CÁC CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI TỐT NGHIỆP THPT (CHUYÊN ĐỀ 9-HIDROCACBON) - LÝ THUYẾT

 CHUYÊN ĐỀ

HIDROCACBON

1. KIẾN THỨC CẦN NHỚ

ANKAN

CTTQ: CnH2n+2 (n1)

Là những hidrocacbon no, mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn .

1. ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP

1- Đồng phân:

- Từ C4 trở lên có hiện tượng đồng phân (đồng phân mạch cacbon)

2- Danh pháp:

+ Chọn mạch C chính (dài và nhiều nhánh nhất)

+ Đánh số mạch C chính từ phía gần nhánh nhất sao cho tổng chỉ số nhánh là nhỏ nhất

+ Gọi tên: (Số chỉ vị trí nhánh – tên nhánh) + Tên mạch chính + an

Ví dụ: 

Bậc C (trong ankan) = số nguyên tử C liên kết với nguyên tử C đó

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Từ C1 - C4: khí, C5 - C18: lỏng, C19 trở đi: rắn

- M tăng  tnc, ts, d tăng, ankan nhẹ hơn nước, cùng M thì phân tử càng phân nhánh thì nhiệt độ sôi càng giảm

- Không tan trong nước (kị nước) là dung môi không phân cực

- Không màu

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Ankan chỉ chứa các liên kết C-C, C-H đó là các liên kết σ bền vững tương đối trơ về mặt hoá học: chỉ có khả năng tham gia phản ứng thế, phản ứng tách, phản ứng oxi hoá

1. Phản ứng thế

Nếu z = 1: ta thu được dẫn xuất monohalogen

  z = 2, 3,…: ta thu được dẫn xuất đi, tri,…. halogen

Ví dụ:

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl

CH3-CH3 + Cl2CH3-CH2Cl+HCl

Các đồng đẳng của metan cũng tham gia phản ứng thế tương tự metan nhưng tạo thành hỗn hợp sản phẩm với sản phẩm chính là X thế H ở C bậc cao

2. Phản ứng tách

Dưới tác dụng của nhiệt độ và xúc tác (Cr2O3, Fe, Pt,…) các ankan có thể tách hidro hoặc bị gãy liên kết C-C (phản ứng cracking)

1. Tách hidro:

CnH2n+2  CnH2n  +  H2

Ví dụ:

CH3 - CH3 CH2 = CH2 + H2

2. Phản ứng cracking:

với n3, m1,p2

Ví dụ:

CH3-CH2-CH2-CH3 

3. Phản ứng oxi hóa

1. Oxi hóa hoàn toàn (phản ứng đốt cháy):

CnH2n+2 +O2            nCO2 + (n+1)H2O

Nhận xét: và

2. Oxi hóa không hoàn toàn:

CH4 + O2       HCH=O + H2O

4. ĐIỀU CHẾ

1. Điều chế ankan:

1. Phương pháp giữ nguyên mạch cacbon:

+ Khử nhóm –OH của ancol bằng HI đặc:

R-OH  +  2HI đặc R-H  +  H2O  +  I2

+ Hidro hóa anken:

CnH2n  +  H2   CnH2n+2

2. Phương pháp tăng mạch cacbon:

+ Phản ứng tổng hợp Wurtzt:

2RCl + 2Na R−R +2NaCl

3RCl + 3R’Cl + 6Na   R−R + R’−R’ + R−R’ + 6NaCl

3. Phương pháp giảm mạch cacbon

RCOONa + NaOH                   RH + Na2CO3

2. Điều chế metan:

+ Từ Natri axetat  

CH3COONa +  NaOH  →CH4  +  Na2CO3

+ Từ nhôm cacbua

Al4C3  + 12 H2O → 3CH4  + 4 Al(OH)3↓

Al4C3   + 6H2SO4 → 3CH4 + 2 Al2(SO4)3

+ Nhiệt phân propan 

C3H8 → CH4  + C2H4

+ Từ cacbon 

C  +  2H2  → CH4

XICLOANKAN

CTTQ: CnH2n (n3)

1. ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP

- Là hidrocacbon no mạch vòng

- Phân loại:

+ Xicloankan có 1 vòng gọi là monoxicloankan

+ Xicloankan có nhiều vòng gọi là polixicloankan

- Danh pháp: (Số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh) + xiclo + tên mạch C chính (vòng) + an

Ví dụ: 

2. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Phản ứng thế:

2.Phản ứng cộng mở vòng: chỉ xảy ra với xiclopropan và xiclobutan

3. Phản ứng oxi hóa:

Nhận xét: số mol CO2 = số mol H2O

3. ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

Tách từ dầu mỏ:

     

CH3[CH2]4CH3                                                  + H2

Có thể điều chế benzene theo phản ứng sau:

ANKEN

CTTQ: CnH2n (n2)

1. ĐỒNG ĐẲNG - ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP

- Anken là hidrocacbon không no mạch hở có một nối đôi trong phân tử.Các chất C2H4, C3H6, C4H8 . . . CnH2n (n≥2) hợp thành dãy đồng đẳng của anken

- Có hai loại đồng phân

+Đồng phân cấu tạo: (Đồng phân mạch C và đồng phân vị trí liên kết đôi)

+ Đồng phân hình học (cis - trans): Cho anken có CTCT: abC=Ccd. Điều kiện để xuất hiện đồng phân hình học là: a ≠ b và c ≠ d

- Danh pháp:

+ Tên thường: Tên ankan nhưng thay đuôi an = ilen.

Ví dụ: C2H4 (Etilen), C3H6 (propilen)

+ Tên thay thế: 

(Số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh) + tên mạch C chính + số chỉ vị trí liên kết đôi + en

     Ví dụ:   (C4H8)    But-2-en

                             (C4H8)    2 - Metylprop-1-en 

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Ở điều kiện thường thì

+ Từ C2H4 → C4H8 là chất khí.

+ Từ C5H10 trở đi là chất lỏng hoặc chất rắn.

- Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng không khác nhiều so với ankan tương ứng và thường nhỏ hơn xicloankan có cùng số C

- Anken không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ và là những hợp chất không màu

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Do liên kết pi kém bền vững nên trong phản ứng dễ bị đứt ra để tạo liên kết với các nguyên tử khác. Anken có những phản ứng đặc trưng sau đây:

1. Phản ứng cộng:

* Cộng H2: CnH2n       +        H2             CnH2n+2

CH2=CH-CH3   +    H2         CH3-CH2-CH3

* Cộng Halogen: CnH2n     +      X2                   CnH2nX2

CH2=CH2    +    Br2            CH2Br-CH2Br 🢣 dùng để nhận biết anken (dd Br2 mất màu)

* Cộng HX (X: Cl, Br, OH . . .): CnH2n     +      HX                   CnH2n+1X

Ví dụ:  CH2=CH2   +    HOH         CH3-CH2OH

CH2=CH2   +    HBr             CH3-CH2Br

- Các anken có cấu tạo phân tử không đối xứng khi cộng HX có thể cho hỗn hợp hai sản phẩm

- Quy tắc Maccopnhicop: Trong phản ứng cộng HX vào liên kết đôi, nguyên tử H (phần mang điện dương) chủ yếu cộng vào nguyên tử C bậc thấp hơn (có nhiều H hơn), còn nguyên hay nhóm nguyên tử X (phần mang điện âm) cộng vào nguyên tử C bậc cao hơn (ít H hơn).

2. Phản ứng trùng hợp: là quá trình kết hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tương tự nhau thành những phân tử lớn gọi là polime

Điều kiện: Phân tử phải có liên kết đôi C=C.

CH2=CH2    -(CH2-CH2-)n 

3. Phản ứng oxi hóa:

- Oxi hóa hoàn toàn: 

CnH2n       +        O2      nCO2       +       nH2O (=)

- Oxi hóa không hoàn toàn: Anken có thể làm mất màu dung dịch Br2 và dung dịch thuốc tím KMnO4. Phản ứng này dùng để nhận biết anken và hợp chất chứa liên kết .

3CH2=CH-R  +  2KMnO4  +  4H2O 3CH2(OH)-CH(OH)-R  +  2MnO2  +  2KOH

4. ĐIỀU CHẾ

1. Từ ancol:

CnH2n+1OH         CnH2n          +           H2O

2. Từ phản ứng khử halogen

Ví dụ: 

R-CH2-CH2-X  +  KOH đặc R-CH=CH2  +  KX  +  H2O

Qui tắc Zai-xep

Phản ứng tách HX của ankyl halogenua ,X( halogenua) luôn luôn ưu tiên tách ra cùng với nguyên tử hidro của cacbon bên cạnh có bậc cao hơn.

3. Đề hidro hóa

ANKAĐIEN

CTTQ: CnH2n-2 (n3)

1. PHÂN LOẠI – ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

1- Khái niệm:

- Là hidrocacbon không no mạch hở, trong phân tử chứa hai liên kết C=C

Ví dụ: CH2=C=CH2, CH2=CH-CH=CH2 . . .

2- Phân loại:

- Có ba loại:

+ Ankadien có hai liên kết đôi liên tiếp.Vd :Allen CH2=C=CH2

+ Ankadien có hai liên kết đôi cách nhau bởi một liên kết đơn (ankadien liên hợp).

Vd: buta-1,3-đien: CH2=CH-CH=CH2 ; 2-metylpenta-1,3-đien (isopren): CH2=C(CH3)-CH=CH2

+ Ankadien có hai liên kết đôi cách nhau từ hai liên kết đơn trở lên.

3- Danh pháp: 

Số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + tên anka mạch C chính + số chỉ vị trí liên kết đôi + đien.

Ví dụ: CH2=CH-CH=CH2 : buta-1,3-đien

           CH2=CH-CH=CH2-CH3: penta-1,3-đien

4. Đồng phân:

- Từ C4H6.

-  Đồng phân mạch C, vị trí tương đối hai liên kết đôi (đp hình học).

2. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1- Phản ứng cộng (H2, X2, HX)

* Cộng H2: CH2=CH-CH=CH2     +      2H2           CH3-CH2-CH2-CH3

* Cộng brom: 

Cộng 1:2 CH2=CH-CH=CH2     +      Br2 (dd)       CH2=CH-CHBr-CH2Br (spc)

Cộng 1:4 CH2=CH-CH=CH2     +      Br2 (dd)         CH2Br-CH=CH-CH2Br (spc)

Cộng đồng thời vào hai liên kết đôi

CH2=CH-CH=CH2     +     2Br2 (dd)         CH2Br-CHBr-CHBr-CH2Br

* Cộng HX

Cộng 1:2 CH2=CH-CH=CH2     +      HBr         CH2=CH-CHBr-CH3 (spc)

Cộng 1:4 CH2=CH-CH=CH2     +      HBr         CH2=CH-CH2-CH2Br (spc)

2- Phản ứng trùng hợp: 

nCH2=CH-CH=CH2 -(CH2-CH=CH-CH2-)n

                                                          cao su buna (polibutadien)

nCH2=C(CH3)-CH=CH2 -(CH2-C(CH3)=CH-CH2-)n

                                                          cao su isoprene (poliisopren)

3- Phản ứng oxi hóa: 

- Oxi hóa hoàn toàn 

2C4H6      +     11O2       8CO2    +    6H2O

- Oxi hóa không hoàn toàn: Tương tự như anken thì ankadien có thể làm mất màu dung dịch thuốc tím. Phản ứng này dùng để nhận biết ankadien.

3. ĐIỀU CHẾ

- Được điều chế từ ankan tương ứng bằng phản ứng tách H2.

CH3CH2CH2CH3            CH2=CH-CH=CH2    +    2H2

CH3-CH(CH3)-CH2-CH3         CH2=C(CH3)-CH=CH2     +    2H2

- Từ tinh bột :

ANKIN

CTTQ: CnH2n-2 (n2)

1. ĐỒNG ĐẲNG – ĐỒNG PHÂN – DANH PHÁP

1. Đồng đẳng:

- Là hidrocacbon không no mạch hở trong phân tử có một liên kết , có CTTQ là CnH2n-2 (n2).

- Các chất C2H2, C3H4, C4H6 . . .CnH2n-2 (n2) hợp thành một dãy đồng đẵng của axetilen.

2. Đồng phân:

- Chỉ có đồng phân cấu tạo (đồng phân mạch C và đồng phân vị trí liên kết ). Ankin không có đồng phân hình học.

- Ví dụ: C4H6 có hai đồng phân

CH≡C-CH2-CH3;   CH3-C≡C-CH3.

3. Danh pháp:

Ankin	Danh pháp thường  Tên gốc ankyl + axetilen	Danh pháp thay thế:  Số chỉ vị trí nhánh + tên nhánh + tên mạch C chính + số chỉ vị trí nối 3 + in
CHCH	Axetilen	Etin
CHC-CH3	Metyl axetilen	Propin
CHC-CH2-CH3	Etyl axetilen	But-1-in
CH3-CC-CH3	Đimetyl axetilen	But-2-in

2. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Phản ứng cộng:

+ Cộng H2

CH≡CH     +    H2              CH2=CH2

CH2=CH2  +    H2             CH3-CH3

Nếu dùng xúc tác Pd/PbCO3 hoặc Pd/BaSO4, ankin chỉ cộng một phân tử H2 tạo anken

CH≡CH     +    H2              CH2=CH2

+ Cộng X2

CH≡CH     +    Br2              CHBr =CHBr

CHBr=CHBr   +   Br2       CHBr2-CHBr2

+ Cộng HX

CH≡CH     +    HCl              CH2 =CHCl

+ Cộng nước :

+ Phản ứng đime hóa - trime hóa

2CH≡CH          CH2=CH-C≡CH (vinyl axetilen)

3CH≡CH          C6H6 (benzene)

2. Phản ứng thế:

- Điều kiện: Phải có liên kết 3 ở đầu mạch (Ank-1in).

R-C≡CH     +     AgNO3   +   NH3     →       R-C≡CAg↓vàng nhạt    +     NH4NO3

Phản ứng này dùng để nhận biết Ank-1-in

3. Phản ứng oxi hóa:

Oxi hoá hoàn toàn: 

      CnH2n-2 + O2             nCO2 + (n−1)H2O

Nhận xét: và

Oxi hoá không hoàn toàn: 

Làm mất màu dd KMnO4:

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

      3CH3–C=CH + 8KMnO4 + KOH            3CH3COOK + 3K2CO3 + 8MnO2 + H2O

3. ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1- Phòng thí nghiệm: 

CaC2    +      2H2O    →      C2H2↑        +        Ca(OH)2

2- Trong công nghiệp: 

2CH4                           C2H2      +      3H2

Tách dẫn xuất đihalogen:

CH2Cl-CH2Cl  +  2KOH đặc   CH≡CH  +  2KCl  + 2H2O 

AREN – NGUỒN HIDROCACBON THIÊN NHIÊN

1. ĐỊNH NGHĨA – DANH PHÁP

1. Định nghĩa:

Hidrocacbon thơm (aren) trong phân tử có chứa vòng benzen

Ankyl benzen là những hidrocacbon đồng đẳng của benzen có công thức tổng quát: CnH2n-6 (n6)

2. Đồng phân – Danh pháp:

a) Đồng phân về vị trí tương đối của các nhóm ankyl xung quanh vòng benzen (o, m, p).

- Ví dụ: C8H10

b) Danh pháp:

Số chỉ vị trí nhóm ankyl + tên ankyl + benzen.

- VD: C6H5CH3 : metylbenzen (toluen) C6H5C2H5 :etylbenzen

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

• Benzen là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, nhẹ hơn nước, không tan trong nước. Benzen là dung môi hòa tan được nhiều chất hữu cơ

• Stiren là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, không tan trong nước

• Naphtalen là chất rắn màu trắng, không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi hữu cơ, thăng hoa ở nhiệt độ thường

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Tính chất đặc trưng: tính thơm (dễ thế, khó cộng, bền với tác nhân oxi hóa)

1. Phản ứng thế:

1. Phản ứng halogen hóa:

Cho ankyl benzen phản ứng với brom có bột sắt thì thu được hỗn hợp sản phẩm thế brom chủ yếu vào vị trí ortho và para.

                                                              

                                                                              o-bromtoluen

                                  

                                                           

      p-bromtoluen

Nếu không dùng xúc tác là Fe thì phản ứng thế xảy ra ở nhánh:

C6H5CH3    +    Br2          C6H5CH2Br   +    HBr

2. Phản ứng nitro hóa:

3. Quy luật thế vào vòng benzen:

Khi vòng benzen có sẵn các nhóm thế:

Nhóm đẩy e	Nhóm hút e
Ankyl, -OH,-NH2,… 🢣 phản ứng thế xảy ra dễ hơn và ưu tiên vào vị trí o- và p-	Nhóm –NO2, -COOH, -SO3H,… 🢣 phản ứng thế xảy ra khó hơn và ưu tiên vào vị trí m-

2. Phản ứng cộng:

- Cộng H2 và cộng Cl2.

3. Phản ứng oxi hóa:

- Oxi hóa không hoàn toàn: Ankylbenzen có khả năng làm mất màu dung dịch thuốc tím ở nhiệt độ cao còn benzen thì không. Phản ứng này dùng để nhận biết các ankylbenzen.

- Phản ứng oxi hóa hoàn toàn: 

CnH2n-6     +      O2       →       nCO2     +         (n-3)H2O

4. ĐIỀU CHẾ

1- Đi từ đá vôi :

CaCO3→ CaO→CaC2→C2H2→C6H6

2- Đi từ muối natri:

C6H5COONa  +NaOH → C6H6 + Na2CO3

3- Đóng vòng các ankan:

CH3[CH2]5CH3  → C6H5CH3  +  4H2