16 CHUYÊN đề PHẦN hữu cơ

CHUYÊN ĐỀ HIĐROCACBON + DẪN XUẤT HALOGEN A - KIẾN THỨC LÝ THUYẾT A1 HIĐROCACBON - Hiđrocacbon hợp chất hữu chứa C H, có công thức tổng quát C x H y (chú ý y ln số chẵn) Ví dụ: CH , C3 H , C4 H , - Đa số hiđrocacbon có hai phản ứng chung phản ứng đốt phản ứng phân hủy (bởi nhiệt) Ngồi chúng có vài phản ứng phản ứng thế, cộng, tách, oxi hóa - Có nhiều tiêu chí phân loại hiđrocacbon thơng dụng phân thành ba nhóm lớn: no, không no, thơm  HIĐROCACBON NO, MẠCH HỞ (ANKAN/ PARAFIN) I KHÁI NIỆM - Ankan hiđrocacbon no, mạch hở, phân tử có liên kết đơn (sigma) Công thức phân tử chung: Cn H 2n  (n  1) - Đồng phân: Ankan có đồng phân cấu tạo, sinh sai khác mạch cacbon: có nhánh khơng có nhánh (hoặc nhánh khác nhau) II DANH PHÁP  Tên ankan = số nhánh + tiền tố độ bội + tên nhánh + mạch  Xác định mạch chính: + Mạch dài mà chứa nhiều nhánh nhất, tổng số nhánh nhỏ + Nếu ankan có hai nhiều mạch có độ dài chọn mạch có nhiều nhóm làm mạch Ví dụ: CH 3CH(CH )CH(C2 H ) : 3-etyl-2-metylhexan Chú ý: ① Cần phải nhớ thuật ngữ số lượng nguyên tử cacbon Cách nhớ đơn giản mà biết là: “mẹ em phải bón phân hóa học ngồi đồng” “mẹ em phải bán phân hóa học đường”… ② Người ta thường dùng tiền tố iso-, neo- gọi tên hợp chất hữu Dùng iso có nhánh CH  nguyên tử C thứ hai, dùng neo có hai nhánh CH  nguyên tử C thứ hai Ví dụ: CH 3CH CH(CH ) : Isopentan (CH ) C : Neo-pentan ③ Ngoài dùng tiền tố sec-, tert- gọi tên gốc hiđrocacbon Dùng sec- gốc bậc 2, tert- gốc bậc Ví dụ: CH 3CH CH(CH ) : sec-butyl (CH )3 C : tert-butyl III TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Bốn chất đầu dãy đồng đẳng chất khí điều kiện thường - Tất nhẹ nước không tan nước - Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng phân tử khối (tức nhiều C có nhiệt độ sơi nóng chảy cao) - Mạch cacbon phân nhánh nhiệt độ sơi giảm làm gia tăng cấu trúc cầu Các bạn tưởng tượng bóng xếp cạnh liên kết với bền hình zigzag chồng lên bền hơn? Ví dụ: neo-pentan sơi n-pentan, hai C5 H12 Trang IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC Phản ứng đốt cháy: 3n  t0 Cn H 2n   O   nCO  (n  1)H O 2 Phản ứng halogen (halogen hóa) Trong phản ứng halogen Cl2 , Br2 , halogen ưu tiên vào nguyên tử C có bậc cao askt CH 3CH CH  Cl2  CH 3CHClCH  HCl (sản phẩm chính) askt CH 3CH CH  Cl2  CH 3CH CH Cl  HCl (sản phẩm phụ) Phản ứng tách (đề hiđro hóa cracking) t Đề hiđro hóa: CH 3CH CH   CH 3CH  CH  H cracking Cracking: C5 H12  CH  CH  C3 H8 Phản ứng oxi hóa Khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa tạo dẫn xuất chứa oxi xt,t CH  O   HCHO  H O V ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ Ứng dụng: - Là thành phần dầu mỏ, khí đốt Ứng dụng làm nhiên liệu (xăng, dầu, gas) - Làm nguyên liệu cho nhiều ngành khác như: làm dung mơi, làm chất bảo vệ (phủ ngồi kim loại để chống gỉ, chúng không ưa nước), làm sáp nến, nhựa đường Điều chế: - Trong phịng thí nghiệm: để điều chế lượng nhỏ mentan ta dùng nhôm cacbua dùng phản ứng vôi xút Al4 C3  12H O  4Al(OH)3  3CH CaO,t CH 3COONa  NaOH   CH  Na CO3 - Trong công nghiệp: người ta dùng phương pháp chưng cất phân đoạn để tách mentan đồng đẳng khác Trang  ANKEN / OLEFIN I KHÁI NIỆM - Định nghĩa: anken hiđrocacbon khơng no, mạch hở, có liên kết đôi phân tử Công thức tổng quát Cn H 2n (n  2) - Đồng phân: anken có đồng phân cấu tạo (do sai khác mạch, có nhánh, khơng nhánh, vị trí tương đối nhánh, vị trí tương đối liên kết đơi) có đồng phân hình học Đồng phân hình học cịn gọi đồng phân lập thể, đồng phân Z – E, đồng phân cis – trans, hay đồng phân không gian - Điều kiện để có đồng phân lập thể: ① Chứa liên kết đơi, vịng no Tuy nhiên phạm vi ta ngâm cứu liên kết đơi, khơng đề cập đến vịng no Điều nhằm hạn chế quay tự quanh trục nhóm nguyên tử hai bên liên kết Mình minh họa hình ② Các nguyên tử hay nhóm nguyên tử cacbon liên kết phải khác Chú ý: Cần xét đến đồng phân hình học cis-trans Phân biệt câu hỏi có hợp chất ứng với CTPT cho trước so với câu hỏi có cơng thức cấu tạo ứng với CTPT cho trước Nếu công thức cấu tạo ta khơng xét đến đồng phân hình học II DANH PHÁP Thơng thường anken gọi tên gốc – chức tên thay (IUPAC) - Tên nửa hệ thống: tên anken = tên gốc hiđrocacbon + ilen Ví dụ: CH  CHCH : propilen - Tên IUPAC: tên anken = tên nhánh (kèm vị trí) + tên mạch + vị trí nối đơi + en Ví dụ: CH 3CH  C(CH )CH : (2-metyl but-2-en) CH 3CH C(CH )  CHCH : 3-metylpent-2-en Chú ý: mạch mạch chứa nối đơi dài Đánh số mạch từ đầu gần nối đơi III.TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Hai chất đầu dãy (C3 C4) thể khí điều kiện thường - Cịn lại tương tự ankan IV TÍNH CHẤT HĨA HỌC Phản ứng đốt cháy: 3n t0 Cn H 2n  O   nCO  nH O 2 Phản ứng cộng đặc trưng với X (Cl , Br2 , H ), HX (HCl, HBr, HOH) - Quy tắc Maccopnhicop: phản ứng cộng HX vào nối đơi H ưu tiên cộng vào C nối đơi có nhiều H hơn, cịn X vào C nối đơi có H - Anken hợp nước tạo thành ancol ( H O coi HOH, X OH) Trang Ví dụ: CH  CH  CH  HCl  CH  CHCl  CH (sản phẩm chính) CH  CH  CH  HCl  CH  CH  CH Cl (sản phẩm phụ) Phản ứng điều kiện khắc nghiệt số anken đầu dãy Với số anken đầu dãy phản ứng với halogen điều kiện nhiệt độ cao dễ tham gia cộng CH  CH  Cl2  HCl  CH  CHCl Phản ứng tách (ít gặp) Thơng thường tách H khỏi anken làm anken “đói” thêm Tức tạo hiđrocacbon có nhiều liên kết pi hơn, ankin, hay ankadien chẳng hạn CH  CH  CH  CH  H Phản ứng oxi hóa Phản ứng với KMnO : phản ứng oxi hóa liên kết đơi tạo thành điol (rượu chức, chức C nối đơi cũ) Ví dụ: 3CH  CH  2KMnO  4H O  3HOCH CH OH  2MnO  2KOH Phản ứng trùng hợp, tạo polyme Phản ứng trùng hợp: Là phản ứng cộng hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) tạo thành phân tử lớn (polyme) Mỗi monome gọi mắt xích Điều kiện để có phản ứng trùng hợp phân tử tham gia phải có liên kết bội (đơi ba) Ví dụ: t ,p,xt nCH  CHCl    CH  CHCl   n V ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ Ứng dụng: - Điều chế polyme PE (poly etilen), PVC (poly vinyl clorua), PP (polypropylen),… - Điều chế ancol tương ứng cách hợp nước Chú ý ancol dùng công nghiệp (làm dung môi…) sản xuất rượu uống - Khí etilen dùng để kích thích hoạt động ezym nên giúp trái mau chín Điều chế: - Tách nước rượu no, đơn chức, mạch hở tương ứng (đe hidrat hóa) CH 3CH OH  CH  CH  H O - Chú ý: Tách nước hay tách HX nói chung tuân theo quy tắc Zaixep: “khi tách HX X ưu tiên tách H cacbon bậc cao bên cạnh” - Đề hiđro hóa cracking ankan cracking CH 3CH CH CH  CH  CH  CH 3CH de hidro CH 3CH CH CH  CH  CHCH CH  H - Hiđro hóa ankin ankadien Pd,t CH  CH  H   CH  CH Pd,t CH  CH  CH  CH  H   CH  CHCH CH - Tách HX dẫn xuất mono halogen tương ứng với xúc tác KOH/rượu tương ứng C2 H5 OH CH 3CH Cl  NaOH   CH  CH  NaCl  H O - Tách X, từ dẫn xuất halogen tương ứng (chú ý hai nguyên tử halogen phải C sát nhau) Trang Zn,t BrCH CHBrCH   CH  CHCH  ZnBr2  ANKADIEN / ĐI OLEFIN I KHÁI NIỆM - Định nghĩa: ankadien hiđrocacbon khơng no, mạch hở, có hai nối đôi phân tử Công thức tổng quát Cn H 2n  (n  3) - Đồng phân: ankadien có đồng phân cấu tạo đồng phân hình học (vì có chứa nối đơi) II DANH PHÁP - Ankadien gọi theo tên thường, tên gốc chức lẫn tên IUPAC Tên thường alen, isopren, vinyl… không cần quan tâm Thường dùng tên gốc chức tên IUPAC - Tên nửa hệ thống: tên ankadien = tên gốc (chỉ số lượng C) + dien + vị trí nối đôi - Tên IUPAC: tên ankadien = tên nhánh (kèm vị trí) + tên mạch + vị trí nối đơi + dien Ví dụ: CH  CHCH  CH : Buta-1,3-dien III.TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Hai chất đầu dãy (C3 C4) thể khí điều kiện thường - Còn lại tương tự ankan IV TÍNH CHẤT HĨA HỌC - Các tính chất hóa học tương tự anken Tuy nhiên ý thêm trường hợp nhỏ cộng H2 - Nếu dùng xúc tác Ni sản phẩm cuối ankan, cịn dùng xúc tác Pd/PbCO3 phản ứng dừng lại giai đoạn tạo anken V ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ Ứng dụng: Ankadien liên hợp dẫn xuất dùng để điều chế cao su nhân tạo Ankadien liên hợp ankadien có hai nối đơi cách nối đơn Điều chế: Từ butadien-1,3 điều chế cao su buna, buna-S, buna-N  ANKIN I KHÁI NIỆM - Định nghĩa: ankin hiđrocacbon khơng no, mạch hở có nối ba phân tử Công thức tổng quát Cn H 2n  (n  2) - Đồng phân: ankin có đồng phân cấu tạo, khơng có đồng phân hình học Các đồng phân cấu tạo sinh có sai khác mạch C (có nhánh & khơng có nhánh, nhánh khác nhau) vị trí tương đối nối ba II DANH PHÁP - Ngoài chất đầu dãy đồng đẳng thường gọi theo tên thường axetilen, ankin khác thường gọi theo tên IUPAC - Tên IUPAC: tên ankin = tên nhánh (kèm vị trí) + tên mạch + vị trí nối ba + in Ví dụ: CH  C  CH : propin CH  CCH CH : but-1-in III.TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Từ C2 đến C4 thể khí điều kiện thường - Cịn lại tương tự ankan IV TÍNH CHẤT HĨA HỌC Trang - Hoàn toàn tương tự ankadien anken, có thêm ý ankin-1 Ankin-1 ankin có nối ba đầu mạch Do có H linh động có khả tham gia với Ag  (Ag O dung dịch NH ) 2CH  C  R  Ag O  2AgC  C  R  H O t HC  CH  2AgNO3  2NH   AgC  CAg  2NH NO3 - Chú ý: Chỉ có đồng phân ankin đầu mạch tham gia phản ứng bạc - Phản ứng trùng hợp có số ý: với axetilen nhị hợp tạo vinyl axetilen, tam hợp tạo benzen, đa hợp tạo cupren Pd /PbCO3 ,t 2CH  CH   CH  CH  C  CH C,600 C 3CH  CH   C6 H nCH  CH   CH  CH  n - Phản ứng oxi hóa với KMnO : Tạo axit cacboxylic tương ứng sau axit tác dụng với KOH sinh từ phản ứng Nên thực chất thu muối Kali axit cacboxylic R  C  C  R '  O   H O  RCOOH  R 'COOH CH  CH   O   HOOC-COOH - Khi dung dịch sinh KOH nên muối thu RCOOK R’COOK Riêng với trường hợp axetilen tạo muối kali oxalat V ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ Ứng dụng: - Axetilen  vinyl clorua  PVC CH  CH  HCl  CH  CHCl nCH  CHCl   CH  CHCl   n (PVC) - Axetilen  cao su nhân tạo (Buna, Buna-S, Buna-N, Cloropren, Isopren) - Axetilen  Benzen (tam hợp) C,600 C 3CH  CH   C6 H - Axetilen  anđehit axetic  axit axetic HgSO CH  CH  H O   CH 3CHO xt,t 2CH 3CHO  O   CH 3COOH - Ngoài axetilen cịn dùng làm khí đốt để hàn xì, dùng kích thích hoa mau chín dùng thổi bóng bay cho trẻ chơi… Điều chế - Từ canxi cacbua  CaC2   axetilen CaC2  2H O  Ca(OH)  C2 H - Từ metan  CH  nung 15000 C, làm lạnh nhanh 2CH  C2 H  3H - Tách halogen dẫn xuất tetra halogenua (có halogen hai cacbon kề nhau) tác dụng với Zn (2Na) Zn,t Br2 CHCHBr2   CH  CH  ZnBr2 - Tách halogen dẫn xuất halogenua (trong KOH xúc tác rượu tương ứng) Trang C2 H5 OH ClCH CH Cl  2KOH   CH  CH  2KCl  2H O - Cho muối bạc ankin-1 tác dụng với axit clohidric  trả lại ankin-1 AgC  CAg  2HCl  CH  CH  2AgCl  BENZEN VÀ ĐỒNG ĐẲNG I KHÁI NIỆM - Định nghĩa: benzen đồng đẳng hiđrocacbon thơm có chứa vịng benzen phân tử Công thức tổng quát Cn H 2n 6 (n  6) - Đồng phân thơm: xuất đồng phân nhánh, vị trí tương đối nhóm (nhánh) gắn vào nhân thơm (ortho-, meta-, para-) II DANH PHÁP - Cách đọc tên thông dụng coi benzen “mạch chính”, cịn bọn râu ria nhóm gắn vào vịng benzen - Chú ý: có hai nhóm vị trí tương đối: 1,2  ortho; 1,3  meta; 1,4  para Ví dụ: 2- Etyl -1,4-đimetylbenzen 4- Butyl -1-etyl -2-metylbenzen III.TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Ở điều kiện thường hiđrocacbon thơm chất lỏng rắn, chúng có nhiệt độ sôi tăng theo chiều tăng phân tử khối - Các hiđrocacbon thể lỏng có mùi đặc trưng, khơng tan nước nhẹ nước, có khả hịa tan nhiều chất hữu IV TÍNH CHẤT HĨA HỌC Phản ứng đốt cháy: 3n  t0 Cn H 2n 6  O   nCO   n  3 H O 2 Phản ứng đặc trưng nhân thơm (thế halogen) - Quy tắc vòng benzen: coi khả phản ứng vịng benzen có thêm nhóm (nhánh) hợp chất có khả phản ứng lớn nhỏ Tức có nhóm làm tăng khả phản ứng vịng, có nhóm làm giảm khả phản ứng vịng Những nhóm làm tăng khả phản ứng vòng nhóm hoạt hóa, nhóm làm giảm khả phản ứng vịng nhóm phản hoạt hóa - Những nhóm đẩy e (có mật độ e cao, thừa cặp e chưa liên kết…) OH,  NH , ankin nhóm hoạt hóa vịng benzen thông thường chúng định hướng ortho, para - Những nhóm hút e (những nguyên tử có độ âm điện lớn (halogen), nhóm chứa liên kết pi,…) CH  CH , CH  O, COOH,  NO , nhóm phản hoạt hóa vịng, thông thường chúng định hướng meta - Chú ý ngoại lệ: halogen (Cl, Br,…) phản hoạt hóa vịng lại định hướng ortho, para - Thế nguyên tử H halogen (Cl2 , Br2 , ) có bột Fe xúc tác vào nhân, không vào nhánh Phản ứng cộng (cộng để no hóa vịng) Trang Phản ứng oxi hóa Phản ứng với KMnO : benzen khơng bị oxi hóa, đồng đẳng khác bị oxi hóa bị cắt nhánh tạo C6 H -COOK t C6 H 5CH  2KMnO   C6 H 5COOK  KOH  2MnO  H O V ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ Ứng dụng: - Từ benzen điều chế thuốc trừ sâu 666, anilin, phenol, nhựa phenol fomandehit, stiren, PS (polystiren), cao su buna-S - Từ toluen điều chế axit benzoic, rượu benzylic, thuốc nổ TNT - Từ p-xilen điều chế tơ sợi polieste Điều chế: - Tam hợp axetilen C,600 C 3CH  CH   C6 H - Đề hiđro hóa xyclo hexan A2 DẪN XUẤT HALOGEN I KHÁI NIỆM – PHÂN LOẠI - Khái niệm: Khi thay hay nhiều nguyên tử hiđro phân tử hiđro hay nhiều nguyên tử halogen ta dẫn xuất halogen hiđrocacbon, thường gọi dẫn xuất halogen - Phân loại ① Theo chất nguyên tử halogen X + Dẫn xuất flo, ví dụ: CF2  CF2 + Dẫn xuất clo, ví dụ: CH 3Cl + Dẫn xuất brom, ví dụ: C6 H Br + Dẫn xuất iot, ví dụ: (CH )3 CI + Dẫn xuất chứa đồng thời nhiều halogen, ví dụ: CH FCl ② Theo cấu tạo gốc hiđrocacbon + Dẫn xuất halogen no, ví dụ: C2 H Br + Dẫn xuất halogen khơng no, ví dụ: CH  CHCl + Dẫn xuất halogen thơm, ví dụ: C6 H 5CH Cl ③ Theo bậc dẫn xuất halogen Bậc dẫn xuất halogen bậc nguyên tử C liên kết với nguyên tử halogen + Dẫn xuất halogen bậc I: CH 3CH Cl + Dẫn xuất halogen bậc II: (CH ) CHCl + Dẫn xuất halogen bậc III: (CH )3 CCl Trang II ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP - Đồng phân: Dẫn xuất halogen có đồng phân mạch C hiđrocacbon, ngồi cịn có đồng phân vị trí ngun tử halogen (vị trí nhóm chức) - Danh pháp ① Danh pháp thơng thường Ví dụ: CHCl3 : clorofom CHBr3 : bromofom CHI3 : iodofom;… ② Danh pháp gốc – chức: Tên dẫn xuất = tên gốc hiđrocacbon +halogenua Ví dụ: CH Cl2 : Metylen clorua CH  CHCl : Vinyl clorua CH  CH-CH Cl : Anlyl clorua ③ Danh pháp thay thế: Tên dẫn xuất = Số vị trí X – tên X + tên hiđrocacbon Ví dụ: CH 3CH Cl : Clo etan ClCH  CH Cl : 1,2-điclo etan III.TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Các dẫn xuất halogen không tan nước, tan tốt dung môi không phân cực hiđrocacbon, ete,… - Nhiệt độ sơi dẫn xuất halogen có gốc hiđrocacbon giảm dần từ dẫn xuất iodua đến dẫn xuất florua: t 0s : R-I > R-Br > R-Cl > R-F - Với ankin halogen có thành phần giống nhau, nhiệt độ sôi dẫn xuất bậc I lớn nhiệt độ sôi dẫn xuất bậc II, dẫn xuất bậc III có nhiệt độ sơi thấp t 0s : Dẫn xuất bậc I > Dẫn xuất bậc II > Dẫn xuất bậc III IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC - Khả phản ứng dẫn xuất halogen thay đổi tùy theo chất nguyên tử halogen giảm dần từ iot đến clo, riêng dẫn xuất flo xếp vào hợp chất trơ: R – I > R – Br > R – Cl - Sự thay đổi khả phản ứng dẫn xuất R-X hoàn toàn phù hợp với giá trị lượng liên kết phân cực liên kết: - Năng lượng liên kết: C – Cl > C – Br > C – I - Độ phân cực liên kết: C – I > C – Br > C – Cl - Cấu tạo gốc R ảnh hưởng đến khả chế phản ứng dẫn xuất halogen Phản ứng nguyên tử X nhóm –OH (phản ứng thủy phân) H2O R-X + NaOH   R-OH + NaCl Các dẫn xuất phenyl halogenua (X đính trực tiếp vào vịng benzen) khơng phản ứng với dung dịch kiềm nhiệt độ thường đun sôi Chúng phản ứng nhiệt độ áp suất cao 200 C,300atm C6 H 5Cl  NaOH   C6 H 5ONa  NaCl  H O Phản ứng tách - Phản ứng tách HX xảy với dẫn xuất có 1H C : ROH CH 3CH Br  KOH   CH  CH  KBr  H O - Hướng phản ứng tách – Quy tắc tách Zaixep: Khi tách HX khỏi dẫn xuất halogen, nguyên tử halogen ưu tiên tách với nguyên tử H nguyên tử C có bậc cao Trang 10 CH 3CH  CHCH (spc)  KOH/ROH Ví dụ: CH 3CH CHClCH    CH 3CH CH  CH (spp) Phản ứng với kim loại tạo hợp chất kim Các dẫn xuất clo, brom, iot phản ứng với Mg môi trường ete khan tạo thành hợp chất magie: R – X + Mg  R – MgX Hợp chất magie dễ tham gia phản ứng với hợp chất có H linh động (nước, ancol, NH , phenol, amin, ank-1-in,…) V ĐIỀU CHẾ - Halogen hóa hiđrocacbon: Phản ứng thế: askt CH  Cl2  CH 3Cl  HCl Phản ứng cộng CH  CH  Br2  CH Br  CH Br - Tổng hợp từ ancol: ZnCl2 ROH  HX   RX  H O R  OH  PCl5  RCl  POCl3  HCl 3R  OH  PI3  3RI  H PO3 Trang 11 ... anken   33, 25 160 0 ,16  Cơng thức trung bình hỗn hợp anken C2,375 H 4,75  Đặt số mol butan dư x  n ankan  n anken  x  0 ,16  x  m ankan   0 ,16  x  16. 1,9625  31,  0 ,16  x  BTKL... 0,16mol 9,5.4  n H2  n E  n F  0,3  0 ,16  0,14mol  Quy đổi X tương đương với hỗn hợp gồm x mol CH4 y mol C4H4  x  y  n F  0,16mol 1  m X  m T  m H2  6, 08  2.0,14  5,8g  16x...  m anken  m ankan  5,32  31,  0 ,16  x   n C4 H10  10,344  31, 4x  0 ,16  x  x  0, 04 58  Hiệu suất phản ứng cracking: H%  0 ,16 100%  80% 0 ,16  0, 04  Chọn đáp án B Bài 22 Giải: