Hydrocarbon không no SVIP

I. KHÁI NIỆM, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP

1. Khái niệm

- Hydrocarbon không no là những hydrocarbon có chứa liên kết đôi, liên kết ba hoặc cả hai loại liên kết này.

+ Alkene là hydrocarbon không no mạch hở, chứa một liên kết đôi C=C và có công thức tổng quát là C_nH_2n (n ≥ 2).

+ Alkyne là hydrocarbon không no mạch hở, chứa một liên kết ba C≡C và có công thức tổng quát là C_nH_2n-2 (n ≥ 2).

Ví dụ: Một số alkene thường gặp là C₂H₄, C₃H₆, C₄H₈,...

Công thức cấu tạo và mô hình phân tử của ethylene (C₂H₄)

Ví dụ: Một số alkyne thường gặp là C₂H₂, C₃H₄, C₄H₆,...

Công thức cấu tạo và mô hình phân tử của acetylene (C₂H₂)

2. Đồng phân

- Alkene và alkyne có đồng phân về vị trí liên kết bội và đồng phân mạch carbon.

- Ngoài ra, alkene còn có đồng phân hình học.

Điều kiện xuất hiện đồng phân hình học: Nếu mỗi nguyên tử carbon ở liên kết đôi liên kết với hai nguyên tử/nhóm nguyên tử khác nhau thì xuất hiện đồng phân hình học.

- Đồng phân hình học cis- xuất hiện khi mạch chính nằm cùng một phía với liên kết đôi.

- Đồng phân hình học trans- xuất hiện khi mạch chính nằm khác phía với liên kết đôi.

Ví dụ: Đồng phân hình học của CH₃CH=CHCH₃:

3. Danh pháp

Đối với mạch không phân nhánh:

Đối với mạch phân nhánh:

Lưu ý: Mạch chính được đánh số từ phía gần liên kết bội nhất.

Ví dụ:

Ngoài ra, một số alkene/alkyne còn được gọi bằng tên riêng.

Ví dụ: CH₂=CH₂ (ethylene), CH≡CH (acetylene),...

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng của alkene, alkyne tương tự các alkane có cùng số nguyên tử carbon.

- Các alkene và alkyne đều không mùi, nhẹ hơn nước, hầu như không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ.

Tính chất vật lí của một số alkene

Tính chất vật lí của một số alkyne

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

- Alkene và alkyne có liên kết π kém bền, dễ bị cắt đứt nên hoạt động hóa học mạnh hơn alkane.

- Phản ứng đặc trưng của alkene và alkyne là phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp và phản ứng oxi hóa - khử.

1. Phản ứng cộng

a. Cộng hydrogen (hydrogen hóa)

- Phản ứng hydrogen hóa alkene tạo ra alkane, xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cao với xúc tác kim loại (Pt, Ni, Pd).

Ví dụ:

\(CH_2=CH_2+H_2\overset{Ni,t^{o},p}{\rarr}CH_3–CH_3\)

- Khi có xúc tác lindlar, alkyne bị hydrogen hóa tạo thành alkane.

Ví dụ:

\(CH\equiv CH+2H_2\overset{Lindlar,t^{o}}{\rarr}CH_3–CH_3\)

b. Cộng halogen (halogen hóa)

Alkene và alkyne có thể làm mất màu dung dịch bromine nên phản ứng này được dùng để phân biệt hydrocarbon không no.

Ví dụ:

\(CH_2=CH_2+Br_2\rightarrow BrCH_2–CH_2Br\)

\(CH\equiv CH+2Br_2\rightarrow Br_2CH–CHBr_2\)

c. Cộng hydrogen halide (hydrohalogen hóa)

Alkene và alkyne cộng hydrogen halide tạo thành dẫn xuất halogen tương ứng.

Ví dụ:

\(CH_2=CH_2+HBr\rightarrow CH_3–CH_2Br\)

\(CH\equiv CH+2HBr\rightarrow CH_3–CHBr_2\)

Quy tắc Markovnikov:

Khi cộng HX vào liên kết bội, nguyên tử H sẽ gắn vào carbon giàu hydrogen hơn, còn nguyên tử X sẽ gắn vào carbon ít hydrogen hơn.

Ví dụ: Phản ứng cộng HBr vào propene:

d. Cộng nước (hydrate hóa)

- Phản ứng cộng nước (hydratate hóa) vào alkene với xúc tác H₃PO₄/H₂SO₄ tạo ra alcohol. Phản ứng hydrate hóa alkene cũng tuân theo quy tắc Markovnikov.

\(CH_2=CH_2+H_2O\overset{H_3PO_4,t^{o}}{\rarr}CH_3–CH_2OH\)

- Phản ứng hydrate hóa của acetylene (xúc tác HgSO₄) tạo vinyl alcohol kém bền, sau đó chuyển hóa thành ethanal (acetaldehyde).

\(HC\equiv CH+H_2O\overset{HgSO_4}{\rarr}\left\lbrack CH_2CH=OH\right\rbrack\rarr CH_3-CH=O\)

- Hydrate hóa các alkyne khác tạo thành sản phẩm chính là ketone.

\(CH_3C\equiv CH+H_2O\overset{HgSO_4}{\rarr}\left\lbrack CH_2=C\left(OH\right)-CH_3\right\rbrack\rarr CH_3-CO-CH_3\)

2. Phản ứng trùng hợp alkene

Trùng hợp alkene là quá trình kết hợp các phân tử alkene giống nhau hoặc tương tự nhau (monomer) để tạo thành polymer có phân tử khối lớn.

Ví dụ: Ở điều kiện thích hợp, ethylene có thể tham gia phản ứng trùng hợp tạo thành polyethylene (PE).

3. Phản ứng của alk-1-yne với dung dịch silver nitrate trong ammonia

Alkyne có nối ba ở đầu mạch (alk-1-yne) có thể phản ứng với dung dịch AgNO₃/NH₃ tạo thành kết tủa. Phản ứng này dùng để nhận biết alk-1-yne.

Ví dụ:

\(HC\equiv CH+2AgNO_3+2NH_3\rightarrow Ag–C\equiv C–Ag+2NH_4NO_3\)

4. Phản ứng oxi hóa

a. Phản ứng với dung dịch potassium permanganate

Alkene và alkyne làm mất màu dung dịch thuốc tím do xảy ra phản ứng oxi hóa không hoàn toàn. Phản ứng này được dùng để nhận biết alkane hoặc alkyne.

Ví dụ:

\(3CH_2=CH_2+2KMnO_4+4H_2O\rightarrow3HO–CH_2–CH_2–OH+2MnO_2+2KOH\)

b. Phản ứng cháy

Alkene và alkyne dễ cháy trong không khí, khi cháy tỏa nhiều nhiệt.

\(C_{n}H_{2n}+\frac{3n}{2}O_2\overset{t{^\circ}}{\rightarrow}nCO_2+nH_2O\)

\(C_2H_{2n-2}+\frac{3n - 1}{2}O_2\ \overset{t{^\circ}}{\rightarrow}nCO_2+(n-1)H_2O\)

⚡ THÍ NGHIỆM 1 (Điều chế và thử tính chất của ethylene)

- Thêm từ từ 4 mL dung dịch H₂SO₄ đặc vào ống nghiệm có chứa 2 mL ethanol và lắc đều.

- Cho một ít cát vào ống nghiệm và lắp thí nghiệm như hình sau:

- Đun nóng ống nghiệm và sục ống dẫn khí vào ống nghiệm (1) có chứa 1 mL nước bromine.

- Sục ống dẫn khí vào ống nghiệm (2) có chứa 1 mL dung dịch KMnO₄ 1%.

- Thay ống dẫn khí chữ L thành ống dẫn khí chữ Z và đốt cháy khí thoát ra.

⚡ THÍ NGHIỆM 2 (Điều chế và thử tính chất của ethylene)

- Cho vài viên đất đèn vào ống nghiệm có chứa 2 mL nước.

- Đậy ống nghiệm bằng nút cao su có ống dẫn khí chữ L. Sục đầu ống dẫn khí vào ống nghiệm (1) có chứa 1 mL dung dịch nước bromine.

- Sục ống dẫn khí vào ống nghiệm (2) có chứa 1 mL dung dịch KMnO₄ 1%.

- Thay ống dẫn khí chữ L thành ống dẫn khí chữ Z và đốt cháy khí thoát ra.

IV. ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ

1. Ứng dụng

- Alkene được dùng để sản xuất polymer như chất dẻo, tơ, sợi, cao su và tổng hợp hóa chất, dược phẩm.

- Alkyne được sử dụng để tổng hợp nhiều loại hóa chất.

Ứng dụng của các alkane:

Ứng dụng của các alkyne:

2. Điều chế

Alkene được điều chế từ phản ứng cracking alkane hoặc tách nước alcohol.

- Trong phòng thí nghiệm, ethylene được điều chế bằng phản ứng dehyrate ethanol.

\(C_2H_5OH\overset{H_2SO_4đ,t^{o}}{\rarr}C_2H_4+H_2O\)

- Trong công nghiệp, alkene từ C2 - C4 được điều chế từ cracking alkane có trong dầu mỏ.

Alkyne được điều chế từ CaC₂ hoặc CH₄.

- Trong phòng thí nghiệm, acetylene được điều chế bằng phản ứng:

\(CaC_2+2H_2O\rightarrow C_2H_2+Ca(OH)_2\)

- Trong công nghiệp, acetylene chủ yếu được điều chế từ methane:

\(2CH_4\overset{1500{^\circ}C}{\rightarrow}C_2H_2+3H_2\)