Phần hiđrocacbon A. Tóm tắt lí thuyết Ankan Ankan là những hiđrocacbon mạch hở, trong phân tử chỉ chứa các liên kết đơn. CTTQ của ankan là C n H 2n+2 với n 1. 1. Tính chất hóa học a. Phản ứng thế halogen (phản ứng halogen hóa): C n H 2n+2 + xCl 2 askt C n H 2n+1 Cl x + xHCl Ví dụ: CH 4 + Cl 2 askt CH 3 Cl + HCl CH 3 -CH 3 + Cl 2 askt CH 3 -CH 2 Cl + HCl Khi thực hiện phản ứng thế vào ankan, halogen có thể thay thế 1 hoặc nhiều nguyên tử H trong phân tử tuỳ theo điều kiện và tỉ lệ mol các chất tham gia phản ứng. Trong chơng trình phổ thông nếu cho tỉ lệ số mol ankan và halogen là 1:1 thì coi nh chỉ xảy ra phản ứng thế một nguyên tử H tạo ra dẫn xuất monohalogen (hay dẫn xuất một lần thế). Ankan có từ 3 nguyên tử C trở lên, khi tham gia phản ứng halogen hóa sẽ tạo ra hỗn hợp các sản phẩm là đồng phân của nhau trong đó sản phẩm chính đợc xác định theo quy tắc sau: Khi thực hiện phản ứng halogen hóa ankan, halogen sẽ u tiên thế vào H của C bậc cao hơn. Bậc của một nguyên tử C là số nguyên tử C khác liên kết trực tiếp với nó (đợc kí hiệu bằng các số la mã, đặt trên đầu mỗi nguyên tử C). Ví dụ: 1 CH 3 C CH 3 CH 3 CH CH 3 CH 2 CH 3 I I I III I II IV Ví dụ về cách xác định sản phẩm chính trong phản ứng halogen hóa: CH 3 CH CH 3 I I I III CH 3 + askt Cl 2 CH 3 C CH 3 CH 3 Cl CH 3 CH CH 3 CH 2 Cl sản phẩm chính sản phẩm phụ + HCl + HCl b. Phản ứng tách Dới tác dụng của nhiệt độ và xúc tác (Cr 2 O 3 , Fe, Pt, ) sẽ xảy ra phản ứng tách hiđro vầ phản ứng bẻ gãy liết kết C C. Ví dụ: CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH CH CH 3 CH 3 CH CH 2 H 2 H 2 C CH 2 CH 3 CH 3 + + CH 4 + t o , xt Chú ý: - Phản ứng tách hiđro chỉ xảy ra với ankan có từ 2C trở lên và không làm thay đổi mạch C. - Phản ứng bẻ gãy liên kết C C chỉ xảy ra với các ankan có từ 3C trở lên, với các ankan có từ 4C trở lên sẽ tạo ra hỗn hợp sản phẩm . c. Phản ứng oxi hóa 2 - Phản ứng cháy: C n H 2n+2 + 3n +1 2 O 2 nCO 2 + (n+1)H 2 O Ví dụ: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O - Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn: Khi có xúc tác và ở nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi. Ví dụ: CH 4 + O 2 o Ni,t CO + 2H 2 CH 4 + O 2 o Cu,200amt,t HCHO + H 2 O (anđehit fomic) 2 CH 4 + O 2 o 200 C,100atm 2 CH 3 OH CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 + 5 2 O 2 o 2+ t ,Mn 2CH 3 - COOH + H 2 O 2. Điều chế: a. Các phơng pháp chung điều chế ankan: - Từ hiđrocacbon không no: phản ứng hiđro hóa (phơng pháp giữ nguyên mạch cacbon) RCH=CHR + H 2 o Ni,t RCH 2 - CH 2 R RCCR + 2H 2 o Ni,t RCH 2 - CH 2 R Ví dụ: CH 2 =CH 2 + H 2 o Ni,t CH 3 - CH 3 CHCH + 2H 2 o Ni,t CH 3 - CH 3 - Từ dẫn xuất halogen: phản ứng Vuyêc (phơng pháp làm tăng mạch C) 2R X + 2Na R R + 2NaX 3 Ví dụ: 2CH 3 Cl + 2Na CH 3 CH 3 + 2NaCl - Từ muối của axit cacboxylic:phản ứng nhiệt phân (phơng pháp làm giảm mạch C) R- COONa + NaOH o CaO,t R H + Na 2 CO 3 Ví dụ: CH 3 CH 2 COONa + NaOH o CaO,t CH 3 CH 3 + Na 2 CO 3 b. Điều chế CH 4 - Trong phòng thí nghiệm + Từ nhôm cacbua: phản ứng thuỷ phân Al 4 C 3 + 12H 2 O 3CH 4 + 4Al(OH) 3 + Từ natri axetat: phản ứng nhiệt phân CH 3 COONa + NaOH o CaO,t CH 4 + Na 2 CO 3 - Trong công nghiệp Metan và các đồng đẳng đợc tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ. Trong khí thiên nhiên metan chiếm 70 95%. Xicloankan Xicloankan là những hiđrocacbon no mạch vòng. Trong chơng trình phổ thông chỉ xét các xicloankan có một vòng là monoxicloankan, thờng gọi đơn giản là xicloankan. CTTQ của xicloankan là C n H 2n với n 3. 1. Tính chất hóa học a. Phản ứng cộng mở vòng Xicloankan vòng 3, 4 cạnh có phản ứng cộng mở vòng: - Xiclopropan có phản ứng cộng với hiđro, halogen và cả axit: 4 + H 2 Ni, 80 0 C CH 3 CH 2 CH 3 + Br 2 CH 2 Br CH 2 CH 2 Br + HBr CH 3 CH 2 CH 2 Br - Xiclobutan chỉ có phản ứng cộng với hiđro: + H 2 Ni, 120 0 C CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 b. Phản ứng thế Xicloankan vòng 5. 6 cạnh trở lên không có phản ứng cộng mở vòng mà có phản ứng thế tơng tự các ankan. + Cl 2 as Cl + HCl + Cl 2 as + HCl Cl c. Phản ứng oxi hóa - Xicloankan không làm mất màu dung dịch KMnO 4 . - Phản ứng cháy: C n H 2n + 3n 2 O 2 n CO 2 + n H 2 O Ví dụ: C 3 H 6 + 9 2 O 2 3 CO 2 + 3 H 2 O 2. Điều chế 5 Các xicloankan đợc tách trực tiếp từ quá trình chng cất dầu mỏ hoặc từ các ankan tơng ứng: Ví dụ: CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 t 0 , xt + H 2 Hoặc từ phản ứng đóng vòng các dẫn xuất đihalogen (phản ứng Vuyêc): (CH 2 )n CH 2 Br CH 2 Br + 2Na (CH 2 )n CH 2 CH 2 2NaBr + Ví dụ: H 2 C CH 2 Br CH 2 Br + 2Na CH 2 CH 2 CH 2 2NaBr + Anken Anken là những hiđrocacbon mạch hở có một liên kết đôi trong phân tử. CTTQ của anken là C n H 2n với n 2. 1. Tính chất hóa học Do liên kết ở nối đôi của anken kém bền vững nên dễ bị đứt ra trong các phản ứng hóa học tạo thành liên kết với các nguyên tử khác, vì vậy phản ứng hóa học đặc trng của anken là phản ứng cộng, trùng hợp và oxi hóa. a. Phản ứng cộng hiđro: tạo ra ankan tơng ứng C n H 2n + H 2 o Ni,t C n H 2n+2 6 Ví dụ: CH 2 =CH 2 + H 2 o Ni,t CH 3 CH 3 b. Phản ứng cộng halogen: tạo ra dẫn xuất đihalogen C n H 2n + X 2 C n H 2n X 2n Ví dụ: CH 2 =CH 2 + Br 2 CH 2 Br - CH 2 Br Anken làm mất màu dung dịch brom, vì vậy ngời ta thờng dùng phản ứng này để nhận biết anken. c. Phản ứng cộng axit và cộng nớc Axit (HCl, HBr, HI, CH 3 COO-H, C 2 H 5 O-H, ) và n ớc H 2 O đợc kí hiệu chung là HX. C C + HX C C H X Ví dụ: CH 2 =CH 2 + HBr CH 3 - CH 2 Br CH 2 =CH 2 + H 2 O + o H , t CH 3 - CH 2 OH Khi cộng axit hay nớc vào các anken không đối xứng thờng tạo ra hỗn hợp sản phẩm là đồng phân của nhau; trong đó sản phẩm chính đợc xác định theo quy tắc Mac-côp-nhi-côp nh sau: Trong phản ứng cộng axit hoặc nớc (kí hiệu chung là HX) vào liên kết C=C của anken, H (phần mang điện tích dơng) cộng vào C mang nhiều H hơn (C bậc thấp hơn), còn X (phần mang điện tích dơng) cộng vào C mang ít H hơn (C bậc cao hơn). d. Phản ứng trùng hợp Phản ứng trùng hợp là quá trình cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tơng tự nhau thành những phân tử lớn gọi là polime. 7 Các phân tử nhỏ ban đầu gọi là các monome, số lợng mắt xích trong một phân tử polime gọi là hệ số trùng hợp. nR 1 R 2 C=CR 3 R 4 o t ,xt (- R 1 R 2 C C R 3 R 4 - ) n Ví dụ: n CH 2 =CH 2 o t ,xt (- CH 2 CH 2 -) n Một số polime thờng gặp và kí hiệu của chúng: Polietilen (PE) CH 2 CH 2 n Polipropen (PP) CH 2 CH n CH 3 Polistiren (PS) CH 2 CH n C 6 H 5 Polivinylclorua (PVC) CH 2 CH n Cl Polivinylaxetat CH 2 CH n OOC-CH 3 Polivinylancol CH 2 CH n OH e. Phản ứng thế: ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ thấp, anken dễ tham gia phản ứng cộng. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao (500 o C 600 o C) một số anken đầu dãy đồng đẳng có thể tham gia phản ứng thế bởi clo. Ví dụ: CH 2 =CH 2 + Cl 2 o 500 C ắắ ắđ CH 2 =CH Cl + HCl CH 2 =CH CH 3 + Cl 2 o 500 C ắắ ắđ CH 2 =CH CH 2 Cl + HCl f. Phản ứng oxi hóa - Phản ứng cháy (oxi hóa hoàn toàn) C n H 2n + 3n 2 O 2 n CO 2 + n H 2 O Ví dụ: C 2 H 4 + 3 O 2 2 CO 2 + 2 H 2 O - Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn 8 Anken bị oxi hóa không hoàn toàn bởi dung dịch KMnO 4 tạo ra hợp chất có 2 nhóm OH liền kề. Ví dụ: 3CH 2 =CH 2 + 3KMnO 4 + 4H 2 O 3HOCH 2 -CH 2 OH +2MnO 2 + 2KOH (etylen glicol) Hiện tợng: dung dịch KMnO 4 bị mất màu nên phản ứng này cũng đợc dùng để nhận biết anken. Etilen còn bị oxi hóa bởi oxi không khí khi có xúc tác PdCl 2 /CuCl 2 tạo thành anđehit axetic: 2 CH 2 = CH 2 + O 2 PdCl /CuCl 2 2 ắắ ắ ắ ắđ 2 CH 3 CHO Anddehit axetic 2. Điều chế - Từ rợu no, đơn chức: phản ứng tách nớc C C H OH H 2 SO 4 đ, 170 o C C C + H 2 O Ví dụ: CH 3 - CH 2 OH o H SO d,170 C 2 4 CH 2 =CH 2 + H 2 O - Từ dẫn xuất monohalogen: phản ứng tách HX + KOH C C H X r|ợu C C + KX + H 2 O Ví dụ: + KOH r|ợu H 2 C CH 2 + KCl + H 2 O CH 3 CH 2 Cl - Từ dẫn xuất 1,2-đihalogen: phản ứng tách halogen 9 C X C X Zn + C C ZnX 2 + Ví dụ: Br CH 2 CH 2 Br + Zn CH 2 = CH 2 + ZnBr 2 - Từ ankin: phản ứng hiđro hóa - C C - + H 2 Pd / PbCO 3 ắắ ắ ắắđ - CH = CH- Ví dụ: CH CH + H 2 Pd / PbCO 3 ắắ ắ ắắđ CH 2 = CH 2 Ankanđien Ankađien là những hiđrocacbon mạch hở có hai nối đôi trong phân tử. CTTQ C n H 2n-2 với n 3. ở đây chỉ xét tính chất của ankađien có hai nối đôi cách nhau một nối đơn gọi là ankađien liên hợp còn ankađien có hai nối đôi liền kề không bền, ankađien có hai nối đôi cách nhau từ hai nối đơn trở lên có tính chất tơng tự các anken. Do có liên kết trong phân tử nên ankađien liên hợp cũng có tính chất tơng tự nh anken nhng do ảnh hởng lẫn nhau của hai nối đôi nên khi tham gia phản ứng cộng xảy ra theo hai kiểu cộng -1,2 cộng -1,4. Ví dụ: CH 2 CH CH CH 2 + Br 2 CH CH 2 Br Br CHCH 2 1,2 1,4 Br CHCH 2 CH CH 2 Br 10 [...]... tiên xảy ra ở vị trí o- và p-; nhánh ankyl càng cồng kềnh thì phản ứng thế vào vị rí p- sẽ u tiên hơn cả CH3 CH3 + Br Feb, to + HBr + Br2 HBr CH3 Br - Phản ứng nitro hóa: Benzen và các ankylbenzen tham gia phản ứng nitro hóa khi cho phản ứng với hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đặc (gọi là hỗn hợp nitro hóa) Ví dụ: NO2 + HNO3đ H2SO4đ + to H2O Nitrobenzen có thể tiếp tục tham gia phản ứng thế vào các vị trí m- nếu... canxi cacbua và metan: điều axetilen CaC2 2 CH4 + 2 H2O 1500oC làm lạnh nhanh Ca(OH)2 + CH CH C2H2 + 3 H2 Benzen và ankylbenzen Benzen và các ankylbenzen hợp thành dãy đồng đẳng của benzen có CTTQ là CnH2n-6 với n 6 1 Tính chất hóa học a Phản ứng thế: - Phản ứng halogen hóa Br + Br2 Feb, to 15 + HBr Với các ankylbezen, khi phản ứng với halogen có mặt Fe bột, to cũng xảy ra phản ứng thế vào vòng benzen,... ở điều kiện khó khăn hơn CH3 CH3 + HNO3đ NO2 H2SO4đ + H2O + to H2O CH3 NO2 16 Quy tắc thế vào vòng benzen: Khi ở vòng benzen có nhóm ankyl (hoặc các nhóm OH, -NH 2, -OCH3, -Hal) phản ứng thế vào vòng sẽ u tiên xảy ra ở vị trí o- và p- Còn nếu ở vòng đã có sẵn nhóm -NO2 (hoặc các nhóm COOH, -SO3H,) phản ứng thế vào vòng sẽ u tiên xảy ra ở vị trí m- Chú ý: Các nhóm ankyl của ankylbenzen có phản ứng thế... cũng xảy ra theo hai giai đoạn, nếu có xúc tác và nhiệt độ thích hợp có thể dừng lại ở giai đoạn một CH CH + HCl HgCl ắắ ắ 2oC CH2 = CH Cl ắắ đ 150-200 CH2 = CH Cl + HCl CH3 CHCl2 (vinyl clorua) (1,2-đicloetan) xt đ CH CH + CH3 COOH ắắ CH2 = CH OOC CH3 (vinyl axetat) 13 - Cộng H2O: Ankin cộng H2O có mặt xúc tác HgSO 4/H+ tạo thành hợp chất không bền và chuyển ngay thành anđehit (với axetilen)... C2H5OH o t , xt CH2 = CH CH = CH2 + 2H2O + H2 Một số cao su thờng gặp: Cao su buna ( Polibuta-1,3-dien) CH2 CH CH Cao su isopren (Poliisopren) CH2 CH Cao su cloropren (Policlropren) CH2 Cao su buna - N CH2 C CH2 CH3 CH C CH2 Cl n n n CH2 CH CH CH2 CH CH2 CN Cao su buna - S CH2 CH CH CH2 CH CH2 C6H5 12 n n H2 Ankin Ankin là những hiđrocacbon mạch hở có một liên kết ba trong phân tử CTTQ là CnH2n-2 với... (3) (B) + Cl2 (4) (F) (5) (H) + Cl2 (6) (I) + + as (D) + (E) (F) + (G) (H) + NaCl Na as (I) + (G) (A) + NaCl Na Bài làm: Từ điều kiện đặc biệt của phản ứng (2) (B) là CH4, (D) và (E) là CHCH và H2 Theo các phản ứng (2) (6) và (1) (F) là CH3Cl, (G) là HCl, (H) là CH3-CH3, (I) là CH3-CH2Cl, (A) là CH3-CH2-CH2-CH3, (C) là CH3-CH=CH2 Các phơng trình hóa học xảy ra nh sau: 23 CRK (1) CH3 CH2 CH2 CH3 (A)... HgSO , H SO 4 2 CH CH + H2O ắắ ắ ắ ắ4 đ CH3 CHO ắ 80oC (anđehit axetic) HgSO , H SO 4 CH C CH3 + H2O ắắ ắo 2ắ4 đ CH3 CO CH3 (axeton) ắ ắ t C Phản ứng cộng vào ankin cũng tuân theo quy tắc Maccôpnhicôp nh với anken b Phản ứng đime hóa và trime hóa - Phản ứng đime hóa: 2 CH CuCl, NH4Cl CH CH2 CH C CH t0 (vinylaxetilen) - Phản ứng trime hóa: o C,600 ắắ ắCđ ắ 3 CH CH C6H6 (benzen) Ankin không có... polipropen C3H4 Bài 5: Viết các phơng trình hóa học hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau, các chất hữu cơ đợc viết dới dạng CTCT và ghi rõ điều kiện của mỗi phản ứng: p - bromtoluen p - nitrotoluen n-heptan toluen metylxiclohexan benzylclorua benzen axit benzoic Bài 6: Hãy xác định các chất A, B, X và viết các phơng trình hóa học xảy ra theo sơ đồ biến hóa sau: 27 + Br2 + H2O X (n - CxH2x+2) A (có đồng phân hình... thích hợp cho các chất A, B, C, D, E, F, H, G, I và viết các phơng trình hóa học xảy ra theo sơ đồ chuyển hóa dới đây, cho biết điều kiện xảy ra với từng phản ứng B CH4 1500OC làm lạnh nhanh C polivinylclorua (PVC) D A polietilen (PE) povinylaxetat (PVA) F polibut-1,3-dien H policloropren G E I polipropen Bài 8: Xác định CTCT của các chất A, B, C, D và viết phơng trình hóa học xảy ra theo sơ đồ sau:... sau: C2H2 C, 600OC A + C2H5Cl AlCl3, t O B + Cl2 as Bài 9: 28 C KOH rượu D trùng hợp polistiren Xác định CTCT của X, Y, Z, T và hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau: +3HNO3 H2SO4 n - heptan xt, tO X + dd KMnO4l to toluen Y + Br2 Fe, to Z + Cl2 as T Bài 10: Xác định CTCT của X, Y, Z và hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau: CH3 n-hexan X Y NO2 NO2 Z Br Bài 11: Xác định các chất A, B, C, D trong sơ đồ chuyển hóa . halogen hóa ankan, halogen sẽ u tiên thế vào H của C bậc cao hơn. Bậc của một nguyên tử C là số nguyên tử C khác liên kết trực tiếp với nó (đợc kí hiệu bằng các số la mã, đặt trên đầu mỗi nguyên tử. monome, số lợng mắt xích trong một phân tử polime gọi là hệ số trùng hợp. nR 1 R 2 C=CR 3 R 4 o t ,xt (- R 1 R 2 C C R 3 R 4 - ) n Ví dụ: n CH 2 =CH 2 o t ,xt (- CH 2 CH 2 -) n Một. ứng thế vào ankan, halogen có thể thay thế 1 hoặc nhiều nguyên tử H trong phân tử tuỳ theo điều kiện và tỉ lệ mol các chất tham gia phản ứng. Trong chơng trình phổ thông nếu cho tỉ lệ số mol