Vòng xyclohecxan có thể có hai dạng đồng phân, trong đó tất cả các nguyên tử cacbon đều có góc hoá trị bình thường bằng 109028’, đó là dạng ghế và dạng thuyền.
Các cấu dạng đó có năng lượng khác nhau: trong dạng ghế, tất cả các nhóm CH2 liền nhau có cấu dạng kìm hãm, trong khi đó dạng thuyền chứa 4 cấu dạng kìm hãm và hai cấu dạng che khuất. Do đó, dạng ghế bền vững hơn dạng thuyền. Năng lượng dạng thuyền lớn hơn dạng ghế khoảng 5kcal/mol. Tuy vậy, không thể tách được hai đồng
phân này ra khỏi nhau vì chúng chuyển hoá lẫn nhau dễ dàng và tồn tại ở trạng thái cân bằng.
Các phương pháp nghiên cứu quang phổ cho thấy kết quả là các phân tử xyclohecxan trong điều kiện thường hầu hết đều ở dạng ghế. Dạng thuyền chỉ xuất hiện một lượng nhỏ ở nhiệt độ cao.
Khi khảo sát các mô hình phân tử xyclohecxan dạng ghế, ta thấy các nguyên tử cacbon trong vòng nằm trên hai mặt phẳng song song: các nguyên tử 1, 3, 5 ở mặt phẳng trên, các nguyên tử 2, 4, 6 ở mặt phẳng dưới, khoảng cách giữa hai mặt phẳng là 0,5 A0. 4 2 3 6 1 5
hai mặt phẳng song song trong phân tử xyclohecxan
Xyclohecxan dạng ghế có 12 liên kết C―H có thể chia thành hailaọi khác nhau: sáu liên kết C―H định hướng song song với hai mặt phẳng nói trên gọi là các liên kết ngang (equatorial) kí hiệu là liên kết e, sáu liên kết C―H còn lại định hướng song song với trục của vòng, ba hướng lên trên, ba hướng xuống dưới gọi là liên kết trục (axial) kí hiệu là liên kết a.
a e e e e e e a a a a a
Các dẫn xuất một nhóm thế của xyclohecxan như metylxyclohecxan có thể tồn tại dưới dạng hai đồng phân có nhóm metyl hoặc ở liên kết trục hoặc ở liên kết ngang. Hai dạng này dễ chuyển hoá lẫn nhau mà không cần bẻ gãy liên kết nào, chỉ cần thay đổi dạng liên kết C―C của vòng. Sự chuyển hoá này đòi hỏi một năng lượng hoạt hoá rất nhỏ. Vì vậy, các đồng phân này không thể tách ra khỏi nhau được. Tuy nhiên, dạng
Các liên kết trục (a) và liên kết ngang (electron) trong xyclohecxan
`trục đối xứng bậc 3
liên kết ngang về mặt năng lượng thuận lợi hơn và bền vững hơn so liên kết trục vào khoảng 2kcal/mol cho nên nhóm metyl thường tồn tại ở dạng liên kết ngang e.
C H3 e e e e e e a a a a a H3C a e e e e e a a a a a
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Bài 1. Nêu đặc tính hóa học của ankan (minh họa bằng các phản ứng) và nguyên nhân dẫn tới đặc tính đó, giải thích?
Bài 2. So sánh tính chất hóa học của ankan và xicloankan. Giải thích vì sao có sự giống nhau và khác nhau giữa chúng?
Bài 3. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các ankan biến đổi theo cấu trúc phân tử của chúng như thế nào, cho ví dụ minh họa?
Bài 4. Vì sao nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của xicloankan đều cao hơn hẳn so với n-henxan?
Bài4. Ion kiểu metoni và cabocation giống và khác nhau như thế nào (cấu trúc và chuyển hóa)?
Bài 6. Những yếu tố nào (sức căng nào) ảnh hưởng đến độ bền xiclan? Cho ví dụ? Trong dãy xiclan (CH2)n n = 313, vì sao k hi n = 6 thì entapi hình thành đối với một nhóm CH2 là nhỏ nhất?
Bài 7. Tầm quan trọng của ankan và xiclo ankan trong thế giới ngày nay?
Bài 8. a) Viết công thức cấu tạo, gọi tên theo danh pháp thường và danh pháp IUPAC các hidrocacbon đồng phân có cùng công thức C4H10 và các gốc ankyl có cùng công thức C4H9 .
b) Viết các phương trình phản ứng tổng hợp ra n-butan từ: - Than đá và đá vôi
- 2 – butin - 2 – Iotbutan
- Axit valeric CH3 CH2 CH2 CH2 COOH - Axit propionic CH3 CH2 COOH
c) Cho biết tại sao phản ứng hóa học đặc trưng của ankan là phản ứng thế theo cơ chế gốc. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi cho clo tác dụng với n-butan có chiếu sáng.
Bài 9. a)Viết công thức cấu tạo của tất cả các hidrocacbon có cùng thành phần nguyên tố C5H12 và gọi tên chúng theo danh pháp thường và IUPAC. Cho biết bậc của từng nguyên tử cacbon tương ứng.
b) Từ metan và các hợp chất vô cơ cần thiết hãy tìm các phương pháp điều chế ra izopentan.
Bài 10. a)Từ rượu metylic và các chất vô cơ cần thiết hãy điều chế ra 2-metylpropan và 2,2,4-trimetylpentan.
b) Trộn 2-metylpropan với clo theo tỷ lệ 1:1 về thể tích và tiến hành phản ứng khi đun nóng. Các sản phẩm của phản ứng là 2-clo-2-metylpropan và 1-clo-2- metylpropan được tạo ra theo tỷ lệ phân tử gam là 1:2. Cho biết nguyên tử hidro ở cacbon bậc nhất hay bậc ba dễ phản ứng hơn.
Viết công thức cấu tạo của các dẫn xuất monoclo sinh ra khi clo hóa 2,2,4- trimetylpentan.
Bài 11. a) Viết công thức và gọi tên các đồng phân cấu tạo và đồng phân lập thể của những hợp chất có cùng thành phần C5H8(CH3)2.
b) Khi hidro hóa một trong các đồng phân trên là 1,2-dimetylxiclopentan nhờ xúc tác niken và nhiệt độ 3000C đã thu được heptan, 1,2-dietylpentan và 3- metylhecxan.
Viết các phương trình phản ứng và chỉ vị tí liên kết cacbon-cacbon trong vòng bị đứt.
Bài 12. a) Bằng các phản ứng hóa học hãy phân biệt các hợp chất trong từng cặp chất sau:
- Xiclopropan và propan
- 1,2-dimetylxiclopropan và xiclopentan - Xiclopentan và 1-peten
b) Hai hợp chất hữu cơ A và B đều làm mất màu dung dịch brôm trong tetraclorua cacbon. Chất A cho sản phẩm là 1,3-dibrombutan. Chất B cho sản phẩm là 1,2-dibrom-2-metylpropan. Xác định cấu tạo của A và B.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng Hóa học Hữu cơ – Tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục, 2003.
2. Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại, Cơ sở lý thuyết hoá hữu cơ, tập 1,2, NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1980
3. Chu Phạm Ngọc Sơn, Nguyễn Hữu Tính, Bài tập hóa học hữu cơ, NXB Hàn Thuyên, Thành phố Hồ Chí Minh, 1995.
4. Đặng Như Tại, Cơ sở lý thuyết hóa lập thể, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1998.
5. Thái Doãn Tĩnh, Cơ sở hoá học hữu cơ, Tập 1, 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
6. Ngô Thị Thuận Hoá học hữu cơ phần bài tập (tập 1,2), NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
CHƯƠNG 2. HIĐROCACBON KHÔNG NO