Đang tải... (xem toàn văn)
Hóa học Hữu cơ 1 bài giảng dành cho sinh viên ĐH, CĐ là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)
Y BAN NHÂN DÂN T NH QU NG NGẩI TR NG Đ I H C PH M VĂN Đ NG -00 V NG C M H NG BẨI GI NG HịA H C H U C Qu ng Ngãi, 11/2013 L IM Đ U Bài giảng Hóa học hữu biên soạn theo chương trình chi tiết Hóa học hữu ngành sư phạm, bậc cao đẳng (gọi tắt CĐSP); chương trình chi tiết môn học Bộ môn Hóa học thuộc khoa Cơ Trường Đại học Phạm Văn Đồng phát hành Nội dung cô đọng giảng chọn lọc từ nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo phù hợp với đối tượng sinh viên CĐSP Để tạo điều kiện cho sinh viên CĐSP tăng cường việc tự học, tự nghiên cứu, chương giảng có tập câu hỏi ôn tập Tuy nhiên, mức độ giảng với nội dung nên có đủ phần đọc thêm, mở rộng kiến thức Vì vậy, nghiên cứu, tự học sinh viên nên kết hợp với giáo trình khác để mở rộng kiến thức Bài giảng dung cho sinh viên ngành Hóa, Hóa - Sinh, Hóa - Lí, Hóa - Địa trường CĐSP đồng thời tài liệu tham khảo cho giáo viên Hóa học trường THCS Rất mong góp ý đồng nghiệp để giảng hoàn thiện nhằm phục vụ hữu hiệu việc học tập, nghiên cứu sinh viên Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạoTrường, Khoa, Bộ môn Hóa học tạo điều kiện giảng lên website trường Tác giả Ch ng Đ I C NG 1.1 H p ch t h u c vƠ hóa h c h u c 1.1.1 Đ nh nghĩa vƠ đ i t ng nghiên c u c a hóa h c h u c Trong số gần 110 nguyên tố hóa học có tên th c b ng tuần hoàn, cacbon nguyên tố đặc biệt chỗ: nguyên tử cacbon kết hợp với với nguyên tử c a nguyên tố khác t o nên kho ng hai mươi triệu hợp chất khác nhau, hợp chất c a cacbon Trong đó, tất c nguyên tố l i t o nên triệu hợp chất không ch a cacbon Các hợp chất c a cacbon gọi hợp chất hữu cơ, trừ số hợp chất đơn gi n oxit c a cacbon, muối cacbonat cacbua kim lo i Ngành hóa học chuyên nghiên c u hợp chất hữu cơ, t c hợp chất c a cacbon, gọi Hóa học hữu Vì hợp chất hữu gồm hai lo i hiđrocacbon dẫn xuất c a chúng, nên coi Hóa học hữu ngành hóa học chuyên nghiên c u hiđrocacbon dẫn xuất c a hiđrocacbon Vậy đối tượng nghiên c u c a Hóa học hữu hợp chất c a cacbon, bao gồm hiđrocacbon dẫn xuất c a chúng 1.1.2 Đặc điểm chung c a h p ch t h u c 1.1.2.1 Cấu t o - Ch a C, H, O, N, halogen, S, P nguyên tố khác - Liên kết: thư ng liên kết cộng hoá trị, có liên kết ion - Nguyên tử C liên kết với liên kết với nguyên tố khác nên t o thành m ch h m ch vòng 1.1.2.2 Tính chất vật lý - Dễ nóng ch y dễ bay - Thư ng không tan tan nước dễ tan dung môi hữu 1.1.2.3 Tính chất hoá học - Kém bền nhiệt nên dễ bị phân huỷ b i nhiệt, đa số cháy bị đốt - Ph n ng: thư ng diễn chậm, không hoàn toàn, không theo hướng định t o nhiều s n phẩm phụ 1.1.3 Phơn lo i h p ch t h u c 1.1.3.1 Phân lo i theo nhóm ch c Các hợp chất hữu phân chia thành hai lo i hiđrocacbon (phân tử cấu thành b i hai nguyên tố C H) dẫn xuất c a hiđrocacbon (một hay nhiều nguyên tử H phân tử hiđrocacbon thay hay nhiều nguyên tử nhóm nguyên tử khác) Các dẫn xuất c a hiđrocacbon hợp chất có nhóm đặc trưng hay nhóm ch c; hiđrocacbon có nhóm ch c Nhóm ch c nhóm nguyên tử nguyên tử định đặc tính hóa học c a phân tử hữu Sau số nhóm ch c chính: - Nằm m ch C: anken (C = C); ankin (C ≡ C) - Ch a oxi: ancol (-OH); ete (C-O-C); andehit (-CH = O); axit (- COOH) - Ch a nitơ: amin (-NH2) ; nitrin (-C ≡ N) - Ch a c oxi nitơ: amit (-CO-NH2); nitro (-NO2) - Ch a lưu huỳnh: thiol (-SH); thioete (-S-) - Ch a nguyên tử halogen: dẫn xuất clo (-Cl); dẫn xuất brom (-Br) 1.1.3.2 Phân lo i theo m ch cacbon Hợp chất hữu Hợp chất không vòng HC no Hợp chất vòng HC không no HC đồng vòng không thơm no không no thơm HC dị vòng thơm Không thơm 1.2 C u t o phơn t h p ch t h u c 1.2.1 ThƠnh ph n nguyên t vƠ công th c phơn t Thành phần nguyên tố c a hợp chất hữu biểu thị công th c sau: - Công th c tổng quát: Cho biết thành phần định tính nguyên tố Ví dụ: CxHyOzNt (x, y, z, t số nguyên dương) cho biết phân tử có nguyên tố: C, H, O N - Công th c đơn gi n: Cho biết tỉ lệ số lượng nguyên tố phân tử Ví dụ: CH2O cho biết tỉ lệ nguyên tử C : H : O : : - Công th c phân tử: Cho biết rõ số lượng nguyên tử c a nguyên tố phân tử Ví dụ: C2H6: etan Để xác định thành phần nguyên tố dùng phương pháp phân tích định tính định lượng 1.2.1.1 Phân tích định tính nguyên tố Xác định lo i nguyên tố có hợp chất hữu dựa nguyên tắc chuyển nguyên tố cần xác định thành chất vô đơn gi n nhận chất vô ph n ng đặc trưng a Phân tích C H Nung hợp chất hữu với CuO (chất oxi hoá) để chuyển C thành CO2 H thành H2O nhận CO2 nước vôi (khi sinh kết t a trắng CaCO3) nhận H2O CuSO4 khan (bột CuSO4 màu trắng chuyển thành CuSO4.5H2O màu xanh): [C] + 2CuO → CO2 + 2Cu hợp chất hữu (h.c.h.c) [2H] + CuO → H2O + Cu h.c.h.c CO2 5H2O + Ca(OH)2 → + CuSO4 → CaCO3 + H2O CuSO4.5H2O b Phân tích N Nung hợp chất hữu với Na sinh NaCN Để nhận ion CN- (ch a nitơ) ta thêm Fe2+ Fe3+ axit hoá nhẹ, ion CN- cho kết t a màu xanh đậm đặc trưng (gọi xanh Bec-lanh hay xanh phổ) c a Fe4[Fe(CN)6]3: Na + [C] + [N] → NaCN h.c.h.c Fe2+ + 6CN(-) → [Fe(CN)6]4- 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6] c Phân tích halogen Đốt cháy băng giấy lọc đầu có tẩm ancol etylic (dùng làm nhiên liệu) chất hữu ch a halogen (X) sinh hiđro halogenua, s n phẩm nhận nh dung dịch AgNO3 (t o kết t a AgX tan amoniac): [X] + → [H] HX h.c.h.c ancol h.c.h.c HX + AgNO3 → AgX + HNO3 AgX + 3NH3 + H2O → [Ag(NH3)2]OH + NH4X (tan) d Phân tích lưu huỳnh Nung hợp chất hữu với Na sinh Na2S; s n phẩm nhận b i Pb2+ (t o kết t a đen): [S] + 2Na → Na2S h.c.h.c Pb2+ + S2- → PbS 1.2.1.2 Phân tích định lượng nguyên tố Phân tích định lượng nhằm xác định thành phần phần trăm mặt khối lượng c a nguyên tố phân tử hợp chất hữu Nguyên tắc chung chuyển hoàn toàn nguyên tố lượng cân định c a chất hữu thành chất vô đơn gi n, sau xác định khối lượng (hoặc thể tích khí) c a s n phẩm tính thành % nguyên tố a Phân tích C H Nung nóng lượng cân xác a (mg) hợp chất hữu với bột CuO (lấy dư) dòng khí oxi Khí CO2 nước sinh hấp thụ hoàn toàn riêng rẽ b i bình ch a chất hấp thụ thích hợp cân trước sau thí nghiệm Ví dụ dùng Mg(ClO4)2 để hấp thụ nước, dùng amiăng tẩm NaOH để hấp thụ CO2 Gi sử thí nghiệm sinh m (mg) CO2 m' (mg) H2O, ta tính được: mC 12mCO2 44 2m'H2O mH 18 %C %H 12mCO2 100 44a 2m'H2O 100 18a b Phân tích N Nung nóng lượng cân xác a (mg) hợp chất hữu với bột CuO (lấy dư) dòng khí CO2 để chuyển hết nitơ hợp chất hữu thành khí nitơ Dẫn khí sinh vào dụng cụ đo khí gọi “nitơ kế” có ch a dung dịch KOH đậm đặc để hấp thụ hết CO2 H2O Gi sử thu V (ml) khí nitơ, đo nhiệt độ t, áp suất khí p, áp suất nước f, ta tính được: mN2 %N 28 p f V 22.400 760 t 273 mN2 100 a Việc xác định N, C, H tự động hoá cách dẫn khí t o thành vào máy sắc kí khí, máy cho biết hàm lượng N, C, H c Phân tích halogen Nung nóng chất hữu với axit nitric bốc khói có mặt AgX, đem phân tích phương pháp cân d Phân tích lưu huỳnh Nung nóng chất hữu với axit nitric bốc khói, lưu huỳnh phân tử hữu chuyển thành SO42- t o kết t a BaSO4 phân tích cách cân e Phân tích oxi Thông thư ng hàm lượng oxi hợp chất hữu đợc xác định gián tiếp cách lấy 100% trừ cho tổng số % c a nguyên tố khác hợp chất Tuy vậy, cần thiết xác định trực tiếp cách chuyển oxi hợp chất hữu thành CO định lượng CO dựa theo ph n ng: 5CO + I2O5 → 5CO2 + I2 1.2.1.3 Thiết lập công th c phân tử (CTPT) Sau phân tích nguyên tố xác định phân tử khối ta có công th c phân tử dựa vào phương pháp phổ biến sau: a Lập công th c đơn gi n (công th c nguyên) từ lập CTPT Phân tích định lượng: mH, mC, mO, mN, Chia đ i lượng cho khối lượng mol nguyên tử tương ng, chia cho ước số chung lớn ta thu tỉ lệ số lượng nguyên tử c a nguyên tố phân tử Từ lập công th c đơn gi n Ví dụ: Đốt hoàn toàn 0,09g X cho 0,13g CO2 0,054g H2O Tỉ khối c a X so với hidro 30 Hãy thiết lập CTPT c a X? 12.0,13 0,036(g) 44 2.0,054 0,006(g) mH 18 m O 0,09 (0,036 0,006) 0,048(g) mC 0,036 0,006 0,048 1: :1 : : 12 16 C: H : O Công th c đơn gi n nhất: CH2O PTK : MX = 2.30 = 60 Hay (12.1+1.2+16.1)n = 60 → n = Vậy CTPT c a X (CH2O)2 hay C2H4O2 b Dựa vào khối lượng s n phẩm đốt cháy Mx mà không qua công th c đơn gi n Đặt CT c a hợp chất X CxHyOz Theo sơ đồ Cx H y OZ xCO2 y H 2O y 44x MX mCO2 mH2O a 18 x M X mCO2 44a ,y M X mH2O 9a z tính từ x, y Mx dựa theo CxHyOz Theo ví dụ trên: ta tính x = 2, y = 4, z = c Dựa vào thành phần % nguyên tố Mx Thành phần % nguyên tố tỉ lệ với khối lượng nguyên tố phân tử: 12x 1y 16z 12x y 16z M X %C %H %O 100 100 M %C M %H M %O ;y X ;z X x X 12.100 100 16.100 1.2.2 Công th c c u t o, thuyết c u t o hóa h c 1.2.2.1 Công th c cấu t o Nếu CTPT cho biết số lượng nguyên tử phân tử CTCT cho biết trật tự kết hợp cách liên kết nguyên tử phân tử, t c thể cấu t o hóa học c a phân tử hữu Khi biểu diễn CTCT cần tuân theo số qui định: - Mỗi liên kết đơn biểu thị v ch nối, nguyên tố có hóa trị biểu thị nhiêu v ch xung quanh kí hiệu - H có hóa trị 1, có v ch: -H - O có hóa trị 2, có v ch: =O -O- CTCT: Tuy nhiên gọn CTCT ngư i ta bỏ qua không biểu diễn v ch liên kết Ví dụ: CH3CH2OH CH2=CH-CH=CH2 Trong nhiều công th c d ng vòng không ghi kí hiệu nguyên tử cacbon, nhóm metylen (-CH2-), metin (-C ), mà hiểu ngầm có mặt c a nhóm qua v ch hóa trị c a chúng đỉnh đa giác Ví dụ: Để thiết lập CTCT c a hợp chất hữu , ngư i ta áp dụng phương pháp thực nghiệm (phương pháp hóa học phương pháp vật lí) kết hợp với thuyết cấu t o hóa học 1.2.2.2 Thuyết cấu t o hóa học Ngày 11/9/1861 t i hội nghị hóa học Speyer (Đ c) Butlerop đọc b n báo cáo khoa học cấu t o hóa học c a chất Nội dung gồm luận điểm sau: - Các nguyên tử hợp chất hữu kết hợp với theo trật tự xác định theo hoá trị c a chúng; thay đổi trật có chất - C phân tử hợp chất hữu luôn có hoá trị Các nguyên tử C liên kết với nguyên tố khác mà liên kết với để t o m ch C có d ng khác (m ch không nhánh, m ch có nhánh, m ch vòng ) - Tính chất c a hợp chất hữu phụ thuộc vào thành phần phân tử (b n chất số lượng nguyên tử ) cấu tao hoá học (th tự kết hợp nguyên tử) Các nguyên tử phân tử có nh hư ng lẫn (thư ng nguyên tử liên kết trực tiếp với m nh gián tiếp) 1.2.3 Khái ni m đ ng đẳng vƠ đ ng phơn c u t o 1.2.3.1 Đồng đẳng Là tượng chất hữu có cấu t o tính chất tương tự nhau, thành phần phân tử sai khác nhiều nhóm metylen (-CH2-) 1.2.3.2 Đồng phân Là tượng ng với công th c phân tử có nhiều hợp chất khác Nguyên nhân c a tượng đồng phân nhiều chất có CTPT song cấu trúc l i khác nhau, cấu trúc gồm cấu t o hóa học lẫn cấu trúc không gian nên có lo i đồng phân: đồng phân cấu t o đồng phân không gian Đồng phân cấu t o (đồng phân phẳng): chất có CTPT có cấu t o khác tính chất khác nhau.Ví dụ: - Đồng phân cấu t o m ch cacbon: xếp m ch cacbon khác CH3-CH-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 CH3 Butan Isobutan - Đồng phân cấu t o nhóm ch c: khác lo i nhóm ch c CH3-CH2-OH ; CH3-O-CH3 - Đồng phân cấu t o vị trí: đồng phân khác vị trí nhóm ch c, vị trí nhóm thế, vị trí liên kết bội C3H8O: CH3CH2CH2OH ; CH3CHOHCH3 ngư i ta thư ng đem chưng cất áp suất thấp chưng cất nước nóng Nh vậy, từ mazut thu dầu điezen (nhiên liệu), dầu nhờn (để bôi trơn máy), vazơlin (hỗn hợp hiđrocacbon lỏng dùng y học), parafin (hỗn hợp hiđrocacbon rắn C20-C28, dùng làm nến chất cách điện) Phần bã l i sau thu phân đo n trên, chất màu đen nâu đen – gọi atphan, dùng để tr i đư ng Thành phần ch yếu c a atphan s n phẩm ngưng tụ - oxi hóa trùng hợp hiđrocacbon thơm 5.1.3.2 Phân đo n xăng Chỉ số octan Xăng nhiên liệu cho động đốt Chất lượng c a xăng đánh giá trước hết số octan Chỉ số octan cao ch ng tỏ xăng tốt, t c xăng có kh chịu độ nén cực đ i buồng đốt c a động trước nổ, nh sinh công cực đ i gi m tiêu hao nhiên liệu “Isooctan” hay 2,2,4-trimetylpentan (CH3)3CCH3CH(CH3)2 ankan có kh chịu nén cao, kh chịu nén c a n-heptan thấp Ngư i ta quy ước xăng gồm toàn isooctan có số octan 100, xăng gồm n-heptan có số octan Một hỗn hợp gồm n-heptan isooctan có số octan từ ~ đến ~ 100 tùy theo tỉ lệ % c a isooctan hỗn hợp Như vậy, có lo i xăng ô tô với số octan 80 chẳng h n, xăng có chất lượng tương đương với xăng gồm 80% isooctan 20% n-heptan Xăng lo i tốt dùng cho ô tô thư ng có số octan 85, số octan c a xăng máy bay không 100 Các xăng dùng nước ta trước MOGAS 83, MOGAS 90 có số octan 83 90 Giữa số octan cấu t o c a hiđrocacbon có mối liên hệ định: - Các n-ankan có số octan thấp; m ch cacban dài số octan nhỏ - M ch cacbon phân nhánh, số octan lớn - Anken có số octan cao ankan, nối đôi m ch cacbon - Xicloankan có số octan cao ankan - Benzen đồng đẳng có số octan cao 92 phía c a Thí dụ số octan c a số hiđrocacbon sau: n-Pentan 62 Hept-1-en 54 n-Hexan 26 Hept-2-en 70 n-Heptan Hept-3-en 84 n-Octan -17 Xiclohexan 78 2,3-Đimetylhexan 79 Benzen 112 2,2,4-Trimetylpentan 100 p-Xilen 100 2,2,3-Trimetylbutan p-Ximen p-CH3C6H4CH(CH3)2 100 112 Muốn tăng số octan, ngư i ta tăng thành phần có số octan cao (ankan m ch phân nhánh, benzen, v.v ) pha thêm vào xăng chất chống cháy nổ sớm tetraetyl chì Pb(C2H5)4, etanol, ddiiissopropyl ete, anilin, v.v Tetraetyl chì có tính chống nổ sớm hiệu qu , song xăng có pha tetraetyl chì (gọi “xăng pha chì” ) độc, gây nên ô nhiễm khí nặng Vì vậy, nhiều nước, có Việt Nam, không sử dụng xăng pha chì Có số gi i pháp nhằm tăng số octan mà không dùng tetraetyl chì: Pha trộn xăng có số octan cao (như xăng ankyl hóa, xăng đồng phân hóa, ) vào xăng có số octan thấp C i tiến quy trình s n xuất xăng có số octan cao Sử dụng chất phụ gia không ch a chì, hợp chất ch a oxi: etanol, tert-butyl metyl ete (MTBE), tert-butyl etyl ete (ETBE), tert-amyl metyl ete (TAME), v.v Trong số chất phụ gia vừa nêu, etanol MTBE sử dụng với lượng nhiều Chẳng h n Braxin trộn etanol vào xăng tới 22% 5.1.4 Chế biến hóa h c phơn đo n d u m Crackinh vƠ rifominh Để thu nhiều xăng nguyên liệu cho tổng hợp hóa học từ chế biến dầu mỏ, để có nhiều xăng với số octan cao, ngư i ta chế biến hóa học số phân đo n nặng c a dầu mỏ Đó nhiệm vụ b n c a ngành hóa dầu, mà nội dung ch yếu crackinh rifominh 5.1.4.1 Crackinh 93 Ta biết crackinh trình “bẻ gãy” phân tử hiđrocacbon m ch dài t i liên kết C-C để t o thành phân tử hiđrocacbon có m ch ngắn Hiđrocacbon sinh bị crackinh tiếp Thí dụ: n-C8H18 C4H8 + C4H10 C2H4 + C2H6 Trong công nghiệp hóa dầu, ngư i ta crackinh phân đo n nặng c a dầu mỏ, nh t o thêm lượng xăng, đồng th i thu khí crackinh Khí crackinh hỗn hợp khí gồm ch yếu hiđrocacbon metan, etilen, propen, buten, v.v Thành phần c a khí crackinh phụ thuộc vào điều kiện c a ph n ng Khí crackinh nguồn nguyên liệu quan trọng cho tổng hợp hữu Có hai phương pháp crackinh ch yếu: crackinh nhiệt crackinh xúc tác Crackinh nhiệt thực nhiệt độ 500 ÷ 6500C áp suất cao (10 ÷ 70atm) Xăng thu từ trình crackinh nhiệt ch a nhiều anken (không có lợi cho nhiên liệu) Khí crackinh sinh ch a nhiều metan etilen Crackinh xúc tác thực (thư ng cần áp suất nhiệt độ thấp crackinh nhiệt nhiệt độ 450 ÷ 5000C) Chất xúc tác dùng crackinh alumosilicat thiên nhiên nhân t o, chẳng h n đất sét tẩm axit Đó axit m nh Xăng thu từ trình crackinh xúc tác ch a nhiều ankan m ch nhánh, xicloankan aren nên có chất lượng cao Hiđrocrackinh Crackinh nhiệt crackinh xúc tác t o lượng đáng kể hiđrocacbon không no bên c nh hiđrocacbon no Nếu tiến hành crackinh áp suất hiđro thu hỗn hợp ankan lỏng tăng lượng nhiên liệu lỏng Thí dụ: H2 C11H24 C4H10 + C5H12 + C6H14 + Undecan xt;1960C t 0s 1960C Các butan t 0s 00C Các pentan t 0s 360C Các hexan t 0s 680C 94 C7H16 Các heptan t0s 980C Rõ ràng s n phẩm thu ankan có nhiệt độ sôi thấp dễ bay unđecan dùng làm nguyên liệu cho động đốt Quá trình crackinh với tham gia c a hiđro gọi hiđrocrackinh 5.1.4.2 Rifominh Rifominh trình làm biến đổi cấu trúc c a hiđrocacbon từ m ch thẳng sang m ch nhánh, m ch vòng no vòng thơm, nhằm làm tăng số octan, t c tăng chất lượng c a xăng cung cấp lượng lớn aren benzen, toluen, xilen dùng tổng hợp hóa dầu Chẳng h n rifominh hexan sinh isohexan, xiclohexan benzen Để thực rifominh xăng có số octan thấp thu phương pháp chưng cất, ngư i ta cho xăng với hiđro qua chất xúc tác 5000C áp suất 35 ÷ 65atm Chất xúc tác dùng cho rifominh kim lo i Pt, Pd, Ni, chất mang nhôm oxit nhôm silicat Trong trình rifominh x y ph n ng hóa học thuộc lo i ch yếu sau đây: + Đehiđro hóa ankan thành anken xicloankan thành aren: n-C6H14 C6H12 n-Hexan Hexen n-C6H12 C6H6 Xiclohexan Benzen + H2 + 3H2 + Đehiđro hóa – đóng vòng ankan thành aren: CH3[CH2]4CH3 C6H6 + 4H2 + Đồng phân hóa đehiđro hóa – đồng phân hóa: 95 (CH3)2CHCH2CH2CH3 CH3[CH2]4CH3 CH3CH2CHCH2CH3 CH 2CH3 CH3 CH CH CH C6H6 + 3H2 + Hiđrocrackinh ankan: n-C6H14 + H2 2C3H8 + Đeankyl hóa 1,1-điankylxicloankan: R RCH2[CH2]5CH3 CH3 CH3 + RH + 3H2 Quá trình rifominh có ng dụng tăng m nh số octan c a phân đo n xăng có số octan thấp Bên c nh rifominh khử hợp chất ch a lưu huỳnh để lo i d ng H2S t o nguồn aren dùng tổng hợp hữu 5.2 Than m 5.2.1 Than m - ngu n hiđrocacbon đa d ng Than mỏ hình thành lòng đất từ khối thực vật khổng lồ bị vùi lấp hàng triệu năm, nh bị phân h y b i vi khuẩn t o thành than Than mỏ gồm lo i sau: Than antraxit hay than gầy lo i than già mặt địa chất, ch a 90%C Khi cháy, than antraxit tỏa nhiều nhiệt nên dùng làm nhiên liệu Than béo trẻ than antraxit, ch a 70-90%C Khi cháy, than béo cho nhiều khói tỏa nhiệt than antraxit Than béo nguồn quan trọng hiđrocacbon thơm hợp chất hữu khác Trữ lượng than béo c a ta chừng 10 triệu ( Thái Nguyên, Nghệ An…) 96 Than nâu ch a 65-70%C, có màu nâu mềm than béo than antraxit Trên bề mặt than nâu số dấu tích cấu t o c a gỗ Nước ta có chừng 100 triệu than nâu Na Dương, Đồng Giao,… Than bùn lo i than trẻ lo i than mỏ; ch a 55-66%C, có màu nâu nh t, xốp ch a lượng lớn nước Thành phần nguyên tố c a than bùn gần giống thành phần nguyên tố c a gỗ Trong công nghiệp, ngư i ta chưng cất than béo lò cốc (s n xuất than cốc) Lò có nhiều ngăn dài hẹp ch a than béo, nung nhiên liệu khí tới nhiệt độ ~10000C Các s n phẩm khí thoát sau làm l nh gồm có: khí lò cốc, nhựa than mỏ dung dịch amoniac nước Từ khí lò cốc nhựa than mỏ ngư i ta tách nhiều s n phẩm hữu cơ, từ dung dịch amoniac sau trung hòa thu muối amoni dùng phân đ m Từ lo i than mỏ khác nhau, ngư i ta chuyển hóa thành hiđrocacbon d ng nhiên liệu lỏng Tuy quy trình chưa c nh tranh với quy trình từ dầu mỏ Từ than, than cốc, công nghiệp s n xuất axetilen (qua canxi cacbua) nguyên liệu quan trọng tổng hợp hữu 5.2.2 Các s n ph m thu đ c từ khí lò c c Khí lò cốc hỗn hợp khí gồm ch yếu hiđro (~60%) metan (~25%), l i oxit c a cacbon, số hiđrocacbon khí khác metan, amoniac, nitơ, benzen, cacban đisunfua, đihiđro sunfua,… Để tách amoniac, cho khí sục vào dung dịch H2SO4 , muối amoni sunfat sinh dùng làm phân bón Muốn thu lấy benzen, ngư i ta rửa hỗn hợp khí dầu điezen, dầu hòa tan benzen, đem chưng cất dung dịch thu benzen Khí lò cốc dùng làm nhiên liệu cho lò cốc, cho lò luyện kim để đun nấu Ngoài nh có nhiều hiđro, khí lò cốc dùng để tổng hợp amoniac 5.2.3 Các s n ph m thu đ c từ nhựa than m Nhựa than mỏ với dung dịch amoniac phần lỏng thu chưng cất than mỏ Lớp nhựa không tan nước, tự tách Nhựa có màu đen nâu đen, ch a nhiều aren phenol Chưng cất nhựa than mỏ phân 97 đo n sôi kho ng nhiệt độ khác Chưng cất phân đo n thu nhiều hợp chất hữu quan trọng Dưới phân đo n chính: - Dầu nhẹ (80 ÷ 1700C) ch a benzen, toluen, xilen,… - Dầu trung (170 ÷ 2300C) ch a naphtalen, phenol, piđirin,… - Dầu nặng (230 ÷ 2700C) ch a crezol, xilenol, quinolin,… - Dầu antraxen (270 ÷ 3500C) ch a antraxen, phenantren,… Chất bã l i hắc ín Trong nhiều trư ng hợp, từ than béo, qua trình cốc hóa thu 780kg than cốc, 30kg nhựa than mỏ 300m3 khí lò cốc Từ lượng nhựa than mỏ đem xử lí chưng cất thu kho ng 6kg benzen; 1,2kg toluen; 0,1kg xilen; 2,5kg naphtalen; 0,1kg antraxen,… nước ta, lò cốc xây dựng Thái Nguyên, ch yếu nhằm cung cấp than cốc cho lò luyện kim Trên giới, trước có th i kì than mỏ nguồn để s n xuất hiđrocacbon thơm Tuy nhiên, với phát triển c a kĩ thuật rifominh, ngày phần lớn hiđrocacbon thơm s n xuất từ dầu mỏ BẨI T P CH NG 5.1 Nêu thành phần ng dụng c a lo i khí sau đây: a) Khí lò cốc b) Khí thiên nhiên c) Khí dầu mỏ d) Khí cracking 5.2 Nhựa than mỏ gì? Chưng cất nhựa than mỏ thu hỗn hợp gồm naphtalen, phenol C6H5OH C5H5N; làm để tách riêng chất đó? 5.3 Từ nhựa than mỏ ngư i ta phân tách ba đồng phân c a xilen, chúng có nhiệt độ sôi gần Nêu phương pháp hóa học nhận đồng phân 5.4 Một khí thiên nhiên Sahara có thành phần theo thể tích sau: 88% metan; 8,4% etan; 2,2% propan 1,4% butan a) Tính thành phần phần trăm theo khối lượng tỉ khối so với không khí 98 b) Đốt cháy 1m3 khí, cần dùng m3 không khí để ph n ng x y hoàn toàn? Các khí đo điều kiện; không khí ch a 20% oxi 80% nitơ (theo thể tích) 5.5 Một khí thiên nhiên Nga coi ch a metan, etan propan, khối lượng etan propan thể tích Tỉ khối c a hỗn hợp khí so với không khí 0,769 Đốt cháy hoàn toàn mol hỗn hợp cần 2,675mol oxi a) Tính thành phần phần trăm theo thể tích c a hỗn hợp, s hai số liệu b) Đốt cháy hoàn toàn ankan CnH2n+2 gi i phóng nhiệt lượng Qn = (210 + 664n)kJ/mol Hãy tính nhiệt lượng tỏa đốt 1m3 khí hỗn hợp lấy điều kiện tiêu chuẩn c) Nêu ng dụng quan trọng c a hiđrocacbon hỗn hợp khí 5.6 Một lo i khí thiên nhiên có thành phần thể tích sau: CH4 85%; C2H6 10%; N2 2%; CO2 3% a) Ngư i ta chuyển nhượng metan có 1000m3 khí thiên nhiên (đo đktc) thành axetilen (hiệu suất 50%) thành vinyl clorua (hiệu suất 80%) Viết phương trình ph n ng tính lượng vinyl clorua thu b) Ngư i ta đốt cháy hoàn toàn khí thiên nhiên để đun nước, gi sử toàn nhiệt tỏa để làm nóng nước Tính thể tích khí thiên nhiên (đo đktc) cần để đun nóng 100 lít nước từ 200C lên tới 1000C Biết H c a trình đốt cháy CH4 C2H6 -880kJ/mol -1560kJ/mol; muốn cho 1ml nước nóng thêm 10C cần 4,18J 5.7 a) B n chất ý nghĩa c a trình crackinh rifominh dầu mỏ gì? b) Viết công th c cấu t o s n phẩm sinh crackinh 2-metyl-4-(3metylpentyl)-1-(2-metylpropyl)xiclohexan c) Rifominh (xúc tác) hexan (chỉ số octan: 0) x y trình sau đây: 99 - Đồng phân hóa cho 2,3-đimetylbutan (chỉ số octan: 90) 2,2- đimetylbutan (chỉ số octan: 95) - Vòng hóa cho xiclohexan (chỉ số octan: 77) metylxiclopentan (chỉ số octan: 81) - Thơm hóa cho benzen (chỉ số octan: 112) Viết sơ đồ ph n ng 5.8 Ngư i ta crackinh xúc tác 4-etyl-2,4,6-trimetyloctan thu hỗn hợp với số mol c a etilen, propen, propan 2-metylbut-1-en a) Dùng công th c cấu t o viết sơ đồ ph n ng Chỉ rõ liên kết C-C bị bẻ gãy b) Đốt cháy hoàn toàn chất đầu đốt cháy hoàn toàn s n phẩm crackinh; trư ng hợp cần nhiều oxi hơn? Xác nhận câu tr l i cách viết phương trình ph n ng đốt cháy 5.9 Khi crackinh xúc tác chất bentan lấy từ dầu mỏ, ngư i ta thu hai đồng phân có m ch nhánh A B a) Viết công th c cấu t o c a A, B so sánh nhiệt độ sôi c a chúng b) Monoclo hóa A cho đồng phân, B cho đồng phân Hãy rõ công th c c a A, B gọi tên dẫn xuất monocloro 5.10 Một th xăng coi ch a đồng phân ng với công th c CxHy a) Viết phương trình ph n ng đốt cháy hoàn toàn hiđrocacbon b) Tìm tỉ số y/x, biết đốt cháy hoàn toàn 2,28gam xăng thu 7,04gam CO2 3,24gam H2O c) Tìm công th c phân tử c a đồng phân đó, biết M=114g/mol d) Viết CTCT c a đồng phân có nhiệt độ sôi thấp đồng phân có nhiệt độ sôi cao Gọi tên chúng 5.11 A hiđrocacbon thu chế biến hóa học dầu mỏ Có thể ankyl hóa A thành B isobutan nh chất xúc tác AlCl3 Thành phần % c a hiđro B nhiều A 1% Trong điều kiện c a ph n ng rifominh, A chuyển thành C S n phẩm C tác dụng với hỗn hợp HNO3đđ H2SO4đđ sinh lần dẫn xuất nitro D C không tác dụng với nước brom, bị oxi hóa b i KMnO4 dư môi trư ng axit sinh axit E Nung ch y muối natri c a E với 100 NaOH rắn sinh F, s n phẩm F bị hiđro hóa hoàn toàn thành G Các hiđrocacbon A, G s n phẩm K, sinh hiđro hóa hoàn toàn C, có thành phần % nguyên tố Ozon phân A thu hỗn hợp s n phẩm có L (C3H6O) tham gia ph n ng với iot dung dịch NaOH đun nóng sinh kết t a màu vàng a) Xác định công th c phân tử c a A B b) Xác định công th c cấu t o c a A tất c s n phẩm kí hiệu chữ từ A đến L nêu đề c) Gọi tên hợp chất kí hiệu chữ (từ A đến L) theo danh pháp IUPAC d) Cho biết hợp chất số có đồng phân hình học chất có đồng quang học 101 TẨI LI U THAM KH O [1] Nguyễn Hữu Đĩnh, Đặng Đình B ch, Lê Thị Anh Đào, Ph m Hữu Điểm, Ph m Văn Hoan, Bài tập Hóa học hữu cơ, NXB Giáo dục, 2008 [2] Trịnh Thanh Đoan, Nguyễn Đăng Quang, Dương Văn Tuệ, Hoàng Trọng Yêm, Hóa học hữu cơ, Tập I, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 [3] Trịnh Thanh Đoan, Nguyễn Đăng Quang, Dương Văn Tuệ, Hoàng Trọng Yêm, Hóa học hữu cơ, Tập II, Trang 17 – 94, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 [4] Trịnh Thanh Đoan, Nguyễn Đăng Quang, Dương Văn Tuệ, Hoàng Trọng Yêm, Hóa học hữu cơ, Tập III, Trang 17 – 82, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 [5] Nguyễn Kim Phi Phụng, Bài tập Hóa học hữu cơ, NXB Đ i học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2006 [6] Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liếu, Cơ sở hóa học hữu cơ, Tập I, NXB Đ i học Sư ph m Hà Nội, 2005 [7] Đặng Như T i, Cơ sở hóa học lập thể, NXB Giáo dục, 1998 [8] Ngô Thị Thuận, Bài tập Hóa học hữu cơ, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1999 102 M CL C Trang L i m đ u Ch ng Đ I C NG 1.1 Hợp chất hữu hóa học hữu 1.1.1 Định nghĩa đối tượng nghiên c u c a hóa học hữu 1.1.2 Đặc điểm chung c a hợp chất hữu 1.1.3 Phân lo i hợp chất hữu 1.2 Cấu t o phân tử hợp chất hữu 1.2.1 Thành phần nguyên tố công th c phân tử 1.2.2 Công th c cấu t o, thuyết cấu t o hóa học 1.2.3 Khái niệm đồng đẳng đồng phân cấu t o 1.3 Cấu trúc không gian đồng phân lập 10 1.3.1 Khái niệm cấu trúc không gian công th c mô t cấu trúc không gian 10 1.3.2 Đồng phân hình học 12 1.3.3 M đầu đồng phân quang học 13 1.3.4 Sơ lược đồng phân cấu d ng 14 1.4 Cấu trúc electron Liên kết cộng hóa trị liên kết yếu 16 1.4.1 B n chất đặc điểm c a liên kết cộng hóa trị 16 1.4.2 Liên kết hiđro 20 1.4.3 Lực hút Vanderwaals 21 1.5 Hiệu ng cấu trúc 21 1.5.1 Hiệu ng c m ng 22 1.5.2 Hiệu ng liên hợp 23 1.5.3 Hiệu ng siêu liên hợp 24 1.6 Phương pháp xác định cấu trúc phân tử hợp chất hữu 24 1.6.1 Phương pháp hóa học 24 1.6.2 Phương pháp vật lí 25 1.7 Ph n ng hữu 25 103 1.7.1 Phân lo i ph n ng hữu 25 1.7.2 Các kiểu phân cắt liên kết cộng hóa trị Khái niệm cacbocation, cacboanion, gốc tự 26 1.7.3 Khái niệm chế ph n ng 27 1.8 Nguyên tắc chung c a danh pháp hữu 29 1.8.1 Các lo i danh pháp hữu 29 1.8.2 Danh pháp thay 29 Bài tập chương 30 Ch ng HIĐROCACBON NO 38 2.1 Ankan 38 2.1.1 Đồng phân, danh pháp cấu trúc 38 2.1.2 Tính chất vật lí 39 2.1.3 Tính chất hóa học 40 2.1.4 Điều chế 43 2.1.5 ng dụng 44 2.1.6 Giới thiệu riêng metan 44 2.2 Xicloankan 45 2.2.1 Phân lo i, danh pháp đồng phân 45 2.2.2 Cấu trúc 47 2.2.3 Tính chất hóa học 48 2.2.4 Điều chế 50 Câu hỏi ôn tập tập chương 50 Ch ng HĐROCACBON KHỌNG NO 53 3.1 Anken 53 3.1.1 Đồng phân danh pháp 53 3.1.2 Tính chất vật lí 55 3.1.3 Tính chất hóa học 56 3.1.4 Điều chế 61 3.1.5 ng dụng 62 3.1.6 Giới thiệu riêng etilen 63 104 3.2 Polien 63 3.2.1 Phân lo i, đồng phân, danh pháp 63 3.2.2 Cấu trúc phân tử đien liên hợp 64 3.2.3 Tính chất hóa học c a đien liên hợp 64 3.3 Ankin 66 3.3.1 Đồng phân danh pháp 66 3.3.2 Tính chất vật lí 66 3.3.3 Tính chất hóa học 66 3.3.4 Điều chế 70 3.3.5 ng dụng 70 3.3.6 Giới thiệu riêng axetilen 71 Câu hỏi ôn tập tập chương 72 Ch ng HIĐROCACBON TH M 74 4.1 Benzen chất đồng đẳng (aren) 74 4.1.1 Cấu trúc phân tử benzen 74 4.1.2 Đồng phân danh pháp 74 4.1.3 Tính chất vật lí 75 4.1.4 Tính chất hóa học 75 4.1.5 Điều chế 80 4.1.6 ng dụng 81 4.1.7 Giới thiệu riêng benzen 82 4.2 Các aren khác 82 4.2.1 Hiđrocacbon thơm có m ch nhánh không no 82 4.2.2 Hiđrocacbon thơm ch a nhiều vòng benzen riêng rẻ 83 4.2.3 Hiđrocacbon ch a nhiều vòng benzen giáp 84 Bài tập chương 87 Ch ng NGU N HIĐROCACBON TRONG THIÊN NHIÊN 89 5.1 Khí thiên nhiên khí dầu mỏ 89 5.1.1 Tr ng thái thiên nhiên 89 5.1.2 Thành phần dầu mỏ 89 105 5.1.3 Chưng cất dầu mỏ Các s n phẩm chưng cất dầu mỏ 91 5.1.4 Chế biến hóa học phân đo n dầu mỏ Crackinh rifominh 94 5.2 Than mỏ 97 5.2.1 Than mỏ- nguồn hiđrocacbon đa d ng 97 5.2.2 Các s n phẩm thu từ khí lò cốc 97 5.2.3 Các s n phẩm thu từ nhựa than mỏ 98 Bài tập chương 99 TẨI LI U THAM KH O 102 106 ... 12 x 1y 16 z 12 x y 16 z M X %C %H %O 10 0 10 0 M %C M %H M %O ;y X ;z X x X 12 .10 0 10 0 16 .10 0 1. 2.2 Công th c c u t o, thuyết c u t o hóa h c 1. 2.2 .1 Công th c cấu t o Nếu CTPT cho. .. Đ U Bài giảng Hóa học hữu biên soạn theo chương trình chi tiết Hóa học hữu ngành sư phạm, bậc cao đẳng (gọi tắt CĐSP); chương trình chi tiết môn học Bộ môn Hóa học thuộc khoa Cơ Trường Đại học. .. Hóa, Hóa - Sinh, Hóa - Lí, Hóa - Địa trường CĐSP đồng thời tài liệu tham khảo cho giáo viên Hóa học trường THCS Rất mong góp ý đồng nghiệp để giảng hoàn thiện nhằm phục vụ hữu hiệu việc học tập,