Bài giảng Hiđrocacbon no ankan

CHƯƠNG IIHIĐROCACBON NOHiđrocacbon no là loại hiđrocacbon trong phân tử chỉ có các liên kết , tất cả các nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hóa sp3 . Có 2 loại hiđrocacbon no:ANKANI. ĐỒNG PHÂN, DANH PHÁP, CẤU TRÚCĐồng phân: - Ba chất đầu dãy đồng đẳng CH4, C2H6, C3H8 không cóđồng phân.- Từ C4H10 trở đi bắt đầu có đồng phân về mạch cacbon.- Từ C7H16 ngoài đồng phân cấu tạo ankan còn có thể có đồng phân quang học.2. Danh pháp:a. Ankan mạch không nhánh:nCnH2n+2CnH2n+1nCnH2n+2CnH2n+11MetanMetyl6HexanHexyl2EtanEtyl7HeptanHeptyl3PropanPropyl8OctanOctyl4ButanButyl9NonanNonyl5PentanPentyl10ĐecanĐecylb. Ankan phân nhánh:Xác định mạch chính của phân tử đó. Mạch chính là mạch cacbon dài nhất và có nhiều nhánh nhất.Ví dụ:→ Mạch A là mạch chínhĐánh số các nguyên tử cacbon ở mạch chính xuất phát từ đầu nào phân nhánh sớm hơn, sao cho số chỉ vị trí của nhánh là nhỏ nhất.Ví dụ:-Gọi tên các nhánh cùng với các chỉ số về vị trí (đặt chỉ số trước tên mỗi nhánh, có ngăn cách bằng một gạch nối) rồi đến tên mạch chính được tận cùng bằng –an. Nếu có 2 mạch nhánh trở lên thì gọi chúng lần lượt theo thứ tự bảng chữ cái. Nếu có nhiều nhánh cùng tên thì sau tất cả các số chỉ vị trí của chúng, trước tên nhóm người ta thêm các tiền tố như đi- (hai), tri- (ba), tetra- (bốn)-Ví dụ:3-etyl-2,5,5-trimetylheptan3. Cấu trúc:Ở ankan, các nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hóa sp3. mỗi nguyên tử cacbon ở trung tâm của tứ diện mà 4 đỉnh là các nguyên tử H hoặc C với: Độ dài liên kết C-C = 154pm và C-H = 109pm Các góc: 	 đều gần bằng như nhau và bằng 109,5o.Các mạch cacbon no thường có hình gấp khúc (hình ziczac)II. TÍNH CHẤT VẬT LÝNhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy:Giữa các phân tử ankan chỉ có lực tương tác Van đe van rất yếu. Vì vậy ở điều kiện thường, các ankan từ C1 đến C4 tồn tại ở thể khí, từ C5 đến C19 ở thể lỏng, và từ C20 trở lên ở thể rắn.Đối với ankan không phân nhánh tos và tonc tăng theo số nguyên tử C. Trong trường hợp các ankan là đồng phân của nhau, độ phân nhánh càng cao thì tos càng giảm, tonc càng tăng.2. Tính tan:Các ankan đều không có tính hiđrophin (tính háo nước) nên hầu như không tan trong nước. Ngược lại, chúng đều có tính lipophin (tính háo dầu mỡ) nên hòa tan được các chất béo và tan nhiều trong dung môi hữu cơ.3. Khối lượng riêng:Các ankan đều nhẹ hơn nước. Khối lượng riêng của ankan tăng theo mạch cacbon, song giới hạn tối đa là 0,8g/ml.III. TÍNH CHẤT HÓA HỌCNhận xét chung:Ankan có các liên kết C-C và C-H rất bền vững (EC-C=351kJ/mol, EC-H=410kJ/mol), hầu như không phân cực. Do đó ở điều kiện thường ankan tương đối trơ về mặt hóa học.- Tuy nhiên, trong điều kiện xúc tác hoặc nhiệt độ cao ankan có thể tham gia phản ứng hóa học. Hầu hết các phản ứng đó xảy ra theo cơ chế đồng li (cơ chế gốc). Do đó, ankan có thể tham gia phản ứng: thế, tách, oxi hóa.1. Phản ứng thế:Phản ứng halogen hóa:Sơ đồ phản ứng halogen hóa:Cơ chế phản ứng: (SR)Bước khơi mào: Bước tắt mạch: Bước phát triển mạch:Ví dụ : Cơ chế phản ứng clo hóa metan:Nhiệt độ, ánh sáng có tác dụng khơi mào tạo ra nguyên tử Clo.Bước khơi mào: Bước phát triển mạch: Bước tắt mạch: -Khi halogen hóa các ankan từ propan trở lên có thể sinh ra một hỗn hợp dẫn xuất monohalogen đồng phân của nhau.Ví dụ: → Bậc cacbon càng cao, khả năng phản ứng của H càng lớnKhả năng phản ứng tương đối của các halogen khác nhau:Giảm theo trình tự sau: F2 >> Cl2 > Br2 > I2b. Phản ứng nitro hóa (thế H bằng nhóm NO2):Ví dụ: Xảy ra theo cơ chế gốc và ưu tiên hơn vào nguyên tử cacbon bậc cao. - Đối với các đồng đẳng của metan, ngoài phản ứng làm đứt liên kết C-H còn xảy ra phản ứng bẽ gãy liên kết C-C. Sinh ra nhiều hợp chất nitro.c. Phản ứng sunfoclo hóa (Thế H bằng nhóm SO2Cl):Phản ứng sunfoclo hóa cũng theo cơ chế gốc và cho một hỗn hợp sản phẩm. Tỉ lệ các sản phẩm thế hiđro các bậc cũng giống như ở phản ứng clo hóa.2. Phản ứng tách: a. Phản ứng tách hiđro (đehiđro hóa):Ở nhiệt độ cao, có mặt xúc tác kim loại ( Cr2O3, Cu, Pt):- Các ankan từ C2-C4 bị tách hiđro tạo thành anken.Các ankan từ C5 trở lên có thể xảy ra theo hướng khép vòng tạo xicloankan.b. Cracking:- Cracking là quá trình bẽ gãy mạch cacbon của ankan để tạo ra một hỗn hợp gồm anken và ankan có mạch cacbon ngắn hơn ankan ban đầu. Có 2 loại phản ứng cracking: cracking nhiệt độ và cracking xúc tác.- Thành phần và tỉ lệ các sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian phản ứng. Nhiệt độ càng cao, thời gian phản ứng càng dài thì mạch cacbon của sản phẩm tạo ra càng ngắn.3. Phản ứng oxi-hóa:a. Phản ứng oxi hóa hoàn toàn (pứ cháy):-Ở nhiệt độ cao và đủ oxi, ankan cháy hoàn toàn, tỏa nhiệt mạnh.b. Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn:Trong những điều kiện nhiệt độ xúc tác thích hợp, các ankan bị oxh bởi oxi trong không khí sinh ra hỗn hợp axit cacboxylic:Ví dụ: IV. Điều chế:1) Hiđro hóa hiđrocacbon không no sẽ được ankan tương ứng:2) Đi từ dẫn xuất halogen:- Tổng hợp giữ nguyên mạch cacbon:- Tổng hợp tăng mạch cacbon:3. Đi từ muối kiềm của axit cacboxylic:- Điện phân: Nhiệt phân:V. Ứng dụng:Dùng làm nhiên liệu.Dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp hóa học.Dùng làm dung môi.METAN (CH4)- Metan là một chất khí không màu, không mùi, rất ít tan trong nước.- Nhiệt phân metan: - Oxi hóa metan:- Điều chế: XICLOANKANI. PHÂN LOẠI, DANH PHÁP, ĐỒNG PHÂN1. Phân loại:Xicloankan được chia thành 2 loại: Xicloankan đơn vòng.Xicloankan đa vòng.2. Danh pháp: Tên xicloankan đơn vòng = xiclo + tên ankan Ví dụ: Xiclopropan, xiclobutan, xiclopentan- Khi trong vòng có nhánh ankyl người ta gọi theo cách thông thường theo các quy tắc sau: Gọi tên nhánh trước. Trong trường hợp có nhiều hơn 2 mạch nhánh, phải đánh số mạch vòng sao cho các chỉ số chỉ vị trí thấp nhất . Nếu hai cách đánh số (cùng chiều và ngược chiều kim đồng hồ) mà cùng một bộ chỉ số thì ưu tiên chỉ số nhỏ hơn cho nhóm thế được nêu tên trước.3. Đồng phân:a. Đồng phân cấu tạo: có nhiều loại bao gồm:Đồng phân về mạch vòng:Đồng phân về mạch nhánh:Đồng phân vị trí nhánh:b. Đồng phân lập thể:- Đồng phân hình học.- Đồng phân quang học.- Đồng phân cấu dạng.II. TÍNH CHẤT VẬT LÝNhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các xicloankan tăng theo số nguyên tử cacbon của phân tử. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của chúng cao hơn nhiều so với các ankan tương ứng.Tính tan của các xicloankan tương tự như của ankan, thuộc loại lipophin và hiđrophin, chúng hòa tan các hợp chất mạch vòng tốt hơn ankan.III. TÍNH CHẤT HÓA HỌCNhận xét chung:Tính chất hóa học của các monoxicloankan phụ thuộc vào độ lớn của vòng. Các vòng nhỏ (C3, C4) dễ dàng tham gia phản ứng cộng -mở vòng. Trong khi đó các vòng lớn (C5 trở lên) dễ tham gia phản ứng thế.Phản ứng cộng - mở vòng:Xiclopropan có thể tham gia phản ứng cộng Br2, H2SO4, HBr nhưng các xicloankan khác thì không. 2. Phản ứng thế: 3. Phản ứng oxi hóa: Các xicloankan đều tham gia phản ứng cháy tỏa nhiệt như ankan.Xiclohexan bị oxi hóa bởi oxi không khí sinh ra xiclohexanon để sản xuất tơ nilon và tơ capron. Khi đun nóng có mặt xúc tác kim loại (Ni, Pt) xiclohexan bị đehiđro hóa thành benzen.4. Phản ứng đồng phân hóa:Trái lại các xicloankan vòng lớn có khuynh hướng thu nhỏ thành vòng bền 5-6 cạnh.1 , 3 - ĐiclopropanXiclopropan1 , 5 - ĐibrompentanXiclopentan1. Cho dẫn xuất Đihalogen của Ankan, trong đó hai nguyên tử Halogen cách xa nhau, tác dụng với Natri (Na) hay Kẽm (Zn) sẽ thu được Xicloankan tương ứng. Phương pháp này thường được dùng để điều chế Xiclopropan. Dùng kim loại Zn cho hiệu suất tốt hơn so với Na. Với các vòng khác hiệu suất phản ứng rất thấp.IV. ĐIỀU CHẾ XICLOANKANCanxi AđipatXiclopentanonXiclopentanonXiclopentan2. Nhiệt phân muối Canxi của Axitđicacboxilic, tạo Xeton vòng rồi khử Xeton vòng này bằng hỗn hống Kẽm trong Axitclohđric.Canxi GlutanatXiclo putanonXiclo putanonXiclo putanBenzenXiclo hexanXiclo hexanolPhenol3. Từ Aren đồng đẳng Benzen cũng như từ Phenol điều chế được Xicloankan.Xiclo hexanolXiclo hexenXiclo hexenXiclo hexan Hỗn hống của một kim loại là hợp chất của kim loại đó và Thủy ngân. Thủy ngân là kim loại duy nhất hiện diện dạng lỏng ở điều kiện thông thường do đó nó hòa tan được nhiều bột kim loại để tạo hợp kim tương ứng. Hỗn hống còn được gọi là Amalgam.GIỚI THIỆU XICLOHEXAN:Là một chất lỏng không màu , có d420 bằng 0,778 tức là nhẹ hơn nước. Có nhiệt độ sôi 81oC , có nhiệt độ nóng chảy là 7oC. Không hấp thụ bức xạ tử ngoại ở bước sóng lớn hơn 200nm nên được dùng làm dung môi để hòa tan và ghi phổ nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau.-Trong công nghiệp, xiclohexan được điều chế bằng cách đóng vòng n-hexan hoặc hidro hóa benzen. Người ta còn có thể lấy xiclohexan từ một số loại dầu mỏ.-Xiclohexan là một nguyên liệu công nghiệp quan trọng, đặc biệt trong sản xuất tơ tổng Poliamit, theo sơ đồ sau: