Bài giảng Chương 2 hoá học các hiđrocacbon

CHƯƠNG II HOÁ HỌC CÁC HIĐROCACBON II. ANKEN (ÔLÊPHIN) 1. Định nghĩa Anken hay còn gọi là ôlêphin là những hiđrôcacbon chưa no, trong phân tử có chứa một liên kết đôi. Công thức phân tử chung của anken là CnH2n, n ³ 2. Thí dụ:    CH2 = CH2 êtylen               CH3 - CH = CH2 prôpylen 2. Cấu tạo Anken khác với ankan ở chỗ chúng có 1 liên kết đôi trong phân tử. Liên kết này là do một liên kết s và một liên kết p tạo thành (xem hình 2.1).     Hình 2.1 Mô hình phân tử etilen (a) và sự hình thành liên kết ( (b) Nguyên tử Csp2 có độ âm điện lớn hơn Csp3. Hai nguyên tử Csp2 liên kết với nhau không thể quay tự do được, do đó có thể xuất hiện đồng phân hình học nếu mỗi nguyên tử Csp2 đó nối với hai nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau. 3. Danh pháp i) Tên thường: Người ta thường gọi tên anken theo tên thường của ankan tương ứng nhưng thay đuôi an bằng đuôi ylen. Thí dụ: ii) Tên quốc tế (Danh pháp IUPAC): Theo danh pháp IUPAC tên anken gọi theo tên của ankan tương ứng nhưng đổi đuôi an thành en và có số chỉ vị trí của liên kết đôi trên mạch chính. Mạch chính là mạch cacbon dài nhất có chứa nối đôi. Đánh số từ đầu gần nối đôi. Nếu có nhóm thế thì lần lượt gọi tên các nhóm thế có số chỉ vị trí đứng trước (giống ankan), cuối cùng là tên anken mạch chính. Thí dụ: iii) Tên gốc: Các gốc hiđrôcacbon có 1 nối đôi có đuôi enyl, việc đánh số mạch cacbon trong gốc bắt đầu từ nguyên tử cacbon có hoá trị tự do. Thí dụ: CH3 - CH = CH - CH2 - 2-butenyl. CH2 = CH - CH2 - CH2 - 3-butenyl. Một số gốc ankenyl có tên gọi riêng được sử dụng phổ biến hơn. CH2 = CH - : Vinyl CH2 = CH - CH2 - : alyl CH2 = C - CH3 : iso - propenyl. 4. Tính chất hoá học i) Phản ứng cộng:   a) Cộng hiđrô: Khi có xúc tác Ni, H2 cộng vào anken tạo thành ankan.   Thí dụ:   b) Cộng Halogen: Anken cộng hợp trực tiếp với Cl2, Br2 ngay ở điều kiện thường và ngay cả Br2 hoà tan trong nước tạo thành dẫn xuất đi halogen. Phản ứng của anken với nước Br2 làm mất màu nước Br2 (màu da cam) được dùng để nhận biết anken. Thí dụ: c) Cộng axít HA (HCl, HBr, HI, H2O, H2SO4, HOCl, …) + Qui tắc Mắccốpnhicốp: Phản ứng cộng một tác nhân bất đối xứng dạng HA vào một anken bất đối xứng, thì phần cation của tác nhân (H+) sẽ gắn vào cacbon mang nối đôi có nhiều nguyên tử hiđrô hơn, còn phần anion của tác nhân (A-) thì gắn vào cacbon mang nối đôi có ít nguyên tử hiđrô hơn. Thí dụ: Có thể giải thích cơ chế này như sau: Phản ứng này xảy ra theo cơ chế AE (cộng electrophin). Cơ chế gồm 2 giai đoạn: Ở giai đoạn đầu cation H + tấn công vào nối đôi tạo thành ion cacbocation là giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng. Do H + có thể tấn công vào cả hai nguyên tử cacbon của nối đôi nên có 2 hướng phản ứng như sau:   Trong quá trình (1), H + tấn công vào nhóm CH2 tạo ra ion cacbocation (I), ở đó điện tích dương được giải toả vào 2 nhóm CH3 do hiệu ứng siêu liên hợp của các liên kết C - H với điện tích dương. Còn trong quá trình (2), H + tấn công vào nhóm CH tạo ra ion cacbocation (II), ở đó điện tích dương chỉ được giải toả vào nhóm CH2 bên cạnh. Vì vậy ion (I) có năng lượng thấp hơn ion (II) do ion (I) điện tích dương siêu liên hợp được với 6 liên kết C - H, còn ở ion (II) điện tích dương chỉ siêu liên hợp được với 2 liên kết C - H. Do đó ion (I) bền hơn ion (II) và dễ hình thành hơn, nên phản ứng xảy ra theo hướng (1) là chủ yếu. + Hiệu ứng kharát: Khi cộng HBr vào anken bất đối nếu có mặt peoxít R - O - O - R như H2O2 thì phản ứng sẽ cho sản phẩm ngược qui tắc Mắccốpnhicốp. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng kharát. Thí dụ: Sở dĩ có hiện tượng này là do phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc. + Một số phản ứng cộng axít: ii) Phản ứng trùng hợp: Khi có xúc tác anken dễ dàng trùng hợp thành hợp chất cao phân tử. Thí dụ: iii) Phản ứng oxi hoá - Dung dịch KMnO4 loãng trong môi trường kiềm sẽ bẻ gãy liên kết (để gắn vào mỗi nguyên tử cacbon của liên kết đôi 1 nhóm OH. Thí dụ: - Ôzôn (O3) sẽ bẻ gãy liên kết đôi C = C tạo thành hợp chất ôzônít kém bền; chất này dễ dàng bị thuỷ phân tạo thành anđêhít hoặc xêtôn tuỳ loại anken. Thí dụ: Phản ứng này được dùng để xác định vị trí của nối đôi. iv) Phản ứng thế ở vị trí alyl và vinyl: Ở nhiệt độ cao 500 0 C - 600 0 C các halogen không cộng vào nối đôi mà lại thế nguyên tử hiđrô ở vị trí alyl và vinyl. Thí dụ:   5. Điều chế i) Tách H2O khỏi ancol no. Cho ancol no với một thể tích gấp đôi dung dịch H2SO4 đặc rồi đun nóng thì ancol sẽ bị loại H2O thành anken. Hoặc cho hơi ancol đi qua xúc tác rắn Al2O3 ở 3000 C - 3500 C cũng thu được anken. Thí dụ:   ii) Tách HX khỏi dẫn xuất halogen RX: Dung dịch bazơ mạnh như kiềm trong rượu (K/R) tách được HX ra khỏi dẫn xuất mônôhalogen tạo thành anken. Thí dụ: Các phản ứng tách H2O, HX đều tuân theo qui tắc Zaixép: Khi tách H OH, HX ra khỏi rượu hoặc dẫn xuất halogen RX thì nhóm OH hoặc X sẽ tách ra cùng với nguyên tử hiđro ở cacbon bên cạnh có ít hiđro hơn (bậc cao hơn). Thí dụ: iii) Đêhiđro hoá ankan: Cho ankan đi qua xúc tác Cr2O3 ở 450 o C được anken. Thí dụ: