Chuong 6 hydrocarbon mach ho

Cấu dạng  Do tính chất đối xứng trục của liên kết s, hai nguyên tử carbon liên kết với nhau có thể quay tự do quanh trục liên kết  alkan có các đồng phân cấu dạng.. Phản ứng thế Tác

Trang 2

ALKAN - HYDROCARBON NO

Trang 3

Nguồn gốc thiên nhiên

nhiên thường chứa: 75% metan, 15% etan, 5% propan, phần còn lại là các alkan cao hơn và nhiều chất khác Khí thiên nhiên được dùng làm nhiên liệu

Trang 4

Các alkan trong dầu mỏ

Trang 5

Cấu tạo

1 Định nghĩa, phân loại và đặc điểm cấu trúc

- Là HC chỉ chứa liên kết  trong phân tử

+ Mạch hở: CnH2n+2 (n≥1)

+ Mạch vòng: CnH2n (n≥3)

TS Nguyễn Tiến Dũng-TS Ngô Hạnh Thương 5

Trang 6

Đồng phân

Trang 7

Cấu dạng

 Do tính chất đối xứng trục của liên kết s, hai nguyên

tử carbon liên kết với nhau có thể quay tự do quanh trục liên kết  alkan có các đồng phân cấu dạng

Trang 8

Cấu dạng

 Giản đồ phụ thuộc năng lượng và góc quay của các cấu dạng của etan

Trang 10

DANH PHÁP

 Các hydrocarbon nođều có tiếp vĩ ngữ là “α an”

 Tên gọi các gốc hydrocarbon thường gặp:

Trang 12

DANH PHÁP

 Các gốc bậc 3:

Trang 13

Danh pháp quốc tế

 Đánh số carbon trên mạch chính sao cho số chỉ của nhánh (nếu có) là nhỏ nhất và tổng các chữ số chỉ vị trí của nhóm thế là nhỏ nhất

 Nếu mạch nhánh khác nhau ở khoảng cách như nhau

so với hai carbon đầu mạch chính thì phải đánh số từ đầu nào có mạch nhánh với số carbon ít nhất

Tên gọi = số chỉ nhánh + tên nhánh (theo thứ tự bảng

chữ cái) + tên mạch chính

Trang 14



Trang 15

Trang 16

vị trí gắn vào mạch chính

Trang 17

Phương pháp điều chế alkan

 Khử hóa hydrocarbon chưa no

 Khử hóa dẫn xuất halogen

Trang 18

 Khử hoá alcol

Tác nhân khử: HIđặc (80%), 180-200°C và có mặt phosphos đỏ Khi đun nóng: 2HI  2H + I2

Ví dụ:

Trang 19

 Khử hóa acid và dẫn xuất acid

- Dùng điều chế alkan có mạch carbon lớn

- Khử ester dễ hơn acid

 Thủy phân hợp chất cơ kim

Trang 20

3R-X + 6Na + 3X-R’ → R-R+ R-R’ + R’-R’ +6 NaX

Trang 21

 Phản ứng điện phân dung dịch muối acid (phản ứng Kolbe)

Trang 22

 Cất khan muối kiềm, kiềm thổ của acid carboxylic với vôi tôi, xút sẽ thu được hydrocarbon có mạch giảm 1 carbon so với acid carboxylic

R-COONa + NaOH  R-H + Na2CO3

CH3COONa + NaOH  CH4 + Na2CO3

Trang 23

Tính chất lí học

 C1-C4: Khí; C5-C19: Lỏng; từ C20: rắn

 Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy tăng theo số

nguyên tử C và giảm khi có nhánh

 Nhẹ hơn nước, ít tan trong nước, dễ tan trong các

dung môi hữu cơ

Phổ IR:

+ C-H: 2850-3000 cm-1

+ C-C: có dao động yếu và thay đổi

+ Gốc –CH3, -CH2- có dao động biến dạng đặc trưng

của C-H: 1400-1700 cm-1

Trang 24

Tính chất hóa học

 Phản ứng thế - Tính chất của liên kết C-H

 Phản ứng thế hydro bằng halogen

CnH2n+2 + X2 → CnH2n+1X + HX

- Xảy ra theo cơ chế gốc SR

- Khả năng phản ứng của halogen sắp xếp theo

F2 > Cl2 > Br2 > I2

- Khả năng phản ứng của

- C-H bậc3 > C-H bậc 2 > C-H bậc1

CH + 2F  C + 4HF

Trang 25

Phản ứng thế hydro bằng halogen

sau:

 Phản ứng dừng khi các gốc kết hợp với nhau:

Trang 26



Trang 27

Trang 28

Phản ứng thế

 Phản ứng nitro hóa

 Không phản ứng ở nhiệt độ thường

 Phản ứng ở nhiệt độ 150-450oC tác dụng với HNO3loãng hoặc khí NO2. Nếu là acid đặc alkan bị oxy hóa

 Phản ứng ưu tiên thế vào hydro ở carbon bậc cao

 Gốc NO2• sinh ra do tác dụng của nhiệt độ:

Trang 29

Phản ứng thế

 Ngoài sản phẩm thế, có thể xảy ra sự cắt mạch carbon

 Ví dụ khi nitro hóa propan tạo thành hỗn hợp sản phẩm sau:

Trang 30

Phản ứng thế

 Tác dụng với acid sulfuric

+ Ở nhiệt độ thường: Không tác dụng với acid H2SO4đđ + Acid sulfuric bốc khói (có hoà tan SO3- oleum) tác dụng với những alkan có mạch 6-8 carbon và tạo thành alkansulfoacid

Trang 31

Phản ứng thế

 Tác dụng với SO 2 và Cl 2

+ Alkan tác dụng trực tiếp với hỗn hợp SO2 và Cl2 20- 30°C có chiếu sáng bằng đèn tử ngoại hoặc có peroxyd làm chất khơi mào thì thu được alkansulfoclorid

+ Khi thủy phân hợp chất alkansulfoclorid có mạch carbon lớn (> 10 carbon) bằng NaOH sẽ thu được các muối sulfonat là những chất có tác dụng tẩy rửa tốt

Trang 32

Phản ứng thế

- Khi cho hỗn hợp SO2 và O2 với tỉ lệ đẳng phân tử tác dụng với alkan có mạch 6- 8 carbon ở nhiệt độ 20-30°C,

có chiếu sáng sẽ thu được hợp chất alkansulfoacid

Trang 33

Các phản ứng thuộc liên kết C-C

 Nhiệt phân và cracking

 Ở nhiệt độ cao không có oxy không khí, các phân tử alkan bị phân hủy hoặc bẻ gãy mạch carbon tạo thành alkan và hydrocarbon chưa no có mạch carbon ngắn hơn Quá trình đó gọi là quá trình cracking

CnH2n+2  CxH2x+2 + CyH2y (n = x +y)

 Phản ứng cracking n-pentan xảy ra theo cơ chế gốc

Trang 34

Các phản ứng thuộc liên kết C-C

Trang 35

Phản ứng oxy hóa

 Oxy hóa hoàn toàn

Oxy hóa không hoàn toàn

Trang 36

Phản ứng loại hydro (dehydro hóa)

Trang 37

 Dầu parafin (dầu vaselin): hỗn hợp các alkan có tới 15C Có tác dụng nhuận tràng, làm tá dược

 Vaselin: là hỗn hơp alkan có 12-15C, dùng làm tá dược trong các dạng thuốc mỡ

 Parafin: là hỗn hợp các alkan rắn có 19-36C, dùng làm nến hay bảo quản dụng cụ, hóa chất …

TS Nguyễn Tiến Dũng-TS Ngô Hạnh Thương

37

Trang 38

HYDROCARBON KHÔNG NO

ALKEN

Trang 40

ĐỒNG PHÂN

- Đồng phân mạch C

- Đồng phân vị trí liên kết đôi

 Alken có nhiều đồng phân hơn alkan có cùng số C

Trang 41

Đồng phân hình học

 Mô hình phân tử but-2-en

Trang 42

Đồng phân hình học

 Dạng trans bền hơn dạng cis vì có năng lượng thấp Trong dạng cis các nhóm thế cùng phía có tác dụng đẩy nhau

Trang 43

DANH PHÁP

 Thông thường: tên alkan tương ứng đổi đuôi an thành ylen

- Ví dụ:

 Danh pháp ethylen: xem các alken đơn giản như là

dẫn xuất của ethylen

Trang 44

DANH PHÁP

- Gọi tên như hydrocarbon no và thay vĩ ngữ ''an'' bằng

vĩ ngữ ''en'‘

- Chọn mạch chính là mạch dài nhất chứa liên kết đôi

- Đánh số sao cho số chỉ của nối đôi là bé nhất

Vị trí nhánh + tên nhánh + tên mạch chính +

+ số chỉ vị trí liên kết đôi + en

Trang 46

DANH PHÁP Z/E

Z-3-methylhex-3-en

Trang 47

ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

 Tách hydro halogenid từ các dẫn xuất monohalogen

 Sự tách loại HX tuân theo qui tắc Zaixep:

Khi tách HX khỏi dẫn xuất halogen: X tách ra cùng với nguyên tử hydro gắn tại nguyên tử carbon ở liền bên cạnh có bậc cao nhất

 Qui tắc Zaixep đúng cả trong hai trường hợp tách loại E1 và E2

Trang 48

 Tách hydro halogenid từ các dẫn xuất monohalogen

 Dung dịch KOH/alcol khi đun nóng đã xảy ra sự cân bằng sau:

- Sự tách loại HX theo khả năng:

R-I > R-Br > R-Cl > R-F

Trang 49

Trang 50

 Điều kiện: base mạnh, dung môi kém phân cực

 Khi tách HX khỏi dẫn xuất halogen sẽ thu được olefin có số nguyên tử Hα đối với liên kết đôi là lớn nhất

Trang 52

 Tách H2O từ alcol

- Ở pha lỏng

- Ở pha hơi:

Trang 53

 Từ dẫn xuất dihalogen

 Dehydro hóa, cracking

Trang 54

TÍNH CHẤT LÍ HỌC

 Nhiệt độ sôi thấp hơn alkan tương ứng

 Đồng phân trans có nhiệt độ sôi thấp hơn và nhiệt độ nóng chảy cao hơn đồng phân cis

Trang 55

TÍNH CHẤT HÓA HỌC

 Phản ứng cộng

 Phản ứng hydro hóa có xúc tác

 Cộng hợp cis vào liên kết đôi

Trang 56

Phản ứng cộng hợp ái điện tử (AE)

 Giai đoạn I: tạo carbocation

 Giai đoạn II:

Trang 57

Trang 59

Trang 60

H

CH3Br

Br

R R

S S cis-but-2-en

Br

R S

Trang 62

Cơ chế phản ứng cộng HBr

Trang 63

 Quy tắc Wagner: Tác nhân không đối xứng tác dụng với alken, trong đó hai nguyên tử carbon mang nối đôi là đồng bậc liên kết với 2 gốc alkyl khác nhau là methyl thì phần anion X– của tác nhân sẽ kết hợp với carbon của nối đôi mang nhóm methyl

- Ví dụ:

Trang 64

Cơ chế phản ứng

Trang 66

 khả năng tạo thành ion halonium vòng

 X- tương tác với vòng halonium từ phía ngược với

halogen trong vòng  sản phẩm trans Thường thấy

trong các hợp chất vòng chưa no

Trang 67



Trang 68

 Với dung dịch KMnO4 đậm đặc  ceton và acid carboxylic

Trang 69

cấu tạo của alken Phản ứng trải qua giai đoạn tạo chất trung gian là ozonid

 Ozonid khó phân riêng được và bị thuỷ phân tạo

thành sản phẩm

Trang 72

 Phản ứng polymer hóa theo cơ chế gốc tự do

- Sự kết thúc phản ứng:

 Phản ứng polymer hoá theo cơ chế cation

- Quá trình tạo cation: (CH3)2C=CH2+ H+  (CH3)3C+

- Quá trình phát triển mạch polymer

- Quá trình kết thúc  Các dimer, trimer được tạo thành

Trang 73

- Xúc tác tạo anion thường là các hợp chất cơ kim

- Hỗn hợp gồm R3Al + TiCl4 gọi là xúc tác Zigler Natta được sử dụng trong phản ứng polymer hóa theo

-cơ chế anion

Polystyren

Trang 74

Phản ứng thế

 Thế ở vị trí allyl

Trang 75

Phản ứng thế

 Thế ở vị trí vinyl

 Xảy ra khó hơn so với vị trí allyl do nguyên tử hydro liên kết với carbon có nối đôi (gọi là hydro vinyl) bằng liên kết σC-H Liên kết σC-H có năng lượng liên kết lớn hơn nhiều so với các liên kết C-H khác

 Sự thế ở vị trí allyl còn thể hiện qua phản ứng tự oxy hóa

Trang 76

 Phản ứng trùng hợp

Trang 78

ALKADIEN

Trang 79

Định nghĩa và phân loại

 Là hydrocarbon không no có chứa hai liên kết đôi trong phân tử CTTQ: CnH2n-2

Trang 80

Danh pháp và đồng phân

 Cách gọi tên

 Chọn mạch chính dài nhất chứa liên kết đôi

 Đánh số mạch carbon sao cho vị trí của hai liên kết đôi có số nhỏ nhất

số chỉ nhánh + tên nhánh + tên HC tương ứng +

+ số chỉ liên kết đôi + dien

 Ví dụ:

CH = CH – CH = CH Buta-1,3-dien

Trang 82

Cấu tạo của alkadien liên hợp

Trang 83

Tính chất vật lý

 Ở nhiệt độ thường: là chất khí, isopren là chất lỏng, các alkadien khác rất khó tan trong nước và nhẹ hơn nước

Trang 84

:

Trang 85

Phản ứng cộng 1,4

 Cơ chế: tạo carbocation allyl trung gian

Trang 86

Phản ứng cộng

ái nhân hoặc cơ chế gốc

Trang 87

Phản ứng cộng – đóng vòng (Diels – Alder)

chất có liên kết đôi hoạt hóa (dienophyl) tạo thành hợp chất 6 cạnh không no

Trang 88

CHẤT ĐIỂN HÌNH

- Là chất khí, sôi ở -4,5oC, là nguyên liệu quan trọng

để tổng hợp cao su nhân tạo

 Isopren (2-methylbuta-1,3-dien)

- Là chất lỏng, sôi ở 34oC, được tạo ra khi nhiệt phân

cao su thiên nhiên ở nhiệt độ trên 300oC

- Trong công nghiệp được điều chế bằng phương pháp

dehydro hóa hỗn hợp isopentan và isopenten

Trang 89

ALKYN

Trang 91

DANH PHÁP VÀ ĐỒNG PHÂN

- Chọn mạch chính là mạch dài nhất có liên kết ba

- Đánh số mạch chính sao cho liên kết ba có số nhỏ nhất

Vị trí nhánh + tên nhánh + tên mạch chính + vị trí

liên kết ba + in

Trang 92

DANH PHÁP VÀ ĐỒNG PHÂN

 Danh pháp acetylene

- Các alkyn đơn giản được xem như dẫn xuất của acetylen

Trang 93

- Khi có mặt KOH hoặc NaOH/alcol

Trang 94

ĐIỀU CHẾ

 Alkyl hóa acetylen

Trang 95

TÍNH CHẤT LÍ HỌC

 Nhiệt độ sôi thấp hơn alkan tương ứng

 Hợp chất alkyn không có đồng phân hình học như hợp chất alken vì acetylen có cấu trúc phẳng

Trang 96

 Tính acid của alkyn

- Liên kết C-H phân cực mạnh về phía carbon của liên kết ba -CCH làm tăng momen lưỡng cực của liên kết và tăng khả năng tách hydro dưới dạng proton

- Do đó tính acid của acetylen lớn hơn so với etylen và etan

- Các alkyn có nối ba ở đầu mạch dễ tạo carbanion khi tác dụng với anion amidid trong ammoniac lỏng

Trang 97

 Tính acid của alkyn

- Tác dụng với kim loại kiềm, CuCl trong amoniac,

AgNO3 trong amoniac

- Acetylen cộng hợp với aldehyd formic như là một tác nhân ái nhân

Trang 98

 Phản ứng cộng hợp

 Cộng H2

- Sử dụng Na/NH3 lỏng

Trang 99

 Cộng hợp ái điện tử

- Tuân theo qui tắc Markonikov

- Khi cộng:  carbocation dạng vinylic R-C+=CH2 và tác dụng với các ái nhân:

Trang 100

 Cộng hợp ái điện tử

- Phản ứng cộng hợp với nước có xúc tác xảy ra qua giai đoạn tạo chất trung gian enol Enol không bền dễ bị chuyển vị để tạo thành aldehyd hoặc ceton

Trang 101

 Cộng hợp ái nhân

- Các alkyn tham gia phản ứng cộng hợp với các chất ái nhân

nh- alcol, amin, acid carboxylic, amid,HCN

Trang 102

 Phản ứng carbonyl hoá vào liên kết ba

- Khi có xúc tác là các carbonyl kim loại và áp suất, acetylen tương tác với hỗn hợp gồm carbon oxyd (CO)

và các chất có hydro linh động (nước, alcol, amin bậc một và hai)  acid, ester, amid

Trang 104

Trang 105

CHẤT ĐIỂN HÌNH

 Acetylen:

 Chất khí không màu, nguyên chất không mùi, nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ alcol, ether, tan rất nhiều trong aceton

 Là nguyên liệu có giá trị trong tổng hợp hữu cơ: acetaldehyd, ethanol, acid acetic, cao su nhân tạo …

 Dùng làm nhiên liệu có đền xì để hàn, cắt kim loại

Định dạng
Số trang	105
Dung lượng	3,92 MB