Lý thuyết chuyên đề hidrocacbon cơ bản và nâng cao

Tính tan, màu và mùi...  Các ankan nh nh t nh metan, etan, propan là nh ng khí không mùi... Parafin Parafin nẲ... ↑ì etilen có tác d ng kích thích s ho t đ ng các men làm trái cây mau c

- B c c a m t nguyên t C ph n ng ankan b ng s nguyên t C liên k t tr c ti p v i nó

- Ankan mà phân t ch ch C b c I và C b c II (không ch a C b c III và C b c I↑) là ankan không phân

nhánh

- Ankan mà phân t có ch a C b c III ho c C b c IV là ankan phân nhánh

II DANH PHÁP

1 Ankan không phân nhánh

CH3-

CH3CH2- CH3CH2CH2-

CH3[CH2]2CH2-

CH3[CH2]3CH2- CH3[CH2]4CH2- CH3[CH2]5CH2-

CH3[CH2]6CH2- CH3[CH2]7CH2- CH3[CH2]8CH2-

Metyl Etyl Propyl Butyl Pentyl Hexyl Heptyl Octyl Nonyl ecyl

* Tham kh o thêm

C12H26 Dodecan C13H28 Tridecan C14H30 Tetradecan

Chuyên đ

B c 1: Ch n m ch chính : m ch cacbon dài nh t có nhi u nhánh h n

B c 2: ánh s th t trong m ch chính: t cacbon ngoài cùng g n nhánh nh t (sao cho t ng các s ch v trí

* c bi t thêm: n, iso, neo-

- Thêm n-: ch m ch không phân nhánh

- Thêm iso: có m t nhánh -CH3 nguyên t cacbon th hai

- Thêm neo: có đ ng th i 2 nhánh -CH3 nguyên t cacbon th hai

Ví d :

CH3 – CH – CH2 - CH3

 CH3

III C U TRỎC PHÂN T ANKAN

1 S hình thƠnh liên k t trong phơn t ankan

- C lai hoá sp3các góc liên k t  109,50

2 C u trúc không gian c a ankan

a Mô hình phân t

b C u d ng

- D ng xen k b n h n d ng che khu t

- Các d ng luôn chuy n đ i cho nhau, không th cô l p riêng t ng d ng đ c

IV TệNH CH T V T Lệ

1 Nhi t đ nóng ch y, nhi t đ sôi vƠ kh i l ng riêng

CH3[CH2]2CH3 CH3[CH2]3CH3 CH3[CH2]4CH3

CH3[CH2]5CH3

CH3[CH2]6CH3 CH3[CH2]7CH3

CH3[CH2]8CH3

C1C2 C3

C4C5 C6

C7

C8C9

 đi u ki n th ng, các ankan t C1 đ n C4 tr ng thái khí

C5đ n C 18 tr ng thái l ng C18 tr đi tr ng thái r n

 Nhi t đ nóng ch y, nhi t đ sôi và kh i l ng riêng c a akan nói chung đ u t ng theo s nguyên t cacbon trong phân t là t ng theo phân t kh i Ankan nh h n n c

2 Tính tan, màu và mùi

 Ankan không tan trong n c, là dung môi không phơn c c nên tan t t trong dung môi phân c c nh d u,

m ,

 Ankan đ u là nh ng ch t không màu

 Các ankan nh nh t nh metan, etan, propan là nh ng khí không mùi Ankan t C5– C10 có mùi x ng, t

C10 - C16có mùi d u h a Các ankan r n h u nh không màu

V TệNH CH T HịA H C

- phân t ankan ch có các liên k t C – C và C – H ó là các liên k t  b n v ng, vì th các ankan t ng đ i

tr v m t hóa h c: nhi t đ th ng chúng không ph n ng v i axit, bzo và ch t oxi hóa m nh ↑ì th ankan

còn có tên là parafin , ngh a là ít ái l c hóa h c

- D i tác d ng c a ánh sáng, xúc tác và nhi t, ankan tham gia các ph n ng th , tách và ph n ng oxi hóa

Cacbon tetraclorua (tetraclometan)

 Các đ ng đ ng th t ng t

- Ph n ng th H b ng halogen thu c lo i ph n ng halogen hóa, s n ph m h u c có ch a halogen g i là d n

xu t halogen

- Clo th H cacbon các b c khác nhau

- Brom h u nh ch th H cacbon b c cao

- Flo ph n ng mãnh li t nên phân h y ankan thành C và HF

- Iot quá y u nên không ph n ng v i ankan

(97%)

(3%)

* C ch ph n ng halogen hoá ankan:

- Ph n ng clo hoá và brôm hoá ankan x y ra theo c ch g c – dây chuy n

(Ti p t c l p đi l p l i nh trên cho đ n khi k t thúc ph n ng, giai đo n ng t m ch)

B c đ t dây chuy n. ( Giai đo n ng t m ch, c t m ch, đ t m ch, t t m ch): Các g c t do k t h p, không còn g c t do, ph n ng ng ng (k t thúc):

Cl+ Cl Cl2 (4)

CH3 

+ Cl CH3Cl (5)

, , 2 2

- Trong các lo i hiđrocacbon, ch có ankan (hay parafin) khi đ t cháy t o s mol n c l n h n s mol khí cacbonic hay th tích c a h i n c l n h n th tích khí CO 2 (các th tích đo trong cùng đi u ki n v nhi t

đ và áp su t) Các lo i hiđrocacbon khác khi đ t cháy đ u s mol H2O ≤ s mol CO2

- Khi đ t cháy m t hay m t h n h p ankan các hidrocacbon thu c dưy đ ng đ ng thu đ c:

O H

100 2

1 Tro ng công nghi p

Trong công nghi p, metan (CH4) đ c l y t :

+ Khí thiên nhiên: Kho ng 95% th tích khí thiên nhiên lƠ metan Ph n còn l i là các hiđrocacbon C2H6,

C3H8, C4H10,

+ Khí m d u (Khí đ ng hƠnh): Khí m d u n m bên trên trong m d u Kho ng 40% th tích khí m d u là

metan Ph n còn l i là các hiđrocacbon có kh i l ng phân t l n h n nh C2H6, C3H8, C4H10,…

+ Khí cracking d u m : Khí cracking d u m là s n ph m ph c a quá trình cracking d u m , g m các

hiđrocacbon có kh i l ng phân t nh , trong đó ch y u g m metan (CH4), etilen (C2H4),…

+ Khí lò c c (Khí th p, Khí t o ra do s ch ng c t than đá): 25% th tích khí lò c c là metan, 60% th tích là hiđro (H2), ph n còn l i g m các khí nh CO, CO2, NH3, N2, C2H4, h i benzen (C6H6),…

+ Khí sinh v t (Biogas): Khí sinh v t ch y u là metan (CH4) Khí sinh v t đ c t o ra do s phân súc v t (heo, trâu bò,…) trong các h m đ y kín ↑ i s hi n di n các vi khu n y m khí (k khí), chúng t o men xúc tác cho quá trình bi n các c n bư ch t h u c t o thành metan Khí metan thu đ c có th dùng đ đun n u,

th p sáng Ph n bư còn l i không còn hôi thúi, các m m b nh, tr ng sán lưi c ng đư b h , không còn gây tác

h i, là lo i ch t h u c đư hoai, đ c dùng làm phân bón r t t t Nh v y, vi c phân súc v t, nh m t o

biogas, v a cung v p n ng l ng, v a t o thêm phân bón, đ ng th i tránh đ c s làm ô nhi m môi tr ng, nên s phân súc v t t o biogas có r t nhi u ti n l i

2RCOONa + 2H 2 O đpdd  R ậ R + 2CO 2 + 2NaOH + H2

 XICLOANKAN (Cn H 2n , n  3)

1 C u trúc phơn t c a m t s monoxicloankan

- Xicloankan là hiđrocacbon no, m ch vòng

- Xicloankan có 1 vòng g i là monoxicloankan, có CT chung là: CnH2n(n≥3)

- Tr xiclopropan ra, trong phân t xicloankan các nt C không n m trên cùng m t ph ng

2 ng phơn vƠ cách g i tên monoxicloankan

0,755 (200C)

0,778 (200C) Màu s c

Tính tan

Không màu Không tan trong n c, tan trong dung môi h u c

VD: C6H12 + 9O2 t0 6CO2 + 6H2O

- Xicloankan không làm m t màu dd KMnO4

i đuôi an c a ankan thành ilen

CH2=CH2: Etilen CH2=CH-CH3: Propilen CH2=CH-CH2CH3: -butilen

- ng phân trans: m ch C n m khác phía

III TệNH CH T V T Lệ

1 Nhi t đ sôi, nhi t đ nóng ch y vƠ kh i l ng riêng

2 Tính tan vƠ mƠu s c

- Không tan trong n c và là nh ng ch t không màu

IV TệNH CH T HịA H C

Liên k t  n i đôi c a anken kém b n v ng, nên trong ph n ng d b đ t ra đ t o thành liên k t  v i các nguyên t khác ↑ì th , liên k t đôi C = C là trung tâm ph n ng gây ra nh ng ph n ng hóa h c đ c tr ng co anken nh ph n ng c ng, ph n ng trùng h p và ph n ng oxi hóa

1 Ph n ng c ng hidro (ph n ng hidro hóa)

- Khi có m t ch t xúc tác nh Ni, Pt, Pd, nhi t đ thích h p, anken c ng hidro vào n i đôi t o thành ankan

t ng ng, ph n ng t a nhi t

Chú ý d ng :

2 14

CH2Br-CH2Br

R 1 R 2 C=CR 3 R 4 + Br 2 0

xt t

 R 1 R 2 CBr-CBrR 3 R 4

C C

H H

CH3

H

H H

Ph n ng này đ c dùng đ nh n bi t các h p ch t có liên k t đôi

(Anken làm m t màu dung d ch brom)  Nh n bi t

 Khi c ng tác nhân b t đ i x ng vào anken b t đ i x ng thì tuân theo quy t c Maccopnhicop:

Khi c ng tác nhân b t đ i x ng vào anken b t đ i x ng thì ph n mang đi n tích d ng (H+) u tiên c ng

vào cacbon b c th p (nhi u hiđro h n) còn tác nhân mang đi n tích âm u tiên c ng vào cacbon còn l i c a liên k t đôi (ít hiđro h n)

* C ch c ng:

C C + H+ C C

H

C C H

Axit etylsunfuric §ietyl sunfat

* C ng axit nitric HNO3:

 Trong ph n ng trùng h p, ch t đ u (các phân t nh ) đ c g i là monome S n ph m c a ph n ng g m

nhi u m t xích monome h p thành nên đ c g i là polime S l ng m t xích monome trong m t phân t

2 1,5  Các hidrocacbon đó thu c dưy đ ng đ ng anken hay xicloankan

 t cháy h n h p ankan + anken (xicloankan) thì n CO n H O

2

2  và

2

2O CO H

H 3 PO 4 t0, p [ H 2 SO 4 (l), t0]

 t chay h n h p anken + ankin (ankadien) thì n CO n H O

- Dung d ch KMnO4 loưng nhi t đ th ng oxi hóa n i đôi c a anken thành 1,2 – điol (Nh n bi t s có m t

n i đôi c a anken  Làm m t màu thu c tím (kalipenmanganat))

-1 -1 +7 0 0 +4

3 R-CH=CH- RẲ + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O 3 R-CH(OH) ậ CH(OH)-RẲ + 2 MnO 2 + 2 KOH

Anken Kali pemanganat R u đa ch c Mangan đioxit

(ch t kh ) (ch t oxi hóa) (k t t a màu đen)

3 C n H 2n + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O  3 C n H 2n (OH) 2 + 2 MnO 2 + 2 KOH

Anken Kali pemanganat R u đa ch c Mangan đioxit

* R u nào mà sau khi đehiđrat hóa thu đ c anken hay olefin thì đó là r u đ n ch c no m ch h và phân t

có ch a s nguyên t C ≥ 2 R u này có công th c t ng quát là CnH2n + 1OH v i n ≥ 2

* Qui t c Zaixep:

Khi m t r u đ n ch c no m ch lo i n c thu đ c hai anken khác nhau, thì anken t o ra nhi u h n (s n

ph m chính) là ng v i m t H C có b c cao h n Còn anken t o ra ít h n (s n ph m ph ) là ng v i s m t H

C có b c th p h n (Hay s n ph m chính ng v i anken có mang nhi u nhóm th h n, hay ng v i anken có

ch a nhi u H h n)

b Ankin  Anken

C n H 2n-2 + H 2  Pd,t0

C n H 2n R- C C-RẲ + H 2  Pd,t0

R-CH=CH- RẲ

Ví d :

CH  CH + H2  Pd,t0

CH2 = CH2 Axetilen Hidro Etilen CH3 - C CH + H2 Pd ,t0

CH3- CH = CH2 Propin Hidro Propen

ph n ng c ng H2 vào ankin t o ra ch y u là anken thì dùng H2 không d và dùng xúc tác Palađi (Pd) (không dùng Ni, Pt làm xúc tác)

c D n xu t monohalogen c a ankan tác d ng KOH trong r u, đun nóng, t o anken

R-CH 2 -CH 2 -X KOH/ruou,t 0

R-CH=CH 2 + HX R-CH 2 -CH 2 -X + KOH ruou, t 0

R-CH=CH 2 + KX + H 2 O

Ví d :

CH3-CH2-Cl + KOH ruou, t 0

CH2=CH2 + KCl + H2O Clometan, Etyl clorua Etilen Kali clorua N c

Parafin Parafin (nẲ<n) Olefin

C n H 2n + Br 2  C n H 2n Br 2

C n H 2n Br 2 + Zn  C n H 2n + ZnBr 2

S n ph m c ng brom K m Anken K m bromua

Thí d : Tách l y riêng etilen ra kh i h n h p g m hai khí metan vƠ etilen

Cho h n h p hai khí trên qua n c brom có d T t c etilen b gi l i vì có ph n ng c ng brom Metan không tác d ng v i brom dung d ch, không hòa tan trong n c c a dung d ch, thoát ra kh i bình đ ng

n c brom, thu đ c metan Sau đó cho b t k m l ng d vào ph n dung d ch còn l i, s tái t o đ c etilen Etilen t o ra, không hòa tan trong n c, thoát ra, thu đ c riêng

D n xu t đibrom c a ankan Dung d ch xút R u nh ch c no m ch h

CnH2n(OH)2nh đư bi t 4)

c T anken đi u ch đ c ankan t ng ng

C n H 2n + H 2 Ni ,t0

C n H 2n +2 Anken Hiđro Ankan

Olefin Parafin

Ví d :

CH2=CH2 + H2  Ni,t0

CH3-CH3 Etilen Hiđro Etan

CH3-CH=CH-CH3 + H2  Ni,t0

CH3-CH2-CH2-CH3 But-2-en n-Butan

d T etilen đi u ch đ c r u etylic, anđehit axetic, axit axetic, este etylaxetat, đietyl ete

R u etylic ng (II) oxit Anđehit axetic ng N c

e K hí etilen còn đ c dùng đ giú trái cây cho mau chín ↑ì etilen có tác d ng kích thích s ho t đ ng các men làm trái cây mau chín

CH2 – CH – CH3

Br Br

H 3 PO 4

280-3000C

70 – 80 atm

H 3 PO 4

280-3000C

70 – 80 atm

 ANKAN IEN (C n H 2n-2 , n  3) ( IOLEFIN)

- Các AO-p // nên xen ph liên t c

2 Ph n ng c a buta ậ 1,3 ậ đien vƠ isopren

a C ng hidro

CH2=CH-CH=CH2 +H2 Ni, t0 CH3-CH2-CH2-CH3 CH2=C(CH3)-CH=CH2 Ni, t0 CH3-C(CH3)-CH2-CH3

b C ng halogen và hidro halogen

 nhi t đô th p thì u tiên t o thành s n ph m c ng 1,2; nhi t đ cao thì u tiên t o ra s n ph m c ng 1,4 N u dùng d tác nhân (Br 2 , Cl 2 ,…) thì chúng có th c ng vào c 2 liên k t C = C

* Oxi hóa không hoàn toàn

- Buta – 1,3 – đien và isopren làm m t màu dung d ch KMnO4(nh n bi t)

* êhidro hóa và hidrat hóa ancol etylic nh xúc tác (ZnO ho c MgO và Al 2 O 3 )

2CH3CH2OH / (4000 500 0)

3

2O C C Al

* i t axetilen

2CH CH / ( 150 0)

4CL C NH CuCl

 KHÁI NI M V TECPEN

1 ThƠnh ph n

- M t s tecpen có CTPT: C10H16(d u thông); C15H24 (qu ); C40H56 (cà chua; carot)

- Tecpen là H2C không no th ng có CT chung: (C5H8)n (n≥2)

2 C u t o

C10H16, oximen C10H16, limonen

(Húng qu ) (Chanh, b i)

- Tecpen có c u t o m ch h ho c m ch vòng và có ch a liên k t đôi (C=C)

3 M t vƠi d n xu t ch a oxi c a tecpen

1 Ngu n tecpen thiên nhiên

- Tecpen và d n xu t ch a oxi c a tecpen th ng g p trong gi i th c v t Chúng có trong lá, thân, hoa qu , d

 ANKIN (Cn H 2n-2 , n  2)

1 ng đ ng, đ ng phơn, danh pháp

a ng đ ng

- Ankin là nh ng hidrocacbon m ch h có 1 liên k t ba trong phân t

- Dưy đ ng đ ng c a axetilen có công th c chung là C2H2n-2, (n 2, v i m t liên k t ba)

* Tên th ng: G c ankyl + axetilen

Tên các g c HC lk v i C mang n i ba + axetilen

Vd: Qua 2 gia i đo n:

CH CH + H-OHHg 2+ , t 0 [CH2=CH-OH]CH3-CHO

Ankin td v i HX qua 2 giai đo n liên ti p

[CH 2 = CHOH] (không b n)  CH 3 CHO

* Các ankin khác + HOH  Xeton

R 1 ậ C C ậ R 2 + HOH  xt,t0,p

R 1 ậ CH = C ậ R 2  R1 ậ CH 2 ậ COR 2

|

OH

* Nh n xét: N u m t hidroacbon tác d ng v i n c t o ra andehit axetic thì hidrocacbon đó là axetilen

d Ph n ng đime hóa và tri me hóa

4 CuCl, NH Cl, t

Ch có axetilen và cac ank – 1 – in m i tác d ng đ c v i dung d ch AgNO3/NH3 cho k t t a vàng, tác d ng

v i dung d ch CuCl/NH3cho k t t a màu đ

CH CH+2[AgNH3)2]OH AgC CAg + 4NH3+2H2O

TQ:

R- C CH+ [AgNH 3 ) 2 ]OH  R- C CAg + 2NH 3 +H 2 O

(k t t a mƠu vƠng nh t)

* Các ph ng trình hóa h c:

CH CH + 2AgNO3/NH3 + 2NH3  AgC Cag  (B c axetilen; màu vàng nh t) + 2NH4NO3

R – C CH + AgNO3 + NH3 R – C CAg  (màu vàng nh t) + NH4NO3

CH CH + 2CuCl + 2NH3  CuC CCu  (đ ng (I) axetilen; màu đ ) + 2NH4Cl

R – C CH + CuCl + NH3  R – C CCu  (màu đ ) + NH4Cl

b Oxi hóa không hoàn toàn

- Làm m t màu dung d ch KMnO4 b kh thành MnO2(k t t a màu nâu đen)

CaO + CO 2 CaO + 3C 20000C , lodien

CaC 2 + CO CaC 2 + 2H 2 O Ca(OH) 2 + C 2 H 2 

 T C và H 2

2C + H 2 hoquangdien

C 2 H 2

 T mu i axetilen

AgC CAg + 2HCl CH CH + 2AgCl

- S d ng axetilen ph i c n th m vì n ng đ axetilen trong không khí t 2,5% tr lên có th gây ra cháy n

- Axetilen và các ankin làm nguyên li u t ng h p các hóa ch t c b n nh : vinyl clorua, vinyl axetat, …

C HIDROCACBON TH M (AREN) NGU N HIDROCACBON THIÊN NHIÊN

1 C u trúc c a phơn t benzen

a S hình thành liên k t trong phân t benzen

- Sáu obital p còn l i c a 6 nguyên t C xen ph bên v i nhau t o thành h liên h p pi, t ng đ i b n v ng h n

so v i liên k t pi các anken hay hiđrôcacbon không no khác

* C u t o:

- Benzen t ng đ i d tham gia ph n ng th , khó tham gia ph n ng c ng và b n v ng v i các ch t oxi hoá

ó c ng là tính ch t hóa h c đ c tr ng chung c a các hiđrôcacbon th m nên đ c g i là tính th m

CH3

1,4-dimetylbenzenp-dimetylbenzen(p-xilen)

Tên nhóm ankyl + benzen

+ ↑ trí nhánh là ch s đ c đánh trên vòng benzen sao cho t ng s v trí trong tên g i là nh nh t

CH3

Metylbenzen

CH2 CH3Etylbenzen

3 4

1,6-dimetylbenzen

CH3

CH31 2

5 6

1,2-dimetylbenzen

3

CH31

2

5 6

+ Khi trên vòng benzen có nhi u nhóm th ankyl khác nhau thì th t g i tr c sau u tiên theo th t ch cái

A, B, C…,

CH3

CH2 CH31-etyl-2metylbenzen

3 4

5 6