Chương 4 : DẪN XUẤT HALOGEN CỦA HIĐROCACBON MẠCH HỞ
4.5. Giới thiệu các chất tiêu biểu
4.5.1. Metyl clorua
CH3Cl là chất khí khơng màu, có thể được điều chế cùng với các dẫn xuất clo khác của metan bằng cách clo hóa trực tiếp hiđrocacbon này. Metyl clorua được dùng làm dung mơi ở nhiệt độ thấp, làm tác nhân metyl hóa, …
4.5.2. Metyl iođua
CH3I là chất lỏng, được điều chế bằng cách đun nóng hỗn hợp metan, photpho đỏ và iođ:
6CH3H + 2P + 3I2 → 6CH3I + 3H3PO3
Do có hoạt tính hóa học cao, metyl iođua được dùng làm chất metyl hóa tốt hơn metyl clorua.
4.5.3. Etyl clorua
C2H5Cl là chất khí, được điều chế bằng cách clo hóa etan ở 400oC, hoặc bằng cách cộng hợp hiđroclorua vào etilen với sư có mặt của chất xúc tác AlCl3 hay FeCl3.
Etyl clorua được dùng để sản xuất tetraetyl chì và cũng được dùng làm tác nhân etyl hóa.
4.5.4. Vinyl clorua
CH2=CHCl hay còn gọi cloetilen là chất khí, được điều chế bằng cách cộng hiđro clorua vào axetilen với sự có mặt của xúc tác HgCl2, hoặc là etilen phản ứng với clo ở 500oC. Vinyl clorua được dùng để sản xuất poli(vinyl clorua), ngồi ra cịn được dùng để sản xuất chất đồng trùng hợp với vinyl axetat hay với acrylonitrin.
4.5.5. Alyl clorua
CH2=CH-CH2Cl hay còn gọi 3-clopropen, là chất lỏng không màu, sôi ở 44,6oC, được điều chế bằng cách clo hóa propen ở 500-600oC. Về tính chất hóa học, phản ứng cộng hiđro bromua vào alyl clorua không theo quy tắc Maccopnhicop và tạo thành 1-clo-3-brompropan:
4.5.6. Metylen clorua
CH2Cl2, chất lỏng, sôi ở 40,2oC, điều chế bằng cách clo hóa metan, được dùng làm dung mơi trong cơng nghiệp, thí dụ đối với PVC hoặc sơn, vecni.
4.5.7. Các halofom
Gồm clorfom, bromfom và iođofom được điều chế bằng cách cho etanol, axetanđehit hoặc axeton, … phản ứng với halogen trong môi trường kiềm.
Clorofom
CHCl3 (triclometan), chất lỏng, sôi 62,1oC.
Trong công nghiệp clorofom được điều chế bằng cách clo hóa metan. Clorofom được dùng làm dung mơi hịa tan chất các chất mỡ, nhựa, … Nó là hợp chất hữu cơ đầu tiên được dùng gây mê trong giải phẫu. Clorofom độc và gây ung thư, do đó nó khơng được dùng làm chất gây mê nữa. Hiện nay người ta dùng chất gây mê ít độc hơn CF3CHClBr, tên thương mại là Halothan (2-brom-2-clo-1,1,1- trifloeatn). Một chất gây mê khác được xem là tốt nhất hiện nay là Fentanyl, công thức phân tử C22H28N2O, khối lượng phân tử 336, là chất rắn, nóng chảy ở 83-84oC.
Iođofom
CHI3 (triiođmetan) là chất kết tinh màu vàng, nóng chảy 119oC, có mùi khó chịu, điều chế bằng cách điện phân dung dịch etanol có chứa KI (hay NaI) và Na2CO3 hoặc đun nóng etanol (có cơng thức chung CH3CH(OH)R) hay axeton (các xeton có cơng thức chung CH3COR) với I2 và kiềm. Iođofom có tính sát trùng mạnh nên được dùng để bơi chỗ lở trên da.
4.5.8. Cacbon tetraclorua
CCl4 (tetraclometan), được điều chế bằng cách cho clo hóa metan hoặc đi từ cacbon đisunfua và clo với sự có mặt của AlCl3 hay FeCl3, …
Cacbon tetraclorua là chất lỏng, nặng, sôi 76,75oC. Trong phân tử cacbon tetraclorua khơng cịn hiđro, do đó nó khơng cháy khi tiếp xúc với lửa, rất bền với khí, ánh sáng và các tác nhân hóa học khác nhất là clo. Cacbon tetraclorua được dùng rộng rãi làm dung môi và chất chữa cháy.
4.5.9. Tetrafloetilen
CF2=CF2, được điều chế bằng cách nhiệt phân clođiflometan:
Clođiflometan Điflocacben Tetrafloetilen
Là chất khí ở điều kiện thường, sơi 76,3oC, nóng chảy -142,5oC. Có mặt peoxit, tetrafloetilen dễ dàng trùng hợp thành politetrafloetilen hay teflon:
nCF2=CF2 → …-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-… (Teflon)
Teflon có nhiều đặc tính q báu, nó khơng thay đổi tính chất ở khoảng nhiệt độ -73 đến +260oC, không tan trong bất kỳ dung môi nào, không chịu tác dụng của axit clohiđric, axit nitric đặc, nóng: đối với dung dịch xút 50% nóng nó cũng khơng chịu tác dụng, chỉ flo nguyên tố là tác dụng lên nó mà thơi. Teflon là chất kỵ nước và là một chất điện mơi rất tốt. Nó được dùng để sản xuất các phẩm vật khác nhau và làm màng chống rỉ trong kỹ thuật điện, cơng nghiệp chế tạo máy móc, cơng nghiệp dược phẩm và cơng nghiệp hóa chất. Nó cịn được phủ lên các đồ da dụng để chống dính cho nồi, xoong chảo.
4.5.10. Các Freon
Các Freon hay cloflocacbon (CFC) như Freon-12, CF2Cl2 (sơi -30oC, nóng chảy -155oC) là tác nhân sinh hàn được sử dụng rộng rãi trong các máy làm lạnh, Freon sôi thấp như Freon-11, CCl3F được dùng làm tác nhân tạo bọt trong sản xuất chất dẻo xốp. Sự giải phóng CFC vào tầng ozon (tầng cách mặt đất 24 km) gây nên phản ứng phá hủy tầng ozon bảo vệ trái đất, và từ năm 1985 người ta phát hiện có sự giảm liên tục nồng độ ozon trong khí quyển ở Nam Cực.
Ngay từ năm 1974, Râulen và Molina đã chứng minh rằng Freon có khả năng tấn công ozon trong những điều kiện đặc biệt như điều kiện ở tầng bình lưu vùng Nam Cực về mùa đông. Mới đầu, dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại, liên kết cacbon-clo trong CFC bị đứt và sinh ra gốc clo tự do. Các gốc clo tự do xúc tác cho phản ứng chuyển hóa hai phân tử ozon thành ba nguyên tử oxi, làm cho nồng độ ozon giảm. Gốc clo không mất đi, do đó tiếp tục xúc tác cho phản ứng phân hủy ozon thành oxi. Nhờ cơng trình nghiên cứu này, Râulen và Molina đã được nhận giải thưởng Nobel về hóa học (năm 1995 cùng với Crutzen).
Trước việc phá hủy tầng ozon của CFC, Cộng đồng quốc tế họp ở Montreal (Canađa) năm 1987 đã ra một nghị định thư kêu gọi giảm bớt sản xuất CFC. Vì sự cần thiết của các chất này trong đời sống xã hội, một chương trình phát triển khẩn cấp các chất thay thế được đặt ra. Các chất thay thế phải đảm bảo các chức năng vật lý như CFC, nhưng không được sinh ra gốc tự do trong tầng bình lưu. Có hai hướng tìm kiếm chất thay thế. Một là hợp chất khơng chứa liên kết C-Cl, do đó khơng thể
sinh ra gốc clo. Đó là chất CH2F-CF3 được gọi là HFC-134 (HFC: hiđro flocacbon) được dùng trong các hệ thống làm lạnh. CH3-CHF2 được gọi là HFC-152a được dùng rộng rãi trong các thiết bị đẩy khí.
Mặt khác, người ta có thể dùng hợp chất có liên kết C-Cl nhưng chúng phân hủy nhanh trong khí quyển. Người ta cũng cải tiến các hợp chất chứa liên kết C-H. Các hợp chất này bị oxi phân hủy trước khi đạt tới tầng bình lưu. Đó là CH3-CCl2F được gọi là HCFC-141b (HCFC: hiđro cloflocacbon) được dùng hiện nay trong các đệm mút cách nhiệt.
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 4
1. Hãy viết công thức các đơng phân cấu tạo có cơng thức phân tử C4H9Cl, C5H11Br,
C4H8F2, gọi tên thường (nếu có) và tên theo danh pháp thay thế của các đồng phân đó.
2. Hãy gọi tên theo danh pháp thay thế của các hợp chất cho dưới đây:
a) BrCH2CHBrCHBr2 c) (CH3)2C=CHCH2Cl
3. Hãy viết công thức cấu tạo và gọi tên theo danh pháp thay thế các hợp chất sau
đây:
a) Metilen đibromua b) Clorofom
c) Anlyl bromua d) sec-Butyl bromua
e) Isobutyl clorua f) tert-Butyl iođua
g) Benzyl clorua h) Neopentyl clorua.
4. Hãy sắp xếp các dẫn xuất halogen trong các dãy sau theo thứ tự giảm dần nhiệt độ
sơi và giải thích ngắn gọn.
a) CH3I, CH3F, CH4, CH3Br, CH3Cl. b) CHCl3, CH4, CH2Cl2, CCl4, CH3Cl. c) CH3Cl, n-C3H7Cl, n-C4H9Cl, C2H5Cl.
5. Hãy sắp xếp các dẫn xuất halogen trong các dãy sau chiều tăng dần tỷ khối (khi
chúng đều ở thể lỏng) và giải thích ngắn gọn. a) C2H5F, C2H5Cl, C2H5Br, C2H6, C2H5I. b) CHCl3, CH4, CH2Cl2, CCl4, CH3Cl.
6. Hãy nêu khả năng hòa tan trong nước, trong các dung môi hữu cơ của các dẫn xuất
Chương 5
HIĐROCACBON THƠM (AREN) VÀ DẪN XUẤT HALOGEN CỦA CHÚNG
Hiđrocacbon thơm không thể xếp vào loại hợp chất chứa liên kết đôi và ba. Tên “thơm” xuất phát từ chỗ những hợp chất đầu tiên tìm được thuộc loại đó có nhiều mùi thơm khác nhau. Tên thơm vẫn được giữ đến ngày nay, mặc dù hóa học của các hiđrocacbon thơm bao gồm cả những hợp chất khơng có mùi thơm là loại hiđrocacbon mạch vịng có tính thơm mà benzen là điển hình và quan trọng nhất.
Hiđrocacbon thơm đầu tiên là benzen đã được Faraday tách ra từ chất lỏng dùng để thắp sáng (năm 1825). Ơng đã xác lập cơng thức thực nghiệm là CnHn. Năm 1833 Micherlik đã tổng hợp được benzen tinh khiết từ natri benzoat nóng chảy với NaOH và xác nhận công thức phân tử của benzen là C6H6.