Hydrocarbon không no

Ví dụ: Các alkene, alkyne, alkadiene,...

Công thức chung của alkene là C_nH_2n (n ≥ 2).

Ví dụ: Ethene (CH₂=CH₂); propene (CH₂=CH-CH₃)

                

Mô hình phân tử ethyne và propene

Công thức chung của alkyne là C_nH_2n-2 (n ≥ 2).

Ví dụ: Ethyne (C\(\equiv\)C); propyne (CH\(\equiv\)C-CH₃)

     

Mô hình phân tử của ethyne và propyne

2. Đồng phân

Ví dụ: Alkene C₄H₈ có 3 đồng phân cấu tạo

  

• Nếu mạch chính nằm ở một phía của liên kết đôi, gọi là đồng phân hình học dạng cis-.
• Nếu mạch chính nằm về hai phía khác nhau của liên kết đôi, gọi là đồng phân hình học dạng trans-.

Ví dụ: Phân tử but-2-ene (CH₃-CH=CH-CH₃) có hai đồng phân hình học dạng cis- và trans-

3. Danh pháp

Tên thay thế của alkene hay alkyne gồm hai phần: phần tiền tố cho biết số lượng nguyên tử carbon trong mạch carbon (eth-, pro-, but-,... ), phần hậu tố là -ene (đối với alkene) hay -yne (đối với alkyne).

Ví dụ: 

CH₃-CH₃                                 CH₂=CH₂                            CH\(\equiv\)CH

 ethane                                      ethene                                 ethyne

CH₃-CH₂-CH₃                         CH₃-CH=CH₂                      CH₃-C\(\equiv\)CH

 propane                                   propene                                 propyne

Khi mạch carbon dài hơn cần thêm số chỉ vị trí liên kết bội trong mạch carbon vào ngay phía trước hậu tố -ene (khi gọi tên alkene) hay -yne (khi gọi tên alkyne). Mạch carbon được đánh số từ phía gần liên kết bội hơn.

• Tên của alkene và alkyne mạch không phân nhánh:

• Tên của alkene, alkyne có mạch nhánh:

Ví dụ: 

Tên gọi của một số alkene và alkyne:

Tên	Công thức phân tử	Công thức cấu tạo	Tên	Công thức phân tử	Công thức cấu tạo
ethene	C2H4	CH2=CH2	ethyne	C2H3	CH\(\equiv\)CH
propene	C3H6	CH2=CHCH3	propyne	C3H4	CH\(\equiv\)CCH3
but-1-ene	C4H8	CH2=CHCH2CH3	but-1-yne	C4H6	CH\(\equiv\)CCH2CH3
2-methylpropene	C4H8	CH2=C(CH3)2	but-2-yne	C4H6	CH3C\(\equiv\)CCH3
pent-1-ene	C5H10	CH2=CH[CH2]2CH3	pent-1-yne	C5H8	CH\(\equiv\)C[CH2]2CH3

• Một số alkene và alkyne còn có tên gọi riêng.

Ví dụ: C₂H₄: ethylene; C₂H₂: acetylene; ...

II. Tính chất vật lí

• Alkene và alkyne có nhiều tính chất vật lí (nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tỉ khối, tính tan, …) gần giống với alkane có cùng số nguyên tử carbon.
• Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của alkene và alkyne thường tăng theo chiều tăng số nguyên tử carbon.
• Ở điều kiện thường, các alkene và alkyne có số nguyên tử carbon nhỏ hơn 5 tồn tại ở thể khí; các alkene, alkyne có mạch carbon dài hơn tồn tại ở thể lỏng hoặc rắn.
• Alkene và alkyne là các chất kém phân cực, vì thế chúng hầu như không tan trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ….

III. Tính chất hóa học

Do trong phân tử có chứa liên kết \(\mathrm\pi\) nên alkene và alkyne dễ tham gia vào các phản ứng hoá học hơn so với alkane.

1. Phản ứng cộng

a) Cộng hydrogen (hydrogen hóa)

• Alkene cộng hydrogen tạo thành alkane (xúc tác pllatinum, palladium hay nickel).

Ví dụ:

CH₂ = CH₂ + H₂ \(\xrightarrow{\mathrm{Ni},\;\mathrm t^\circ\;\mathrm p}\) CH₃ – CH₃

• Phản ứng cộng hydrogen vào alkyne với xúc tác platinum, palladium hay nickel chủ yếu tạo thành alkane mà không dừng ở giai đoạn tạo alkene.

Ví dụ:

 CH ≡ CH + 2H₂ \(\xrightarrow{\mathrm{Ni},\;\mathrm t^\circ\;\mathrm p}\) CH₃ – CH₃

•  Để hydrogen hóa alkyne thành alkene, cần sử dụng xúc tác Lindlar.

Ví dụ: 

 CH ≡ CH + H₂ \(\xrightarrow{\mathrm{xt}\;\mathrm{Lindar},\;\mathrm t^\circ}\) CH₂ = CH₂

b) Cộng halogen (halogen hóa)

• Alkene bị halogen hóa tạo thành sản phẩm dihalogenoalkane.

Ví dụ:

CH₂ = CH₂ + Br₂ → CH₂Br – CH₂Br

• Alkyne cộng halogen theo từng bước: trước tiên tạo dihalogenoalkane, sau đó tiếp tục cộng halogen để tạo tetrahalogenoalkane.

Ví dụ:

CH ≡ CH + Br₂ → CHBr=CHBr

CHBr=CHBr + Br₂ → CHBr₂ – CHBr₂

Alkene và alkyne làm mất màu vàng nâu của dung dịch bromine. Vì thế, nước bromine được sử dụng để nhận biết hydrocarbon không no.

c) Cộng hydrogen halide (hydrohalogen hóa)

• Alkene tham gia phản ứng cộng hydrogen halide cho sản phẩm là monohalogenoalkane.

Ví dụ: 

 CH₂ = CH₂ + HCl → CH₃ – CH₂Cl 

•  Hydrogen halide cộng vào alkene không đối xứng (alkene có các nhóm thế khác nhau ở hai đầu liên kết đôi) sẽ tạo thành hỗn hợp sản phẩm.

Ví dụ: 

Quy tắc Markovnikov: Trong phản ứng cộng HX vào hydrocarbon không no, nguyên tử H ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon mang liên kết đôi có nhiều hydrogen hơn (bậc thấp hơn) còn nguyên tử X cộng vào nguyên tử carbon mang liên kết đôi chứa ít hydrogen hơn (bậc cao hơn).

• Phản ứng cộng HX vào alkyne xảy ra lần lượt với từng liên kết ℼ và đều theo quy tắc Markovnikov.

d) Cộng nước (hydrate hóa)

• Phản ứng hydrate hóa alkene cho sản phẩm là alcohol (xúc tác acid mạnh (H⁺)).

Ví dụ:

 CH₂ = CH₂ + H₂O \(\xrightarrow{{\mathrm H}_2{\mathrm{SO}}_4}\) CH₃ – CH₂OH 

Phản ứng hydrate hóa alkene cũng tuân theo quy tắc Markovnikov.

• Hydrat hóa acetylene (xúc tác HgSO₄) tạo ethanal. Hydrat hóa alkyne khác tạo sản phẩm chính là ketone.

Ví dụ: 

CH≡CH + H₂O \(\xrightarrow{{\mathrm{HgSO}}_4}\) [CH₂=CHOH] \(\rightarrow\) CH₃-CHO

acetylene                     vinyl alcohol         ethanal

CH₃-CH≡CH + H₂O \(\xrightarrow{{\mathrm{HgSO}}_4}\) CH₃-COH=CH₂ \(\rightarrow\) CH₃-CO-CH₃

2. Phản ứng trùng hợp alkene

Các phân tử alkene có thể cộng liên tiếp với nhau (dưới điều kiện nhiệt độ, áp suất xúc tác thích hợp) để tạo những mạch rất dài, có khối lượng phân tử lớn, gọi là polymer.

Ví dụ:

nCH₂=CH₂ \(\xrightarrow{\mathrm t^\circ,\;\mathrm{xt},\;\mathrm p}\) (-CH₂-CH₂-)_n

3. Phản ứng của alk-1- yne với dung dịch silver nitrate trong ammonia

H-C≡C-H + 2[Ag(NH₃)₂]OH \(\rightarrow\) Ag-C≡C-Ag + 4NH₃ + 2H₂O

                                                                           (kết tủa màu vàng nhạt)

 Người ta dùng phản ứng này để nhận biết các alk-1-yne. 

4. Phản ứng oxi hóa

a) Phản ứng với dung dịch potassium permanganate

Alkene và alkyne đều làm mất màu của dung dịch potassium permanganate (thuốc tím, KMnO₄). Phản ứng này dùng để nhận biết các alkene và alkyne.

Ví dụ:

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

b) Phản ứng cháy

Sản phẩm của phản ứng đốt cháy hoàn toàn hydrocarbon không no đều là carbon dioxide và nước.

\({\mathrm C}_{\mathrm n}{\mathrm H}_{2\mathrm n}\;+\;\frac{3\mathrm n}2{\mathrm O}_2\;\xrightarrow{\mathrm t^\circ}{\mathrm{nCO}}_2\;+\;{\mathrm{nH}}_2\mathrm O\)

\({\mathrm C}_{\mathrm n}{\mathrm H}_{2\mathrm n-2}\;+\;\frac{3\mathrm n-1}2{\mathrm O}_2\;\xrightarrow{\mathrm t^\circ}{\mathrm{nCO}}_2\;+\;(\mathrm n-1){\mathrm H}_2\mathrm O\)

IV. Ứng dụng và điều chế

1. Ứng dụng

2. Điều chế

• Trong công nghiệp, alkene thường được điều chế bằng phản ứng cracking alkane trong dầu mỏ.
• Alkene còn được điều chế bằng phản ứng tách nước (phản ứng dehydrate) từ các alcohol ở nhiệt độ cao với xúc tác sulfuric acid đặc, dung dịch phosphoric acid đặc hoặc aluminium oxide.

Ví dụ:

 \({\mathrm{CH}}_3–{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH}\;\xrightarrow[{170^{\mathrm o}\mathrm C}]{{\mathrm H}_2{\mathrm{SO}}_4\;\mathrm{đặc}}\;{\mathrm{CH}}_2=\;{\mathrm{CH}}_2\;+\;{\mathrm H}_2\mathrm O\;\)

• Một số phản ứng điều chế acetylene:

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

 2CH₄ \(\xrightarrow{1500^\circ\mathrm C,\;\mathrm{LLN}}\) C₂H₂ + 3H₂