Giáo trình HIĐROCACBON (dùng cho sinh viên ngành đại học sư phạm hóa học)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

GIÁO TRÌNH
(Lưu hành nội bộ)

HIĐROCACBON
(Dùng cho sinh viên ngành Đại học Sư phạm Hóa học)

Tác giả: Lý Thị Thu Hoài

Năm, 2016

1


MỤC LỤC
CHƯƠNG I. HIĐROCACBON NO ................................................................... 1
§1. ANKAN ....................................................................................................... 3
§ 2.XICLOANKAN ......................................................................................... 12
CHƯƠNG II. HIĐROCACBON KHÔNG NO .............................................. 19
§1 ANKEN ..................................................................................................... 19
§2. POLIEN ..................................................................................................... 29
§3. ANKIN...................................................................................................... 35
CHƯƠNG III. HIĐROCACBON THƠM ...................................................... 45
§1.

BENZEN VÀ CÁC CHẤT ĐỒNG ĐẲNG ........................................... 46

§2.

CÁC AREN KHÁC................................................................................ 53

§3. HỢP CHẤT THƠM KHÔNG CHỨA VÒNG BENZEN............................ 54
CHƯƠNG IV. NGUỒN HIDROCACBON TỪ THIÊN NHIÊN .................... 56
§1. KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ KHÍ MỎ DẦU ................................................... 56
§ 2. DẦU MỎ .................................................................................................. 58
§ 3. THAN MỎ ................................................................................................ 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 69

2


CHƯƠNG I. HIĐROCACBON NO
Hidrocacbon no là những hidrocacbon trong phân tử chỉ có liên kết đơn hay liên
kết . Các nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hoá sp3. Nó bao gồm hai loại:
- Ankan là những hidrocacbon no mạch hở ( thẳng và nhánh hay các axiclic).
Chúng gồm CH4, C2H6 , C3H8 ,C4H10 ,... lập thành một dãy có công thức chung CnH2n +
2 ( n 1)
- Xicloankan là những hidrocacbon no mạch vòng ( hidrocacbon no alixiclic).
Phân tử có thể có một vòng ( hidrocacbon đơn vòng hay monoxicloankan) hoặc nhiều
vòng . Công thức phân tử chung là CnH2n + 2 -2k ( n  3 ; k  1).
Người ta phân biệt cacbon bậc một, bậc hai, bậc ba, bậc bốn là số nguyên tử
cacbon liên kết với nguyên tử cacbon đang xét. Thí dụ:
(I)
(II)
(I)
(I)
(III)
(I)
(IV)CH3

CH3- CH2- CH3
CH3- CH- CH3
CH3- C- CH3
CH3
CH3
Trong phân tử hidrocacbon, nếu ta coi như bớt đi một hay một số nguyên tử hidro
thì phần còn lại đó được gọi là gốc hidrocacbon. Thí dụ từ phân tử CH4 ta có các gốc
CH3 (hoá trị một - CH3) ; gốc CH2 ( hoá trị hai - CH2-) ; gốc CH ( hoá trị ba – CH= ).
Khác với gốc tự do, gốc hidrocacbon là một phần cấu tạo của phân tử.
Các gốc hoá trị một của ankan là ankyl và của xicloankan là xicloankyl. Chẳng hạn
- CH3 là gốc metyl, - C2H5 là gốc etyl; CH2- CH- là xiclopropyl.
CH2

§1.

ANKAN

I. Đồng phân, danh pháp, cấu trúc.
1. Đồng phân cấu tạo.
Trong dãy đồng đẳng của metan, bắt đầu từ C4H10 trở đi mới có đồng phân cấu
tạo. Số đồng phân tăng nhanh khi số nguyên tử cacbon trong mạch tăng.
CH3
C3H8 : CH3- CH2- CH3; C4H10 : CH3- CH2- CH2- CH3 và CH3- CH- CH3
propan
butan
2- metyl-propan ( isobutan)
CH3
C5H12: CH3- CH2- CH2- CH2- CH3 CH3- CH- CH2- CH3
CH3- C- CH3
CH3

CH3
pentan
2- metylbutan (iso pentan) 2,2-dimetylpropan ( nêo-)
Ngoài đồng phân cấu tạo, ankan còn có thể có đồng phân quang học khi n  7 .
2. Danh pháp.
Có hai loại danh pháp chính: thông thường và danh pháp quốc tế, tiêu biểu là
danh pháp IUPAC.

3


Danh pháp thông thường gọi tên các hợp chất hữu cơ dựa vào nguồn gốc tìm ra
hoặc tính chất vật lý,...
Danh pháp IUPAC dựa trên các nguyên tắc sau:
a). Các ankan mạch thẳng: Bốn chất đầu có tên nửa hệ thống lần lượt là metan,
etan, propan, butan. Các chất đồng đẳng kế tiếp gồm tiếp đầu ngữ là tên chữ số hilạp
chỉ số nguyên tử cacbon trong phân tử và hậu tố là “AN” đặc trưng cho hidrocacbon
no: pent-(C5) , hex- (C6), hept- (C7),...
b). Gốc ankyl mạch thẳng hoá trị một: từ tên của ankan tương ứng chỉ đổi đuôi
“AN” thành đuôi “YL”. Ví dụ: CH3- metyl, C2H5- etyl, CH3-CH2-CH2- propyl,...
c). Các ankan mạch nhánh:
Tên gọi phải tuần tự theo các bước sau:
- Chọn mạch chính của phân tử : là mạch cacbon dài nhất, có nhiều nhánh hơn (để
gốc ankyl đơn giản hơn - nếu có hai mạch dài bằng nhau). Thí dụ:
CH3
6
5
6
CH3- CH-4CH- CH2- CH3
CH3- 5CH2-4CH -3CH- CH3

3
CH2
CH2 2CH- 1CH3
CH3-2C- CH3
CH3 CH3
1
CH3 4- etyl -2,2,5- trimetylhexan.
4-etyl-2,3-dimetylhexan
- Đánh số nguyên tử cacbon trên mạch chính: bắt đầu từ phía nào gần nhánh hơn,
nếu hai đầu gần nhánh như nhau thì bắt đầu từ phía nào cho tổng số vị trí nhánh là nhỏ
nhất.
- Gọi tên theo thứ tự : Số chỉ vị trí nhánh- tên nhánh( gốc ankyl theo thứ tự vần chữ
cái) và cuối cùng là tên ankan trong mạch chính. Khi có hai hay nhiều gốc cùng loại
thì dùng tiền tố để chỉ số gốc như di, tri, tetra cho 2,3,4 gốc trước tên gốc đó.
Danh pháp IUPAC vẫn dùng một số tên thông thường để gọi tên các ankan nhánh:
isobutan (CH3)2CH- CH3 ;
isopentan (CH3)2CH- CH2- CH3 ;
neopentan (CH3)3C-CH3
neohexan (CH3)3 C-CH2- CH3
Tiền ngữ iso- để chỉ các phân tử có một nhóm và neo- chỉ hai nhóm CH3- ở cacbon
thứ hai tính từ một đầu mạch.
d). Gốc ankyl có nhánh:
- Chọn mạch chính có hoá trị tự do, rồi đánh số bắt đầu từ cacbon có hoá trị tự do
đó, sau cùng là gọi tên gốc theo trình tự như gọi tên an kan tương ứng, chỉ thay đuôi
“AN” bằng “YL”. Thí dụ:
3
4
CH3- 2CH2-1CH- CH3
CH3-3CH2- 2CH-1 C - CH2- CH3
CH3 CH(CH3)2

1-metylpropyl
1-etyl-1-isopropyl-2-metylbutyl
3. Cấu trúc.
a). Cấu trúc mạch cacbon:
Do trong ankan, cacbon lai hoá sp3 nên mạch cacbon hình gấp khúc (zich zắc).
Góc liên kết CCC xấp xỉ 109,50.

4


b). Cấu dạng:
- Như etan, propan có cấu dạng xen kẻ bền và cấu dạng che khuất không bền.
H

H CH3

H 3C

H

H

H

H
H

H

H

H

- n- butan cũng có cấu dạng xen kẻ và che khuất tương tự như propan, nhưng
trong đó một nguyên tử H ở cacbon che khuất bị thay thế bởi nhóm CH3- . Trong dạng
xen kẻ, n-butan có dạng xen kẻ anti- hai nhóm CH3- đối diện nhau- là dạng bền nhất;
dạng xen kẻ syn kém bền hơn. Dạng che khuất có che khuất hoàn toàn - kém bền nhấtvà dạng che khuất không hoàn toàn. Anti
syn
che khuất không,
che hoàn toàn
H 3C
H
H

H3C CH3

H3C

CH3

H
H

H

CH 3

CH 3

H

H
H

H3C
H

H
H

H
H

H
H

II. Tính chất vật lý.
1. Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy.
Phân tử ankan chỉ có các liên kết đơn C- C và C- H hầu như không phân cực nên
cả phân tử cũng coi như không phân cực. Giữa các phân tử chỉ có lực tương tác Van đe
Van rất yếu. Do vậy, ở điều kiện thường:
- Từ metan đến butan là chất khí ( C1- C4 )
- Từ C5- C19 là chất lỏng.
- Từ C20 trở lên là chất rắn.
Nhìn chung, phân tử khối càng cao, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy càng cao.
Nhưng an kan đồng phân có độ phân nhánh càng cao thì nhiệt độ sôi, nhiệt độ
nóng chảy càng thấp.
2. Tính tan.
Các ankan hầu như đều không tan trong nước(không có tính hidrophin), nhưng
tan tốt trong dầu, mỡ (có tính lipophin) và các dung môi hữu cơ. Chúng cũng hoà tan

tốt các chất dầu mỡ.
3. Khối lượng riêng.
Các ankan lỏng, rắn đều nhẹ hơn. Khối lượng riêng tăng theo độ lớn của mạch
cacbon, nhưng không vượt quá 0,8 g/cm3.
4. Phổ hấp thụ.
- Phổ hồng ngoại của các ankan có các dao động của C- H là 2960 - 2850 cm-1 và
1470- 1350 cm-1

5


- Phổ tử ngoại gần ( từ 200 - 400 nm) không có các cực đại hấp thụ của ankan.
- Phổ cộng hưởng từ proton có các tính hiệu đặc trưng ở 0,9 ppm của nhóm CH3; là 1,25 ppm của nhóm - CH2-; là 1,5 - 2,0 ppm của nhóm -CHIII. Tính chất hoá học.
Do trong phân tử các ankan chỉ có liên kết đơn bền vững, cacbon đã bão hoà hoá
trị bốn nên:
- Ở nhiệt độ thường, các ankan tương đối trơ về mặt hoá học với tác dụng của các
chất oxi hoá kể cả KMnO4, các kiềm đặc, axit sunfuric, các kim loại hoạt động hoá học
mạnh
như natri, kali, canxi,... cho nên chúng còn có tên gọi là parafin.
- Các ankan không tham gia phản ứng cộng, chỉ có phản ứng thế, huỷ và oxi hoá.
1. Phản ứng thế
a). Phản ứng halogen hoá. ( bởi clo, brom) khi có ánh sáng khuếch tán.
- Sơ đồ phản ứng:

anhsang


CH3- H + Cl- Cl anhsang
anhsang


CH3- Cl + Cl- Cl 
anhsang
CH2Cl2 + Cl- Cl 

anhsang

CCl3 - H + Cl- Cl 
R- H + X- X

Thí dụ:

R- X + HX
CH3- Cl + HCl
CH2Cl2

+ HCl

CHCl3

+ HCl

C Cl4
+ HCl
Tuỳ theo tỉ lệ số mol của clo và metan mà thu được hỗn hợp các dẫn xuất halogen
với thành phần khác nhau. Lượng clo càng dư, tỉ lệ dẫn xuất policlo càng cao.
- Cơ chế phản ứng halogen hoá: phản ứng theo cơ chế gốc tự do SR, dây chuyền
gồm ba giai đoạn:
h
+ Khơi mào:
X- X 

2X*
+ Phát triển mạch: X* + R- H  R* + HX
R* + X- X  R- X + X*
n lần (n = 100 với CH4)
+ Ngắt mạch:
X* + X*  X2
X* + R*  RX
R' + R'  R- R
- Khả năng phản ứng tương đối của ankan và hướng phản ứng:
Khi halogen hoá các ankan, từ propan trở đi có thể thu được một hỗn hợp các sản
phẩm monohalogen đồng phân nhau. Thí dụ:

CH3- CH2- CH3 + Cl2

as


CH3- CHCl- CH3

+ HCl

(1) -

59%
CH3- CH2- CH2Cl + HCl
(2) - 41%.
Tỉ lệ % các sản phẩm biểu thị hướng của phản ứng. Tỉ lệ đó phụ thuộc vào số
nguyên tử hidro cùng loại ni ( tức là H liên kết với cacbon bậc i ) và khả năng thế
tương đối ri của nguyên tử cacbon bậc i đó ( coi rI = 1 ). Thực nghiệm cho thấy khả
năng thế tương đối ri khi halogen hoá ở 1000C đối với clo và brom như sau:

6


CI
CII
CIII
Clo hoá
1
4,3
7
Brom hoá
1
82
1600
Như vậy, bậc cacbon càng cao khả năng phản ứng thế hidro càng lớn vì gốc tự do
sinh ra trong quá trình phản ứng càng bền. Với các halogen khác nhau, ri cũng khác
nhau. Sự chênh lệch ri trong brom hoá lớn hơn trong clo hoá.
Tỉ lệ % các sản phẩm ( ai %) phụ thuộc vào ni và ri theo biểu thức sau:
n r
a i %  i i 100
 n i .ri
Thí dụ: clo hoá CH3- CH- CH2- CH3 ta có nI = 6, n'I = 3, nII = 2, nIII = 1
CH3
thu được 4 sản phẩm: (CH3)2 CCl- CH2- CH3
aIII
(CH3)2 CH- CHCl- CH3
aII
CH2Cl- CH(CH3)- CH2- CH3
aI

(CH3)2 CH- CH2- CH2Cl
a'I
aIII% = 1.7.100/ ( 1.7 + 4,3. 2 + 9.1) = 28,46
aII% = 2. 4,3.100/ ( 1.7 + 4,3. 2 + 9.1) = 34,96
aI % = 6.1.100/ ( 1.7 + 4,3. 2 + 9.1) = 24,39
a'I % = 3.1.100/ ( 1.7 + 4,3. 2 + 9.1) = 12,19
Nếu mono brom hoá iso- pentan ta sẽ thu được chủ yếu là sản phẩm aIII
aIII = 1. 1600. 100/ ( 1600 + 2.82 + 1.9) = 90,24
- Khả năng thế tương đối của các ankan khác nhau:
Mức độ hoạt động hoá học của các halogen giảm dần từ F2, Cl2, Br2, I2. Do đó các
halogen phản ứng với ankan theo mức độ khác nhau. Cụ thể :
+ F2 phản ứng mãnh liệt, chỉ cho sản phẩm phản ứng huỷ là C và HF.
+ Cl2 có khả năng phản ứng khá mạnh nên vừa cho phản ứng thế, vừa cho phản
ứng huỷ khi chiếu sáng mạnh hoặc khi đốt nóng
CH4 + Cl2 as CH3Cl + HCl
CH4 + 2 Cl2 as C + 4 HCl
+ Br2 chỉ cho phản ứng thế và đối với các ankan có khả năng phản ứng kém như
CH4 hoặc (CH3)4C ,... thì nó hầu như không phản ứng.
+ I2 rất kém hoạt động, vì thế phản ứng rất chậm và thuận nghịch coi như không
phản ứng thế nếu ta không thêm các chất để oxi hoá HI (như HNO3, HgO,...)
b). Phản ứng nitro hoá: (Thế H bằng nhóm NO2)
Khi có đun nóng, các ankan có thể bị nitro hoá tạo ra nitroankan:

dun
nong
 R- NO2 + H2O
CH4 + HO- NO2 450

C  CH3- NO2 + H2O
R- H

+ HO- NO2

0

Phản ứng thế này cũng xảy ra theo cơ chế gốc và ưu tiên thế vào cacbon bậc cao.
Khi nitro hoá ankan, mạch cacbon có thể bị bẻ gãy nên có thể thu được nhiều nitro

7


khác nhau. Chẳng hạn, propan có thể tạo ra bốn sản phẩm : CH3- CH2- CH2- NO2,
(CH3)2CH- NO2, CH3- CH2- NO2, CH3- NO2.
c). Phản ứng sunfo hoá:
Cũng như với HNO3 , các ankan chỉ phản ứng với H2SO4 đặc khi đun nóng có mặt
của SO3 tạo thành hợp chất sunfonic:
0

cao
CH3- CH2- CH3 + H2SO4 t

 CH3)2CH- SO3H + H2O
0
- Nếu đun nóng ở 50 C với hỗn hợp SO2 và Cl2 các ankan sẽ bị sunfoclo hoá theo
cơ chế gốc và cho hỗn hợp sản phẩm:

R- H + SO2 + Cl2

0

50 C
as
 R- SO2Cl + HCl

Thí dụ:
CH3- CH2- CH3 + SO2 + Cl2  HCl +

CH3- CH2- CH2-SO2Cl
(CH3)2CH- SO2Cl
Các hợp chất sunfoclo có 12- 18 cacbon được dùng để sản xuất các chất tẩy giặt tổng
hợp .
2. Phản ứng tách.
a). Phản ứng tách hidro ( đehidro hoá)
Khi đun nóng, hai liên kết C-H có thể bị đứt hình thành các liên kết mới tuỳ theo
hidro tách ra ở vị trí nào trong mạch cacbon và đơn chất hidro:
- Các ankan có mạch cacbon ngắn khi đun nóng với chất xúc tác ( Cr2O3 , Fe, Cu,
Pt, Ni,...) bị tách H2 tạo ra anken:
0

t , xt
 CH2= CH2 + H2
CH3- CH3 
CH3- CH2- CH2- CH3 - CH3 CH = CH- CH3 + H2
- Các ankan có từ 5-7 cacbon có thể tách hidro và khép vòng tạo thành xicloankan
tương ứng.
0

,t
CH3- CH2- CH2- CH2- CH2- CH3
+ H2

P
Ở nhiệt độ cao xiclohexan có thể tách tiếp hidro tạo ra benzen. Phản ứng tách
hidro là những phản ứng thuận nghịch.
b). Crackinh:
Khi đun nóng, các ankan có thể xảy ra phản ứng crackinh. Crackinh là quá trình bẻ
gãy mạch cacbon của ankan mạch dài tạo thành những ankan và anken mạch ngắn
hơn. Crackinh có thể coi như một phản ứng tách bẻ gãy một liên kết C- H và một liên
kết C- C.
Thí dụ:
CH3- CH2- CH3  CH2= CH2 + CH4
CH3- CH2- CH2- CH3
CH3 CH = CH2 + CH4
CH3- CH3 + CH2= CH2
Crackinh xảy ra có thể nhờ tác dụng đơn thuần của nhiệt (gọi là crackinh nhiệt)
hoặc nhờ tác dụng của xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn (gọi là crackinh xúc tác).

8


Phản ứng crackinh nhiệt xảy ra theo cơ chế gốc, crackinh xúc tác theo cơ chế ion.
Crackinh các phần nặng của dầu mỏ tạo được hỗn hợp nhiều hidrocacbon lỏng, khí
cần thiết cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ.
Nếu crackinh ankan có mặt hidro, xúc tác sẽ thu được hỗn hợp các ankan có phân tử
khối nhỏ hơn. Quá trình đó gọi là hidrocrackinh .
0

xt , 270 C
2 C11H24 hidro
,
 C4H10 + C5H12 + C6H14 + C7H16

3. Phản ứng oxi hoá.
a). Phản ứng oxi hoá hoàn toàn - phản ứng cháy.
Khi đốt ankan trong điều kiện đủ oxi, ankan cháy sinh ra CO2 và H2O, phản ứng
toả nhiệt mạnh.

CnH2n +2 + 3n  1 O2  n CO2 + ( n + 1) H2O
2

Thí dụ:
CH4 + 2 O2 
CO2 + 2 H2O H = - 880 kJ/mol
Nhiệt của phản ứng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống.
b). Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn
Khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp, các ankan có thể bị oxi hoá không hoàn toàn bởi
oxi
của không khí tạo thành hỗn hợp các axit hoặc các sản phẩm khác tuỳ theo điều kiện.
Thí dụ, khi oxi hoá metan:
0

, 300 C , Cu
200
at 

 H- CH = O + H2O
, Ni
CH4 + Oxi kk 500
C
 CO2 + 2 H2O
0

thieu K khi

 C + 2 H2O

- Oxi hoá butan và các đồng đẳng:
khi , muoi Mn
CH3- CH2- CH2- CH3
Oxi
K
 2 CH3- COOH
Ngoài sản phẩm chính là axit axetic còn có axit fomic và axit propionic.

R- CH2- CH2-R'

khi , muoi Mn
Oxi
K


 R- COONa
R'- COONa
(xàphòng)
Oxi hoá ankan 25- 30 cacbon, người ta được các axit béo cao mạch dài dùng để
sản xuất xà phòng.
IV. Điều chế ankan:
1. Lấy từ nguồn thiên nhiên.
Metan và các đồng đẳng của nó có trong khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, khí than đá
và khi tinh chế dầu mỏ.
2. Từ hidrocacbon không no.
Hidro hoá các anken, ankin sẽ thu được ankan tương ứng:

0

R- COOH
R'- COOH

Pt , t , xt
Nihay
 R- CH2- CH2- R'
Pt , t , xt
hay
 R- CH2- CH2- R'
R- C C-R + 2 H2 Ni

R- CH = CH - R' + H2

0

9


3. Từ dẫn xuất halogen.
a). Tổng hợp giữ nguyên mạch cacbon: Phản ứng Grinha
Từ dẫn xuất halogen tổng hợp ankan theo sơ đồ chuyển hoá:
R- X

Mg
O
R- MgX H
R- H + Mg(OH)X


2

Thí dụ:
H 2O

Mg
CH3- CH2- Cl 
CH3- CH2- MgCl  CH3- CH3 + Mg(OH)Cl
b). Tổng hợp tăng mạch cacbon: Phản ứng Vuyêc.

2 R- X
Thí dụ:

+ 2 Na  R- R

+ 2 NaX

2 CH3- CH2- Cl + 2 Na 

Hoặc :

CH3- CH2- CH2- CH3

+ 2 NaCl

 CH3- CH2- CH2- CH3 + 2 NaCl

CH3- CH2- Cl + CH3- Cl + 2 Na  CH3- CH2- CH3 + 2 NaCl
 CH3- CH3
4. Từ muối kim loại kiềm của axit cacboxilic.

a). Điện phân theo phương pháp KonBơ:
ở anôt
2 R- COONa + 2 H2O
Thí dụ:

dien
phan
 R- R + 2 CO2 +
ở anôt

+ 2 NaCl

ở catôt
2 NaOH + H2
ở catôt

dien phan

2 CH3- COONa + 2 H2O  CH3- CH3 + 2 CO2 + 2 NaOH + H2
b). Phương pháp nhiệt phân:
Nhiệt phân muối cacbonat Natri với vôi tôi - xút sẽ thu được các ankan có mạch
cacbon ngắn hơn so với muối ban đầu do bị cắt mạch ở nhóm COONa:
0

,t
CaO

 CH4 + Na2CO3
CaO , t
R- COONa + NaOH  RH + Na2CO3

CH3- COONa + NaOH

0

Phương pháp này cho hiệu suất cao khi R là gốc CH3, C2H5 , C6H5 . Ngoài ra,
cũng có thể nhiệt phân muối cacboxilic đa chức của kim loại kiềm.
V. Ứng dụng.
1. Làm nhiên liệu.
- Nhờ năng suất toả nhiệt cao của các ankan khi cháy, người ta dùng chúng làm chất
đốt trong đời sống và trong công nghiệp: khí lò đốt, khí bếp ga, nạp bật lửa, xăng - dầu
là nhiên liệu cho các động cơ, thắp sáng, đun nấu; nến thắp sáng...
2. Làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ.
- Từ CH4 điều chế được CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, H- CHO , C2H2 , H2...
- Từ C2H6 tạo ra được C2H4, vinylclorua, rượu etylic,...
- Từ butan sản xuất được axit axetic khi oxi hoá , butadien khi tách hidro,...
- Từ ankan cao sản xuất được xà phòng bằng cách oxi hoá.
3. Làm dung môi.
Nhiều ankan được dùng làm dung môi để hoà tan các chất hữu cơ như n- hexan,
etxăng, dầu hoả,...

10


VI. Giới thiệu về metan.
- Metan được tạo thành do sự phân huỷ các động vật, thực vật trong điều kiện yếm
khí. Metan có nhiều trong khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, khí bùn ao, khí than đá, khí từ
các lò ủ phân rác,... Nó còn có nhiều trong khí lò cốc (20- 30%).
- Metan là chất khí, không màu, không mùi, nhẹ chỉ xấp xỉ bằng nửa không khí, rất
ít tan trong nước ( tan 0,035 lít/ 1 lít nước ở nhiệt độ phòng).

- Metan là hidrocacbon no đơn giản nhất. Khi bị nhiệt phân, tuỳ theo điều kiện có
thể thu được axetilen hay muội than tuỳ điều kiện:
0

1400
1500
C  CH  CH + 3 H2
C , xt
CH4 1000

 C + 2 H2

2 CH4

0

Đốt cháy metan thu được CO2 và nước, phản ứng toả nhiệt mạnh được ứng dụng
nhiều trong đời sống là làm chất đốt. Khi oxi hoá không hoàn toàn metan có thể thu
được các sản phẩm khác nhau ( xem III.3) cho công nghiệp. Metan còn được dùng để
điều chế HCN, CH3OH, CHCl3, CCl4,...
- Điều chế metan:
Công nghiệp lấy metan từ các nguồn khí tự nhiên. Trong đời sống, người ta sử
dụng hỗn hợp metan làm chất đốt bằng việc ủ phân chuồng bằng hầm bioga.
Phòng thí nghiệm có thể điều chế metan bằng các phương pháp sau:
+ Thuỷ phân nhôm cacbua:
Al4C3 + 12 H2O  3 CH4 + 4 Al(OH)3
+ Nhiệt phân natriaxetat:
CH3- COONa + NaOH

0

,t
CaO

 CH4 + Na2CO3

BÀI TẬP
II. 1. Viết công thức cấu tạo các đồng phân của C6H14 và đọc tên.
II.2. Viết công thức cấu tạo và gọi tên các gốc hidrocacbon no hoá trị một có 4 và 5
nguyên tử cacbon.
II.3. Viết công thức cấu tạo các gốc hoá trị một có tên gọi sau:
a). 1,2- dimetyl- propyl.
b). 2- etyl- 4- metyl pentyl.
c). 1- etyl- 2,3-dimetyl butyl.
Hãy gọi tên các ankan tương ứng của các gốc đó.
II.4. Hợp chất A có công thức phân tử C6H14 . Khi clo hoá A thu được hỗn hợp hai
đồng phân monoclo. Hãy xác định công thức cấu tạo của A và tính tỉ lệ % các
đồng phân monoclo đó, biết rằng khả năng thế tương đối của cacbon bậc một là
1, của cacbon bậc hai là 4,3 và của cacbon bậc ba là 7.
II.5. Crackinh là gì ? Viết phương trình phản ứng khi crackinh n- octan. Hidro
crackinh là gì ? Hãy cho biết sản phẩm khi hidrocrackinh n- octan.
II.6. Từ CH4 hãy viết phương trình phản ứng điều chế n- butan và iso- butan.
II.7. Hãy điều chế C3H8 theo các phương pháp đã học.

11


§ 2.

XICLOANKAN

I. Danh pháp và đồng phân.
1. Danh pháp.
- Tên của các xicloankan đơn vòng xuất phát từ tên của ankan tương ứng có thêm
tiền tố xiclo:

Xiclo propan
Xiclobutan
Xiclo pentan
Xiclo hexan
- Các xicloankan nhánh cũng đọc tên theo thứ tự: số chỉ vị trí nhánh- tên gốc ankyl
tạo nhánh- xiclo + tên ankan tương ứng.Chú ý, khi đánh số chỉ vị trí nhánh ta phải xuất
phát từ một vị trí sao cho tổng số chữ số chỉ vị trí nhánh là nhỏ nhất:
CH3
H 3C

H3C

CH 2 CH3
CH 3

CH3

1,2,4- trimetyl- xiclopentan
1- etyl-2,4- dimetylxiclohexan
2. Đồng phân.
a). Đồng phân cấu tạo:
Có nhiều loại đồng phân cấu tạo: đồng phân về mạch vòng, đồng phân về cấu tạo
nhánh, đồng phân về vị trí của nhánh. Thí dụ:
- C4H8 có hai đồng phân:

CH3

Metyl-xiclopropan
Xiclobutan
- C7H14 có các đồng phân:
+ Đồng phân về mạch vòng ( vòng 3, vòng 4, vòng 5, vòng 6, vòng 7 cacbon):
C2H5

C3 H7

C 4H 9

CH3

+ Đồng phân về cấu tạo nhánh: chẳng hạn,vòng 5 cạnh còn có đồng phân:
CH3
CH3

( 1,2 - đimetyl- xiclopetan)
+ Đồng phân về vị trí nhánh: ngoài đồng phân số nhánh, cấu tạo nhánh, còn có
đồng phân về vị trí tương đối của các nhánh –ví dụ: của vòng 5 cacbon:
1
H 3C

1

CH3

3
CH3

CH3

( 1,3- đimetyl- xiclopetan)

( 1,1- đimetyl- xiclopetan)

12


b). Đồng phân lập thể:
Đồng phân lập thể bao gồm đồng phân hình học, đồng phân quang học và đồng
phân cấu dạng. Thí dụ: 1,2- dimetyl xiclo propan có các đồng phân hình học và quang học:
H 3C

H

CH 3

H

H 3C

H

H

CH 3

1,2- đimetyl xiclo propan

( không quang hoạt)

H

H 3C

CH3

H

cis-

trans - 1,2-đimetyl xiclo propan
( cặp đối quang)

II. Cấu trúc.
Phân tử các xicloankan đều chỉ có liên kết đơn hay liên kết , do đó nguyên tử
cacbon ở trạng thái lai hoá sp3. Tuy vậy, các phân tử xicloankan có độ bền với nhiệt
không giống nhau: xiclopropan dễ tham gia các phản ứng cộng mở vòngvà có thiêu
nhiệt ( tính cho mỗi nhóm CH2 ) lớn hơn các xicloankan khác ( xem trang 60- sách
CĐSP). Nguyên nhân của hiện tượng này là do cấu trúc vòng của các xicloankan.
1. Thuyết sức căng góc (sức căng Bayơ).
Trên cơ sở giả thiết rằng các vòng xicloankan đều phẳng,Bayơ cho rằng góc hoá trị
C- C- C càng bị ép mạnh hoặc càng bị trương rộng ra so với góc hoá trị bình thường
thì vòng càng kém bền. Mức độ bị ép hoặc bị trương ( 0) được định theo  = (109028'
- ) : 2 , trong đó  là góc đa giác đều tương ứng với số cạnh của vòng
Cụ thể: Xicloankan: (CH2)3
(CH2)4
(CH2)5
(CH2)6

(CH2)7
0
0
0
0

60
90
108
120
128,340

24044'
9044'
0044'
-5016'
-9033'
Ta thấy thuyết Bayơ chỉ giải thích được sự tăng độ bền và sự giảm thiêu nhiệt của
xiclopropan,xiclobutan, xiclopentan nhưng không giải thích được độ bền cao và thiêu
nhiệt nhỏ của các vòng lớn hơn, đặc biệt là xiclohexan. Điều đó chỉ có thể giải thích
được dựa vào cấu trúc vòng không phẳng của các chất từ vòng bốn trở lên và sự tương
tác của các nguyên tử, nhóm nguyên tử trong phân tử.
2. Thuyết hoá lượng tử về liên kết trong xiclopropan.
Hai obitan sp3 của hai nguyên tử cacbon không thể xen phủ trục với nhau bình
thường như các liên kết  khác mà xen phủ lệch một bên tạo liên kết cong. Do vậy,
liên kết C- C trong xiclopropan trở nên kém bền, dễ bị đứt tạo cho phân tử có khả năng
tham gia phản ứng cộng hợp như các liên kết đôi. Mặt khác, các nguyên tử hidro phân
bố hai bên mặt phẳng phân tử ở dạng che khuất gây ra lực đẩy lẫn nhau làm cho vòng
xiclopropan càng kém bền hơn.

13


3. Cấu dạng bền của xiclohexan.
Lực đẩy giữa các nguyên tử hidro và lực đẩy giữa các nguyên tử cacbon trong
vòng sẽ nhỏ nhất khi phân tử xiclohexan tồn tại dạng gấp khúc hay cấu dạng ghế (xem
§3.IV chương I) Các nguyên tử cacbon C1, C3 , C5 cùng nằm trên một mặt phẳng; C2 ,
C4 , C6 nằm trên mặt phẳng song song với mặt phẳng thứ nhất. Có 6 liên kết C- H
thẳng góc với mặt phẳng phân tử là liên kết trục (a) và 6 liên kết hướng ra phía biên
(e).
Nếu có một nhóm thế ở vòng xiclohexan thì nó sẽ tồn tại hai cấu dạng nằm cân bằng
nhau:
H
H

5

CH3

H

H

6

H

4

H

H

3

2

1
H

H

H

4
H

H

H

H

6

5
2

H

H CH3

1
H

3

H

H

H

H

H

a- metylxiclohexan
e- metylxiclohexan
Dạng e- metylxiclohexan bền hơn dạng a- metylxiclohexan vì không có lực đẩy
giữa nhóm CH3 với các nguyên tử H - axial.
III. Tính chất hoá học
1. Phản ứng cộng mở vòng.
Các xicloankan vòng 3, vòng 4 có thể tham gia phản ứng cộng mở vòng:
- Cộng với hidro khi có xúc tác và đun nóng mạnh hơn đối với etilen trong khi
xiclopentan và xiclohexan không thể cộng:
+ H2

0

Ni , 80 C


 CH3- CH2- CH3

0

, 120 C
+ H2 Ni

 CH3- CH2- CH2- CH3
- Cộng với Br2, HBr, H2SO4... thì chỉ có xiclopropan tham gia cộng:

Br-CH2- CH 2- CH2- Br

+ Br 2

CH 3- CH2 - CH 2 - Br

+ HBr

2. Phản ứng thế.
Các xiclo ankan vòng từ 5 cạnh trở lên dễ tham gia phản ứng thế tương tự như
các ankan:
+ Br2

as

Br

t0

14

+ HBr


4500C

+ HO-NO2

NO2

+ H2O

3. Phản ứng oxi hoá.
- Các xicloankan đều bị cháy tạo thành CO2 và H2O , phản ứng toả nhiều nhiệt
CnH2n + 3n O2 —— n CO2 + n H2O
2
Ví dụ
C3H6 + 9 O2 —— 3 CO2 + 3 H2O H = 2090 kJ/ mol
2
- Xiclohexan bị oxi hoá không hoàn toàn bởi oxi không khí sinh ra xiclohexanon
dùng để sản xuất tơ nilon và tơ capron.
4. Phản ứng đehidro hoá.
- Khi đun nóng có xúc tác,xiclohexan bị tách hidro tạo thành benzen:
Ni, Pt

+ 3 H2

- Các xiclohexan nhánh cũng có thể tách hidro tạo thành các đồng đẳng của
benzen.
5. Phản ứng đồng phân hoá:

Các xicloankan vòng nhỏ có mạch nhánh hoặc vòng lớn, khi bị đun nóng với xúc
tác AlCl3 có khuynh hướng đồng phân hoá thành mạch vòng bền 5-6 cạnh:

AlCl3
t0

CH3

AlCl3
t0

CH3

IV. Điều chế monoxicloankan
Các monoxicloankan có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp. Từ chúng,
người ta dễ dàng tổng hợp được các hợp chất đa chức, tạp chức… quan trọng. Chẳng
hạn, xiclohexan dùng tổng hợp axit ađipic và tơ nilon-6,6; tạo capolactam để tổng hợp
nên tơ nilon-6. Xicloankan có mặt trong tự nhiên hỗn hợp với nhiều hợp chất khác như
trong dầu hoả, trong nhựa than đá, … Tuy nhiên, để điếu chế xicloankan tinh khiết
người ta phải sử dụng phương pháp tổng hợp vì việc tách chúng thường phức tạp. Các
phương pháp tổng hợp chủ yếu là:
1. Đóng vòng các ,  - dihalogenoankan:
Thực hiện phản ứng Vuyêc cho loại hợp chất

,  - dihalogenoankan, ta được

các xicloankan có vòng 3-6. Nếu mạch cacbon trong các chất đầu lớn sẽ có nhiều sản
phẩm phụ là những ankan mạch dài do tương tác giữa các phân tử.
CH2 - Br
(CH 2 )

n

CH 2 -Br

CH 2

+ 2Na
(Zn)

15

(H 2C)

n

CH 2

+ 2 NaCl
(hoac ZnCl2)


2. Nhiệt phân muối của axit đicacboxilic
Muối thori hoặc xeri của axit đicacboxilic mạch dài bị nhiệt phân trong chân
không ở nhiệt độ cao ta được xeton vòng. Khử các xeton vòng thu được ankan vòng:
H2
C

COO(H 2C)

n

Th4+
COO-

CO

2(H2 C) n

C
H2

2

H2
C

H2
C

+ 4H
CO

(H 2 C)

n

+ 2 CO 2 + ThO2

(H 2C)

n

(Zn/Hg + HCl)

C
H2

CH2

+ 2 H2O

C
H2

3. Ngưng tụ đóng vòng đieste của axit cacboxilic:
Đieste của axit cacboxilic ngưng tụ cho một este tạp chức của axit
  xetocacboxilic, sau đó chuyển thành xeton vòng. Khử xeton vòng ta được
xicloankan. Ví dụ:
NaOC2H5

CH 2 -CH-COOC 2 H5
H

- C2H5OH

CH 2 -CH 2-COOC 2H 5

CH 2 -CH-COOC 2H5
C=O

C=O
CH 2 -CH 2

- C2H5OH

CH 2 -CH 2

CH 2 -CH-COOH

CH 2 -CH 2

+ H
CO

- CO 2

H 2SO4 lg

CH 2 -CH 2

- H2O

Đieste của axit cacboxilic cũng có thể ngưng tụ thành axyloin dùng để tổng hợp
tốt các xicloankan vòng lớn và vòng trung bình vẫn thuận lợi. Hiệu suất có thể đạt hơn
80%.
4. Chuyển hoá các hợp chất đồng vòng khác thành xicloankan:
Các hợp chất đồng vòng có bậc oxi hoá cao hơn như hidrocacbon không no, ancol,
xêton có thể bị khử để điều chế xicloankan. Ví dụ:

+ H2

t0, xt

Xiclopenten

Xiclopentan
+ 3H2

t0, xt

Benzen

Xiclohexan
OH

+ HI (P)

Xiclohexanol

Xiclohexan

16


V. Hidrocacbon no đa vòng.
1. Hệ hai vòng cách nhau: Cấu tạo tổng quát và ví dụ:
- CH2-CH2-

-(CH2)n-

2. Hệ hai hay nhiều vòng cách nhau bởi liên kết đơn của cacbon giữa hai vòng.

3. Hệ hai vòng có một đỉnh chung: các spiran ( công thức chung CnH2n-2)
Spiran là hidrocacbon no hai vòng có một nguyên tử cacbon chung. Tên gọi của
các spiran là tên của ankan mạch thẳng tương ứng, bổ sung thêm tiền tố spiro cùng với
số nguyên tử cacbon ở mỗi vòng(số tăng dần) sau khi đã trừ nguyên tử cacbon chung.
Ví dụ:
1
2

1

7

2

4

6

9

6

7

8

3

4

5

3

10

5

Spiro (3,3) heptan.
Spiro (4,5)- đecan.
4. Hệ hai vòng giáp nhau có chung một cầu nối: Các bixicloankan.
Công thức chung của hệ vẫn là CnH2n-2. Đơn giản nhất của hệ này là bixiclobutan
và tiêu biểu nhất của hệ này là đecalin C10H18 (đecahidronaphtalen) thu được khi hidro
hoá hoàn toàn naphtalen. Nó có hai đồng phân là cis và trans.
2

6
4

5

H

H

1

9

8

3

1

10
7

6

3

2
5

H

4

H

Bixiclohexan
trans- đecalin
cis- đecalin
Tên gọi của các bixiclo là tên của các ankan tương ứng có them tiền tố bixiclo- [và
các số chỉ số nguyên tử cacbon ở mỗi dây – ghi theo trình tự nhỏ dần, phân cách nhau
bằng dấu chấm]. Ví dụ:
1
CH3

6

CH3
7

4

7
2

1

3

6

CH 3

CH3

H3 C

CH 3
2

5

5

H3 C

1
6

CH3

3

6

CH 3

H 3C

3

5

4

CH 3

2

7

CH3
7

5

2

1
4

3

4

2,7,7 - trimetyl bixiclo ( 3,1,1) heptan
1,7,7- trimetyl bixiclo ( 2,2,1) heptan
( pinan)
( camphan)
5. Hệ đa vòng hình khối.
Tên các hệ đa vòng thường được gọi bằng tên thông thường. Công thưc phân tử
CnHn. Thí dụ:

Tetrahectran C4H4

Cuban C8H8

17

Prisman C6H6


BÀI TẬP
II.8. Viết công thức cấu trúc các xicloankan có công thức phân tử C4H8, C5H10, C6H12
và gọi tên của chúng.

II.9. Viết công thức cấu tạo và gọi tên các hợp chất và gốc sau:
a). 1-etyl -1-metylxiclobutan
b). 1-metyl-3propylxiclohexan.
c). 3-metyl-2-xiclopropylhexan
d). 2,4- dimetylxiclopetyl.
II.10. Tại sao xiclopropan là hợp chất kém bền, còn xiclohexan là hợp chất bền ?
Minh hoạ bằng các phương trình phản ứng.
II.11. Hai hợp chất monoxicloankan A và B đều có tỉ khối hơi so với nitơ bằng 3.
Khi monoclo hoá A cho 4 sản phẩm, còn B cho 1 sản phẩm duy nhất. Hãy xác
định công thức cấu tạo của A và B.
II.12. a) Viết công thức cấu trúc cho dạng bền nhất của metylxiclohexan.
b) Viết phương trình phản ứng điều chế metylxiclohexan từ toluen, heptan, 3metylxiclohexen.
II.13. Xiclohexan có tính chất hoá học gì ? Nó được ứng dụng trong công nghiệp nhờ
phản ứng hoá học nào ?

18


CHƯƠNG II. HIĐROCACBON KHÔNG NO
Hidrocacbon không no là những hidrocacbon trong phân tử có một hay nhiều liên
kết .
Các liên kết  này tạo nên liên kết đôi hay liên kết ba trong phân tử. Người ta
phân biệt hidrocacbon không no mạch hở (aliphatic) và mạch vòng (alixiclic).
Các hidrocacbon không no mạch hở gồm anken (monoanken- có một liên kết
đôi), polianken (có nhiều liên kết đôi); ankin (có một nối ba), poliankin (có nhiều nối
ba) và ankenin (có đồng thời cả liên kết đôi và liên kết ba).
Các hidrocacbon không no dạng mạch vòng gồm xicloanken, xiclopolien,
xicloankin, xiclopoliin,...
Tính chất hoá học của các alixiclic tương tự như aliphatic.

§1.

ANKEN

I. Đồng phân và danh pháp
1. Đồng phân anken.
Các anken có công thức phân tử chung CnH2n ( n ≥ 2) tương tự như xicloankan.
Cho nên chúng là đồng phân của nhau khi n ≥ 3. Chỉ kể các đồng phân anken thì từ
C4H8 trở lên mới có đồng phân.
a). Đồng phân cấu tạo:
- Đồng phân về mạch cacbon:

CH2= C - CH3

CH2=CH-CH 2-CH3

CH 3

But-1- en
2-Metylpropen
- Đồng phân về vị trí của liên kết đôi:
CH3 CH= CH- CH3 But- 2- en
CH2= CH- CH2- CH2- CH3
và
CH3- CH = CH- CH2- CH3
pent-1- en
pent-2- en
CH2= CH- CH -CH3

CH3 - C = CH-CH3

CH2= C - CH2-CH3

CH 3

CH 3

CH 3

2- metyl but-1- en
2- metyl but-2- en
3- metylbut-1-en
b). Đồng phân hình học.
Các anken mà mỗi nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hoá sp2 liên kết với hai
nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau sẽ có đồng phân hình học. Thí dụ:
But-2- en có hai đồng phân hình học:
CH 3

H3 C
C

C

C

H

H

H 3C

H

H

cis-but- 2- en ( Z-)

C
CH3

trans- but-2- en ( E-)

19


- Các đồng phân hình học ngoài hệ danh pháp cis - trans còn có hệ danh pháp Z- E
. Theo hệ này, nếu hai nhóm thế có độ hơn cấp ở cùng một phía của mặt phẳng  thì
được gọi là đồng phân Z, còn nếu ngược phía - gọi là E. Cơ sở xác định độ hơn cấp là
số hiệu nguyên tử Z của nguyên tố liên kết với C nối đôi, thí dụ:
- H < - CH3 < - NH2 < - OH < - F < - Cl < - Br
Nếu các nguyên tử liên kết với C là như nhau thì phải xét nguyên tử kế tiếp, khi đó
nếu có nối đôi thì phải nhân đôi Z.
Thí dụ: - CH2- H < - CH2- CH3 < - CH2- OH < - CH= O < - COOH
Chẳng hạn:
CH3

H3 C - H 2C
C
H

H

H3 C - H 2C
C

C
H 3C

CH3

C
CH 3

Z- 2- metylpent- 2-en (cis)
E- 2- metylpent- 2-en (trans)
2. Danh pháp.
a). Danh pháp thông thường:
- Một số anken đầu dãy được gọi từ tên ankan tương ứng - AN + YLEN.
Ví dụ: CH2= CH2 etylen, CH3- CH= CH2 propylen, CH3- CH2- CH = CH2 butylen CH3- CH= CH- CH3 - butylen, (CH3)2 C = CH2 iso- butylen.
- Các anken có thể được coi là dẫn xuất của etylen, do đó tên của chúng gồm tên
của nhóm thế kèm etylen. Thí dụ các chất trên lần lượt là metyletylen, etyletylen,
dimetyletylen đối xứng, dimetyletylen bất đối. Có thể đánh số 1,2 để chỉ vị trí các
nhóm thế ở cacbon nối đôi.
b). Danh pháp IUPAC:
Qui tắc gọi tên:
- Chọn mạch chính là mạch dài nhất, có liên kết đôi.
- Đánh số bắt đầu từ đầu nào gần nối đôi hơn.
- Gọi tên: số chỉ vị trí nhánh-tên gốc ankyl- tên ankan tương ứng bỏ ''AN''- số chỉ
vị trí liên kết đôi + ''EN''. Với đồng phân hình học thì thêm cis hay trans:

2 1

3
4
5
CH3 -CH 2- CH- C = CH2

1
H3C

CH 3 CH 2 -CH3

H

2

3

C

C

CH 2-CH 3
CH3
CH2 - CH-CH 3

4
5 6
2-etyl- 3- metylpent-1-en
Trans (E)- 3-etyl-5- metylhex-2-en
- Tên của gốc không no hoá trị 1 gọi chung là ankenyl kèm theo chỉ số nối đôi
trên mạch chính. Mạch chính là mạch dài nhất không no có đơn vị hoá trị tự do và

được đánh số 1 bắt đầu ở cacbon có hoá trị tự do này. Ví dụ:
CH3- CH= CHCH3- CH2- CH = CHCH3- CH2- C = CH2
Prop -1-en-1-yl
but-1-en-1-yl
1- etyl- eten-1-yl
Một số tên thông thường của các gốc không no vẫn được IUPAC sử dụng.
Ví dụ: CH2= CH- vinyl, CH2= CH- CH2- anlyl,
CH3- C= CH2 isopropenyl.

20


II. Tính chất vật lý.
1. Tính chất vật lý thông thường.
- Các anken có tính chất vật lý gần với ankan tương ứng như:
+ Trạng thái: từ C2 - C4 là chất khí, từ C5- C18 thể lỏng, từ C19 trở lên là chất rắn.
+ Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng dần theo phân tử khối.
+ Rất ít tan trong nước,tỉ khối nhỏ hơn 1 và tăng dần theo phân tử khối.
- Các ank-1- en có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy thấp hơn các ankan tương ứng,
còn tỉ khối lại cao hơn. So với xicloanken thì anken có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy
và cả tỉ khối đều nhỏ hơn.
- Các đồng phân trans- có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhưng lại có nhiệt độ sôi thấp
hơn đồng phân cis- ( xem bảng III.1 trang 69).
2. Tính chất phổ.
- Phổ hồng ngoại của anken đặc trưng bởi dao động hoá trị của C= C ở vùng xấp xỉ
1650 cm-1, của = C- H: 3100- 3000 cm-1. Dao động biến dạng của = C- H ( trans)
khoảng 980 cm-1, của =C- H (cis) khoảng 690cm-1. Do đó có thể dựa vào phổ hồng
ngoại có thể xác định nối đôi và cấu hình cis- trans của các anken.
- Phổ tử ngoại của anken có cực đại hấp thụ ở vùng 200- 300 nm; cực đại này sẽ
chuyển về sóng dài hơn khi có nhóm thế tăng sự liên hợp.

- Phổ cộng hưởng từ proton: tín hiệu của proton ở cacbon mang nối đôi thể hiện ở
vùng 4,6- 5,3 ppm. Tương tác spin - spin của hai proton trans trong khoảng 13-18 Hz,
còn đối với hai proton cis chỉ bằng 7- 12 Hz.
III. Tính chất hoá học.
Phân tử các anken có liên kết  kém bền hơn liên kết , nên các anken dễ tham gia
các phản ứng cộng làm đứt liên kết đôi hình thành liên kết đơn kèm theo sự toả nhiệt.
Thí dụ:
CH2= CH2 + Br- Br  Br- CH2- CH2- Br
268 kJ
193 kJ
276 kJ
276 kJ
H = ( 268 + 193 ) - 276 . 2 = - 91 kJ/ mol.
Vì vậy, các anken dễ tham gia phản ứng cộng đặc biệt là cộng electrophin và phản
ứng oxi hoá. Chúng cũng có thể tham gia phản ứng tách và phản ứng thế nhưng không
dặc trưng và ít phổ biến.
1. Phản ứng cộng electrophin.
a). Cộng halogen:
- Chỉ có clo và brom tham gia phản ứng cộng, còn flo chỉ cho phản ứng huỷ và iot
hầu như không cộng hợp.
- Phản ứng cộng hợp xảy ra theo cơ chế cộng electrophin (cơ chế AE) qua hai giai
đoạn:
C

+
C

+Br

Br -

C

cham
- Br-

Br
C

21

nhanh
+ Br-

Br

C
C

Br


- Các dữ kiện chứng minh phản ứng xảy ra qua hai giai đoạn là nếu trong hỗn hợp
có các tác nhân nucleophin như Cl-, OH-, H2O, CH3-OH,... thì chúng cũng có mặt
trong sản phẩm. Như vậy, giai đoạn đầu là giai đoạn tạo thành cation với sự tham gia
của tác nhân electrophin X+. Chẳng hạn:
NaCl
CH2Br - CH2- Cl
CH2= CH2 + Br- Br
HOH

CH2Br - CH2- OH
Br
CH2Br - CH2- Br
(-)
CH3-O
CH2Br - CH2-O-CH3
Nếu cộng X2 trong môi trường CCl4 thì sản phẩm chỉ có CH2Br - CH2- Br
b). Cộng HX và các axit khác HA:
- Cơ chế cộng cũng là AE , xảy ra qua hai giai đoạn.
- Ví dụ:
C

+
C

+

H

X

-

C

cham
- X-

H
C

nhanh
+ X-

X

C
C

H

( X- là gốc axit như Cl-, Br -, HOSO3-, CN -,OH-,…)
CH2= CH2 + H- Br  CH3- CH2- Br


H
CH2= CH2 + H- OH 
CH3- CH2- OH
CH2= CH2 + H- OSO3H  CH3- CH2- OSO3H
- Khả năng cộng của các axit HX tăng theo chiều tăng của lực axit, nên khả năng
cộng tăng theo dãy HF << HCl < HBr < HI. Phản ứng cộng các axit trong môi trường
không phân cực thì tốc độ chậm hơn trong môi trường phân cực. Khi cộng nước phải
có xúc tác H+, điều đó càng chứng tỏ phản ứng qua 2 giai đoạn và tạo cacbocation là
giai đoạn có tốc độ chậm hay cơ chế cộng electrophin.
Theo cơ chế trên, cacbocation trung gian càng bền phản ứng cộng càng dễ xảy ra.
Muốn vậy, phải có các nhóm thế đẩy electron về phía C có liên kết đôi. Vì thế, các
đồng đẳng của etilen và các dẫn xuất có khả năng cộng theo dãy:
CH2= CH2 < CH2= CH- CH3 < CH2= C(CH3)2 < CH3- CH= C(CH3)2
CH2= CH2 > CH2= CH- Br > CH2= CH- COOH
- Khi cộng HA vào các anken bất đối xứng, thu được một hỗn hợp các đồng phân của

nhau. Thí dụ:

Qua thực nghiệm Maccôpnhicôp đã rút ra qui luật cộng như sau:
''Khi cộng HA vào các anken bất đối xứng, ưu tiên cộng H vào cacbon (ở nối đôi)
chứa nhiều H hơn, còn X cộng vào nguyên tử cacbon chứa ít H hơn''.

22


Trong phản ứng trên, sản phẩm chính tương ứng với cacbocation CH3- CH(+)- CH3
bền hơn CH3- CH2- CH2(+).Mặt khác, năng lượng hoạt hoá Ea của phản ứng tạo sản
phẩm chính cũng nhỏ hơn Ea của phản ứng tạo sản phẩm phụ.
Nếu cho HA cộng vào một dẫn xuất của anken có chứa nhóm thế hút electron mạnh
như CF3-, -COOH, -N(+)(CH3)3 thì phản ứng sẽ xảy ra theo hướng ngược qui tắc
Maccôpnhicôp. Ví dụ:

Trong trường hợp này thì cacbocation CH3-CH(+)-CF3 kém bền hơn CF3-CH2CH2(+) do nhóm - CF3 ở cạnh C(+) càng làm tăng điện tích dương của C. Như vậy, có
thể phát biểu một cách chính xác hơn về phản ứng cộng electrophin vào nối đôi là:
'' Khi cộng electrophin tác nhân không đối xứng vào nối đôi của hợp chất hữu cơ,
phản ứng xảy ra ưu tiên theo hướng tạo thành cacbocation bền hơn''.
c). Cộng các tác nhân khác:

CH2 = CH- CH3

H 3C

I-Cl

+

H
C

CH 2 -I

Cl
D d clo


 CH2Cl- CHOH- CH3
AlCl

+ (CH3)3CH 
(CH3)2CH- CH2- C(CH3)3

CH2= CH- CH3 + Cl-OH

CH2= C (CH3)2
2. Phản ứng cộng gốc tự do.( AR)
Khi cộng HBr vào các anken có mặt peoxit, chiếu sáng thi sản phẩm ưu tiên theo
hướng ngược qui tắc Maccôpnhicôp, do phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do.
3

Oxit


 CH2Br CH2- CH3
Thí dụ:
CH2= CH- CH3 + H- Br pe
- Cơ chế AR là phản ứng dây chuyền gồm ba bước:



+ Khơi mào: RO - OR  RO  R


R
+ H-Br  R-H + Br

+ Phát triển mạch:

Br





+ CH2= CH- CH3  CH2Br- CH- CH3

( gốc ít bền CH2CHBr- CH3 )


CH2Br- CH- CH3 + HBr  CH2Br-CH2- CH3 + Br
+ Ngắt mạch: các gốc tự do kết hợp với nhau tạo thành phân tử.
Sự thay đổi hướng phản ứng khi có mặt peoxit được gọi là hiệu ứng Kharat.
- Phản ứng cộng theo cơ chế gốc còn có thể xảy ra với một số tác nhân khác như
Cl2, CH3SH,... nhưng không xảy ra với các chất như HF, HCl, HI, H2O, H2SO4,... Vì
thế, muốn cộng H2O vào CH2= CH- CH3 theo hướng trái với qui tắc Maccôpnhicôp
không thể cộng theo cơ chế gốc tự do mà phải dùng phương pháp gián tiếp. Ví dụ cho
cộng với BH3 rồi oxi hoá bằng H2O2:
0

NaOH , 0 C


 (CH3-CH2-CH2-)3B
H O

 3 CH3-CH2-CH2OH + BO32-

3 CH2= CH-CH3 + BH3
2

2

23


3. Phản ứng cộng Hidro (Hidro hoá)
Các anken (khi có mặt xúc tác kim loại như Pt, Ni, Fe,...) có thể cộng hợp với
hidro tạo thành ankan. Xúc tác kim loại hấp thụ hidro và cả anken lên bề mặt làm giảm
năng lượng hoạt hoá của phản ứng. Các phản ứng này đều toả nhiệt.
0

,t
CH3- CH3 H = -137 kJ/mol
Pt

,t
CH2= CH- CH3 + H2 Pt
CH3- CH2- CH3 H = -126 kJ/mol



CH2= CH2 + H2

0

4. Phản ứng trùng hợp.
Các anken đơn giản có thể tham gia phản ứng cộng hợp liên tiếp để tạo thành các
phân tử có khối lượng lớn gọi là hợp chất cao phân tử hay polime trong điều kiện nhiệt
độ cao, áp suất cao và chất xúc tác thích hợp. Phản ứng đó được gọi là phản ứng trùng
hợp hay polime hoá.
Thí dụ:
CH2= CH2 + CH2= CH2 + CH2= CH2 +... - CH2-CH2-CH2 CH2-CH2- CH2-...
Tổng quát : n CH2= CH2  (- CH2-CH2-)n
etilen
Polietilen ( PE)
Phản ứng cộng hợp hai phân tử vào nhau gọi là phản ứng dime hoá, sản phẩm được
gọi là dime. Tương tự, ta có phản ứng trime hoá tạo thành trime,... Mỗi phân tử tham
gia phản ứng được gọi là một monome. Điều kiện để monome trùng hợp được là phân
tử phải có liên kết bội ( hoặc liên kết kém bền). Số phân tử cộng hợp để tạo thành một
phân tử polime được gọi là hệ số trùng hợp, kí hiệu là n. Mỗi phân tử monome tạo
thành một mắt xích cơ bản trong phân tử polime (ví dụ - CH2- CH2-)
Phản ứng có hệ số trùng hợp từ 2- 10 được gọi là phản ứng oligome hoá và sản
phẩm là oligome. Phản ứng trùng hợp có thể xảy ra theo cơ chế gốc hay cơ chế
nucleophin hoặc electrophin tuỳ theo điều kiện và cấu tạo của monome.
5. Phản ứng thế.
Các anken đầu dãy đồng đẳng ở nhiệt độ cao có thể tham gia phản ứng thế bởi clo.
Thí dụ:

CH2= CH2

0

500

C 

CH2- CH-Cl
Vinylclorua

CH2= CH-CH3

0

500

C 

CH2= CH- CH2-Cl
Anlylclorua.

Brom phản ứng với anken thường chỉ tạo sản phẩm cộng. Muốn tạo sản phẩm thế
phải dùng chất giải phóng brom rất từ từ là N-bromsucxxinimit (NBS); khi đó brom
thế vào vị trí anlylcủa anken.
O

CH2 = CH -CH 3 +

N - Br

O
CCl4

CH2 = CH -CH 2-Br +

t0

O

O

(NBS)

N -H

Anlylbromua

24

Sucxinimit


Phản ứng thế xảy ra theo cơ chế gốc, gốc anlyl nào bền hơn tạo ra sản phẩm chính.
6. Phản ứng oxi hoá.
Các anken dễ dàng bị oxi hoá hơn ankan. Tuỳ theo điều kiện và tác nhân có thể
thu được nhiều sản phẩm khác nhau.
a). Oxi hoá hoàn toàn. Phản ứng cháy
Các anken cháy sinh ra khí cacbonic và nước, phản ứng toả nhiệt mạnh.
C2H4 + 3 O2  2 CO2 + 2 H2O
H = -1423 kJ/mol

CnH2n + 3n/ 2 O2  n CO2 + n H2O
b). Oxi hoá không hoàn toàn:
*). Oxi hoá liên kết  :
- Phản ứng dihidroxy hoá.
Dung dịch KMnO4 loãng trong nước hoặc kiềm, hoặc OsO4 có thể Oxi hoá liên
kết  của anken thành hợp chất dihidroxi (diol). Thí dụ:
3 CH2= CH2 +2 MnO4- + 4 H2O  3 HOCH2- CH2OH + 2 MnO2+ 2 OHOH

+ OsO4

OH

H2O

+

OsO3

Phản ứng này thực chất là cộng vào liên kết đôi hai nhóm OH.
- Phản ứng epoxit hoá.
Khi có peraxit hữu cơ và môi trường trơ, anken tác dụng tạo ra epoxit hay còn
gọi là oxiran. Ví dụ:
CCl4,...

CH 3 - CH=CH-CH 3 + H - C = O

H - COOH +

CH3 - CH - CH- CH 3
O

O - O -H

Axit perfomic
Axit fomic
1,2-dimetyloxiran.
*). Oxi hoá làm đứt liên kết đôi.
- Dung dịch KMnO4 đun nóng hoặc trong môi trường H2SO4 loãng có thể oxi hoá
mạnh anken làm đứt liên kết đôi, tạo thành axit hoặc xeton tuỳ theo bậc cacbon tạo
liên kết đôi:
CH 3 - CH 2
CH 3

C = CH - CH 3

KMnO4

CH 2 = CH - CH 3
H -COOH

CH 3 - COOH + CH3 - CH 2- CO-CH 3

H+
KMnO 4
t0

CH 3 - COOH + H- COOH

KMnO 4
t0

CO 2 + H 2O

- Ozon phân:
Anken cộng ozon vào nối đôi thành ozonit. Khi thuỷ phân ozonit tạo thành xeton
và andehit (nếu bị khử bằng Zn) hoặc xeton và axit (nếu bị oxi hoá bằng H2O2).
Thí dụ:

25