Bài giảng Cơ sở hóa học hữu cơ 1: Chương 2 Hiđrocacbon no, cung cấp cho người học những kiến thức như: Đồng phân, danh pháp và cấu trúc ankan; Tính chất vật lí ankan; phân loại danh pháp và đồng phân Xyclo ankan.
Chương II: HIĐROCACBON NO (CnH2n + 2; n ≥ 1, nguyên) - Là hợp chất hữu tạo từ hai nguyên tố cacbon hiđro phân tư, hóa trị cacbon bảo hịa liên kết đơn, tất nguyên tử cacbon trạng thái lai hóa sp3 - Hai loại hiđrocacbon no: Ankan xycloankan §2-1 ANKAN §2-2 XYCLO ANKAN Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 114 §2-1 ANKAN 2.1.1 Đồng phân, danh pháp cấu trúc: a Đồng phân: Các hợp chất ankan có đồng phân cấu tạo mạch cacbon từ nguyên tử trở lên xuất đồng phân C4H10 CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3 C5H12 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3 CH3CCH3 CH3 CH3 Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 115 n Số đp 9 18 35 10 15 75 4347 20 366319 - Đồng phân quang học ankan từ C7H16 b Danh pháp: Ankan không phân nhánh: Tên số nguyên tử cacbon mạch tiếng Hy Lạp bỏ a + an Ví dụ: CH4 meta bỏ a + an metan C16H34 hexađeca bỏ a + an → hexađecan Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 116 - Gốc ankyl khơng có nhánh: Tên ankan tương ứng bỏ an + yl Ví dụ: CH3CH2CH2CH2- butyl, CH3- metyl - Ankan có mạch nhánh: + Chọn mạch (dài nhất, phức tạp nhất, chứa nhiều mạch nhánh nhất) + Đánh số mạch (ưu tiên số nhỏ gần mạch nhánh) Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 117 Cách đọc: Số vị trí mạch nhánh + tên mạch nhánh + tên mạch có an - Gốc ankyl có nhánh: Tương tự ankan có nhánh (ưu tên số nhỏ gần cacbon có hóa trị tự do) Cách đọc: Số vị trí mạch nhánh + Tên mạch nhánh + tên mạch có yl Ví dụ: CH3-CH2-CH2-CH2-CH- CH3-CH-CH2-CH CH3-CH2 CH3 CH3 1-Etylpentyl 1,3-Đimetylbutyl Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 118 Tên gốc thường dùng có hóa trị I (xem bảng sau) Gốc ankyl (CH3)2CH- Tên thông thường Tên IUPAC Izo-propyl Metyletyl (CH3)2CHCH2- Izo-butyl 2-Metylpropyl CH3CH2(CH3)CH- Sec-butyl 1-Metylpropyl (CH3)3C- Tert-butyl 1,1-Đimetyletyl (CH3)2CHCH2CH2- Izo-pentyl 3-Metylbutyl (CH3)3CCH2- Neo-petyl 2,2-Đimetylpetyl CH3CH2(CH3)2C- Tert-pentyl 1,1- Đimetylpentyl Gốc hiđrocacbon no đa hóa trị: Tên gốc có hai hóa trị tự nguyên tử cacbon: Tên gốc hóa trị tương ứng + iden vào hậu tố yl yliden Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 119 Cách đọc tên Gốc hiđrocacbon đa hóa trị CH3CH= Etyliden (CH3)2C= Izopropyliden -CH2- Metylen -CH2-CH2- Etylen -CH2CH2CH2- Trimetylen -CH2(CH2)2CH2- Tetrametylen -CH2(CH3)CH- 2-Metyletylen -CH2(CH2)4CH2- Hexametylen Hóa trị tự riêng rẽ -CH2CH-CH2Truong CDSP NhaTrang Propan-1, 2, 3-triyl Nguyen Van Hieu 120 c Cấu trúc: Tất nguyên tử C phân tử ankan trạng thái lai hóa sp3 góc hóa trị 109,50 H H C H H H H H H H C H C C C H C H C H H H H H C H H H H C C H H C H H H + Cấu dạng etan: C Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu C 121 Cấu dạng propan H CH3 H CH3 H H H H H Dạng xen kẽ H H CH3 H H CH3 H H anti Truong CDSP NhaTrang H H Dạng che khuất Cấu dạng n- butan CH3 H H H CH3 CH3 H H H H3C CH3 CH3 H H H H H Dang che khuất syn Nguyen Van Hieu 122 Tính chất vật lí a Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi: Trong phân tử ankan phân cực, lực phân tử lực Van đe Van yếu Vì nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy tăng dần theo mạch cacbon Từ C1 – C4 chất khí từ C5 – C19 chất lỏng, từ C20 (icosan) trở lên chất rắn Các ankan có M độ phân nhánh cao nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy giảm Ví dụ: CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 t0s = 360C, (CH3)2CHCH2CH3 t0s= 280C, (CH3)3CCH3 t0s = 90C Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 123 b Tính tan: Giống tính tan, khơng có tính háo nước háo dầu mỡ Hầu không tan nước, tan nhiều dung môi hữu (benzen, ete, hexan, tetra-clorometan) c Khối lượng riêng: Nhẹ nước D tăng dần theo mạch cacbon d Phổ hấp thụ - Phổ hồng ngoại ankan có dao động: C-H 2960 – 2850 cm-1, -CH2- 1470 – 1350 cm-1 - Phổ tử ngoại gần 200 – 400 nm - Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ankan cho tín hiệu đặc trưng nhóm CH3- (0,9 ppm), nhóm –CH2– 1,25ppm (-CH-) 1,5 – 2,0 ppm Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 124 §2-2 XYCLO ANKAN 2.1 Phân loại danh pháp đồng phân a Phân loại: Chia thành loại: + Xycloankan đơn vịng Ví dụ: Xyclopropan, xyclobutan,… + Xycloakan đa vòng (từ hai vòng trở lên) Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 125 b Danh pháp: Tiền tố xyclo (viết liền) + tên ankan tương ứng xyclopropan xyclobutan xyclopentan xyclohexan (ts= -330C) (ts= 120C) (ts= 490C) (ts= 810C) xycloheptan (ts= 1190C) xyclooctan (ts= 1490C) Tên mạch nhánh + xycloankan Nếu có mạch nhánh: Số vị trí mạch nhánh + tên mạch nhánh + tên mạch có tiền tố xyclo CH3 CH3 H3C H3C H3C CH3 2 5 CH2CH3 4 Metylxyclopentan 1,1-Dimetylxyclopentan 1,2-Dimetylxyclopentan 1-Etyl,3-metylxyclopentan Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 126 c Đồng phân: Đồng phân cấu tạo H3C CH3 Metylxyclopropan CH2CH3 CH2CH3 CH3 xyclopropan 1-Etyl, 1-metylpetan 1-Etyl,2-metylpetan CHCH3 CH3 Izo-propylpetan CH2CH2CH3 Propylpetan Đồng phân lập thể H H3C H CH3 H H3C CH3 H H3C H H CH3 cis 1,2-Dimetylxyclopropan trans 1,2-Dimetylxyclopropan trans 1,2-Dimetylxyclopropan Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 127 Cấu trúc: Các nguyên tử cacbon phân tử xycloankan trạng thái lai hóa sp2 với liên kết Các monoxycloankan có độ bền khơng giống nhau, xyclopropan, xyclo-butan có khả phản ứng cao dễ tham gia phản ứng mở vịng thiêu nhiệt tính theo nhóm -CH2- lớn vịng khác Xycloankan: (CH2)3 (CH2)4 (CH2)5 (CH2)6 (CH2)7 Thiêu nhiệt: 696,4 685,1 663,4 657,9 661,7 a Thuyết sức căng bề mặt (xem gt): b Thuyết lượng tử liên kết xiclopropan: c Cấu dạng bền xiclohexan: Xiclohexan có số dạng khác Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 128 Điều chế monoxicloankan Trong công nghiệp: - Tách từ nhiều loại dầu mỏ phương pháp chưng phân đoạn Chuyển hóa lẫn loại nhóm chức để chuyển hợp chất vịng khơng thơm khác thành xicloankan - Đóng vịng hợp chất mạch hở + Đóng vịng tạo thành xeton, khử hóa xeton thành xicloankan (H2C)n Truong CDSP NhaTrang C O Nguyen Van Hieu 129 b Đóng vịng , -đihalogenoankan CH2Br + 2Na (H2C)n hoac Zn (H2C)n CH2 CH2 CH2Br + 2NaBr hoac ZnBr2 c Nhiệt phân muối axit đicacboxylic CH2 COO (H2C)n Th4+ 2(H2C)n CH2 CH2 COO Truong CDSP NhaTrang CH2 Nguyen Van Hieu C O + 2CO2 +ThO2 130 d Ngưng tụ đóng vịng đieste axit đicacboxylic O COOC2H5 NaOC2H5 CH2 H CH COOC2H5 O H2C H2C Truong CDSP NhaTrang CH2 CH2 CO2 Nguyen Van Hieu H2C H2C - C2H5OH CH2 H2SO4,l H2C - C2H5OH CH COOC2H5 CH2 H2C H2C O CH COOH CH2 131 e Phản ứng ngưng tụ axyloin C (H2C)n C O OR O + 4Na -2RONa C O (H2C)n 2Na C O C OH +H2O 2NaOH (H2C)n C OH H C OH OR (H2C)n C O f Chuyển hóa hợp chất đồng vòng khác thàn xicloankan H/xt O 4H Zn(Hg)/HCl H/xt,t0 OH HI/P Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 132 Giới thiệu xiclohexan: - Là chất lỏng không màu d = 0,778 g/cm3 nhẹ nước, nặng n-hexan (d – 0,659 g/cm3), t0s = 810C tnc0= 70C, không hấp thụ xạ tử ngoại, dùng để làm dung môi - Trong công nghiệp điều chế: O H2N(CH2)6NH2 Nilon-6,6 HOOC(CH2)4COOH O NOH O2/kk NH2OH H2SO4 NH Capron (Nilon-6) Caprolactam Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 133 Hiđrocacbon đa vịng a Hệ hai vịng có đỉnh chung spiran : Các spiran hai vịng no có chung nguyên tử C Gọi tên: Spiro + tên ankan mạch thẳng với nguyên tử C + số nguyên tử C lại vòng sau trừ nguyên tử 1 Spiropentan Truong CDSP NhaTrang Spiro[3.4]heptan Nguyen Van Hieu 10 Spiro[4.5]dcan 134 b Hệ hai vòng có chung cầu nối cac bixicloankan: H Bixiclobutan CH3 CH3 H3C 7 10 H H H cis-Decalin trans-Decalin H3C CH3 CH3 5 2,7,7-Trimetlbixiclo[3.1.1]heptan (pinan) CH3 H3C H3C CH3 CH3 CH3 1,7,7-Trimetlbixiclo[2.1.1]heptan (camphan) Gọi tên: Bixiclo + tên ankan tương ứng Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 135 Tóm tắt tính chất hóa học điều chế ankan Hal2,as SO2,Cl2 CR CR H2/xt RCH CHR RHal Na/Zn RHal Li/CuHal RCH2-CH2R' Ankan RR Tang mach C CnH2n+2 RR' R-H hoac R-R' C h R'Hal ac m m a i RCOONa NaOH,t R-H G Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu HNO3 xt,t0 xt,t0 xt,t0,H2 Dot chay xt,t0,O2 CH4,O2 CnH2n + 1Hal + HHal RSO2Cl+ HCl R-NO2 Aren, anken CxH2x + Cn -xH2n - 2x + sp hidrocrackinh CO2 + H2O R-COOH HCHO + H2O 136 Tóm tắt tính chất hóa học điều chế Xicloankan (CH2)n Xicloankan Monoxicloankan CnH2n CH2COOEt NaOEt,H3O+ Xicloankanon CH2COO 2+ t0 (CH2)n hoa han gp Don CH2COOEt xt,t0 Na/Zn Br2,Cl2 C3H6 & C4H8 HA C3H6 CH3CH2CH2A H2/xt C H & C H Cl2/as C3 H6 & C4 H8 tro len 10 12 the Br2/as C5H10 & C6H12 tro len Co ng mo von g Ankan (CnH2n + 2) Xicloanken (CnH2n CH2Br (CH2)n CH2Br M CH2COO Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu xt vong nho CH3-C3H5 vong lon C7H14 xt O2,Dot C4H8 CH3-C6H11 CO2 + H2O 137 ... hiđrocacbon đa hóa trị CH3CH= Etyliden (CH3)2C= Izopropyliden -CH 2- Metylen -CH2-CH 2- Etylen -CH2CH2CH 2- Trimetylen -CH2(CH2)2CH 2- Tetrametylen -CH2(CH3)CH- 2- Metyletylen -CH2(CH2)4CH 2- Hexametylen Hóa. .. Izo-propyl Metyletyl (CH3)2CHCH 2- Izo-butyl 2- Metylpropyl CH3CH2(CH3)CH- Sec-butyl 1-Metylpropyl (CH3)3C- Tert-butyl 1, 1-? ?imetyletyl (CH3)2CHCH2CH 2- Izo-pentyl 3-Metylbutyl (CH3)3CCH 2- Neo-petyl... NhaTrang CH2 CH2 CO2 Nguyen Van Hieu H2C H2C - C2H5OH CH2 H2SO4,l H2C - C2H5OH CH COOC2H5 CH2 H2C H2C O CH COOH CH2 131 e Phản ứng ngưng tụ axyloin C (H2C)n C O OR O + 4Na -2 RONa C O (H2C)n 2Na C