Tìm Hiểu Về Ankin – Ankan – Anken

Tính chất hóa học đặc trưng của ankin

Ankin có 2 liên kết π bền hơn anken nên ngoài việc tham gia phản ứng cộng và oxi hóa (thể hiện tính chất của hidrocacbon không no) thì ankin còn có khả năng tham gia phản ứng thế với ion kim loại (tính chất đặc trưng của ankin có liên kết 3 đầu mạch).

1. Phản ứng cộng hợp

– Giai đoạn 1: Liên kết ba → Liên kết đôi

– Giai đoạn 2: Liên kết đôi → Liên kết đơn

a. Cộng hợp H2: (điều kiện phản ứng Ni, t0) → ankan

Ví dụ:

CH ≡ CH + H2 -> CH2 – CH3

CH ≡ CH + H2 -> CH2 = CH2

Tổng quát: CnH2n-2 + 2H2 → CnH2n+2

– Nếu điều kiện phản ứng Pd/PbCO3, t0 phản ứng dừng lại ở giai đoạn 1.

CnH2n-2 + H2 → CnH2n

* Lưu ý:

– Tuỳ thuộc vào xúc tác được sử dụng mà phản ứng cộng H2 vào ankin xảy ra theo các hướng khác nhau.

– Thường thì phản ứng cộng H2 vào ankin thường tạo ra hỗn hợp gồm nhiều sản phẩm.

– Số mol khí giảm = số mol H2 tham gia phản ứng.

b. Cộng brom

CnH2n-2 + Br2 → CnH2n-2Br2

CnH2n-2 + 2Br2 → CnH2n-2Br4

* Lưu ý:

– Khối lượng dung dịch brom tăng chính là khối lượng ankin đã phản ứng.

c. Cộng hợp hiđrohalogenua

CH≡CH + HCl → CH2=CHCl (vinyl clorua) (Hg2Cl2 ở 150 đến 2000C)

CH≡CH + HCN → CH2=CH-CN (nitrin acrylic)

CH≡CH + CH3COOH → CH3COOCH=CH2 (vinylaxetat)

CH≡CH + C2H5OH → CH2=CH-O-CH3 (etylvinylete)

d. Cộng H2O

– C2H2 → anđehit

CH≡CH + H2O → CH3 – CHO (H2SO4, HgSO4, 800C)

– Ankin khác → xeton

CH≡C-CH3 + H2O → CH3-CO-CH3 (H+)

2. Phản ứng trùng hợp

– Đime hóa (điều kiện phản ứng: NH4Cl, Cu2Cl2, t0)

2CH≡CH → CH≡C-CH=CH2 (vinyl axetilen)

– Trime hóa (điều kiện phản ứng: C, 6000C)

3CH≡CH → C6H6 (benzen)

– Trùng hợp (polime hóa) (điều kiện phản ứng: xt, t0, p)

nCH≡CH → (-CH=CH-)n (nhựa cupren)

3. Phản ứng oxi hóa

a. Phản ứng oxi hóa hoàn toàn

CnH2n-2 + (3n – 1)/2O2 → nCO2 + (n – 1)H2O

→ đặc điểm của phản ứng đốt cháy ankin: nCO2 > nH2O và nCO2 – nH2O = nankin.

b. Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

– Các ankin đều làm mất màu dung dịch thuốc tím ở nhiệt độ thường.

3C2H2 + 8KMnO4 + 2H2O → 3(COOK)2 + 2MnO2 + 2KOH

Nếu trong môi trường axit thì tạo thành CO2 sau đó CO2 phản ứng với KOH tạo thành muối.

– Với các ankin khác sẽ có sự đứt mạch tạo thành hỗn hợp 2 muối.

R1-C≡C-R2 + 2KMnO4 → R1COOK + R2COOK + 2MnO2

4. Phản ứng thế của ank-1-in

– Thí nghiệm: Sục khí axetilen vào dung dịch hỗn hợp AgNO3/NH3 có hiện tượng kết tủa màu vàng.

CH ≡ CH + 2 AgNO3 + 2 NH3–> CAg ≡ CAg + 2 NH4NO3

* Lưu ý:

– Chỉ có C2H2 mới phản ứng với AgNO3 theo tỉ lệ mol 1:2; các ank-1-in khác chỉ phản ứng theo tỉ lệ 1:1.

– Nếu có hỗn hợp ankin tham gia phản ứng với AgNO3 mà tỉ lệ mol của (ankin : AgNO3) = k có giá trị:

+ k > 1 → có C2H2.

+ k = 1 → ank-1-in

+ k = 1 → hỗn hợp gồm 2 ank-1-in hoặc hỗn hợp C2H2 và ankin khác (không phải ank-1-in) có số mol bằng nhau.

– Từ kết tủa vàng thu được có thể khôi phục lại ankin ban đầu bằng cách cho tác dụng với HCl.

CAg≡C-R + HCl → CH≡C-R + AgCl

(phản ứng này dùng để tách ank-1-in khỏi hỗn hợp)

– Dung dịch AgNO3/NH3 và phản ứng này được dùng để nhận biết ank-1-in.

Tính chất hóa học của ankin benzen – ankylbenzen

Khi thay các nguyên tử hiđro trong phân tử benzen (C6H6) bằng các nhóm ankyl, ta được các ankylbenzen, có công thức chung là CnH2n-6 với n ≥ 6.
Ví dụ : C6H5–CH3; C6H5–CH2–CH3; C6H5–CH2–CH2-CH3

Khi coi vòng benzen là mạch chính thì các nhóm ankyl đính với nó là mạch nhánh (còn gọi là nhóm thế). Ankylbenzen có đồng phân mạch cacbon. Để gọi tên chúng, phải chỉ rõ vị trí các nguyên tử C của vòng bằng các chữ số hoặc các chữ cái o, m, p (đọc là ortho, meta, para).

Tính chất hóa học và điều chế ankan

1. Ankan phản ứng thế bởi halogen (Cl₂, Br₂)

– Khi chiếu sáng hoặc đốt nóng hỗn hợp metan và clo sẽ xảy ra phản ứng thế lần lượt các nguyên tử hiđro bằng clo:

CH₄ + Cl₂  CH₃Cl + HCl

CH₃Cl: metyl clorua (clometan)

CH₃Cl + Cl₂  CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂: metylen clorua (điclometan)

CH₂Cl₂ + Cl₂  CHCl₃ + HCl

CHCl₃: clorofom (triclometan)

CHCl₃ +  Cl₂  CCl₄ + HCl

CCl₄: cacbon tetraclorua(tetraclometan)

– Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự và tạo thành hỗn hợp chất với tỉ lệ % khác nhau, như minh họa dưới đây:

• Ankan + Cl₂

CH₃-CH₂-CH₃ + Cl₂  

• Ankan + Br₂

CH₃-CH₂-CH₃ + Br₂  

* Nhận xét và cơ chế phản ứng:

– Khả năng phản ứng: Cl₂ > Br₂ > I₂ và C_bậc3> C_bậc2 > C_bậc1. Sản phẩm chính là sản phẩm ưu tiên thế X vào H của C bậc cao (C có ít H hơn). C bậc a là C liên kết với a nguyên tử C khác.

– Phản ứng thế xảy ra theo cơ chế gốc tự do

– dây chuyền gồm 3 giai đoạn:

+ Khơi mào phản ứng: X₂ → 2X^.

+ Phát triển mạch:

X^. + C_nH_2n+2 → C_nH_2n+1^. + HX

C_nH_2n+1^. + X₂ → C_nH_2n+1X + X^.

+ Tắt mạch: 2X^. → X₂

X^. + C_nH_2n+1^. → C_nH_2n+1X

C_nH_2n+1^. + C_nH_2n+1^. → C_2nH_4n+2

2. Phản ứng tách của Ankan

a) Phản ứng tách H₂ của Ankan

– Phản ứng này còn gọi là phản ứng đề hidro hóa

CH₃-CH₃  CH₂=CH₂ + H₂

– Tổng quát: C_nH_2n+2  C_nH_2n + H₂

* Chú ý:

– Chỉ những ankan trong phân tử có từ 2 nguyên tử C trở lên mới có khả năng tham gia phản ứng tách H₂.

– Trong phản ứng tách H₂, 2 nguyên tử H gắn với 2 nguyên tử C nằm cạnh nhau tách ra cùng nhau và ưu tiên tách H ở C bậc cao.

CH₃-CH₂-CH₃ → CH₂=CH-CH₃ + H₂

– Một số trường hợp riêng khác:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ → 2H₂ + CH₂=CH-CH=CH_2­

CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃ → CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂ + 2H₂

n-C₆H₁₄ → 4H₂ + C₆H₆ (benzen)

n-C₇H₁₆ → 4H₂ + C₆H₅CH₃ (toluen)

b) Phản ứng tách mạch Cacbon của Ankan (n≥ 3)

– Phản ứng này còn gọi là phản ứng cracking (bẻ gãy mạch cacbon) xảy ra ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác thích hợp.

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃  

– Tổng quát:  C_nH_2n+2  C_xH_2x+2 + C_yH_2y

* Chú ý:

+ Ankan thẳng C_nH_2n+2 khi crăcking có thể xảy ra theo (n – 2) hướng khác nhau tạo ra 2(n-2) sản phẩm.

+ Nếu hiệu suất phản ứng crăcking là 100% và không có quá trình cracking thứ cấp thì tổng số mol sản phẩm tăng gấp đôi so với các chất tham gia nên KLPTTB giảm đi một nửa.

+ Số mol ankan sau phản ứng luôn bằng số mol ankan ban đầu dù quá trình cracking có nhiều giai đoạn.

b) Phản ứng phân hủy của Ankan

– Ankan bị phân hủy bởi nhiệt:

C_nH_2n+2  nC + (n+1)H₂

– Phản ứng phân hủy bởi halogen (Cl₂ hoặc F₂):

C_nH_2n+2 + nCl₂  C_nCl_2n+2 + (n+1)H₂

3. Phản ứng cháy của Ankan

– Phản ứng này còn gọi là phản ứng oxi hóa ankan

CH₄ + 2O₂  CO₂ + 2H₂O

– Tổng quát: C_nH_2n+2 + [⁽³ⁿ⁺¹⁾/₂]O₂ → nCO₂ + (n+1)H₂O

– Đối với phản ứng cháy của ankan khi làm bài tập cần lưu ý 2 đặc điểm:

♦ n_CO2 < n_H2O.

♦ n_H2O – n_CO2 = n_{ankan bị đốt cháy}.

– Nếu đốt cháy 1 hiđrocacbon mà thu được n_CO2 < n_H2O thì hiđrocacbon đem đốt cháy thuộc loại ankan.

– Nếu đốt cháy hỗn hợp hiđrocacbon cho n_CO2 < n_H2O thì trong hỗn hợp đốt cháy có chứa ít nhất 1 ankan.

* Chú ý: Nếu cho ankan tham gia phản ứng với oxi khi có mặt muối Mn²⁺ thì xảy ra phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo RCOOH.

R-CH₂-CH₂-R + 5/2O₂ → 2RCOOH + H₂O

– Các ankan đầu dãy đồng đẳng rất dễ cháy, tỏa nhiều nhiệt. Khí CO₂, hơi nước và nhiệt tạo ra nhanh nên có thể gây nổ.

– Nếu không đủ oxi, ankan bị cháy không hoàn toàn, khi đó ngoài CO₂ và H₂O còn tạo ra các sản phẩm như CO, muội than, không những làm giảm năng suất tỏa nhiệt mà còn gây độc hại cho môi trường. Khi có xúc tác, nhiệt độ thích hợp, ankan bị oxi hóa không hoàn toàn tạo thành dẫn xuất chứa oxi như:

CH₄ + 2O₂  HCH=O + 2H₂O

Điều chế và Ứng dụng của Ankan

1. Điều chế Ankan

a) Trong công nghiệp

– Metan và các đồng đẳng được tách từ khí thiên nhiên và dầu mỏ.

b) Trong phòng thí nghiệm

– Khi cần một lượng nhỏ metan, người ta nung natri axetat với vôi tôi xút, hoặc có thể cho nhôm cacbua tác dụng với nước:

– Nhiệt phân muối Natri của axit cacboxylic (phản ứng vôi tôi xút):

CH₃COONa + NaOH  CH₄↑ + Na₂CO₃

– Tổng quát: C_nH_2n+2-x(COONa)_x + xNaOH  C_nH_2n+2 + xNa₂CO₃

– Riêng với CH₄ có thể dùng phản ứng:

Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄

Al₄C₃ + 12HCl → 4AlCl₃ + 3CH₄

C + 2H₂  CH₄

2. Ứng dụng của Ankan

– Dùng làm dung môi, dầu bôi trơn và làm nhiên liệu như CH₄ dùng trong đèn xì để hàn, cắt kim loại.

– Để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác: CH₃Cl, CH₂Cl₂, CCl₄, CF₂Cl₂,…

– Đặc biệt từ CH₄ điều chế được nhiều chất khác nhau: hỗn hợp CO + H₂, amoniac NH₃ , axit axetic CH≡CH, rượu metylic C₂H₅OH và anđehit fomic HCHO.

Tính chất hóa học xicloankan

. Phản ứng cộng mở vòng của xiclopropan và xiclobutan

– Xiclopropan và xiclobutan cho phản ứng cộng mở vòng.

Chú ý:

– Các xicloankan vòng nhỏ (3C – 4C) khi tham gia phản ứng thế thường cộng mở vòng.

2. Phản ứng thế

– Các xicloankan từ 5C trở lên cho phản ứng thế như ankan.

3. Phản ứng oxi hóa

– Xicloankan có tính chất hóa học tương tự ankan (phản ứng thế, phản ứng cháy, …)

Ví dụ:

Tính chất hóa học đặc trưng của anken là

– Trong phân tử anken có liên kết đôi π, liên kết này kém bền (so với liên kết đơn σ) nên Anken có tính chất đặc trưng là tham gia phản ứng cộng, trùng hợp và oxi hóa.

1. Anken phản ứng cộng hidro (Anken + H₂)

• Anken + H₂  Ankan

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃

• Tổng quát: C_nH_2n + H₂ → C_nH_2n+2

2. Anken phản ứng cộng hợp halogen (Cl₂ , Br₂)

– Etilen phản ứng với Clo

CH₂=CH₂ + Cl₂ → CH₂Cl-CH₂Cl (1,2-đicloetan)

– Etilen làm mất màu dung dịch brom

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br (1,2-đibrometan)

• Tổng quát: C_nH_2n + Br₂ → C_nH_2nBr₂

* Nhận xét:  Dung dịch brom là thuốc thử dùng để nhận biết etilen và anken nói chung. Mức độ phản ứng của halogen giảm dần từ Cl₂, Br₂, I₂.

3. Phản ứng cộng hợp Hidro halogenua

• Anken + HCl

CH₂=CH₂ + HCl → CH₃-CH₂Cl

*- Lưu ý: Đồng đẳng của etilen khi phản ứng sẽ tạo ra hỗn hợp sản phẩm có sản phẩm chính và sản phẩm phụ (clo thế vào các vị trí khác nhau trong mạch cacbon).

CH₃-CH=CH₂ + HCl → 

• Anken + HBr

CH₂=CH₂ + HBr → CH₃-CH₂-Br

* Lưu ý:

– Theo dãy HCl, HBr, HI phản ứng dễ dần.

– Phản ứng cộng HX vào anken bất đối tạo ra hỗn hợp 2 sản phẩm.

– Đối với các anken khác bất đối xứng khi cộng HX sẽ tuân theo quy tắc Maccôpnhicôp.

– Nếu thực hiện phản ứng cộng HBr vào anken có xúc tác peoxit thì sản phẩm chính lại ngược quy tắc Maccopnhicop.

* Quy tắc cộng Mac-côp-nhi-côp: Trong phản ứng cộng HX vào liên kết bội, nguyên tử H ưu tiên cộng vào nguyên tử Cacbon bậc thấp hơn, còn nguyên tử hay nhóm nguyên tử X ưu tiên cộng vào nguyên tử Cacbon bậc cao hơn.

4. Anken cộng hợp H₂O (đun nóng, có axit loãng xúc tác)

– Phản ứng cộng hợp nước của Etilen:

CH₂=CH₂ + H₂O  CH₃-CH₂-OH

– Các đồng đẳng của Etilen:

CH₃-CH=CH₂ + H₂O → 

* Lưu ý: Đối với các anken khác bất đối xứng khi cộng H₂O cũng tuân theo quy tắc Maccôpnhicôp: Nhóm – OH đính vào C bậc cao.

5. Phản ứng trùng hợp của Anken

– Khi có xúc tác, áp suất cao, đun nóng

nCH₂=CH₂  (-CH­₂–CH₂-)_n (Polietylen hay PE)

nCH₂=CH–CH₃  (-CH₂–CH(CH₃)-)_n (Polipropilen hay PP)

– Sơ đồ phản ứng trùng hợp: nA  (B)_n

– Phản ứng trùng hợp: Là quá trình cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tương tự nhau tạo thành phân tử lớn (hợp chất cao phân tử).

6. Phản ứng oxi hoá của Anken

a) Anken phản ứng oxi hóa không hoàn toàn

– Tạo thành ancol đa chức có 2 nhóm -OH hoặc đứt mạch C chỗ nối đôi tạo thành anđehit hoặc axit.

– Anken làm mất màu dung dịch thuốc tím:  Anken + KMnO₄

3C₂H₄ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3C₂H₄(OH)₂ + 2KOH + 2MnO₂

Tổng quát: 

3C_nH_2n + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3C_nH_2n(OH)₂ + 2KOH + 2MnO₂

* Nhận xét: Anken làm mất màu dung dịch thuốc tím nên có thể dùng dung dịch thuốc tím để nhận biết anken.

– Riêng CH₂=CH₂ còn có phản ứng oxi hóa không hoàn toàn tạo CH₃CHO.

CH₂=CH₂ + 1/2O₂  CH₃CHO

b) Anken phản ứng cháy (Anken + O₂)

– Phương trình tổng quát: C_nH_2n + 3n/2O₂ → nCO₂ + nH₂O

* Lưu ý: Đặc điểm phản ứng đốt cháy anken: n_CO2 = n_H2O.

a) So sánh tính chất hóa học anken và ankin:

Giống: anken và ankin đều có liên kết bội trong phân tử nên đều tham gia phản ứng cộng và bị oxi hóa bởi KMnO₄

Vd:    Cộng hiđro: (xt, Ni)

CH≡CH + 2H₂  $\stackrel{\mathrm{Ni},t°}{\to }$    CH₃ ─ CH₃

CH₂=CH₂  + H₂    $\stackrel{\mathrm{Ni},t°}{\to }$     CH₃ ─ CH₃

• Cộng brom (dung dịch).

CH₂=CH₂ +Br₂→CH₂Br-CH₂Br

CH≡CH  + 2Br₂ →  CHBr₂─CHBr₂

• Cộng HX theo quy tắc Mac-côp-nhi-côp (Cộng H vào nguyên tử cacbon có nhiều hidro hơn)

CH₂=CH₂ + HCl →CH₃-CH₂Cl

CH≡CH + HCl    $\stackrel{\mathrm{HgCl}2,\; 150\; –\; 200°C}{\to }$ CHCl = CH₂

CHCl = CH₂ +HCl $\stackrel{t°,\mathrm{xt}}{\to }$  CHCl₂─CH₃

• Làm mất màu dung dịch KMnO₄.

H₂C=CH₂ + KMnO₄ + 4H₂O → HOCH₂-CH₂OH + MnO₂ + KOH

CH≡CH + KMnO­₄ + H₂O → HOOC-COOH + MnO₂ + KOH

Khác: do ankin có liên kết 3, còn anken chỉ có liên kết đôi

• Anken : Không có phản ứng thế bằng ion kim loại.
• Ankin : Ank-1-in có phản ứng thế bằng ion kim loại.

CH≡CH + 2AgNO₃ + 2 NH₃ → AgC≡CAg ↓_vàng + 2 NH₄NO₃   

b) So sánh ankan và ankylbenzen

Giống: đều có phản ứng thế H

• Phản ứng thế với halogen:

CH₄ + Cl₂ →(a/s) CH₃Cl + HCl

Khác nhau: do ankylbenzen có vòng thơm nên có thể tham gia các phản ứng cộng và thế H trong vòng

• Ankylbenzen: phản ứng thế H trong vòng thơm

• Thế HNO₃/H₂SO₄:

• Ankylbenzen: cộng H₂

 

Tag: ankadien nêu gì bày bản 35, ankan tính chất hóa học