Bài giảng Hóa hữu cơ 1 - Chương 2: Hiđrocacbon no - Nguyễn Văn Hiếu

Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 114 Chương II: HIĐROCACBON NO (CnH2n + 2; n ≥ 1, nguyên) - Là hợp chất hữu cơ tạo bởi từ hai nguyên tố cacbon và hiđro trong phân tư, các hóa trị của cacbon được bảo hòa bởi các liên kết đơn, tất cả các nguyên tử cacbon đều ở trạng thái lai hóa sp3. - Hai loại hiđrocacbon no: Ankan và xycloankan §2-1. ANKAN §2-2. XYCLO ANKAN Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 115 §2-1. ANKAN 2.1.1. Đồng phân, danh pháp và cấu trúc: a. Đồng phân: Các hợp chất ankan chỉ có đồng phân cấu tạo mạch cacbon từ 4 nguyên tử trở lên mới xuất hiện đồng phân. C4H10 CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3 C5H12 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3 CH3CCH3 CH3 CH3 Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 116 n Số đp 4 2 5 6 7 8 9 3 5 9 18 35 10 75 15 4347 20 366319 - Đồng phân quang học của ankan từ C7H16 b. Danh pháp: Ankan không phân nhánh: Tên chỉ số nguyên tử cacbon trong mạch bằng tiếng Hy Lạp bỏ a + an Ví dụ: CH4 meta bỏ a + an  metan C16H34 hexađeca bỏ a + an → hexađecan. Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 117 - Gốc ankyl không có nhánh: Tên của ankan tương ứng bỏ an + yl Ví dụ: CH3CH2CH2CH2 - butyl, CH3 - metyl - Ankan có mạch nhánh: + Chọn mạch chính (dài nhất, phức tạp nhất, chứa nhiều mạch nhánh nhất). + Đánh số mạch chính (ưu tiên số nhỏ gần mạch nhánh). Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 118 Cách đọc: Số chỉ vị trí mạch nhánh + tên mạch nhánh + tên mạch chính có đuôi an. - Gốc ankyl có nhánh: Tương tự như ankan có nhánh. (ưu tên số nhỏ nhất gần cacbon có hóa trị tự do) Cách đọc: Số chỉ vị trí mạch nhánh + Tên mạch nhánh + tên mạch chính có đuôi yl. Ví dụ: CH3-CH2-CH2-CH2-CH - CH3-CH-CH2-CH -    CH3-CH2 CH3 CH3 1-Etylpentyl. 1,3-Đimetylbutyl Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 119 Tên các gốc thường dùng có hóa trị I (xem bảng sau) Gốc ankyl Tên thông thường Tên IUPAC (CH3)2CH - Izo-propyl Metyletyl (CH3)2CHCH2 - Izo-butyl 2-Metylpropyl CH3CH2(CH3)CH - Sec-butyl 1-Metylpropyl (CH3)3C - Tert-butyl 1,1-Đimetyletyl (CH3)2CHCH2CH2 - Izo-pentyl 3-Metylbutyl (CH3)3CCH2 - Neo-petyl 2,2-Đimetylpetyl CH3CH2(CH3)2C - Tert-pentyl 1,1- Đimetylpentyl Gốc hiđrocacbon no đa hóa trị: Tên của gốc có hai hóa trị tự do ở một nguyên tử cacbon: Tên của gốc hóa trị 1 tương ứng + iden vào hậu tố yl  yliden. Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 120 Gốc hiđrocacbon đa hóa trị Cách đọc tên CH3CH= Etyliden (CH3)2C= Izopropyliden -CH2- Metylen -CH2-CH2- Etylen -CH2CH2CH2- Trimetylen -CH2(CH2)2CH2- Tetrametylen -CH2(CH3)CH- 2-Metyletylen -CH2(CH2)4CH2- Hexametylen Hóa trị tự do riêng rẽ -CH2CH-CH2- Propan-1, 2, 3-triyl Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 121 c. Cấu trúc: Tất cả các nguyên tử C trong phân tử ankan đều ở trạng thái lai hóa sp3 góc hóa trị 109,50. C C C C C C H H H H H HH H H H H H H H C C C CC H H H H H H H H H H H H + Cấu dạng của etan: C C Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 122 H H H H CH3 H H H H CH3 HH H CH3 H H CH3 H H H CH3 CH3 HH H H3C H CH3 HH CH3 H H H CH3 H Cấu dạng của propan Cấu dạng của n- butan anti syn Dang che khuất Dạng che khuấtDạng xen kẽ Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 123 2. Tính chất vật lí a. Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi: Trong phân tử ankan rất ít phân cực, lực giữa các phân tử là lực Van đe Van rất yếu. Vì vậy nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy tăng dần theo mạch cacbon. Từ C1 – C4 là chất khí từ C5 – C19 là chất lỏng, từ C20 (icosan) trở lên là chất rắn. Các ankan có cùng M nhưng độ phân nhánh càng cao nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy càng giảm. Ví dụ: CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 t 0 s = 36 0C, (CH3)2CHCH2CH3 t 0 s= 28 0C, (CH3)3CCH3 t 0 s = 9 0C. Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 124 b. Tính tan: Giống nhau về tính tan, không có tính háo nước nhưng háo dầu mỡ. Hầu như không tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ (benzen, ete, hexan, tetra-clorometan). c. Khối lượng riêng: Nhẹ hơn nước. D tăng dần theo mạch cacbon. d. Phổ hấp thụ - Phổ hồng ngoại của ankan có các dao động: C-H ở 2960 – 2850 cm-1, -CH2- ở 1470 – 1350 cm -1 - Phổ tử ngoại gần 200 – 400 nm. - Phổ cộng hưởng từ hạt nhân các ankan cho tín hiệu đặc trưng ở nhóm CH3 - (0,9 ppm), nhóm –CH2– 1,25ppm (-CH-) 1,5 – 2,0 ppm. Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 125 §2-2. XYCLO ANKAN 2.1. Phân loại danh pháp và đồng phân a. Phân loại: Chia thành 2 loại: + Xycloankan đơn vòng. Ví dụ: Xyclopropan, xyclobutan, + Xycloakan đa vòng (từ hai vòng trở lên). Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 126 Tên mạch nhánh + xycloankan Nếu có  2 mạch nhánh: Số chỉ vị trí mạch nhánh + tên mạch nhánh + tên mạch chính có tiền tố xyclo CH3 CH3H3C H3C CH3 H3C CH2CH3 Metylxyclopentan 1,1-Dimetylxyclopentan 1 2 34 5 1 2 34 5 15 2 3 4 1,2-Dimetylxyclopentan 1-Etyl,3-metylxyclopentan xyclopropan (ts= -330C) xyclobutan (ts= 120C) xyclopentan (ts= 490C) xyclohexan (ts= 810C) xycloheptan (ts= 1190C) xyclooctan (ts= 1490C) b. Danh pháp: Tiền tố xyclo (viết liền) + tên ankan tương ứng. Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 127 c. Đồng phân: Đồng phân cấu tạo CH3 CH2CH3H3C CH2CH3 CH3 CH2CH2CH3 CHCH3 CH3 Metylxyclopropan xyclopropan 1-Etyl, 1-metylpetan 1-Etyl,2-metylpetan Propylpetan Izo-propylpetan Đồng phân lập thể CH3 cis 1,2-Dimetylxyclopropan H3C HH CH3 H3C H H trans 1,2-Dimetylxyclopropan H H CH3 H3C trans 1,2-Dimetylxyclopropan Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 128 2. Cấu trúc: Các nguyên tử cacbon trong phân tử xycloankan đều ở trạng thái lai hóa sp2 với các liên kết . Các monoxycloankan có độ bền không giống nhau, xyclopropan, xyclo-butan có khả năng phản ứng cao dễ tham gia phản ứng mở vòng và thiêu nhiệt tính theo mỗi nhóm -CH2- lớn hơn các vòng khác. Xycloankan: (CH2)3 (CH2)4 (CH2)5 (CH2)6 (CH2)7 Thiêu nhiệt: 696,4 685,1 663,4 657,9 661,7 a. Thuyết sức căng bề mặt (xem gt): b. Thuyết lượng tử về liên kết trong xiclopropan: c. Cấu dạng bền của xiclohexan: Xiclohexan có thể có một số dạng khác nhau Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 129 3. Điều chế monoxicloankan Trong công nghiệp: - Tách ra từ nhiều loại dầu mỏ bằng phương pháp chưng phân đoạn. Chuyển hóa lẫn nhau giữa các loại nhóm chức để chuyển các hợp chất vòng không thơm khác về thành xicloankan. - Đóng vòng các hợp chất mạch hở. + Đóng vòng tạo thành các xeton, khử hóa các xeton thành xicloankan. (H2C)n C O Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 130 (H2C)n CH2Br CH2Br + 2Na hoac Zn (H2C)n CH2 CH2 + 2NaBr hoac ZnBr2 b. Đóng vòng các , -đihalogenoankan (H2C)n CH2 CH2 COO COO Th4+ 2(H2C)n CH2 CH2 C O + 2CO2 +ThO2 2 c. Nhiệt phân muối của các axit đicacboxylic Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 131 d. Ngưng tụ đóng vòng đieste của axit đicacboxylic. COOC2H5 CH2 H2C CH2 CHH COOC2H5 NaOC2H5 - C 2 H 5 O H H2C H2C CH2 CH COOC2H5 O - C2H5OH H 2 S O 4 ,l H2C H2C CH2 CH COOH O CO2H2C H2C CH2 CH2 O Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 132 e. Phản ứng ngưng tụ axyloin (H2C)n C C O OR O OR + 4Na -2RONa (H2C)n C C O O 2Na +H2O 2NaOH (H2C)n C C OH OH (H2C)n C C OH O H H/xt H/xt,t0 OH HI/P f. Chuyển hóa các hợp chất đồng vòng khác thành xicloankan O 4H Zn(Hg)/HCl Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 133 5. Giới thiệu về xiclohexan: - Là chất lỏng không màu d = 0,778 g/cm3 nhẹ hơn nước, nặng hơn n-hexan (d – 0,659 g/cm3), t0s = 810C tnc 0= 70C, không hấp thụ bức xạ tử ngoại, dùng để làm dung môi. - Trong công nghiệp được điều chế: O2/kk O HOOC(CH2)4COOH H2N(CH2)6NH2 Nilon-6,6 NH2OH NOH H2SO4 NH O Capron (Nilon-6) Caprolactam Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 134 6. Hiđrocacbon đa vòng a. Hệ hai vòng có một đỉnh chung các spiran : Các spiran là hai vòng no có chung một nguyên tử C. Gọi tên: Spiro + tên của ankan mạch thẳng với cùng một nguyên tử C + số nguyên tử C còn lại mỗi vòng sau khi trừ nguyên tử. 1 2 3 5 4 Spiropentan 2 1 3 4 7 6 5 Spiro[3.4]heptan 1 5 10 9 8 76 4 3 2 Spiro[4.5]dcan Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 135 b. Hệ hai vòng có chung cầu nối cac bixicloankan: 1 2 3 4 H H 1 2 3 45678 9 10 H H Bixiclobutan trans-Decalin cis-Decalin CH3 CH3 H3C 1 2 3 4 5 6 7 2,7,7-Trimetlbixiclo[3.1.1]heptan (pinan) CH3 H3C CH3 6 1 7 2 3 45 CH3H3C CH3 1 2 3 4 5 6 7 CH3 CH3H3C 6 5 7 1 2 3 4 1,7,7-Trimetlbixiclo[2.1.1]heptan (camphan) Gọi tên: Bixiclo + tên ankan tương ứng Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 136 CR CR RCH CHR H2/xt Ankan CnH2n+2 R-H hoac R-R' RCH2-CH2R' RHal RHal Na/Zn Li/CuHal R'Hal RR RR' Tang mach C RCOONa NaOH,t 0 R-H Giam m ach C Hal2,as CnH2n + 1Hal + HHal RSO2Cl+ HCl SO2,Cl2 HNO3 R-NO2xt,t0 Aren, anken xt,t0 CxH2x + Cn -xH2n - 2x + 2 xt,t0,H2 sp hidrocrackinh xt,t0,O2 Dot chay CO2 + H2O R-COOH CH4,O2 HCHO + H2O Tóm tắt tính chất hóa học và điều chế ankan Truong CDSP NhaTrang Nguyen Van Hieu 137 Ankan (CnH2n + 2) Xicloanken (CnH2n (CH2)n CH2Br CH2Br (CH2)n CH2COOEt CH2COOEt (CH2)n CH2COO CH2COO Monoxicloankan CnH2n O2,Dot CO2 + H2O vong lon CH3-C3H5 xt vong nho C4H8 C7H14xt CH3-C6H11 D ong phan hoa the Co ng m o vo ng Br2,Cl2 C3H6 & C4H8HA C3H6 CH3CH2CH2A H2/xt C3H6 & C4H8Cl2/as Br2/as C5H10 & C6H12 tro len C5H10 & C6H12 tro len Xicloankanxt,t 0 XicloankanonNaOEt,H3O + t0 M2+ Na/Zn Tóm tắt tính chất hóa học và điều chế Xicloankan