Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thơng Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HĨA HỮU CƠ 1.1 HÓA HỌC HỮU CƠ VÀ HỢP CHẤT HỮU CƠ: 1.1.1 Hợp chất hữu cơvà hóa học hữu cơ: a Khái niệm hợp chất hữu hóa học hữu cơ: Hợp chất hữu hợp chất bon ( trừ CO, CO2, muối cacbonat, xianua, cacbua,…) Hợp chất hữu để chất tạo từ thể sống, tức từ sinh vật (để phân biệt hợp chất vô tạo từ khống chất ) Người ta cịn cho “lực sống” Hóa học hữu ngành khoa học tự nhiên chuyên nghiên cứu hợp chất chất hữu b Đặc điểm chung hợp chất hữu cơ: - Về thành phần cấu tạo: thành phần hợp chất hữu thiết phải có cacbon thường có hiđro, oxi có nitơ, photpho, lưu huỳnh, halogen Liên kết chủ yếu hợp chất hữu liên kết cộng hóa trị, có liên kết ion Nguyên tử cacbon không lien kết với nguyên tử nguyên tố khác mà lien kết với liên kết tương đối bền đa dạng - Về tính chất vật lý: hợp chất hữu thường có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi thấp, khơng tan tan nước tan dung môi hữu - Về tính chất hóa học: Đa số chất hữu cháy bị đốt, hợp chất hữu thường bền nhiệt chất oxi hóa mạnh Các phản ứng hóa học có hợp chất hữu tham gia thường xảy với tốc độ chậm khơng hồn tồn khơng theo hướng định nên thường sinh nhiều sản phẩm phụ 1.1.2 Phương pháp tách tinh chế hợp chất hữu cơ: - Pương pháp chưng cất: để tách chất lỏng có nhiệt độ sơi khác ta dung chưng cất thường chưng cất phân đoạn - Phương pháp chiết: hai chất lỏng khơng hịa tan vào chất lỏng có khối lượng riêng nhỏ phía trên, chất lỏng có khối lượng lớn phía dung phểu chiết để tách - Phương pháp tinh chết: gồm phương pháp hịa tan, lọc nóng, kết tinh, lọc hút 1.2 PHÂN LOẠI HỢP CHẤT HỮU CƠ: 1.2.1 Phân loại hợp chất hữu a Phân loại: Hợp chất hữu phân thành hiđrocacbon dẫn xuất hiđrocacbon Hiđrocacbon hợp chất hữu tạo thành từ hai nguyên tố C H: gồm hiđrocacbon no, hiđrocacbon không no hiđrocacbon thơm Dẫn xuất hiđrocacbon hợp chất hữu phân tử ngồi C, H cịn có hay nhiều nguyên tử nguyên tố khác O, N, S, halogen…:gồm dẫn xuất halogen, ancol, anđehit, axit… b Nhóm chức: nhóm nguyên tư gây phản ứng hóa học đặc trưng phân tử hợp chất hữu Ví dụ: R – OH Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thơng Với R ( phần gốc rađical có hóa trị 1) kí hiệu gốc hiđrocac bon OH nhóm chức (hyđroxyl ) 1.2.2 Danh pháp hợp chất hữu cơ: Trong hóa hữu tồn nhiều danh pháp khác danh pháp thông thường, danh pháp thương mại, danh pháp Giơ-ne-vơ ( 1892 ), danh pháp IUC ( International Union Chemistry 1950 ), danh pháp IUPAC ( International Union of Pure and Applied Chemistry 1957 )… a Tên thông thường: Gọi tên hợp chất theo lịch sử thu nhận theo nguồn gốc nguyên liệu ban đầu, theo phương pháp tổng hợp…như khí mỏ (từ mỏ), axit focmic (kiến), vanilin ( vani – vani )…Nhiều chất gọi tên theo nhà bác học tìm chúng b Tên hệ thống theo danh pháp IUPAC - Tên gốc – chức: Tên phần gốc Tên phần định chức CH3CH2 – Cl CH3CH – O – COCH3 CH3CH2 – O – CH3 (etyl clorua) ( etyl axetat ) (eyl metyl ete) - Tên thay thế: Phần thay Tên mạch cacbon Tên phần định thức (có thể khơng có) (phần bắt buột phải có) (bắt buột phải có) H3C – CH3 ( et + an ) etan H3C – CH2 – Cl ( clo + et + an ) cloetan H2C = CH2 ( et + en ) eten CH2 = CH – Cl ( clo + et + en ) clo eten OH 4 CH2 = CH – CH2 – CH3 CH3 – CH = CH – CH3 CH3 – CH – CH = CH2 but – – en but – – en but – – en – – ol Chú ý :êtylen (H2C = CH2 ) allen ( CH = C = CH ) khơng theo hệ thống IUPAC 1.3 CƠNG THỨC PHÂN TƯ HỢP CHẤT HỮU CƠ: 1.3.1 Công thức đơn giản nhất: a Công thức tổng quát, công thức phân tư công thức đơn giản - Công thức tổng quát: cho biết phân tử hợp chất hữu chất hữu có loại nguyên tố Kí hiệu : CxHyOzNt ( x, y, z, t nguyên dương ) - Công thức phân tử: cho biết số lượng nguyên tử nguyên tố tạo nên phân tử phân tử chất hữu - Công thức đơn giản nhất: cho biết tỉ lệ số nguyên tử nguyên tổ có phân tử ( biểu diễn tỉ lệ số nguyên tố tối giản ) b Thiết lập công thức đơn giản nhất: Từ kết phân tích hợp chất CxHyOzNt lập tỉ lệ chuyển tỉ lệ tối giản nhất: x : y : z : t = %C/12 : %H/1 : %O/16 : %N/14 = …= p : q : r : t 1.3.2 Thiểt lập công thức phân tử a Xác định khối lượng mol phân tử: - Đối với chất khí chất lỏng dể hóa hơi: xác định khối lượng mol phân tử dựa vào tỉ khối: MA = MB.dA/B ; MA = 29.dA/KK Đối với chất rắn chất lỏng khó bay hơi: độ giảm nhiệt độ đơng đặc đo độ tăng nhiệt độ sôi, dung phương pháp phổ khối lượng b Thiết lập công thức phân tử Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thông - Thiết lập công thức phân tử qua công thức đơn giản - Thiết lập công thức phân tử qua không qua công thức đơn giản 1.4 CẤU TRÚC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ: 1.4.1 Thuyết cấu tạo hóa học: Trong thuyết đưa để giải thích cấu tạo hợp chất hữu thuộc nhiều hệ khác đáng ý thuyết: - Thuyết kiểu Zerar: hợp chất hữu phân bố theo kiểu H2O, HCl, H3N, H2 thay thê hyđrô kiểu gốc hữu sẻ thu chất khác VD H CH3 C H5 C2H3O O O O O H H H H nước metanol êtanol axit axetic Năm 1851 Viliamxơn đưa thuyết rađical nhiều nguyên tử - tức rađicalcó khả thay nhiều hyđrô kiểu - Thuyết cấu tạo A.M.Buttlerop: Năm 1861 thuyết cấu tạo hóa học Buttlerop đời tảng cho phát triển hóa học hữu Đây bướt nhảy vọt thuyết hóa học hữu a Nội dung thuyết cấu tạo hóa học ( A.M.Buttlerop ) - Các nguyên tử phân tử hợp chất hữu xếp hỗn độn, vô trật tự mà nguyên tử liên kết với theo hóa trị theo thứ tự định Thứ tự liên kết gọi cấu tạo hóa học Sự thay đổi thứ tự liên kết đó, tức thay đổi cấu tạo hóa học sẻ tạo chất khác - Trong phân tử hợp chất hữu cơ, cacbon có hóa trị Ngun tử cacbon khơng liên kết với nguyên tử nguyên tố khác mà liên kết với tạo thành mạch cac bon - Tính chất chất phụ thuộc vào thành phần phân tử ( chất số lượng nguyên tử ) cấu tạo hóa học ( thứ tự liên kết nguyên tử ) Các nguyên tử phân tử có ảnh hưởng qua lại lẫn b Đồng đẵng, đồng phân: - Đồng đẵng: Đồng đẵng tượng chất có cấu tạo tính chất tương tự nhau.Nhưng thành phần phân tử khác hay nhiều nhóm – CH2 ( metylen ) Nhưng chất gọi đồng đẵng - Đồng phân: Những hợp chất khác có cơng thức phân tử chất đồng phân Các loại đông phân: đồng phân cấu tạo, đồng phân lập thể ( đồng phân quang học, đồng phân hình học ) 1.4.2 Liên kết phân tử hợp chất hữu cơ: a Các loại liên kết phân tử hợp chất hữu cơ: Sự phát triển thuyết liên kết hóa học – tức lực nguyên tử với phân tử Có hai thuyết thuyết liên kết ion ( W.Kosell – 1926 ) thuyết liên kết cộng hóa trị ( G.N.Lewis ) - Liên kết ion (liên kết điện hóa trị ): hình thành chuyển nhiều electron từ nguyên tử sang nguyên tử tạo ion đương âm liên kết với lực hút tỉnh điện - Liên kết cộng hóa trị: hình thành nguyên tử dùng chung cặp electron hóa trị Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thông + Liên kết đơn: tạo cặp electron dùng chung biểu diễn dấu chấm hay gạch nối giữu nguyên tử Liên kết đơn thuộc loại liên kết  + Liên kết bội: Liên kết đôi: tạo cặp electron dùng chung biểu diễn dấu chấm hay gạch nối Liên kết đôi gồm liên kết  liên kết  Liên kết tạo cặp electron dùng chung biểu diễn dấu chấm hay gạch nối Liên kết gồm 1liên kết  liên kết  Nguyên tử C sử dụng obitan lai hóa để tạo liên kết  theo kiểu xen phủ trục: sử dụng obitan p để tạo liên kết  theo kiểu xen phủ bên: b Các loại công thức cấu tạo: - Công thức khai triển: H H – C – C – C –C –H H H H H H H H – C –C – C = C – H H CH3CH2CH = CH2 CH3 - Công thức thu gọn: H H–C–C–H H H H C H H H H H - Công thức thu gọn: CH3 – CH – CH2 – CH3 H H C H CH2 – CH2 CH2 1.4.3 Đồng phân cấu tạo: a Khái niệm đồng phân cấu tạo: Những hợp chất hữu có cơng thức phân tư có cấu tạo hóa học khác gọi đồng phân cấu tạo Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thông b Phân loại: Những đồng phân khác chất nhóm chức gọi đồng phân nhóm chức Những đồng phân khác phân nhánh mạch cacbon gọi đồng phân mạch cacbon Những đồng phân khác vị trí nhóm chức gọi đồng phân vị trí nhóm chức 1.4.4 Cách biểu diễn cấu trúc không gian phân tử hữu cơ: a Công thức phối cảnh: H H H H Cl H H Cl Cl H ClCH2 – CH2Cl CH3Cl b Mơ hình phân tử: Mơ hình rổng: Mơ hình đặc: CH3 – CH3 CH3 – CH3 1.4.5 Đồng phân lập thể: a Đồng phân lập thể: đồng phân cấu tạo hóa học ( cơng thức cấu tạo ) khác phân bố không gian nguyên tử phân tử (tức khác cấu trúc không gian phân tử) Ví dụ: đicloeten trans - đicloeten Cl H C C H Cl cis - đicloetenCl Cl C H C H Hiện đồng phân lập thể chia thành loại: đồng phân quang học, đồng phân hình học đồng phân cấu dạng b Cấu tạo hóa học cấu trúc hóa học: - Cấu tạo hóa học: biết thứ tự liên kết, loại liên kết số liên kết phân tử chất hữu cấu trúc không gian cua chúng - Cấu trúc hóa học: biết cấu tạo hóa học cấu trúc không gian phân tử chất hữu Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thông 1.5 PHẢN ỨNG HỮU CƠ: 1.5.1 Phân loại phản ứng hữu cơ: - Phản ứng thê: ( kí hiệu S từ chữ Substiution tức ) R–H + Cl – Cl as R – Cl + HCl R–X + Y R–Y + X- Phản ứng cộng: ( kí hiệu A từ chữ Addition tức cộng hợp ) H2C = CH2 + H2 Ni t0 H3C – CH3 - Phản ứng tách: (kí hiệu E từ chữ Elimination tức tách ) CH3 – CH2OH H+,1700C CH2 = CH2 + H 2O Ngồi cịn phản ứng phân hủy phá hủy phân tử thành nguyên tử phân tử nhỏ 1.5.2 Các kiểu phân cắt liên kết cộng hóa trị: a Phân cắt đồng li: đôi electron dùng chung chia cho hai nguyên tử tạo tiểu phân mang electron độc thân gọi gốc tự b.Phân cắt dị li: nguyên tử có độ âm điện lớn chiếm cặp electron dùng chung tạo thành anion nguyên tử có độ âm điện bé bị electron thành cation HIĐROCABON Hiđrocacbon hợp chất hữu đơn giản chứa hai nguyên tố cacbon hiđro dựa vào cấu tạo khác chia làm hai loại hợp chất không thơm hợp chất thơm chia thành hợp chất no khơng no Chương 2: HIĐRƠCACBON NO Hiđrocacbon no ( cịn gọi hiđrocacbon bảo hòa ) loại hiđrocacbon mà phân tử có liên kết đơn chia làm hai loại ankan xicloankan 2.1.ANKAN Là hiđrocacbon no mạch hở ( trước gọi parafin từ chữ la tinh parumaffinnis tức lực hóa học yếu ) 2.1.1 Đồng đẵng, đồng phân danh pháp: a Đồng đẵng: gồm chất: mêtan CH4(n=1), etan C2H6(n=2) propan C3H8(n=3) ….có cơng thức chung CnH2n + Chúng hợp thành dãy đồng đẵng gọi dãy đồng đẵng metan b Đông phân: Cùng với tăng lên số lượng nguyên tử cacbon phân tử sẻ làm tăng số lượng khả phân bố khác nguyên tử cacbon dẫn đến tạo thành đồng phân khác nên ankan có đồng phân cấu tạo đồng phân mạch cacbon c Bậc cacbon: Bậc nguyên tử cacbon số nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với - Nguyên tử cacbon bậc I, II, III, IV nguyên tử cacbon liên kết với một, hai, ba, bốn nguyên tử cacbon khác VD: H H H H H H CH3H I II II I I III IV I H–C–C–C–C–H H–C–C–C–C–H H H H H Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc H CH3 CH3H Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thơng ( ankan không phân nhánh ) ( ankan phân nhánh ) d Danh pháp: - Danh pháp không phân nhánh: theo IUPAC Nhóm ngun tử cịn lại sau bớt nguyên tử hiđro từ phân tử ankan gọi nhóm ankyl Tên số ankan nhóm ankyl không phân nhánh CnH2n +2: Ankan CnH2n +1: Ankyl Công thức Tên Công thức Tên CH4 Mêtan CH3Metyl CH3CH3 Etan CH3CH2Etyl CH3CH2CH3 Propan CH3CH2CH2Propyl CH3(CH2)2CH3 Butan CH3(CH2)2CH2Butyl CH3(CH2)3CH3 Pentan CH3(CH2)3CH2Pentyl CH3(CH2)4CH3 Hexan CH3(CH2)4CH2Hexyl CH3(CH2)5CH3 Heptan CH3(CH2)5CH2Heptyl CH3(CH2)6CH3 Octan CH3(CH2)6CH2Octyl CH3(CH2)7CH3 Nonan CH3(CH2)7CH2Nonyl 10 CH3(CH2)8CH3 Đecan CH3(CH2)8CH2Đecyl 11 CH3(CH2)9CH3 Unđecan CH3(CH2)9CH2Unđecyl 12 CH3(CH2)10CH3 Đođecan CH3(CH2)10CH2Đođecyl 20 CH3(CH2)18CH3 Eicosan CH3(CH2)18CH2Eicosyl - Ankan phân nhánh: Chọn mạch cacbon dài có nhiều nhánh làm mạch Đánh số thứ tự nguyên tử cacbon mạch cho số vị trí nhóm nhỏ Gọi tên nhóm theo thứ tự quy tắt α ( đặt trước tên nhánh theo thứ tự bảng chữ ) Nếu có nhiều nhánh tên sau tất số vị trí trước tên nhóm ta thêm tiền tố ( hai ), tri ( ba ), tetra ( bốn ), penta ( năm ) để số lượng nhóm tên Dấu – để nối số với tên nhánh, dấu , để phân cách hai số cạnh Số vị trí – Tên nhánh + Tên mạch + an Ví dụ: n CH3 CH3 CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH – CH3 CH2 – CH3 3 – etyl CH – 2,5,5 – trimetylheptan (không đọc 2,5,5 trimetyl – – etylheptan) IUPAC chấp nhận tên thong thường AnKan phân nhánh nguyên tử cacbon: CH3 – CH(CH3) – CH3 , CH3 – CH(CH3) – CH2 – CH3 , CH3 – C(CH3)2 – CH3 Isobutan isopentan neopentan Một số nhóm anlyl phân nhánh: Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thông Công thức (CH3)2CH – Tên gọi isopropyl isobutyl ( – metylprppyl ) sec – butyl ( – metyl propyl ) tert – butyl ( 1,1 – đimetyletyl ) neopentyl ( 2,2 – đimetylpropyl ) (CH3)2CHCH2 – CH3CH2(CH3)CH – (CH3)3C – (CH3)3CCH2 – 2.1.2 Cấu trúc phân tử tính chất vật lí: a Cấu tạo hóa học: Ngun tử cacbon Ankan trạng thái lai hóa sp3 - Liên kết phân tử ankan: liên kết đơn b Cấu trúc không gian AnKan: Cấu trúc rổng: CH3 CH3 – CH2 – CH3 Cấu trúc đặc: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH3 CH3 CH3 – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH3 Cấu dạng: c Tính chất vật lý: Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thông Ở nhiệt độ thường, Ankan từ CH4 đến C4H10 trạng thái khí,từ C5H12 đến khoảng C18H38 chất loảng, từ khoảng C18H38 trở lên chất rắn Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sô tăng dần khối lượng phân tử tăng, nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơ thay đổi cấu trúc thay đổi Các Ankan không tan nước tan nhiều dung mơi hữu cơ, ankan khơng có tính hiđrophin ( ưa nước ) mà có tính hiđrophobic ( kị nước ) 2.1.3 Tính chất hóa học : Ankan có lực hóa học yếu, khả phản ứng yếu, khơng có khả kết hợp với hiđrô nên gọi hiđrocacbon no Ở nhiệt độ thường, ankan tương đối trơ mặt hóa học, có xúc tác nhiệt độ cao, ankan tham gia phản ứng thế, tách, oxi hóa không tham gia phản ứng cộng Phản ứng ankan thường xảy theo chế gốc a Phản ứng thế: ( gốc – SR ) Cở chế phản ứng: Phản ứng : R–H + X2 askt Giai đoạn 1: ( khơi mào ) X2 hf 2X* Giai đoạn 2: ( phát triển ) R–H + X* R* + HX R* + X2 R – X + X* Giai đoạn : ( kết thúc ) X* + X* X2 * * R + X R–X * * R + R R–R CH4 + Cl2 hv CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4 + HCl Metylclorua Metylenclorua Clorofom Cacbontetraclorua Clometan Điclometan Triclometan Tetraclometan b.Phản ứng tách: ( Phản ứng nhiệt phân ) - Phản ứng tách hiđro: ( đehiđro hóa – dehydrogenation ) CnH2n+2 Ni, t0 CnH2n + H2 Áp dụng chủ yếu ankan có phân tử khối thấp Các Ankan từ C2H6 – C4H10 bị tách thành Anken: CH3 – CH3 xt, t0 CH2 = CH2 + H2 CH3CH2CH2CH3 xt, t CH3 – CH = CH – CH3 + H2 Các phản ứng thuận nghịch, điều kiện tạo phản ứng hiđrohoa anken Ankan từ C5H12 tạo xicloankan, cịn C6H14 – C8H18 tạo aren CH3(CH2)3CH3 xt, t0 CH3(CH2)4CH4 xt,t0 C H6 -Phản ứng Cracking: ( Phản ứng cắt mạch ) CnH2n+2 xt, t0 CxH2x+2 + Ankan Ankan CH3(CH2)2CH3 xt, t0 CH4 CH3(CH2)2CH3 xt, t CH3 – CH3 Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc + H2 + 4H2 CyH2y ( Với n = x + y ) Anken + CH2 = CH – CH3 + CH2 = CH2 Trang Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thơng c Phản ứng oxi hóa: - Oxi hóa hồn tồn: CnH2n +2 + O2 nCO2 + ( n + )H2O CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O - Oxi hóa khơng hồn tồn: CH4 + O2 NO,600 HCH=O + H2O 2.1.4 Điều chế: a Trong công nghiệp: chưng cất phân đoạn dầu mỏ thu ankan b Trong phịng thí nghiệm: Các ankan từ CH4 – C4H10 ta nhiệt phân điện phân muối kim loại axit ankanoic Nhiệt phân hỗn hợp “vôi xút” (CaO +NaOH rắn) R – COONa + NaOH CaO, t R – H + Na2CO3 CH3COONa + NaOH CaO, t CH4 + Na2CO3 Điên phân theo phương pháp Konbơ: 2R – COONa + 2H2O điện phân R – R + CO2↑ + 2NaOH + H2↑ Metan cịn điều chế từ nhôm cacbua: Al4C3 + 12H2O 3CH4 + 4Al(OH)3 2.2 XIClOANKAN : Là hiđrocacbon no mạch vịng.xicloankan có vịng gọi monoxicloankan, xicloankan có nhiều vịng gọi polixicloankan Monoxicloankan có cơng thức chung CnH2n (n≥ 3) 2.2.1.Cấu trúc, đồng phân, danh pháp: a Cấu trúc phân tư số xicloankan: Công thức phân tử C H6 C4H8 C5H10 0C 0 Công thức cấu tạo Mơ hình rổng Mơ hình đặc b Đồng phân cách gọi tên monoxicloankan: - Quy tắc: Số vị trí nhánh – tên nhánh + xiclo + tên mạch + an Mạch mạch vòng, đánh số cho tổng số vị trí nhánh nhỏ Monoxicloankan có đồng phân cở vòng phân nhánh Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang 10 Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thơng VD: Xicloankan C5H10 có đồng phân: CH3 CH2CH3 H3C CH3 CH3 CH 1,1 – Đimetylxiclo 1,2 – Đimetylxiclo Propan Propan Xiclo Metylxiclo Etylxiclo Pentan Butan Propan 2.2.2 Tính chất : a Tính chất vật lý: Các xicloankan nói chung nhẹ nước, nặng ankan có số ngun tử C Tính tan xicloankan tương tự tính tan ankan Xicloankan thuộc loại lipophin (ưa dầu mở) hiđrophobic (kị nước) b Tính chất hóa học: - Phản ứng mở vịng xicloankan xiclobutan: + H2 + Br2 + HBr Ni, 800C + C6H6 Al2O3,t0 CH3 – CH2 – CH3 propan Br – CH2 – CH2 – CH2 – Br 1,3 – đibrompropan CH – CH2 – CH2 – Br – brompropan CH3 – CH2 – CH2 – C6H5 Xiclobutan có phản ứng cộng với hiđro nhiệt độ cao xiclopropan: + H2 Ni, 120oC - Phản ứng thế: SR Phản ứng xicloankan tương tự ankan: + Cl2 + CH3 – CH2 – CH2 – CH3 Butan Cl Br2 + HCl Br + HBr - Phản ứng nhiệt phân : Xicloankan bị đề hiđro hóa thành hiđrocacbon thơm, phản ứng sử dụng phương pháp refoming nhằm tăng số octan xăng CH3 Pt/SiO2, 5000C > 5000C CH3 >5000C Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc + 3H2 + 3H2 CH3 Trang 11 Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thơng - Phản ứng oxi hóa: CnH2n O2 nCO2 + nH2O C6H12 + 9O2 6CO2 + 6H2O Xicloankan không làm màu dung dịch KMnO4 2.2.3 Điều chế: Thông thường dùng phản ứng đóng vịng hợp chất khơng vịng: - Đóng vịng dẫn xuất đihalogen Na Zn ( giống phản ứng Vuyếc ): Br(CH2)nBr +Na (CH2)n + NaBr - Đóng vịng ankan: CH3[CH2]4CH3 + H2 Chương HIĐROCACBON KHƠNG NO Hiđrocacbon khơng no ( cịn gọi hiđrocacbon khơng bảo hịa ) loại hiđrocacbon mà phân tử có chứa liên kết đơi ( C = C ) liên kết ba ( C ≡ C ) có hai loại liên kết Hiđrocacbon không no chứa liên kết đôi C = C gọi anken, chưa liên kết ba C ≡ C ankin, chứa đồng thời liên kết đôi liên kết ba gọi ankenin 3.1 ANKEN Anken trước gọi olefin (có nghĩa tạo dầu) hiđrocacbon khơng no có chứa liên kết đơi C = C 3.1.1 Đồng đẵng danh pháp: a Dãy đồng đẵng tên gọi thông thường anken: - Dãy đồng đẵng gồm chất : C2H4 (etilen), C3H6 (propilen), C4H8 (butilen) …đều có liên kết đơi C = C có cơng thức chung CnH2n (n ≥ 2) gọi dãy đồng đẵng etilen - Tên thơng thường: Anken có tên lích sử olefin nên số anken đơn giản gọi tên cách lấy tên ankan tương ứng đổi đuôi an thành đuôi ilen CH2 = CH – CH3, CH2 = CH – CH2 – CH3, CH2 = C(CH3) – CH3, (CH3)2C=C(CH3)2 Propilen α – Butilen Isobutilen Trimetyletilen b.Tên thay thế: (Danh pháp IUPAC) - Mạch mạch cacbon dài có chứa liên kết đơi - Đánh số C mạch phía gần liên kết đơi - Gọi tên nhánh (theo thứ tự vần chữ cái) số vị trí đặt trước tên - Gọi tên mạch theo quy tắc sau: ANKEN Số vị trí nhánh – Tên nhánh +Tên mạch – số vị trí nối đối – en VD: CH2 = CH – CH3, CH2 = CH – CH2 – CH3, CH2 = C(CH3) – CH3, (CH3)2C=C(CH3)2 propen but – – en – metylpropen 2,3 – đimetylbut – – en 3.1.2.Cấu trúc đồng phân : a.Cấu trúc: Mơ hình rổng Mơ hình đặc Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang 12 Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thơng CH2 = CH2 CH2 = CH2 Hai nguyên tử mang nối đôi anken trạng thái lai hóa sp2.Liên kết  hình thành xen phủ trục hai orbital lai hóa sp2 Liên kết  hình thành xen phủ bên orbital p thuân kiết H H C C H H Hai nguyên tử C liên kết đôi nguyên tử H liên kết trực tiếp với chúng nằm mặt phẳng gọi mặt phẳng phân tử Mặt phẳng chứa orbital  trục liên kết C – C, vuông phẳng với mặt phẳng phân tử gọi mặt phẳng  b Đồng phân: - Đồng phân cấu tạo: Các anken từ C4H8 trở lên có đồng phân mạch cacbon đồng phân vị trí liên kết đơi: VD: C4H10 có đồng phân CH2 = CH – CH2 – CH3 , CH2 = C(CH3) – CH3 , CH3 – CH = CH – CH3 - Đồng phân hình học: (Đồng phân khơng gian) Đồng phân hình học loại đồng phân xuất cản trở quay gốc tự nguyên tử xung quanh liên kết đơi C = C, đồng phân có hai nhóm hai nguyên tử giống nằm phía mặt phẳng đồng phân cis, khác phía đồng phân trans VD C4H10 cis – but – – en trans – but – – en Đồng phân hình học xuất nhóm nguyên tử cacbon nôi đôi khác nhau: Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang 13 Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thông VD: CH3 – CH = CH2 , C2H5 - CH = CH2 , CH2 = C(CH3)2 khơng có đơng phân hình học, cịn (Cl)HC=CH(Cl) có đơng phân cis – đicloeten trans – đicloeten Đặc điểm đồng phân hình học có tính chất vật lí khác nhau, có tính chất hóa học tương tự mức độ tham gia phản ứng hóa học khác phân bố khơng gian khác 3.1.3 Tính chất vật lí: Nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy khối lượng riêng anken không khác nhiều so với ankan tương ứng Nhưng thường nhỏ so với xicloankan tương ứng Các Cis – anken có nhiệt độ nóng chảy thấp có nhiệt độ sơi cao so với đồng phân trans – anken Ở điều kiên thường, anken từ C2 đến C4 chất khí Các anken nhẹ nước Các anken không tan nước, tan tốt dung mơi khơng phân cực Anken có tên lịch sử olefin (có nghĩa tạo dầu) nên tan tốt dầu mở Các anken thường chất khơng màu 3.1.4 Tính chất hóa học: Liên kết  nối đôi anken bền vững, nên phản ứng để bị đứt tạo thành liên kết  nên nhóm C = C định tính chất hóa học đặc trưng anken Anken có phản ứng hóa học đặc trưng phản ứng cộng (cộng theo kiểu phân cực: AE, công khơng phân cực: AR, cộng H2) ngồi cịn phản ứng trùng hợp(polime hóa), phản ứng oxi hóa a Phản ứng cơng hiđro: (phản ứng hiđro hóa) có mặt chất xúc tác Pt, Ni, Pd, nghiền nhỏ dạng tinh kiết: CnH2n + H2 CnH2n + C2H4 + H2 C2H6 b Phản ứng cộng halogen: CnH2n + X2 CnH2nX2 Phản ứng xảy theo chế AE (cộng electrophin) gồm hai giai đoạn: R – CH = CH – R + Br2 chậm R – CH – CH – R + BrBr + R – CH – CH – R + Br nhanh R – CHBr – CHBr – R VD: CH2 = CH2 + Cl2 ClCH2 – CH2Cl (đicloetan) Phân tử X2 bình thường khơng phân cực đưới tác dụng nối đôi xúc tác bị phân cực Hiên tượng gọi phân cực hóa c Phản ứng cộng axit cộng nước - Phản ứng cộng axit: CnH2n + HA CnH2n+1A Phản ứng xảy theo chế cộng electrophin (AE): >C = C< + H–A chậm >CH – C+< + A>CH – C+< + Anhanh >CH – CA< VD: CH2 = CH2 + H – Cl CH3CH2Cl (etylclorua) CH2 = CH2 + H2SO4 CH3CH2OSO3H (etyl hiđrosunfat) - Phản ứng cộng nước: Ở nhiệt độ thích hợp có xúc tác axit anken phản ứng cộng AE(cơ chế tương tự cộng axit) với nước tạo thành ancol (rượu) : CnH2n + H 2O H ,t CnH2n+1OH CH2 = CH2 +H2O H ,t CH3 – CH2 – OH (ancol etylic) + + Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang 14 Giáo trình sở hóa học hữu trung học phổ thông - Hướng phản ứng cộng electrophin vào anken: Phản ứng công axit nước vào anken không đối xứng thường tạo hổn hợp hai đồng phân có sản phẩm chinh (sản phẩm sản phẩm nhiều nhất) sau nghiêm cứu năm 1870 Maccopnhicop đưa quy tắc định hướng phản ứng cộng electrophin(AE): Trong phản ứng cộng axit nước vào liên kết C = C anken, phân tử mang điện tích dương (tác nhân electrophin) ưu tiên cộng vào C mang nhiều H (cacbon bật thấp hơn), phần tử mang điện tích âm (tác nhân nucleophin) ưu tiên cộng vào C có H (cacbon bật cao hơn) VD: CH – CH – CH3 (sản phẩm chính) CH2 = CH – CH3 + HCl Cl CH – CH2 – CH3 (sản phẩm phụ) Cl CH – CH – CH3 (sản phẩm chính) CH2 = CH – CH3 + H2O OH CH – CH2 – CH3 (sản phẩm phụ) OH d Phản ứng trùng hợp: Polime (hay hợp chất cao phân tử) hợp chất có khối lượng phân tử lớn nhiêu mắt xích liên kết với Mỗi mắt xích hình thành từ monome (hay phân tử nhỏ): Cử Nhân Sư phạm : Trần Quốc Quốc Trang 15