to  nCO2 + nH 2O H <  Oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy): Cn H 2n + O2   Oxi hóa không hoàn toàn: làm màu dung dịch KMnO4 (màu tím → không màu) → dùng nhận biết anken: C C [O] + H2O KMnO4 loang C C OH OH  Cơ chế: KMnO4 C C C C O O HOH O C + MnO3 - OH OH Mn Phản ứng với chất oxi hóa nhẹ C O Phản ứng đặc biệt: No, 600 C   HCHO o • CH  O2 100atm   CH3OH 400o C 100atm, 400 C • C2H6 + O   CH 3OH + C 2H 5OH + CH 3CHO + CH 3COOH o 10atm, Mn + NaOH • Cn H 2n+2  RCOOH + R'COOH  80-100o C 2+ RCOONa  san xuat  R'COONa  xa phong Phạm Hùng Vương – Trường Đại Học Dược Hà Nội