Lý thuyết trọng tâm hóa học 11 kết nối bài 16: Hydrocarbon không no

I. KHÁI NIỆM, ĐỒNG PHÂN, DANH PHÁP

1. Khái niệm và công thức chung của alkene, alkyne

2. Đồng phân

a) Đồng phân cấu tạo

• Đồng phân vị trí liên kết đôi, liên kết ba
• Đồng phân mạch carbon 

b) Đồng phân hình học 

HĐ1. Điều kiện để có đồng phân hình học của alkene là a ≠ b và c ≠ d

(Trong phân tử alkene mỗi nguyên tử Carbon của liên kết đôi nối với hai nguyên tử hoặc hai nhóm nguyên tử khác nhau có đồng phân cis-trans.)

HĐ2. Alkene  không có đồng phân hình học vì:

C của liên kết đôi liên kết với hai nguyên tử giống nhau (hydrogen) và 2 nhóm nguyên tử giống nhau (CH$_{3}$).

Kết luận

• Alkene, alkyne có các đồng phân cấu tạo (Đồng phân vị trí liên kết bội; đồng phân mạch carbon từ C4 đối với alkene và từ C5 đối với alkyne)
• Alkene từ C4 có thể có đồng phân hình học

3. Danh pháp

• Tên thay thế alkene: Phần nền – vị trí liên kết đôi – ene
• Tên thay thế alkyne: Phần nền – vị trí liên kết ba – yne

Lưu ý:

• Chọn mạch carbon dài nhất, có nhiều nhánh nhất và có chưa liên kết bội làm mạch chính.
• Đánh số sao cho nguyên tử carbon có liên kết bội có chỉ số nhỏ nhất.
• Dùng chỉ số (1, 2, 3, …) và gạch nối (-) để chỉ vị trí liên kết bội.
• Nếu hợp chất có nhánh thì cần thêm vị trí nhánh và tên nhánh trước tên hợp chất mạch chính.

Ví dụ: 

C₅H₁₀có các CTCT sau:

• CH₂ = CHCH₂CH₂CH₃: pent-1-ene
• CH₃CH=CHCH₂CH₃: pent-2-ene
• CH₂=C(CH₃)CH₂CH₃: 2-methylbut-1-ene
• CH₂ = CHCH(CH₃)₂: 3-methylbut-1-ene
• (CH₃)₂C=CHCH₃: 2-methylbut-2- ene

C₅H₈ có các CTCT sau:

• CH ≡ CCH₂CH₂CH₃: pent - 1 - yne
• CH₃C ≡ CCH₂CH₃: pent -2 - yne
• CH ≡ CHCH₂CH₂CH₃: pent -1- yne
• CH ≡ CCH(CH₃)₂: 3-methylbut -1- yne

II. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA ETHYLENE VÀ ACETYLENE

Kết luận: Phân tử alkene và alkyne chứa liên kết π kém bền → dễ bị phá vỡ khi tham gia phản ứng hoá học.

III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

• Ở điều kiện thường các alkene, alkyne từ C2-C4 ở thể khí (trừ but-2-yne ở thể lỏng), từ C5 trở lên ở thể lỏng hoặc rắn.
• Đều nhẹ hơn nước, không tan hoặc ít tan trong nước, chỉ tan trong các số dung môi không phân cực, …
• Không có mùi.
• Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của alkene, alkyne tăng dần khi số nguyên tử carbon trong phân tử tăng dần

IV. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Trung tâm phản ứng của alkene và alkyne là liên kết bội → bẻ gãy liên kết π có trong liên kết bội. Phản ứng đặc trưng của alkene và alkyne là phản ứng cộng, trùng hợp, oxi hoá.

1. Phản ứng cộng

a) Cộng hydrogen

CH₂=CH₂+H₂ $\overset{Ni,t^{o}}{\rightarrow }$ CH₃-CH₃

(C₂H₄+H₂ $\overset{Ni,t^{o}}{\rightarrow }$ C₂H₆)

HC≡CH + 2H₂ $\overset{Ni,t^{o}}{\rightarrow }$ CH₃-CH₃

(C₂H₂ + 2H₂ $\overset{Ni,t^{o}}{\rightarrow }$ C₂H₆)

Tổng quát:

C_nH_2n + H₂ $\overset{Ni,t^{o}}{\rightarrow }$ C_nH_2n+2

C_nH_{2n - 2} + H₂ $\overset{Ni,t^{o}}{\rightarrow }$ C_nH_2n+2

b) Cộng halogen

CH₂=CH₂ + Br₂ → Br-CH₂-CH₂-Br (C₂H₄+Br₂ → C₂H₄Br₂)

HC≡CH + 2Br₂ →Br₂CH-CHBr₂ (C₂H₂ + 2Br₂ → C₂H₂Br₄)

Tổng quát:

C_nH_2n + X₂ → C_nH_2nX₂

C_nH_{2n - 2} + 2X₂ → C_nH_{2n - 2}X₄

c) Cộng hydrogene halide

CH₂=CH₂ + HBr→ CH₃-CH₂-Br

(C₂H₄+HBr→ C₂H₅Br)

HC≡CH + HBr → CH₂=CHBr

(C₂H₂+ HBr→ C₂H₃Br)

HC≡CH + 2HBr → CH₃CHBr₂

(C₂H₂+ 2HBr→ C₂H₄Br₂)

d) Phản ứng cộng nước

CH₂=CH₂ + H₂O  CH₃CH₂OH

HC≡CH + H₂O  CH₃CHO

Quy tắc Markovnikov: Khi cộng một tác nhân bất đối xứng vào một alkene bất đối xứng thì phần điện tích dương của tác nhân ưu tiên tấn công vào C mang liên kết đôi có nhiều H hơn (bậc thấp hơn), còn nguyên tử hay nhóm nguyên tử mang điện tích âm cộng vào nguyên tử cacbon bậc cao hơn.

2. Phản ứng trùng hợp của alkene

Monomer $\overset{t^{o},p,xt}{\rightarrow }$ polimer (n: hệ số trùng hợp)

VD: phản ứng trùng hợp propylene

3. Phản ứng của alk - 1 - yne với AgNO₃ trong NH₃

Hiện tượng: xuất hiện kết tủa màu vàng nhạt

PTHH: HC ≡ CH +   2AgNO₃ +   2NH₃ → AgC ≡ CAg↓ + 2NH₄NO₃

=> Phản ứng thường dùng để nhận biết alk-1-yne

4. Phản ứng oxi hóa

a. Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

Hiện tượng: Cả ethylene và acetylene đều có khả năng làm mất màu dung dịch KMnO₄

PTHH:

3CH₂=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3HO–CH₂–CH₂–OH + 2MnO₂↓ + 2KOH

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

Nhận xét: alkene, alkyne có khả năng làm mất màu dung dịch KMnO₄ (Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn)

b. Phản ứng oxi hoá hoàn toàn

PT tổng quát:

 C_nH_2n + $\frac{3n}{2}$O₂ → nCO₂ + nH₂O

Số mol CO₂ = số mol H₂O

C_nH_2n-2 + $\frac{3n-1}{2}$O₂ → nCO₂ + (n-1)H₂O

Số mol CO₂ > số mol H₂O

Thí nghiệm kiểm chứng tính chất hoá học của alkene, alkyne

Thí nghiệm 1: Điều chế và thử tính chất hóa học của ethylene

Hiện tượng: Khí sinh ra làm mất màu dung dịch bromine và thuốc tím.

C₂H₅OH $\overset{H_{2}SO_{4},t^{o}}{\rightarrow }$ C₂H₄ + H₂O.

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br

             màu nâu đỏ  không màu

3CH₂=CH₂ + 4H₂O + 2KMnO₄ → 3HO–CH₂–CH₂–OH + 2MnO₂ + 2KOH

Khi dùng que đóm đốt ethylene ở đầu ống dẫn khí, ethylene sinh ra cháy trong không khí và tỏa nhiều nhiệt

 C₂H₄+ 3O₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow }$ 2CO₂ + 2H₂O

Thí nghiệm 2: Điều chế và thử tính chất hóa học của acetylene

Hiện tượng: Khí sinh ra làm mất màu dung dịch bromine/thuốc tím.

CaC₂ + H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

CH≡CH + Br₂ →  CHBr=CHBr

CHBr=CHBr + Br₂ →  CBr₂-CBr₂

CH≡CH + KMnO₄ + H₂O → (COOH)₂ + MnO₂ + KOH

Khi dùng que đóm đốt acetylene ở đầu ống dẫn khí,  acetylene sinh ra cháy trong không khí và tỏa nhiều nhiệt

 C₂H₂+ 5/2O₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow }$ 2CO₂ + H₂O

V. ĐIỀU CHẾ

1. Điều chế trong phòng thí nghiệm:

C₂H₅OH  C₂H₄ + H₂O

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

2. Điều chế trong CN:

Cracking alkane → alkene:

VD: C₁₅H₃₂  2C₂H₄ + C₃H₆ + C₈H₁₈

Điều chế acetylene chủ yếu từ CH₄ hoặc CaC₂:

2CH₄  C₂H₂ + 3H₂

VI. ỨNG DỤNG

• Alkene, alkyne là nguyên liệu tổng hợp các chất hữu cơ, dùng làm nhiên liệu.
• Acetylene được dùng làm nhiên liệu trong đèn xì oxy-acetylene  để hàn cắt kim loại