Hydrocarbon không no

1. Tìm hiểu khái niệm về alkene và alkyne

• Alkene là những hydrocarbon, mạch hở

+ Chỉ chứa liên kết đơn và một liên kết đôi C=C trong phân tử

+ Có công thức chung: C_nH_2n (n≥2)

Ví dụ: Ethene CH₂=CH₂, propene CH₂=CH-CH₃

• Alkyne là những hydrocarbon, mạch hở

+ Chỉ chứa liên kết đơn và một liên kết đôi C ≡ C trong phân tử

+ Có công thức chung: C_nH_2n-2 (n≥2)

Ví dụ: Ethyne CH≡CH, propyne CH≡C-CH₃, ....

1.2. Tìm hiểu đặc điểm liên kết, hình dạng phân tử của ethylene và acetylene

Trong phân tử ethylene, 2 nguyên tử carbon chứa liên kết đôi cùng 4 nguyên tử hydrogen.

Trong phân tử acetylene, 2 nguyên tử carbon chứa liên kết ba cùng 2 nguyên tử hydrogen.

Mô hình quả cầu - thanh nối phân tử acetylene	Mô hình đặc của phân tử acetylene

II. Danh pháp alkene và alkyne

Tên theo danh pháp thay thế của alkene hoặc alkyne không phân nhánh gồn 2 phần:

• Phần tiền tố cho biết nguyên tử carbon trong phân tử 
• Phần hậu tố là ene với hoặc yne

Ví dụ: 

Alkene	Alkyne
CH2=CH2: ethylene	CH≡CH: Ethyne
CH2=CH-CH3: propene	CH≡C-CH3: Propyne
but-1-ene	4-methylpent-1-yne

 

Tên theo danh pháp thay thế của alkene hoặc alkyne phân nhánh

Mạch chính là mạch carbon dài nhất

Ví dụ: 

3 -methylbut-1-ene

III. Đồng phân hình học

Phân tử alkene có từ 4 nguyên tử carbon trở lên, nếu mỗi nguyên tử carbon của liên kết đôi liên kết với hai nguyên tử, nhóm nguyên tử khác nhau sẽ có hai cách phân bố trong không gian.

• Đồng phân cis- của alkene có mạch chính nằm ở cùng phía của liên kết đôi

Trong phân tử alkene, 2 nhóm CH₃ nằm ở cùng 1 phái của liên kết đôi

• Đồng phân trans- có mạch chính nằm ở hai phía của liên kết đôi.

Trong phân tử alkene, 2 nhóm CH₃ nằm ở hai phái của liên kết đôi.

Đồng phân cis- và trans của but-2-ene

IV. Tính chất vật lí

Ở điều kiện thường, các alkene và alkyne từ C₂ đến C₄ ở thể khí (trừ but-2-yne ở thể lỏng), các alkene, alkyne có nhiều nguyên tử carbon hơn ở thể lỏng hoặc rắn.

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các alkene và alkyne biến đổi tương tự với alkane tương ứng.

Alkene và alkyne không tan trong nước, nhẹ hơn nước, chỉ tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như chloroform, diethyl ether, ...

V. Tính chất hóa học

1. Phản ứng cộng

Do đều chứa liên kết π kém bền trong phân tử, alkene và alkyne có phản ứng đặc trưng là phản ứng cộng

1.1. Cộng hydrogen

Khi có mặt xúc tác như Ni, Pb hoặc Pt ở nhiệt độ thích hợp:

alkene và alkyne + hydrogen → alkene tương ứng

Ví dụ:

CH₂=CH₂ + H₂ \(\xrightarrow[]{Ni,\: 200^{o}C }\) CH₃-CH₃

CH≡C-CH₃ + 2H₂ \(\xrightarrow[]{Ni,\: 200^{o}C }\) CH₃-CH₂-CH₃

1.2. Cộng halogen

Phản ứng của acetylene và alkyne với bromine cũng xảy qua hai giai đoạn

CH₂=CH₂ + Br₂ \(\overset{}{\rightarrow}\) BrCH₂-CH₂Br

                          1,2-dibromoethane

CH≡CH + 2Br₂ \(\overset{}{\rightarrow}\) Br₂CH-CHBr₂

                     1,1,2,2-tetrabromoethane

Acetylene và alkyne đều có khả năng làm mất màu nước bromine ở điều kiện thường

1.3.Cộng hydrogen halide

Alkene dễ phản ứng với hydrogen halide so với alkyne

CH₂=CH₂ + HBr \(\overset{}{\rightarrow}\) CH₃-CH₂-Br

                          bromoethane

CH≡CH + HBr \(\xrightarrow[]{Hg^{2+} }\) CH₂=CHBr

                        bromoethene

CH₂=CHBr +  HBr \(\xrightarrow[]{Hg^{2+} }\) CH₃-CH₂-Br₂

                                 1,2-dibromoethane

Ví dụ:

1.4. Cộng nước (hydrate hóa)

Ở nhiệt độ thích hợp và xúc tác là acid: Alkene + nước → Alcohol

CH₂=CH₂ + HOH \(\xrightarrow[]{HgSO_{4} ,\: t^{o} }\) CH₃-CH₂-OH

                                             ethanol

Phản ứng của alkyne với nước khó xảy ra hơn, cần xúc tác là muối Hg²⁺ trong môi trường acid và tạo thành aldehyde hoặc ketone

CH≡CH + HOH \(\xrightarrow[]{HgSO_{4} /H^{+},\: t^{o} }\) [CH₂=CH-OH] \(\overset{}{\rightarrow}\) CH₃-CHO

                                            (không bền)               ethanal

Nếu alkene hoặc alkyne không đối xứng, phản ứng cũng tạo hỗn hợp hai sản phẩm, trong đó sản phẩm chính tuân theo quy tắc Markovnikov.

2. Phản ứng trùng hợp

Dưới áp suất, xúc tác và nhiệt độ thích hợp, các alkene có thể tham gia phản ứng cộng liên tiếp

3. Phản ứng oxi hóa

Các alkene và alkyne đều bị oxi hóa bởi dung dịch KNMO₄ ở điều kiện thường

Ví dụ:

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

3C₂H₂ + 2KMnO₄ → KOOC-COOK + 2KOH + 8MnO₂ + 2H₂O

Các alkene và alkyne cháy tỏa nhiều nhiệt

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

2C₂H₂ + 5O₂ \(\overset{t^{o} }{\rightarrow}\) 4CO₂ + 2H₂O

4. Phản ứng riêng alk-1-yne

Các alk-1-yne như athyne, propyne,… có phản ứng tạo kết tủa với dung dịch AgNO₃ trong ammonia. Đây là phản ứng thường dùng nhận biết alk-1-yne.

HC≡CH + 2[Ag(NH₃)₂]OH → AgC≡CAg ↓ + 4NH₃ + 2H₂O 

                                           (màu vàng nhạt)

VI. Ứng dụng và cách điều chế alkene và alkyne

1. Tìm hiểu ứng dụng của alkene và alkyne

Được sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp các chất hữu cơ khác nhau

Làm nhiên trong hàn, cắt kim loại

2. Tìm hiểu phương pháp điều chế alkene và alkyne

Trong phòng thí nghiệm, alkene được điều chế bằng cách dehydrate alcohol no, đơn chức, mạch hở tương ứng

C₂H₅OH \(\xrightarrow[170^{o}C ]{H_{2} SO_{4} \: đặc}\) C₂H₄ + H₂O 

Acetylene được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách cho đất đèn (Chứa calcium carbide) tác dụng với nước.

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

Trong công nghiệp, alkene thu được từ quá trình cracking alkane.

C₁₅H_{32 \(\xrightarrow[500^{o}C ]{zeolite}\)} 2C₂H₄ + C₃H₆ + C₈H₁₈

Acetylene được điều chế trong công nghiệp từ CaC₂ hoặc từ CH₄

2CH₄ \(\xrightarrow[1500^{o}C ]{làm \: lạnh\: nhanh}\) C₂H₂ + 3H₂