Ankan

Nguyễn Tiến Công
Trường ĐHSP Tp. Hồ Chí Minh
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
2
Alkane và đồng phân của Alkane
Ankan: Các hợp chất chỉ gồm các liên kết đơn C-C và C-H (không có nhóm chức)
Số lượng nguyên tử carbon tạo thành các phân tử lớn nhỏ khác nhau.
Công thức chung của các ankan mạch hở là CnH2n+2 trong đó n là số nguyên tử carbon.
Ankan hợp chất bão hòa hydrogen (không thể thêm hidrogen vào phân tử ankane).
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
3
Đồng phân của ankane
CH4 = metan, C2H6 = etan, C3H8= propan
Khi trong phân tử có trên 3 nguyên tử carbon, ankane sẽ cho các đồng phân cấu tạo.
C4 (butane) = butane và isobutane
C5 (pentane) = pentane, 2-methylbutane, và 2,2-dimetylpropane
Ankane mà phân tử không chứa nguyên tử carbon liên kết với trên 2 nguyên tử carbon khác được gọi là ankane mạch thẳng hay n-ankane (normal-thường).
Ankane có nguyên tử carbon liên kết với 3 hoặc 4 nguyên tử carbon khác được gọi là ankane mạch nhánh.
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
4
Đồng phân cấu tạo
Các đồng phân khác nhau về trật tự liên kết của các nguyên tử trong mạch được gọi là đồng phân cấu tạo
Các hợp chất khác ankane có thể có các đồng phân cấu tạo dạng khác (ví dụ đồng phân nhóm chức).
Các chất đồng phân phải có cùng công thức phân tử.
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
5
Tên của một số ankane mạch ngắn
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
6
6
Đồng phân của Ankane
SỐ ĐỒNG PHÂN CỦA ANKANE
Công thức
Số
đồng phân
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
7
Gốc Alkyl – loại bỏ một nguyên tử H khỏi phân tử ankan (a part of a structure)
Gốc ankyl thường được ký hiệu bằng chữ “R” (từ chữ Radical, phần chưa hoàn chỉnh hay phần còn lại của phân tử)
Tên gọi: thay đuôi -ane của alkane bằng đuôi -yl
CH3 là “metyl” (từ metane)
CH2CH3 là “etyl” (từ etane)
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
8
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
9
Phân loại các nhóm Alkyl
Phân loại theo vị trí liên kết
Carbon có một carbon gắn vào được gọi là gốc alkyl bậc nhất
Carbon có hai carbon gắn vào được gọi là gốc alkyl bậc hai
Carbon có ba carbon gắn vào được gọi là gốc alkyl bậc ba
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
10
Ví dụ: Phân loại các nguyên tử carbon
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
11
Danh pháp Alkane
Các hợp chất được gọi tên theo danh pháp hệ thống với quy tắc sau
Tiền tố - Tên phần gốc - Hậu tố
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
12
Gọi tên theo mạch carbon dài nhất
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
13
Không là
Gọi tên theo nhóm thế đơn giản nhất
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
14
Không là
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
15
Không là
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
16
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
17
Nhóm thế phức tạp
Nhóm 2-metylpropyl
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
18
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
19
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
20
Gọi tên các ankane dưới đây
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
21
Tính chất của Ankane
NHIỆT ĐỐT CHÁY CỦA MỘT SỐ ANKANE
Ankane không phân nhánh
Ankane phân nhánh
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
22
Biểu đồ năng lượng của phản ứng đốt cháy octan (C8H18)
Ankan có mạch phân nhánh bền vững hơn ankan mạch thẳng.
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
23
23
Chỉ số Octane
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
24
Nhiệt độ sôi của một số ankane
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
25
25
TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các ankane tăng theo sự tăng chiều dài của mạch carbon.
Lực tương tác giữa các phân tử yếu (lực phân tán, lưỡng cực tạm thời).
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
26
Nhiệt độ sôi của ankane
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
27
27
Tính chất vật lý
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
28
Tính chất của Ankane
Ankane không phản ứng với hầu hết các hóa chất thông thường.
Chúng cháy với ngọn lửa, tạo thành carbon dioxit, nước, và tỏa nhiệt.
Khi được chiếu sáng, chúng phản ứng với Cl2 và thay thế các nguyên tử H bằng các nguyên tử Cl (không kiểm soát được)
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
29
Cơ chế phản ứng halogen hoá
Khơi mào
Cl
Cl
Tia tử ngoại
2Cl.
Phát triển mạch
CH4 + Cl.
. CH3 + HCl
. CH3 + Cl2
CH3Cl + Cl .
Tắt mạch
. CH3 + . CH3
C2H6
. CH3 + . Cl
CH3Cl
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
30
Khả năng phản ứng tương đối
Liên kết C – H càng yếu, nguyên tử H càng dễ bị thế bởi halogen
Độ bền của liên kết C-H tăng
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
31
Năng lượng
Năng lượng phân cắt liên kết (Bond Dissociation Enthalpies - BDE)
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
32
Khả năng phản ứng tương đối ri
Bậc của nguyên tử carbon trong phân tử ankan càng cao, khả năng phản ứng thế nguyên tử H liên kết với carbon đó càng lớn.
Khả năng phản ứng tương đối ri cho biết mức độ tham gia phản ứng của các nguyên tử H ở các vị trí khác nhau.
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
33
Khả năng phản ứng tương đối ri
Khi bậc của carbon như nhau, hiđro càng gần nhóm thế hút electron, khả năng phản ứng càng giảm.
Ví dụ:
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
34
Khả năng phản ứng tương đối ri
Nếu tổng tỷ lệ các sản phẩm là 100% thì tỷ lệ % của mổi sản phẩm được tính theo công thức:




(ni là số nguyên tử Hi tương đương)


McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
35
Clo hóa và Brom hóa
Clo có khả năng phản ứng cao hơn nhưng tính chọn lọc kém hơn brom
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
36
Clo hóa và Brom hóa
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
37
Clo hóa và Brom hóa
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
38
Clo hóa và Brom hóa
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
39
Clo hóa và Brom hóa
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
40
Hóa lập thể của phản ứng SR
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
41
Phản ứng của ankane
Phản ứng Cracking:
Phản ứng này cho sản phẩm là các ankene và ankane có mạch ngắn hơn. Có thể thực hiện Cracking nhiệt hay Cracking xúc tác.
C4H10  C3H6 + CH4
C2H4 + C2H6
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
42
Cơ chế cracking nhiệt
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
43
Cơ chế cracking nhiệt
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
44
Crackinh xúc tác
Crackinh xúc tác xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn crackinh nhiệt, với sự có mặt của các chất xúc tác (Z) như silicagel hay nhôm oxit, … trên chất mang là zeolite, gốm, …
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
45
Crackinh xúc tác
Bước 1: Khởi đầu


Bước 2: Phát triển mạch


Bước 3: Kết thúc
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
46
Cycloalkane
Cycloalkane là alkane có các nguyên tử carbon tạo thành vòng kín (còn gọi là các hợp chất mạch vòng)
Vòng cycloalkane đơn giản tạo bởi các đơn vị mắt xích -CH2-, (CH2)n, hay CnH2n
Cấu trúc cho thấy các hình đa giác có số đỉnh ứng với số nguyên tử carbon của vòng
cyclopropane
cyclohexane
cyclopentane
cyclobutane
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
47
Cycloalkane phức tạp
Các hợp chất thiên nhiên chứa vòng cycloalkane.
Ví dụ: axit chrysanthemic (cyclopropane), prostaglandins (cyclopentane), steroids (cyclohexanes và cyclopentane)
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 3 (c) 2003
48
Danh pháp Cycloalkane
Đếm số nguyên tử carbon trong vòng và số nguyên tử carbon ở nhóm thế dài nhất. Nếu số nguyên tử