Mục tiêu của chương.

Sau khi nghiên cứu nội dung kiến thức trong chương, về kiến thức SV biết:

• Cấu trúc và danh pháp của ankan và xicloankan.
• Tính chất vật lí, tính chất hóa học của ankan và xicloankan.
• Phương pháp điều chế, ứng dụng của ankan và xicloankan.

SV hiểu:

• Nguyên nhân tính tương đối trơ về mặt hóa học của các hiđrocacbon no là do cấu tạo các phân tử hiđrocacbon no chỉ có các lien kết σ bền.
• Cơ chế phản ứng thế halogen vào phân tử ankan.

Về kĩ năng SV vận dụng:

• Viết phương trình phản ứng chứng minh tính chất hóa học của ankan và xicloankan.
• Gọi tên một số ankan, xicloankan làm cơ sở cho việc gọi tên các hiđrocacbon và dẫn xuất hiđrocacbon sau này

Giáo dục tình cảm, thái độ:

• SV có phương pháp nghiên cứu chất hữu cơ trong một dãy đồng đẳng làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu các dãy đồng đẳng sau này.
• Rèn luyện khả năng suy luận, khái quát hóa trong học tập.

3. Danh pháp                                                                                                                                          

Bốn chất đầu có tên gọi theo ý muốn của người tìm ra chúng (tên riêng), tuy nhiên, tên này được chấp nhận trong danh pháp quốc tế (IUPAC).

                                           CH₄: metan                                C₃H₈: propan

                                           C₂H₆: etan                                  C₄H₁₀: butan

Từ C₅H₁₂ trở đi tên gọi có quy luật:

Tên các chữ số Hylạp + an

                                           C₅H₁₂: pentan                            C₈H₁₈: octan

                                           C₆H₁₄: hexan                             C₉H₂₀: nonan

                                           C₇H₁₆: heptan                            C₁₀H₂₂: decan

Đó là tên gọi các chất trong trường hợp mạch C không phân nhánh, khi mạch C phân nhánh tức xuất hiện đồng phân tên gọi của chúng phức tạp hơn.

Để gọi các hydrocacbon không phân nhánh thường thêm tiếp đầu ngữ “n” hoặc không có. Khi hidrocacbon có 2 nhóm metyl ở đầu mạch thì thêm tiếp đầu ngữ “iso”, còn nếu có 3 nhóm metyl ở đầu mạch  thì thêm tiếp đầu ngữ “neo”.

Ví dụ:

Để thống nhất người ta đưa ra danh pháp chung gọi là danh pháp IUPAC. Để gọi tên theo danh pháp này người ta thực hiện các bước sau:

- Chọn mạch C dài nhất chứa nhiều nhánh nhất làm mạch chính.

- Đánh số mạch chính: đánh số bắt đầu từ phía gần nhánh hơn và theo quy tắc tổng số chỉ vị trí nhánh là bé nhất.

- Gọi tên:

Vị trí nhánh + tên nhánh + tên mạch chính + an

Chú ý: Khi gọi tên các nhánh gọi theo thứ tự alphabet (nếu có nhiều nhánh khác nhau)

Một số nhánh thường gặp:

- CH₃: metyl; - C₂H₅: etyl; - CH₂ - CH₂ - CH₃: n-propyl; - CH(CH₃)₂: isopropyl

Ví dụ:

5-etyl-2,3,3,6-tetrametylheptan

4. Tính chất vật lí

Ankan là những chất không màu, ít tan trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ hoặc được dùng làm dung môi hòa tan các chất không phân cực khác.

Bốn chất đầu trong dãy đồng đẳng là chất khí, những ankan có từ 5 – 17 nguyên tử cacbon trong phân tử là chất lỏng, tử 18C trở lên là những chất rắn. Trạng thái tồn tại của ankan còn phụ thuộc vào cấu tạo mạch C, mạch phức tạp thì trạng thái kém ổn định hơn. Ví dụ C₅H₁₂ nếu mạch không nhánh hoặc 1 nhánh (n-pentan và isopentan) thì ở thể lỏng còn mạch phức tạp hơn (neopentan) thì ở trạng thái khí.

Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy tăng dần theo chiều tăng mạch C (chiều tăng khối lượng phân tử). Các đồng phân mạch nhánh có nhiệt độ sôi thấp hơn đồng phân mạch không nhánh, nhiệt độ sôi càng thấp nếu số nhánh càng nhiều và càng gần đầu mạch chính.

5. Tính chất hóa học

Ở điều kiện thường, các ankan kém hoạt động hóa học, chúng không phản ứng với kiềm đặc, axit đặc và các chất ô xi hóa như kali pecmanganat hay bicromat. Do liên kết C – H không phân cực cho nên sự phân cắt liên kết theo kiểu đồng ly. Vì vậy, phản ứng thế S_R và phản ứng hủy là những phản ứng đặc trưng quan trọng nhất.

5.1. Phản ứng thế

Đây là phản ứng mà các H của ankan được thế dần bởi các tác nhân thế. Quan trọng hơn cả là phản ứng halogen hóa, phản ứng chỉ thực hiện được khi có ánh sáng hoặc ở nhiệt độ cao.

5.1.1. Phản ứng halogen hóa

Phản ứng tổng quát:     R – H   +   X₂       →          R – X   +   HX

Phản ứng theo cơ chế gốc, ví dụ cụ thể như sau: CH₄   +   Cl₂         →       CH₃Cl   +   HCl

Giai đoạn khơi mào phản ứng:

Giai đoạn phát triển mạch:

Giai đoạn tắt mạch:

Phản ứng sẽ thay thế dần các nguyên tử H trong CH₄:

Tuy nhiên, ta không thể khống chế sản phẩm của phản ứng, và sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm cho dù ta dùng CH₄ nhiều hơn Cl₂ rất nhiều.

Đối với các ankan có nhiều vị trí thế khác nhau, sản phẩm thế tạo thành sẽ ưu tiên thế vào vị trí H của C có bậc cao hơn. (xem lại phần 5.7.3.)

*Ví dụ: Hãy viết cơ chế của phản ứng sau:

Khả năng phản ứng còn tùy thuộc vào các Halogen, nói chung, F₂ phản ứng quá mạnh có thể gây hủy mạch, I₂ phản ứng rất kém nên thường dùng Cl₂ và Br₂  để tiến hành phản ứng.

5.1.2. Phản ứng nitro hóa

Là phản ứng thế H của ankan bằng gốc ^*NO₂. Phản ứng này cũng giống phản ứng halogen hóa về mặt cơ chế, tuy nhiên, gốc tự do ^*NO₂ xuất hiện do nhiệt độ khoảng 450⁰C.

HNO₃   +   HNO₃        →              2 ^*NO₂    +   H₂O

Phản ứng tiếp tục diễn ra như halogen hóa, phản ứng chung như sau:

R – H    +   HO – NO₂        →            R – NO₂   +   H₂O

5.2. Phản ứng dehydro hóa và phản ứng Cracking

5.2.1. Phản ứng dehydro hóa

Khi cho ankan khí đi qua xúc tác Cr₂O₃ ở 300-400⁰C, ankan sẽ mất đi 2H để tạo thành anken (olefin)

Khi nhiệt phân CH₄, tuỳ thuộc ở điều kiện phản ứng có thể thu được muội than hoặc axetylen:

Phản ứng tách H₂ những ankan có 5 – 7 C trong mạch chính có thể dẫn tới sự đóng vòng hoặc xa hơn nữa là thơm hoá. Thí dụ:

5.2.2. Phản ứng cracking

Cracking là quá trình bẻ gãy mạch C của ankan để tạo ra một hỗn hợp những anken và ankan có mạch C ngắn hơn. Quá trình này xảy ra nhờ tác dụng đơn thuần của nhiệt (500 – 700⁰C) gọi là crackinh nhiệt, hoặc nhờ chất xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn (450 – 500⁰C) gọi là crackinh xúc tác.

Ví dụ:

5.2.3. Phản ứng oxi hóa

Khi có tia lửa đốt và đủ oxi, ankan có thể cháy hoàn toàn sinh ra CO₂, H₂O và toả nhiệt mạnh:

Khi đun nóng từ 100 – 160⁰C với sự có mặt của các chất xúc tác (KMnO₄,…) các ankan bị oxi hóa bởi oxi không khí tạo thành các axit. Trong một số trường hợp có thể bẻ gãy mạch cacbon.

Ví dụ:

R – CH₂ – CH₂ – R’       →^[O]          R – COOH   +  R’ - COOH

Quan trọng nhất là phản ứng oxi hóa không hoàn toàn của CH₄, tùy vào điều kiện phản ứng mà nó được sử dụng trong công nghiệp để điều chế các chất khác:

6. Điều chế

*Tổng hợp mêtan từ cacbua nhôm.

Al₄C₃   +   12H₂O        →             4Al(OH)₃    +   3CH₄

Từ axêtat natri (phương pháp kiềm nóng chảy)

CH₃COONa   +    NaOH      →^CaO     CH₄    +    Na₂CO₃

Phương pháp này cũng dùng để điều chế C₂H₆ trong PTN nhưng không dùng để điều chế các ankan cao hơn.

*Tổng hợp Etan và các ankan đối xứng khác: phản ứng Vuyếc.

2CH₃ – Cl   +   2Na   →^{ête khan}    C₂H₆    +   2NaCl

2R – X    +   2Na   →^{ête khan}    R – R    +   2NaX

Phản ứng này không thích hợp để điều chế các ankan không đối xứng vì có thể tạo thành hỗn hợp sản phẩm phức tạp.

*Hyđrô hoá anken.

C_nH_2n   +   H₂      →^{Ni, t}       C_nH_2n+2

Trong tất cả các phương pháp trên đây, phương pháp hyđrô hoá các anken có ý nghĩa nhất vì: phản ứng tiến hành đơn giản (khuấy trộn một anken với hyđrô ở một áp suất vừa phải và một lượng xúc tác nhỏ, ta sẽ thu được một ankan có khung cacbon giống như anken ban đầu). Mặt khác nguồn nguyên liệu anken rẻ, dễ thu nhận bằng nhiều phương pháp khác nhau.

(còn nữa)

» Các tin khác:

• Tính các giá trị thống kê thực nghiệm bằng phần mềm Excel (11/07/2022)
• Ước lượng cho phương sai của tổng thể bằng Minitab (19/06/2022)
• CÁC HIỆN TƯỢNG ĐẶC BIỆT CỦA ĐIỆN TỬ TRONG BÁN DẪN III-V (19/06/2022)
• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - PHẦN: HYDROCACBON NO (tiếp theo) (18/06/2022)
• Thuật toán sinh đại lượng ngẫu nhiên Metropolis-Hastings độc lập (17/06/2022)
• ƯỚC LƯỢNG KHOẢNG CHO GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH BẰNG MINITAB (18/05/2022)
• Thuật toán Metropolis-Hastings (18/05/2022)
• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - PHẦN: HYDROCARBON NO (17/05/2022)
• Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Minitab trong Phân phối nhị thức (18/04/2022)
• CƠ CHẾ ĐIỆN TRỞ VI PHÂN ÂM (18/04/2022)