Hóa hữu cơ: Cac hop chat Hidrocacbon

SƠ LƯỢC VỀ CÁC HỢP CHẤT HIDROCACBON
Định nghĩa hidrocacbon : Hidrocacbon là các hợp chất hữu cơ chỉ chứa nguyên
tử Cacbon và Hidro trong phân tử
Hidrocacbon có rất nhiều nhóm hợp chất nhưng trong chương trình giáo dục của
chúng ta ở cấp THPT và ĐH thì chia ra gồm các chương sau :
1/Ankan (Hidrocacbon no mạch hở )
2/Xicloankan ( Hidrocacbon no mạch vòng )
3/Anken (Hidrocacbon ko no , có chứa 1 nối đôi trong phân tử , có thể là mạch
vòng hay mạch hở )
4/Ankin ( Hidrocacbon ko no , có chứa 1 nối ba trong phân tử có thể là mạch
vòng hay mạch hở )
5/Ankađien ( Hidrocacbon ko no , có chứa 2 nối đôi trong phân tử ,có thể là
mạch vòng hay mạch hở )
6/Aren ( Có thể mở rộng thêm 1 tí là các hợp chất vòng no , số liên kểt đôi trong
phân tử ko xác địng cụ thể )
7/Ngoài ra còn nhiều nhóm hợp chất như Trien ( 3 nối đôi ) , Điin (2 nối ba ) ,
Enin ( Một nối dôi , một nối ba )
CHƯƠNG 1 - ANKAN
1/ĐỊNG NGHĨA - DANH PHÁP - CẤU TRÚC
a/Đinh nghĩa : Ankan là các hợp chất hidrocacbon no ,mạch hở có công thức
phân tử chung như sau : CnH2n+2 ( n nguyên dương )
b/Danh pháp : Qua 4 bước ( đây là với ankan mạch nhánh nhé , ko nhánh thì
khỏi nói làm gì )
+ Xác định Hidrua nền ( ở đây là mạch chính , mạch dài nhất , phân nhánh nhiều
nhất )
+ Đánh số thứ tự
+ Xác định tên các nhánh
+ Thiết lập tên đầy đủ :
"Locant" cho nhánh + Tiền tố độ bội + Tên mạch nhánh + Tên mạch chính
Lưu ý tí : "Locant" có nghĩa là số chỉ ...
c/Cấu trúc : Ankan là nhóm hợp chất đặc biệt là có mômen lưỡng cực bằng 0

( Sau này ta xét đến Xicloankan cũng thấy như vậy vì momen lưỡng cực bằng 0
là 1 đặc điểm của Hidrocacbon no mà )
Chính vì mômen lưỡng cực bằng 0 nên Ankan còn có cái tên là Parafin nghĩa là
"Ái lực kém " ( Tức là Ít khả năng phản ứng ) .Thật vậy , Ankan khá trơ với
nhiều tác nhân hoá học . Ankan ko tan được trong H2O , H2SO4 .... Nhưng tan
nhiều trong các dung môi ko phân cực , dầu mỡ ...
2/CÁC PP TỔNG HỢP
Ý nghĩa : Ngoài việc tổng hợp được các ankan cần cho Công nghiệp hay phòng
thí nghiệm (Lab) thì việc tổng hợp này còn có một ý nghĩa khác đó là cho thấy
cách chuyển hoá các bộ phận của phân tử ( nhóm chức ) thành các nhóm
hidrocacbon no
PP thứ nhất - Khử R-X ( X là các Halogen ) trực tiếp :
R-X +2[H]--> R-H + H-X
Tác nhân khử co thể là Zn/HCl - Mg.Hg/HCl - H2/Pd,Pt,Ni.. - LiAlH4,
NaBH4..- Na/EtOH ...
Lưu ý một tí : Một trong những tác nhân khử mạnh nữa là HI thường dùng để
khử dẫn xuất Iot theo phản ứng sau : R-I + H-I --> R-H + I2
( Phản ứng xảy ra trong bình kín , nhiệt độ )
PP thứ hai - Thủy phân hợp chất cơ kim ( Thường là cơ Magie- Hợp chất
Grignard)
R-X + Mg/ete khan ---> R-MgX + H2O ---> R-H + Mg(OH)X
PP thứ ba - Hidro hoá các hợp chất hidrocacbon ko no ( Cái này chắc ai cũng
biết nhỉ )
PP thứ 4 - Hợp hai gốc hidrocacbon lại bằng cách tạo liên kết C-C ( Có nhiều pp
nhưng chủ yếu nhất vẫn là Wurtz và Corey - House)
+ Tổng hợp Wurtz ( Vuyec-1854) :
R-X + 2Na + R-X --> R-R + 2NaX
Một vài lưu ý về phản ứng :
1. phản ứng này đạt hiệu suất cao nhất khi 2 gốc hidrocacbon đem ghép là 2 gốc
giống nhau .

2.Phản ứng ko diễn ra trong dung môi ete mà hay dùng dung môi Hidrocabon
( Cụ thể thế nào lần sau khi nêu cơ chế phản ứng mình sẽ nói cụ thể hơn )
+ Tổng hợp Corey- House :
Sơ đồ phản ứng tạm biểu diễn như sau :
R-X + 2Li ---> RLi + LiX
2RLi + CuI ---> R2CuLi + LiX ( R2CuLi : Liti điAnkyl Cuprat)
R2CuLi + R'X ---> R-R' + R-Cu + LiX
Lưu ý : Phản ứng chỉ xảy ra khi R' là dẫn xuất Halogen bậc 1 hay bậc 2 .Phản
ứng đạt hiệu suất cao nhất khi mà R và R' đều là dẫn xuất Hal bậc 1 .
PP thứ 5 - Tổng hợp Kolbe ( Điện phân dung dịch muôi axit ) :
RCOOM + H2O --(Điện phân)--> R-H + CO2 + MOH + H2
( M là kim loại kiềm họăc kiềm thổ , hay dùng nhất là muối của kim loại kiềm )
Phản ứng xảy ra theo cơ chế Ion- Gốc .
PP thứ 6 - Thoái biến axit cacboxylic :
Định nghĩa 1 tí về phản ứng thoái biến đó là phản ứng làm thay đổi cấu trúc của
một hợp chất ( Biến ) dồng thời có sự cắt ngắn mạch ( Thoái ) .Một ví dụ điển
hình của phản ứng thoái biến là phản ứng Đecacboxyl hoá theo sơ đồ chung như
sau :
RCOOH --> R-H + CO2
Sau đây là một vài pp hay dùng để tổng hợp Ankan :
a/Khử axit hay dẫn xuất axit :
R-COOH + HI --> R-CH3 + H2O + CO2
b/PP Vôi tôi xút ( bác nào đi thi ĐH mà ko biết cái này thì chết đó ) :
R-COONa + NạOH --(CaO.t0)--> R-H + Na2CO3
c/Phản ứng giữa Ankylboran và RCOOH :
RCOOH + R'3B --> (ROO)3B + R'-H
Ngoài ra còn nhiều pp tổng hợp khác như Phản ứng khử C=O thành CH2 ,... nói
chung là nếu bạn nào có biết pp nào khác cứ post lên cho mọi người cùng tham
khảo .
3/TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA ANKAN

Trước khi nói về tính chất hoá học của Ankan chắc là nói qua tính chất vật lý tí
cho đủ bộ nhỉ
Các ankan có nhiệt độ sôi thấp , cụ thể là trong nhóm các Ankan mạch thẳng
thì :
Từ C1-->C4 : Khí
Từ C5-->C16 : Lỏng
Từ C17 trở lên : Rắn
Liên kết chủ yếu trong phân tử Ankan là lực Vandecvan , mạch cacbon càng dài
( M phân tử càng lớn ) thì nhiệt độ sôi càng tăng , theo như các nghiên cứu cụ
thể thì trung bình cứ tăng một -CH2- thì nhiệt độ sôi tăng từ 20 - 30 độ C .Mạch
Cacbon càng phân nhánh thì diện tích tiếp xúc giữa các phân tử càng giảm ,
nhiệt độ nóng chảy tăng nhưng nhiệt độ sôi giảm .
Trong phân tử Ankan chỉ có liên kết đơn gồm 2 loại đó là : C-C và C-H . Liên
kết C-H có năng lượng liên kết cao hơn liên kết C-C ( Trung bình là 98Kcal/mol
và 83Kcal/mol , tuy nhiên việc phân cắt liên kết C-C thì lại được bù trừ năng
lượng hơn việc phân cắt liên kết C-H ( Phần này nói hơi khó hiểu , các bạn cứ
hiểu đơn giản là việc phân cắt liên kết C-H dễ hơn C-C. Do vậy với Ankan thì
phản ứng thế H bằng các nhóm chức như Halogen hay -NO2, -SO3H ,... là phản
ứng chủ yếu ( Phản ứng thế )
Cụ thể về các phản ứng thế của ankan :
Phản ứng thế Halogen
Phản ứng halogen hoá theo cơ chế gốc như sau :
Phản ứng mở dây chuyền là phản ứng (1)
Phản ứng phát triển mạch là 2 phản ứng ở (2)
Phản ứng tắt mạch là các phản ứng ở (3)
Do có các phản ứng ở (3) nên sản phẩm phụ sinh ra trong phản ứng có thể có R-
R . Đến đây chúng ta có thể giải quyết 1 câu hỏi hăy gặp đó là tại sao trong phản
ứng clo hoá metan thì lại có 1 lượng nhỏ sản phẩm là etan , đó là do sự trùng
hợp 2 gốc Metyl CH3. tạo thành CH3-CH3.
Phản ứng Halogen hoá Ankan có những điểm đáng lưu ý sau :

Halogen tham gia phản ứng
Chủ yếu phản ứng thế Halogen ta chỉ xét cho phản ứng của Clo và Brom , còn
với Flo và Iot thì ít khi xét đến vì chất đó hầu như coi là ko có phản ứng xảy ra .
Nguyên Nhân :
+ Flo : phản ứng Flo ngay từ bước (1) phân cắt liên kết F-F toả nhiệt rất mạnh
và chính nhiệt lượng tỏa ra này duy trì cho phản ứng nhưng đồng thời cũng đã
cắt đứt cả liên kết C-C vốn rất bền , do đó phản ứng cuối cùng của phản ứng
thường là : CF4 và HF .
+ Iot : Để các gốc I phản ứng được ở (2) cũng cần 1 năng lượng lớn , nhưng
cũng phải vừa đảm bảo liên kết C-C vẫn còn , do đó số gốc I tham gia phản ứng
ở (2) là rất ít . Một nguyên nhân chính nữa là như 1 phương trình ta đã xét ở
phần Tổng hợp Hữu cơ , đó là HI sinh ra trong phản ứng thế theo phương trình
sau :
R-H + I2 ---> R-I + HI
sẽ khử R-I tạo thành R-H ( HI là chất khử mạnh với dẫn xuất Halogen mà ) Thế
nên phản ứng này lại thuận nghịch nữa .
từ 2 yếu tố đó => I2 coi như ko có phản ứng với R-H (Ankan)
(Thực ra nếu bạn nào học về năng lượng họat hoá thì vấn đề này giải thính dễ
hơn)
Một vấn đề khá hay nữa là tính chọn lọc của Halogen ,brom có tính chọn lọc
hơn Clo ,cụ thể là ở nhiệt độ khoảng 75 độ C thì tính chọn lọc của Clo và Brom
thể hiện như sau :
Hidro bậc : 1 2 3
Clo : 1 : 3,3 : 4,4
Brom : 1 : 84 : 1600
Khả năng phản ứng của gốc R
Bậc của Hidro ( Tức là nguyên tử Hidro liên kết với nguyên tử cacbon bậc mấy
thì có bậc tương ứng đó luôn ) càng cao thì càng dễ thế .
Ảnh hưởng của một số yếu tố khác
Vì phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc nên khi trong hỗn hợp phản ứng có chất kìm

hãm các quá trình phản ứng của gốc tự do như O2,... thì phản ứng chậm lại .Tuy
nhiên nếu có mặt chất sinh gốc như Pb(C2H5)4 hay SO2Cl2 thì phản ứng lại
xảy ra nhanh hơn do quá trình tạo thành gốc tự do dễ dàng hơn .
Ngoài ra còn 1 số ảnh hưởng khác ,ta sẽ xét tiếp sau này ,khi đến các phần nâng
cao kiến thức hơn nữa
Phản ứng nitro hoá
Phản ứng Nitro hoá : R-H + HONO2 ---> R-NO2 + H2O xảy ra trong tướng khí
ở nhiệt độ khoảng từ 425 đến 475 độ C và xúc tác của phản ứng là O2 hoặc
X2( halogen)
Dẫn xuất nitro sinh ra là một hợp chất quan trọng trong Công nghiệp sản xuất xà
phòng , tuy phản ứng là ko thuận nghịch nhưng hiệu suất lại rất thấp , chỉ vào
khoảng 20-40% . Tuy vậy vẫn được dùng trong CN .
Phản ứng Sunfo hoá :
R-H + HOSO3H ---> R-SO3H + H2O
Phản ứng xảy ra khi H2SO4 ở dạng Oleum ( H2SO4.nH2O) , hiệu suất của phản
ứng cũng thấp và ứng dụng của R-SO3H ko nhiều như R-NO2 nên phản ứng
này ít ứng dụng trong thực tế .
Ngoài ra còn một số phản ứng như Sunfo clo hoá ,... những phản ứng này cũng
tương tự nên mình sẽ ko viết thêm chi cho dài
NGOÀI PHẢN ỨNG THẾ RA THÌ ANKAN CÒN CÓ PHẢN ỨNG OXI HOÁ
VÀ PHẢN ỨNG DEHIDRO HOÁ VÀ PHẢN ỨNG CRACKING-RIFOMINH
LÀ CÁC PHẢN ỨNG KHÁ QUAN TRỌNG .
*/PHẢN ỨNG OXI HOÁ :
Phản ứng oxi hoá hoàn toàn thành CO2 và H2O chắc ai cũng biết , ko viết thêm
làm gì .Ta xét đến 1 vài phản ứng oxi hoá ko hoàn toàn :
R-CH3 --(O2/không khí /B2O3)---> R-CH2OH
R-CH2-CH2-R'--(O2/V2O5 , Mn2+ .. , 100 độ C)---> R-COOH + R'-COOH
Đó là 2 phản ứng hay gặp , ngoài ra cũng còn nhiều loại phản ứng oxi hoá ko
hoàn toàn nữa , bạn nào biết thì post lên nhé