Đang tải... (xem toàn văn)
Lý thuyết đầy đủ về Hidrocacbon trong chương trình hóa học lớp 11. Nhằm giúp các bạn học sinh tổng hợp được đầy đủ kiến thức giúp cho việc ôn thi. Chương trình hóa học Hidrocacbon là nền tảng của hóa học hữu cơ trong chương trình THPT nên các bạn cần ghi nhớ thật chắc chắn
BS & ST: CD A – HỮU CƠ ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỮU CƠ I MỘT SỐ KHÁI NIỆM Hợp chất hữu cơ: – Hóa học hữu ngành hóa học chuyên nghiên cứu loại hợp chất cacbon, trừ cacbon oxit, cacbon đioxit muối cacbonat… Đặc điểm chung hợp chất hữu cơ: Thành phần cấu tạo: Hợp chất hữu thiết phải chứa cacbon H Các nguyên tử cacbon thường liên kết với đồng thời liên kết với nguyên tử nguyên tố khác O, N, S, P, halogen… Liên kết hoá học hợp chất hữu thường liên kết cộng hố trị Về tính chất vật lí: Các hợp chất hữu thường có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi thấp (dễ bay hơi) thường khơng tan tan nước, tan dung mơi hữu Về tính chất hoá học: Đa số hợp chất hữu bị đốt cháy, chúng bền với nhiệt nên dễ bị phân huỷ nhiệt Phản ứng hợp chất hữu thường xảy chậm, khơng hồn tồn, khơng theo hướng định, thường cần đun nóng cần có xúc tác – Phương pháp tách, tinh chế hợp chất hữu cơ: Chưng cất Chiết Kết tinh II Phân loại danh pháp Phân loại Hiđrocacbon Dẫn xuất hiđrocacbon Danh pháp Tên thông thường Tên hệ thống – Tên gốc chức: tên phần gốc + tên phần định chức – Tên thay thế: Tên phần thể (có thể khơng có) Tên mạch cacboon (bắt buộc phải có) Tên phần định chức (bắt buộc phải có) STT Số đếm Mạch Cacbon Mono C Đi C–C Tri C–C–C BS & ST: CD Tetra C–C–C–C Penta C–C–C–C–C Hexa C–C–C–C–C–C Penta C–C–C–C–C–C–C Octa C–C–C–C–C–C–C–C Nona C–C–C–C–C–C–C–C–C 10 Đeca C–C–C–C–C–C–C–C–C–C Thuyết cấu tạo hóa học – Trong phân tử hữu cơ, phân tử liên kết với theo hóa trị theo thứ tự định Thứ tự liên kết gọi cấu tạo hóa học Sự thay đổi thứ tự liên kết tạo chất – Trong phân tử hợp chất hữu cơ, Cacbon hóa trị Những ngun tử cacbon kết hợp khơng với nguyên tử nguyên tố khác mà kết hợp trực tiếp với tạo thành mạch cacbon khác (mạch khơng nhánh, có nhánh, mạch vòng) – Tính chất chất phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản chất số lượng nguyên tử) cấu tạo hóa học (thứ tự liên kết nguyên tử) Đồng đẳng đồng phân – Đồng đẳng: tượng chất có cấu tạo tính chất tương tự nhau, sai khác hay nhiều –CH2– Những chất gọi đồng đẳng nhau, chúng hợp thành dãy đồng đẳng – Đồng phân: tượng chất có cơng thức phân tử, có cấu tạo khác nhau, dẫn đến tính chất hóa học giống khác Hiệu ứng cảm Khái niệm: Hiệu ứng cảm (I) phân cực liên kết σ gây nên sự chệnh lệch độ âm điện nguyên tử hay nhóm nguyên tử tạo nhóm liên kết (nói cách khác hiệu ứng cảm dịch chuyển cặp electron nối đơn σ nhóm X hút hay đẩy cặp electron đó) – Hiệu ứng cảm biểu diễn Ví dụ: CH3 OH hướng theo chiều di chuyển đôi điện tử dùng chung C2H5 → OH H → OH Cl ← CH – COOH CH3 → NH2 C2H5 → NH2 H → NH2 CH3 → NH ← CH3 CH3 → COOH Cl ← CH2 – COOH Cl – Nếu nhóm X đẩy electron, ta nói X gây hiệu ứng cảm dương (+I) Nếu nhóm X hút electron, ta nói X gây hiệu ứng cảm âm (–I) Ví dụ: Nếu ta lấy liên kết đơn (–C–H) làm chuẩn Nếu nguyên tử hay nhóm nguyên tử hút e mạnh H gây hiệu ứng cảm âm Nếu nguyên tử hay nhóm nguyên tử đẩy e mạnh H gây hiệu ứng cảm dương – Sau nhóm X gây hiệu ứng cảm thường gặp: (–I): –NO2 > –F > –Cl > –Br > –I > –OH (+I): –C(CH3)3 > –CH(CH3)2 > –C2H5 > –CH3> –H BS & ST: CD 5.1 Ứng dụng – Hiệu ứng cảm dùng để giải thích so sánh tính axit hay tính bazơ chất hữu dùng giải thích chế phản ứng… Ví dụ: So sánh tính linh động nguyên tử H nhóm (–OH) Phenol rượu? – Trong nhóm Phenyl hút e gốc ankyl phân tử rựơu đẩy e phía nguyên tử O Do mật dộ e nguyên tử O tăng lên, phân cực liên kết nhóm (–OH) giảm đi, tính linh động nguyên tử H giảm theo: R O C6H5 H O H 5.1.1 Dùng hiệu ứng cảm để so sánh độ mạnh yếu axit hữu – Trong phân tử axit hữu RCOH , có mặt nhóm cacbonyl C nên liên kết O– H vốn O O + phân cực trở nên phân cực mạnh Kết phân tử R – COOH dễ dàng phóng thích H , thể tính axit + – Axit hữu mạnh phóng thích H dễ Điều xảy R có nhóm gây hiệu ứng cảm âm Ví dụ: So sánh tính axit rượu etylic với nước: – Trong phân tử rựơu etylic nước xảy hiệu ứng cảm C2H5 →→ O – H; H→O–H Kết liên kết O –H nước linh động rượu nên nước có tính axit mạnh rượu Ví dụ: So sánh tính axit của: Axit fomic; axit axetic; axit propionic Axit axetic; axit monoclo axetic; axit điclo axetic Trong phân tử axit xảy hiệu ứng cảm: HCOH O CH3 C O H C2 H5 C O H O O Kết liên kết O –H axit formic linh động nhất, đến axit axetic axit propionic Vậy tính axit của: axit formic > axit axetic > axit propionic b) Trong phân tử axit xảy hiệu ứng cảm: CH3 C O H Cl CH2 C O H Cl CH2 C O H O O ClO Kết liên kết O –H axit điclo axetic linh động đến axit monoclo axetic đến axit axetic Do tính axit của: axit điclo axetic > axit monoclo axetic > axit axetic 5.1.2 Dùng hiệu ứng cảm để so sánh độ mạnh yếu bazơ hữu – Các amin có tính bazơ + – Tính bazơ mạnh khả thâu nhận H dễ Điều xảy gốc R gắn nguyên tử N amin gốc gây hiệu ứng cảm dương mạnh Ví dụ: So sánh tính bazơ metylamin với amoniac đimetylamin BS & ST: CD Trong phân tử amin xảy hiệu ừng cảm: CH NH2 H NH2 CH NH CH3 (I) (II) (III) → Kết mật độ điện tích âm nguyên tử N (III) > (I) > (II) 5.1.3 Dự đoán sản phẩm phản ứng- khả phản ứng – Dựa vào hút đẩy electron nhóm X, ta dự đốn sản phẩm phản ứng, khả phản ứng chất Ví dụ: Dự đốn sản phẩm phản ứng (sản phẩm chính) phản ứng: CH3 – CH = CH2 + HCl Do CH3– nhóm đẩy electron nên phân tử propen xảy phân cực: – Kết phần cation tác nhân công vào nhóm CH 2, phần anion tác nhân kết hợp vào nhóm CH sau: CH3 – CH = CH2 + HCl → CH3 – CH(Cl) – CH3 Ví dụ: Dự đoán khả phản ứng benzen toluen với Br (bột sắt xúc tác) – Trong phân tử toluen, CH3– nhóm đẩy electron làm tăng mật độ electron vòng thơm khiến phản ứng Brom xảy dễ so với benzen P1 – HIĐROCACBON I - ANKAN Tính chất vật lí Ankan Công thức Cn tnc, C o ts , C o Metan Etan Propan Butan Pentan Hexan CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3 [CH2]2CH3 CH3 [CH2]3CH3 CH3 [CH2]4CH3 C1 C2 C3 C4 C5 C6 –183 –183 –188 –158 –130 –95 –162 –89 –42 –0,5 36 69 Heptan Octan Nonan Đekan CH3 [CH2]5CH3 CH3 [CH2]6CH3 CH3 [CH2]7CH3 CH3 [CH2]8CH3 C7 C8 C9 C10 –91 –57 –54 –30 98 126 151 174 Icosan CH3 [CH2]18CH3 C20 37 343 Khối lượng riêng (g/cm ) o 0,415 (–164 C) o 0,561 (–100 C) o 0,585 (–45 C) o 0,600 ( C) o 0,626 (20 C ) o 0,660 (20 C ) o 0,684 (20 C ) o 0,703 (20 C ) o 0,718 (20 C ) o 0,730 (20 C ) o 0,778 (20 C ) – Anken không màu, không tan nước – Công thức: CnH2n+2 – Ở điều kiện thường, độ sơi, nhiệt độ nóng chảy tỉ trọng tăng lên theo số cacbon – Liên kết cấu tạo ankan cộng hóa trị nguyên tử giống nên ankan chất khơng phân cực 2.Tính chất hóa học a) Phản ứng thế: Khi chiếu sáng đốt nóng hỗn hợp metan clo xảy phản ứng nguyên tử hiđro clo: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl Metyl clorua (clometan) CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl Metylen clorua (điclometan) CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl Clorofom (triclometan) CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl Cacbon tetraclorua (tetraclometan) Các đồng đẳng metan tham gia phản ứng tương tự metan Cl2 ,as Ví dụ: CH3 – CH2 – CH3 o 25 C CH3 – CHCl – CH3 + CH3 – CH2 – CH2 – Cl + HCl 2–clopropan, 57% 1–clopropan, 43% Br2 , as CH3 – CH2 – CH3 o CH3 – CHBr – CH3 + CH3 – CH2 – CH2Br + HBr 97% (chính) 3% (phụ) – Phản ứng H halogen thuộc loại phản ứng halogen hố, sản phẩm hữu có chứa halogen gọi dẫn xuất halogen – Clo H cacbon bậc khác Brom cho H cacbon bậc cao Flo phản ứng mãnh liệt nên phân huỷ ankan thành C HF 25 C – Iot yếu nên không phản ứng với ankan Phản ứng tách: (gãy liên kết C – C C – H) xt CH3 – CH3 o 500 C CH2 = CH2 + H2 CH3CH = CHCH3 + H2 500o C, xt CH3CH2CH2CH3 CH3CH = CH2 + CH4 CH2 = CH2 + CH3CH3 Phản ứng oxi hoá: – Khi đốt, ankan bị cháy tạo CO 2, H2O toả nhiều nhiệt: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O ( H –890 kJ) 3n 1 CnH2n+2 + O2 → nCO2 + (n + 1)H2O Khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hố khơng hồn tồn tạo thành dẫn xuất chứa oxi t Ví dụ: CH4 + O2 Điều chế o ,xt HCH = O + H2O Phản ứng vôi – xút (phương pháp Duma): CnH2n+1COONa + NaOH to CnH2n+2 + Na2CO3 CaO b) Phương pháp Wurtz: R – Cl + Na + Cl – R’ → R – R’ + 2NaCl Phương pháp nhằm điều chế ankan đối xứng Hiệu xuất phản ứng giảm dần theo mức sau: R – CH2 – X > R – CH(X) – CH3 > R – C(CH3)X – CH3 Phương pháp Grignarh: 2R – Mg – X + 2H2O → 2R + MgX2 + Mg(OH)2 Ví dụ: CH3 – Mg – Cl + H2O→ 2CH4 + MgCl2 + Mg(OH)2 d) Phương pháp Clemmensen: dpdd R – CO – R’ R – CH2 – R’ Ví dụ: CH3 – CO – CH3 CH3 – CH2 – CH3 e) Phương pháp Woff – Kishner: (sử dụng hiđrazin môi trường bazơ) o Zn Hg/ HCl ; t NH NH /OH o ;t R – CO – R’ R – CH2 – R’ f) Phương pháp điện phân Kolbe: 22 dpdd RCOONa + 2H2O R – R + CO2 ↑ + H2 ↑ + 2NaOH Dùng LiAlH4: RX + LiAlH4 → 4RH + LiX + AlX3 (X – Halogen) h) Hiđrogen hóa anken, ankin… o Ni , t CnH2n + H2 CnH2n+2 o Ni , t CnH2n–2 + 2H2 CnH2n+2 Ví dụ: CH2 = CH2 + H2 o Ni , t CH3 – CH3 o Ni , t CH3 – C ≡ CH + H2 CH3 – CH3 – CH3 Ứng dụng – Dùng làm nhiêu liệu, khí đốt – Dùng làm dung dịch bôi trơn – Dùng làm dung môi – Để tổng hợp nhiều chất hữu khác Ví dụ: CH3Cl, CH2Cl2, CCl4, CF2Cl2 … – XICLOANKAN Khái niệm – Là loại hiđrocacbon no, phân tử có liên kết đơn C – C C – H, nguyên tử cacbon phân tử liên kết với tạo thành mạch vòng – Cơng thức: CnH2n (n 3) – Danh pháp: Chỉ tìm hiểu danh pháp IUPAC xicloankan vòng đơn Tên IUPAC = Chỉ số nhóm – tên nhóm + xiclo + tên mạch + an (Mạch mạch vòng, đánh số cho tổng số vị trí mạch nhánh nhỏ nhất.) – Đồng phân: Đồng phân độ lớn vòng Đồng phân vị trí nhóm vòng Đồng phân hình học Đồng phân quang học Tính chất vật lý o ts, C o –33 C XicloAnkan Công thức Cn tnc, C C3H6 C3 –127 C C4H8 C4 –90 C C5H10 C5 C6H12 C6 o Khối lượng riêng (g/cm ) o 0,689 (–40 C) o o 0,703 (0 C) o 13 C o –94 C o 49 C o 0,755 (20 C) 7C o 81 C o 0,778 (20 C) o o – Là hợp chất không màu, không tan nước, tan dung mơi hữu Tính chất hóa học a) Phản ứng cộng (H2, halogen, HX): o Ni ,80 C + H2 C3H8 + HBr → CH3 – CH2 – CH2Br + Br2 → CH2Br – CH2 – CH2Br (Càng vòng có cạnh lên cao phản ứng cộng mở vòng khó khắn hơn.) b) Phản ứng thế: + HCl as tự ankan + Cl2 Phản ứng tách: diễn tương t o , xt + 3H2 CnH2n + O2 t CO2 + H2O Điều chế xt, CnH2n+2 CnH2n (xicloankan) + H2 Tổng hợp từ dẫn xuất đihalogen (tác chất Na…): Từ muối canxi axit đicacboxilic: nhiệt phân sau khử hố xeton vòng Tách trực tiếp từ q trình chưng cất dầu mỏ: Tách H2 từ ankan tương ứng: Ứng dụng – ANKEN (Olefin) Khái niệm – Anken (olefin) hiđrocacbon mạch hở có nối đơi phân tử – Cơng thức: CnH2n – Anken ngồi đồng phân mạch cacbon, đồng phân vị trí nối đơi đồng phân hình học cis – trans (điều kiện để có đồng phân hình học cis – trans, a≠b; c≠d: a, b, c, d nhóm thế) a c \/ CC b \ d Tính chất vật lí – Ở điều kiện thường, anken có trạng thái khác tùy vào mạch cacbon – Anken không màu, không tan nước Anken Cấu tạo º tnc,ºC t s, C D, g/cm o 0,57 (–110 C) Eten (etilen) CH2 = CH2 –169 –104 Propen CH2 = CHCH3 –186 –47 But–1–en CH2 = CHCH2CH3 –130 –6 2–Metylpropen CH2 = C(CH3)2 –141 –7 Pent–1–en cis –Pent–2–en CH2 = CHCH2CH2CH3 cis–CH3CH = CHC2H5 –165 –151 30 37 trans –Pent–2–en trans–CH3CH = CHC2H5 –140 36 Hex–1–en CH2 = CH[CH2]3CH3 –140 64 Hept–1–en Oct–1–en CH2 = CH[CH2]4CH3 CH2 = CH[CH2]5CH3 –119 –102 93 122 0,68 (20 C) o 0,70 (20 C) o 0,72 (20 C) Non–1–en CH2 = CH[CH2]6CH3 – 146 0,73 (20 C) Đek–1–en CH2 = CH[CH2]7CH3 –87 171 0,74 (20 C) Tính chất hóa học a) Phản ứng cộng hiđro (phản ứng hiđro hoá): CH2 = CH2 + H2 t o Ni CH3 – CH3 o 0,61 (–50 C) o 0,63 (–6 C) o 0,63 (–7 C) 0,64 (20 C) o 0,66 (20 C) o 0,65 (20 C) o o o t o R1 R2 C = CR3 R4 + H2 R1 R2 C–CR3 R4 Ni b) Phản ứng cộng halogen (phản ứng halogen hoá): 1) Tác dụng với clo: o (1,2 – đicloetan, ts 83,5 C) CH2 = CH2 + Cl2 → ClCH2 + CH2Cl 2) Tác dụng với brom: CH3CH = CHCH2CH2CH3 + Br2 CH3CH – CHCH2 CH2CH3 (2,3-đibromhexan) Br Br – Anken làm màu dung dịch brom, người ta thường dùng nước brom dung dịch brom CCl4 làm thuốc thử để nhận biết anken Phản ứng cộng axit cộng nước: Cộng axit: – Hiđro halogenua (HCl, HBr, HI), axit sunfuric đậm đặc… cộng vào anken CH2 = CH2 (etyl clorua) + HCl (khí) → CH3CH2Cl Ví dụ: CH2 = CH2 + H – OSO3H → CH3CH2OSO3H (etyl hiđrosunfat) Cộng nước (phản ứng hiđrat hố): nhiệt độ thích hợp có xúc tác axit, anken cộng nước o H ,t Ví dụ: CH2 = CH2 + H – OH HCH2 – CH2OH (etanol) – Hướng phản ứng cộng axit nước vào anken: Phản ứng cộng axit nước vào anken không đối xứng thường tạo hỗn hợp hai đồng phân, có đồng phân sản phẩm CH2 = CH – CH3 + HCl CH – CHCH2 + CH – CH – CH2 Ví dụ: H Cl (Sản phẩm chính) Cl H (Sản phẩm phụ Quy tắc Mac–côp–nhi–côp: Trong phản ứng cộng axit nước (kí hiệu chung HA) vào liên kết C=C anken, H (phần tử mang điện tích dương) ưu tiên cộng vào C mang nhiều H (cacbon bậc thấp hơn), A (phần tử mang điện tích âm) ưu tiên cộng vào C mang H (cacbon bậc cao hơn) d) Phản ứng trùng hợp: o Peoxit ,100 - 300t C nCH2 = CH2 ( CH2 – CH2 )n 100atm (polietilen, n= 3000 - 40 000) – Phản ứng trùng hợp trình kết hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống tương tự tạo thành phân tử lớn gọi polime – Trong phản ứng trùng hợp, chất đầu (các phân tử nhỏ) gọi monome Sản phẩm phản ứng gồm nhiều mắt xích monome hợp thành nên gọi polime Số lượng mắt xích monome phân tử polime gọi hệ số trùng hợp kí hiệu n Phản ứng oxi hoá: đốt cháy: – Giống với ankan, anken cháy hoàn toàn tạo CO 2, H2O toả nhiều nhiệt: 3n CnH2n + O2 → nCO2 + nH2O ( H < 2) phản ứng oxi hóa khơng hoàn toàn: – Khác với ankan, anken làm màu dung dịch KMnO4 bị oxi hố Ví dụ: 3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HOCH2 – CH2OH + 2MnO2 + 2KOH (etylen glicol) f) Dung dịch thuốc tím KMnO4 hay K2CrO7 mơi trường axit: – Khi tác dụng với chất oxi hóa mạnh (KMnO4, K2Cr2O7) mơi trường axit aken thường cắt đứt – CH = CH – nhóm – COOH nhóm – COOH h) Một số tính chất hóa học khác: 1) Điều chế dẫn xuất halogen anken: Dùng để điều chế ancol đa chức, hay glixerol số hợp chất khác… 2) Điều chế dẫn xuất Bezen: AlCl C6H6 + CH2 = CH2 3 C6H5 – CH2 – CH3 H C6H5 – CH2 – CH3 2 C6H5 – CH = CH2 (Stiren) xt , t 3) Oxi hóa xúc tác PbCl2, CuCl2: tạo anđehit, no đơn chức CnH2nO + PbCl2 /CuCl2 O2 CnH2nO PbCl2 /CuCl2 CH2 = CH2 O2 CH3CHO Điều chế a) Khử nước ancol đơn chức, no (đehiđrat hóa): H SO ,đ CnH2n+1OH 2o4 CnH2n + H2O 180 C H SO ,đ Ví dụ: CH3 – CH2 – OH 2o4 CH2 = CH2 180 C H SO ,đ CH3 – CH(OH) – CH3 2o4 CH2 = CH – CH3 180 C b) Khử hợp chất chức monohalogen môi trường kiềm: CnH2n+1Cl + NaOH to CnH2n NaCl + H2O dd Ruou c) Khử dẫn xuất đi–halogen Zn: CnH2nBr2 + Zn to CnH2n + ZnBr2 Ví dụ: CH2Br – CHBr – CH3 + Zn to CH2 = CH – CH3 d) Hiđro hóa ankin: o Pb , t CnH2n – + H2 CnH2n e) Crackinh ankan: t o cao CnH2n+2 CxH2x + CmH2m+2 (n= x+m) t o cao Ví dụ: C8H18 C3H6 + C5H12 t o cao C4H10 CH4 + C3H6 f) Đề hiđro hóa ankan: t o cao CnH2n+2 CnH2n + H2 Cr O ,900 o C ,5atm Ví dụ: C2H6 23 C2H4 + H2 o Cr O ,450 C C3H8 23 C3H6 + H2 Ứng dụng – Dùng để sản xuất rượu, dẫn xuất halogen chất khác – Dùng để trùng hợp polime – Etilen dùng làm cho mau chín VI – ANKAĐIEN Khái niệm – Akađien hay đien (Olefin) hiđrocacbon có hai nối đơi phân tử + – Công thức chung: CnH2n-2 (n ≥ 3, n Z ) – Có liên kết đơi phân tử Các nối đơi có thể: Ở vị trí liền nhau: C = C = C Ở vị trí cách biệt: C = C – C – C = C + Hệ liên hợp: C=C–C=C – Quan trọng ankađien thuộc hệ liên hợp Ta xét chất tiêu biểu là: Butađien: CH2 = CH – CH = CH2 C C CH = CH2 | Isopren: CH3 Tính chất vật lý o – Butađien chất khí, isopren chất lỏng (nhiệt độ sơi = 34 C) Cả chất không tan nước, tan số dung môi hữu như: rượu, ete Tính chất hố học Quan trọng phản ứng sau: a) Phản ứng cộng: + Cộng halogen làm màu nước brom: CH – CH = CH – CH2 | Br CH2 = CH – CH = CH2 +Br2 CH | (80%) Br =CH – CH – CH2 || (20%) Br Br Đủ brom, nối đơi bị bão hồ o Pb,e tan ol , 12 C CH3 – CH = CH – CH3 + Cộng H2: CH2=CH – CH=CH2 + H2 CH2 = CH – CH2 – CH3 + Cộng hiđrohalogenua: CH – CH = CH – CH (Br) CH2=CH – CH=CH2 + H–Br → CH2 = CH – CH(Br) – CH3 b) Phản ứng trùng hợp: nCH2 = CH – CH = CH2 Na o (– CH2 – CH = CH – CH2 –)n (Cao su Buna) t ,p nCH2 = C(CH3) – CH = CH2 xt o [ – CH2 – C(CH3) = CH – CH2 – ]n (Cao su isopren) t ,p Na No ' ng chay nCH2 = CH – CH = CH2 n CH2 CH CH CH2 (trùng hợp kiểu 1,2 có nhóm C=C) Phản ứng oxi hóa khơng hồn tồn: Làm màu dung dịch KMnO4 3CH2 = CH – CH = CH2 + 4KMnO4 + 8H2O → 3CH2(OH) – CH(OH) – CH(OH) – CH2(OH) + MnO2↓ + KOH d) Phản ứng cháy: 3n 1 CnH2n–2 + O2 → nCO2 + (n–1)H2O Điều chế a) Tách hiđro khỏi hiđrocacbon no: o – Phản ứng xảy 600 C, xúc tác Cr2O3 + Al2O3, áp suất thấp CH3 – CH – CH2 – CH3 → CH2 = C – CH = CH2 + 2H2 CH3 CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH3 Cr2 O3 , Al2 O3 = CH – CH = CH2 + 2H2 o CH2 650 C b) Điều chế từ rượu etylic axetilen: o Al O ,500 C 2CH3 – CH2OH 23 CH2 = CH – CH = CH2 + 2H2O + H2 ↑ o CuCl ,80 C 2CH ≡ CH 2 CH ≡ C – CH = CH2 xt CH ≡ C – CH = CH2 + H2 CH2 = C – CH = CH2 H SO CH3 – CH(OH) – CH(OH) – CH3 2o4d CH2 = CH – CH = CH2 + 2H2O 170 C Ứng dụng V – ANKIN Khái niệm, cấu tạo – Ankin hidrocacbon mạch hở có liên kết + – Công thức: CnH2n–2 (n>2, n Z ) Trong phân tử ankin, hai nguyên tử C liên kết ba trạng thái lai hoá sp (lai hoá đường thẳng) – Liên kết ba C ≡ C gồm liên kết σ liên kết π Hai nguyên tử C mang liên kết ba nguyên tử liên kết trực tiếp với chúng nằm đường thẳng Tính chất hóa học a) Phản ứng cộng – Cộng hiđro: Khi có xúc tác Ni, Pt, Pd nhiệt độ thích hợp, ankin cộng với H tạo thành ankan Muốn dừng lại giai đoạn tạo anken phải dùng xúc tác hỗn hợp Pd với PbCO 3: o Ni , t CH ≡ CH + 2H2 CH3 – CH3 Pb , PbCO , t o CH ≡ CH + H2 CH2 = CH2 – Cộng brom: Giống anken, ankin làm màu nâu đỏ nước brom, phản ứng xảy qua hai giai đoạn Muốn dừng lại giai đoạn thứ cần thực phản ứng nhiệt độ thấp Ví dụ: C2H5 – C ≡ C – C2H5 Br2 o C2H5 20 C Br2 (Br)C = C(Br)C2H5 hex–3–in 3,4–đibromhex–3–en C2H5(Br2)C – C(Br2)C2H5 3,3,4,4–tetrabromhexan – Cộng Axit (HX, HCN, CH3COOH…): HgCl 2oCH2= CH – Cl CH ≡ CH + HCl (vinyl clorua) 150200 C CH2 = CH – Cl + HCl CH3 – CHCl2 (1,1 – đicloetan) – Cộng nước (hiđrat hoá): CnH2n – HgSO4,H SO4 + H2O o CnH2nO 80 C Khi có mặt xúc tác HgSO4 mơi trường axit, H2O cộng vào liên kết ba tạo hợp chất trung gian không bền chuyển thành anđehit xeton Ví dụ: HC ≡ CH + H – OH o [CH2 = CH – OH] CH3 – CH = O HgSO4 ,H SO4 80 C etin (không bền) anđehit axetic Phản ứng cộng HX, H2O vào ankin dãy đồng đẳng axetilen tuân theo quy tắc Mac– côp– nhi–côp anken – Cộng ancol: b) Phản ứng đime hoá trime hoá: o xt , t 2CH ≡ CH CH2 = CH – C = CH (Vinyl axetilen) o xt , t 3CH ≡ CH C6H6 c) Phản ứng ion kim loại: AgNO3 + 3NH3 + H2O → – [Ag(NH3)2] + OH + NH4NO3 (phức chất, tan nước) HC ≡ CH + 2[Ag(NH3)2]OH → Ag – C ≡ C – Ag ↓ + 2H2O + 4NH3 (kết tủa màu vàng nhạt) – Phản ứng dùng để nhận axetilen mà ankin có nhóm H – C ≡ C – R (các ankin mà liên kết ba đầu mạch): CnH2n – + AgNO3 + NH3 → 2CnH2n–3Ag ↓ + NH4NO3 R – C ≡ C – H + [Ag(NH3)2]OH → R – C ≡ C – Ag ↓ + H2O + 2NH3 (kết tủa màu vàng nhạt) R – C ≡ C – H + CuCl2 + NH3 → R – C ≡ C – Ag↓ + NH4Cl d) Phản ứng oxi hoá: 1) Hoàn toàn (đốt cháy): – Các ankin cháy khơng khí tạo CO 2, H2O toả nhiều nhiệt: CnH2n-2 + O2 → nCO2 + (n – 1)H2O ( H < 0) (nAnkin = nCO2 – nH2O) – Giống anken, ankin làm màu dung dịch KMnO Khi bị oxi hố liên kết ba tạo sản phẩm phức tạp, KMnO4 bị khử thành MnO2 (kết tủa màu nâu đen) 2) Khơng hồn tồn: làm màu tím dung dịch KMnO4 R – C ≡ CH + [O] → R – COOH + CO2 R – C ≡ C – R’ + [O] → R – COOH + R’ – COOH Ví dụ: 3CH ≡ CH + 8KMnO4 + 4H2O → 3HOOC – COOH + 8MnO2 + KOH Điều chế a) Điều chế axetilen: o o C ;2000 C 900 C CaCO3 CaO CaC2 → C2H2 CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2 (CaC2: Đất đèn) CaC2 + HCl → C2H2 + CaCl2 CuC = CCu + 2HCl → C2H2 + 2CuCl ↓ 2CH4 o 1500 C + 3H2 C2H2 Lam Lanh Nhanh o 3000 C C + H2 C2H2 b) Điều chế đồng đẳng axetilen: CnH2nCl2 + 2KOH đặc to CnH2n – + 2KCl + 2H2O dd ru ou R – C ≡ CAg + HCl → R – C ≡ CH + AgCl ↓ R – C ≡ CCu + HCl → R – C ≡ CH + CuCl ↓ Ví dụ: CH3 – CHBr – CH2Br + 2KOHđ to CH3 – C ≡ CH dd ru ou Ứng dụng – Chỉ có axetilen (C2H2) có nhiều ứng dụng quan trọng – Ứng dụng làm nhiên liệu cho đèn xì, có vai trò quan trọng cơng nghiệp hóa học – Các sản phẩm cộng HCl, HCN, CH3COOH… vào axit axetilen monome quan trọng Vinyl clorua trùng hợp cho chất dẻo polivinyl clorua (PVC) – Ứng dụng phản ứng cộng nước vào axetilen dùng để sản xuất axit axetic Vinylaxetilen dùng sản xuất cao su tổng hợp VI – BENZEN, ANKYLBENZEN Khái niệm, cấu tạo – Aren hiđrocacbon thơm phân tử chứa nhân benzen Công thức: CnH2n–6 (n ≥ 5; n Z+) – Một số gốc hiđrocacbon thơm: CH3 CH=CH Phenyl – Một số hợp chất tiêu biểu: Benzyl P – tolyl Stiryl Chất rắn atraxen(C 14H10) Tính chất vật lý – Là chất lỏng khơng màu, có mùi thơm đặc trưng, không tan nước, muối tốt cho chất hữu Tính chất hóa học 3.1 Phản ứng cháy – Là phản ứng thường dùng để phân biệt Benzen với đồng đẳng khác o 3n t O2 nCO2 + (n–3) H2O CnH2n – + 3.2 Phản ứng cộng – Benzen không phản ứng với Br2 phản ứng cộng với H2, Cl2 o Ni , t C6H6 + 3H2 C6H12 As C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6 (thuốc trừ sâu 6.6.6) – Khi có nhánh nhân benzen phản ứng ưu tiên vào nhánh trước đến nhân benzen o Ni , t C6H5 – CH = CH2 + H2 C6H5 – CH2 – CH3 o Ni , t C6H5 – CH2 – CH3 + H2 C6H11 – CH2 – CH3 (Etyl Xiclohecxan) 3.3 Phản ứng Cộng Halogen: Phản ứng Nitro hóa: H SO CnH2n – + HO – NO2 đ 24,Dac CnH2n – 7NO2 H SO Ví dụ: C6H6 + HNO3 đ 24,Dac C6H5 – NO2 + H2O H SO C6H5 – CH2 – CH3 24,Dac O2N – C6H4 – CH2 – CH3 + H2O c) Quy tắc vòng benzen: – Khi vòng nhân benzen có sẵn gốc ankyl R – hay nhóm – OH, NH –OCH3 … Phản ứng xảy dễ dàng ưu tiên xảy vị trí ortho (o), para(p) – Khi vòng benzen có nhóm – NO2, – COOH, – COOR … phản ứng khó xảy vị trí meta (m) o o m m p 3.4 Phản ứng oxi hóa – Benzen khơng làm màu dung dịch KMnO4 ankyl benzen làm màu từ từ đun nóng bị oxi hóa gốc ankyl tạo axit hữu C6H5 – CH3 + 3[O] to C6H5 – COOH + H2O C6H5 –CH2 – CH3 + 3[O] to CH – COOH + H2O + CO2 Điều chế – Điều chế benzen: o t + Khử hiđro ankan: + Điều chế từ toluen: C6H14 C6H6 + 4H2 NaOH ddKMnO4 NaOH , CaO , t o C6H5 – CH3 C6H5COOH C6H5COONa C6H6 o 600 ,C 3C2H2 C6H6 + Từ axetilen: + Từ Xiclohecxan: o 300 ,Pt + 3H2 Từ n – hecxan: (phản ứng đehiđro hóa) Al O , t o ,p C6H14 23 C6H6 + 4H2 – Điều chế đồng đẳng benzen: Ứng dụng – Stiren mono để trùng hợp với butađien – 1,3; tổng hợp chất dẻo polistiren loại nhựa dẻo, suốt, dùng làm dụng cụ gia đình văn phòng (Cốc, thước, bút…) – Các đồng đẳng benzen có nhiều ứng dụng tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, chất giặt rửa tổng hợp… – Naphtalen hiđrocacbon có chứa vòng benzen giáp nhau, dùng làm thuốc chống gián, nhậy (băng phiến), đặc biệt làm tổng hợp phẩm nhuộm BENZEN – Benzen thường biết đến cơng thức hố học C 6H6, hay viết tắt PhH, benzol, hợp chất hữu thơm, điều kiện bình thường chất lỏng không màu, mùi dịu dễ chịu, dễ cháy Benzen hidrocacbon vòng thơm đơn giản Benzen tan nước rượu Benzen có khả cháy tạo khí CO2 H2O, đặc biệt có sinh muội than – Về thành phần, benzen thuộc loại hidrocacbon vòng khơng no liên hợp (dãy đồng đẳng C nH2n-6), khác với hidrocacbon thuộc dãy etylen C 2H4, benzen thể tính chất vốn có hidrocacbon no Chẳng hạn, benzen bền vững với tác dụng chất oxi hoá, dễ tham gia phản ứng phản ứng cộng, … Sỡ dĩ benzen hợp chất thơm khác có tính chất đặc biệt nhân benzen tương đối bền vững phản ứng hoá học – Người ta thu benzen cốc hoá than đá, từ hidrocacbon béo hidrocacbon vòng no dầu mỏ Hiện nay, trình tổng hợp hố học benzen từ hidrocacbon no từ parafin vòng – q trình refominh đưa vào cơng nghiệp – Benzen nguyên liệu quan trọng cơng nghiệp hố chất Những ngun tử hidro benzen dễ bị thay clo halogen khác, nhóm sunfo–, amino–, nitro– nhóm định chức khác Clobenzen, hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen… số dẫn suất benzen dùng công nghiệp hoá chất để sản xuất chất dẻo thuốc nhuộm, bột giặt dược phẩm, sợi nhân tạo, chất nổ, hố chất bảo vệ thực vật… Trong phòng thí nghiệm, benzen sử dụng rộng rãi làm dung môi Hơi benzen độc phải thận trọng làm việc với Ứng dụng benzen: – Benzen có vai trò quan trọng thực tế, ngun liệu để sản xuất loại thuốc trừ sâu, thuốc kháng sinh, chất kích thich tăng trưởng vơ số ứng dụng khác… đời sống, người ta sử dụng benzen sản xuất nước hoa, phẩm nhuộm, keo dán… trước dùng benzen thức ăn, tính chất độc hại vòng benzen nên việc bị ngăn cấm – Không mà sống người lại ko có xuất benszen, chất long não, thuốc paracetamol, thuốc trừ sâu 666 (đã bị ngăm cấm), kháng sinh pi loại, thuốc trừ cỏ DDT, thuốc kích thích đột biến tứ bội cinciline, thuốc cảm aspirin… sử dụng chế tạo tơ nhân tạo, thủy tinh tổng họp hữu cơ, đồ chống cháy… có nhiều vài trò sống Lưu ý: benzen độc, có khả gây ung thư người cao XIII – NGUỒN HIĐROCACBON THIÊN NHIÊN Trong thiên nhiên có ba nguồn cung cấp hiđrocacbon là: khí thiên nhiên, dầu mỏ than đá I Khí thiên nhiên – Là hỗn hợp nhiều thành phần chủ yếu khí thiên nhiên metan (90 - 98%), lại eta, propan, butan số đồng đẳng cao hơn, ngồi lượng nhỏ H 2S, N2… Ứng dụng: Dùng làm nhiên liệu Dùng làm nguyên liệu hoá học để điều chế hiđro, axetilen, cao su nhân tạo, chất dẻo, nhiều chất tổng hợp khác o 1500 C Ví dụ: 2CH4 C2H2 + 3H2 Từ axetilen tổng hợp nhiều chất khác II Dầu mỏ Thành phần dầu mỏ – Dầu mỏ chất lỏng đặc sánh, màu nâu sẫm, có mùi đặc trưng, nhẹ nước Dầu mỏ nằm túi dầu sâu đất – Dầu mỏ hỗn hợp hiđrocacbon thuộc loại: no mạch hở, vòng no, thơm Ngồi ra, chứa lượng nhỏ chất hữu khác phân tử có O, N, S… – Dầu mỏ sản phẩm phân hủy chậm nhiều xác động vật thực vật bị vùi sâu đất, dầu thấm vào lớp đất xốp vùng rộng lớn tạo nên “túi dầu” Tú dầu có lớp: lớp khí mỏ (thường có áp suất cao), lớp dầu lỏng giữa, lớp nước mặn cuối Trong dầu mỏ thành phần hiđrocacbon lỏng chủ yếu, có hồ tan hiđrocacbon khí rắn Các sản phẩm chưng cất dầu mỏ Sản phẩm nhẹ dầu mỏ gồm: – Khi chưng cất phân đoạn dầu mỏ thu sản phẩm nhẹ ghi bảng sau: Tên phân đoạn Khí o Nhiệt độ sơi, C < 40 Số C phân tử C1 – C Ứng dụng Nhiên liệu, nguyên liệu THHC Xăng nhẹ 40 – 200 C5 – C11 Nhiên liệu, dung môi Ligorin 120 – 240 C8 – C11 Nhiên liệu, dung môi Dầu thắp 150 – 310 C12 – C18 Nhiên liệu, thắp sáng Dầu nặng 300 – 450 C15 Nhiên liệu, động điezen – Phần lại dầu mỏ sau chưng cất sản phẩm nhẹ gọi mazut Chưng phân đoạn mazut thu được: + Dầu nhờn: để bôi trơn + Vazơlin: để bôi máy Parafin:để làm nến thắp sáng Cuối hắc ín dùng để làm nhựa rải đường Crackinh dầu mỏ: – Crackinh trình “bẻ gãy” phân tử hiđrocacbon mạch dài (bằng nhiệt xúc tác) thành hiđrocacbon mạch ngắn Ví dụ: C8H18 → C4H10 + C4H8 C10H34 → C8H18 + C8H16 Có phương pháp crackinh o Crackinh nhiệt: Thực 500 – 600 C, áp suất vài chục atm Xăng thu theo phương pháp chứa nhiều anken Crackinh xúc tác: Thực nhiệt độ thấp hơn, chất xúc tác thường dùng nhôm silicat Xăng thu phương pháp crackinh có chất lượng cao chứa nhiều ankan mạch nhánh, xicloanken aren Sản phẩm crackinh – Crackinh phân đoạn nặng dầu mỏ (dầu nặng, mazut…) tạo lượng lớn xăng – Khí crackinh chủ yếu CH4, C2H4, C3H6… làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu III Than đá o Khi nung nóng than đá lên khoảng 1000 C điều kiện khơng có khơng khí, hợp chất hữu lẫn than bay ra, lại than cốc Hơi bay chưng than đá ngưng tụ phân tách thành: Khí lò cốc: H2, CH4, oxit cacbon, NH3, N2, C2H4… Nhựa than đá: chất lỏng nhớt, màu thẫm, chưng phân đoạn thu Dầu nhẹ o (nhiệt độ sôi < 170 C) chứa hiđrocacbon thơm o Dầu trung (nhiệt độ sôi = 170 – 230 C) chứa phenol, naphtalen, piriđin o Dầu nặng (nhiệt độ sôi = 230 – 270 C) chứa naphtalen đồng đẳng nó, cresol… o Dầu antraxen (nhiệt độ sơi = 270 – 360 C) chứa antraxen, phenantren Còn lại (khoảng 60%) nhựa than đá, dùng để rải đường, làm vật liệu xây dựng – Nhựa than đá chất lỏng chứa nhiều hiđrocacbon thơm phenol Khi chưng nhựa than đá người ta thu phân đoạn sôi nhiệt độ khác Từ phân đoạn tách nhiều hợp chất hữu khác quan trọng công nghiệp bezen, toluen, phenol phần bã lại hắc ín Nước amoniac: hoà tan NH3 muối amoni (NH4)2CO3, NH4Cl… ... ứng hoá học – Người ta thu benzen cốc hoá than đá, từ hidrocacbon béo hidrocacbon vòng no dầu mỏ Hiện nay, q trình tổng hợp hoá học benzen từ hidrocacbon no từ parafin vòng – q trình refominh đưa... hidrocacbon vòng khơng no liên hợp (dãy đồng đẳng C nH2n-6), khác với hidrocacbon thuộc dãy etylen C 2H4, benzen thể tính chất vốn có hidrocacbon no Chẳng hạn, benzen bền vững với tác dụng chất oxi... chịu, dễ cháy Benzen hidrocacbon vòng thơm đơn giản Benzen tan nước rượu Benzen có khả cháy tạo khí CO2 H2O, đặc biệt có sinh muội than – Về thành phần, benzen thuộc loại hidrocacbon vòng khơng