HỆ THỐNG HÓA HYDROCARBON – DẪN XUẤT HALOGEN
HYDROCARBON NO
ALKANE (\(C_nH_{2n+2}\); n≥1)
1. CẤU TẠO
Giống nhau: Mạch hở, có liên kết đơn (C-C; C-H).
Khác nhau: Chỉ toàn LK đơn C-C; C-H.
2. ĐỒNG PHÂN
Giống nhau: Từ 4 C trở đi mới có đồng phân, đều có đp mạch C.
Khác nhau: Chỉ có đồng phân mạch C.
Số lượng đồng phân:
\(C_4H_{10}\) có 2 đp
\(C_5H_{12}\) có 3 đp
\(C_6H_{14}\) có 5 đp
\(C_7H_{16}\) có 9 đp
TCVL
Giống nhau:
- Đều không tan trong nước, nhẹ hơn nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ không phân cực.
- Nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng số lượng nguyên tử C (do tăng khối lượng phân tử và lực tương tác van der Waals).
- Các hydrocarbon phân nhánh có nhiệt độ sôi thấp hơn so với đồng phân hydrocarbon mạch không phân nhánh.
Khác nhau:
- khí: \(C_1 \rightarrow C_4\) và neopentane, bình gas : (propane, butane), không màu.
-Lỏng : \(C_5\) (trừ neopentane)\(\rightarrow C_{17}\) : không màu (xăng, dầu....)
- Rắn : Từ \(C_{18}\) trở đi, màu (nến sáp, nhựa đường,...).
3. TCHH
Giống nhau: Đều có phản ứng oxi hóa hoàn toàn (phản ứng cháy): phản ứng cháy tạo \(CO_2\) và \(H_2O\). \(n_{H_2O} > n_{CO_2} \Rightarrow\) alkane.
Khác nhau:
1. Phản ứng thế (đặc trưng): ưu tiên thế vào C bậc cao.
- Methane + \(Cl_2\) (1:1)
\(CH_4+Cl_2 \xrightarrow{as} CH_3Cl+HCl\)
- Ethane + \(Cl_2\) (1:1)
\(C_2H_6 +Cl_2 \xrightarrow{as} C_2H_5Cl+HCl\)
- propane + \(Cl_2\) (1:1)
2. Phản ứng tách
a) Cracking: bẻ gãy mạch carbon => tạo alkane, alkene mạch ngắn hơn.
\(C_nH_{2n+2} \xrightarrow{t°, xt} C_mH_{2m+2}+C_qH_{2q}\) (n = m + q)
b) Reforming : từ alkane không nhánh => alkane mạch nhánh và các hydrocarbon mạch vòng (không đổi số C và t°s không đổi đáng kể)
- Phản ứng reforming
3) Phản ứng oxi hóa
a) Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn
- alkane C25 – C35
\(RCH_2-CH_2R' + \frac{5}{2}O_2 \xrightarrow{t°, xt} RCOOH+R'COOH+ H_2O\)
- Cháy không hoàn toàn tạo C hoặc CO
\(C_4H_{10} + \frac{9}{2}O_2 \xrightarrow{t°} 4CO+5H_2O\)
\(C_4H_{10} + \frac{5}{2}O_2 \xrightarrow{t°} 4C+5H_2O\)
b) Oxi hóa hoàn toàn = cháy =>tỏa nhiều nhiệt
\(C_nH_{2n+2} + \frac{3n+1}{2}O_2 \xrightarrow{t°} nCO_2+(n+1)H_2O\)
HYDROCARBON KHÔNG NO
ALKENE (CnH2n; n≥1)
1. CẤU TẠO
Giống nhau: Mạch hở, có liên kết đơn (C-C; C-H).
Khác nhau: Có 1 liên kết đôi (C=C).
2. ĐỒNG PHÂN
Giống nhau: Từ 4 C trở đi mới có đồng phân, đều có đp mạch C.
Khác nhau:
- Có đp vị trí nối đôi: C=C
- Có đp hình học (cis-trans) ĐK có đphh: Mỗi C mang nối đôi gắn với 2 phần tử khác nhau.
- \(C_4H_8\) có 3đp (kể luôn đphh thì có 4đp).
- \(C_5H_{10}\) có 5 đp (kể luôn đphh thì có 6 đp).
TCVL
Giống nhau:
- Đều không tan trong nước, nhẹ hơn nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ không phân cực.
- Nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng số lượng nguyên tử C (do tăng khối lượng phân tử và lực tương tác van der Waals).
- Các hydrocarbon phân nhánh có nhiệt độ sôi thấp hơn so với đồng phân hydrocarbon mạch không phân nhánh.
Khác nhau:
- Ở điều kiện thường alkene có số C
+ \(C_2- C_4\): trạng thái khí.
+ \(C_5-C_{17}\): trạng thái lỏng.
+ \(C_{18}\) trở lên: trạng thái rắn.
- Nhiệt độ sôi, nóng chảy của alkene gần giống alkane nhưng thấp hơn alkane cùng số C.
3. TCHH
Giống nhau: Đều có phản ứng oxi hóa hoàn toàn (phản ứng cháy): phản ứng cháy tạo \(CO_2\) và \(H_2O\). \(n_{H_2O} = n_{CO_2} \Rightarrow\) alkene.
Khác nhau:
1. Phản ứng cộng
- Ethylene + \(H_2\)
\(C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{t°, Ni} C_2H_6\)
- Alkene + dd \(Br_2\) => mất màu dd bromine (nhận biết alkene)
\(CH_2=CH_2+Br_2 \rightarrow CH_2BrCH_2Br\)
- Cộng: HX (X:OH,Br, Cl,...) : theo quy tắc Markovnikov.
\(CH_2=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2Br\)
- Alkene+\(H_2O\)=>tạo alcohol
\(CH_2=CH_2+H_2O \xrightarrow{H_3PO_4, t°} CH_3-CH_2OH\)
2. Phản ứng trùng hợp
- Trùng hợp ethylene
\(n CH_2=CH_2 \xrightarrow{t°, xt, p} -(CH_2-CH_2)-_n\)
- Trùng hợp propylene
\(n CH_2=CH(CH_3) \xrightarrow{t°, xt, p} -(CH_2-CH(CH_3))-_n\)
3. Phản ứng oxi hóa
a) Oxi hóa không hoàn toàn : mất màu thuốc tím \(KMnO_4\).
\(3CH_2=CH_2+2KMnO_4+4H_2O \rightarrow 3HO-CH_2CH_2-OH+2MnO_2 \downarrow +2KOH\)
b) Phản ứng oxi hóa hoàn toàn = phản ứng cháy => tỏa nhiều nhiệt.
\(C_nH_{2n} + \frac{3n}{2}O_2 \xrightarrow{t°} nCO_2+nH_2O\)
\(C_2H_4(g)+3O_2(g) \xrightarrow{t°} 2CO_2(g)+2H_2O(g)\) \(\Delta_r H^o_{298} = -1411kJ\)
ALKYNE (\(C_nH_{2n-2}\); n≥2)
1. CẤU TẠO
Giống nhau: Mạch hở, có liên kết đơn (C-C; C-H).
Khác nhau: Có 1 liên kết ba (C≡C).
2. ĐỒNG PHÂN
Giống nhau: Từ 5C trở đi mới có đp mạch C.
Khác nhau:
- Có đp vị trí nối ba (C≡C)
- \(C_4H_6\) có 2 đp alkyne (có 1 đp t/d với \(AgNO_3/NH_3\))
- \(C_5H_8\) có 3 đp alkyne (có 2 đp t/d với \(AgNO_3/NH_3\))
TCVL
Giống nhau:
- Đều không tan trong nước, nhẹ hơn nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ không phân cực.
- Nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng số lượng nguyên tử C (do tăng khối lượng phân tử và lực tương tác van der Waals).
- Các hydrocarbon phân nhánh có nhiệt độ sôi thấp hơn so với đồng phân hydrocarbon mạch không phân nhánh.
Khác nhau:
- Ở điều kiện thường alkyne có số C
+ \(C_2- C_4\): trạng thái khí (trừ but-2-yne).
+ \(C_5-C_{17}\): trạng thái lỏng.
+ \(C_{18}\) trở lên: trạng thái rắn.
- Nhiệt độ sôi, nóng chảy của alkyne gần giống alkane nhưng thấp hơn alkane cùng số C.
3. TCHH
Giống nhau: Đều có phản ứng oxi hóa hoàn toàn (phản ứng cháy): phản ứng cháy tạo \(CO_2\) và \(H_2O\). \(n_{H_2O} < n_{CO_2} \Rightarrow\) alkyne.
Khác nhau:
1. Phản ứng cộng
* Alkyne+\(H_2\) (Ni)=> alkane
\(CH \equiv CH+2H_2 \xrightarrow{t°, Ni} CH_3CH_3\)
* Alkyne+\(H_2\) / Lindlar => alkene
\(CH \equiv CH+H_2 \xrightarrow{Lindlar, t°} CH_2=CH_2\)
- Ethyne + dd \(Br_2\)=> mất màu dd Br2
\(CH \equiv CH+Br_2 \rightarrow BrCH=CHBr\)
\(CH \equiv CH+2Br_2 \rightarrow Br_2CH-CHBr_2\)
Cộng: HX (X:OH,Br, Cl,...): theo quy tắc Markovnikov.
\(CH \equiv CH+HBr \xrightarrow{1:1} CH_2=CHBr\)
\(CH \equiv CH+2HBr \xrightarrow{1:2} CH_3-CHBr_2\)
- Alkyne chỉ tác dụng với \(H_2O\) theo tỉ lệ mol 1:1 và chỉ có acetylene + \(H_2O\) tạo aldehyde, các alkyne còn lại tạo ketone.
\(CH \equiv CH+H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H_2SO_4, t°} CH_3-CH=O\)
\(CH \equiv C-CH_3+H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H_2SO_4, t°} CH_3COCH_3\)
2. Phản ứng của alk-1-yne với \(AgNO_3/NH_3\)
- Chỉ acetylene thế 2 H bởi 2 Ag
\(HC \equiv CH + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow AgC \equiv CAg \downarrow +4NH_3+2H_2O\)
- Các alk-1-yne khác thế 1 H bởi 1 Ag
\(RC \equiv CH + [Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow RC \equiv CAg \downarrow +2NH_3+H_2O\)
3. Phản ứng oxi hóa
a) Oxi hóa không hoàn toàn: mất màu thuốc tím \(KMnO_4\).
\(3HC \equiv CH+8KMnO_4 \rightarrow 3KOOC-COOK+2KOH+8MnO_2 \downarrow +2H_2O\)
b) Phản ứng oxi hóa hoàn toàn = phản ứng cháy => tỏa nhiều nhiệt.
\(C_nH_{2n-2} + \frac{3n-1}{2}O_2 \xrightarrow{t°} nCO_2 + (n-1)H_2O\)
\(2C_2H_2(g)+5O_2 \xrightarrow{t°} 4CO_2(g) + 2H_2O(g)\) \(\Delta_r H^o_{298} = -2602kJ\)
HYDROCARBON THƠM
ARENE (ALKYLBENZENE) \(C_nH_{2n-6}\) (n≥6)
1. CẤU TẠO
Mạch vòng, có LK đơn (C-C; C-H)
Có vòng benzene:
2. ĐỒNG PHÂN
- Đồng mạch carbon của gốc alkyl (từ 3C trở lên).
- Đồng phân về vị trí của gốc alkyl trên vòng benzene.
- \(C_8H_{10}\) có 4 đồng phân hydrocarbon thơm (1đp có 1 nhánh; 3đp có 2 nhánh).
- \(C_9H_{12}\) có 8 đồng phân hydrocarbon thơm.
TCVL
-Benzene, toluene, xylene, styrene là chất lỏng không màu, trong suốt, dễ cháy và có mùi đặc trưng.
-Ảnh hưởng đến sức khỏe.
3. TCHH
1. Phản ứng thế
a) Phản ứng halogen hóa
b. Phản ứng Nitro hóa
Nitrobenzene dạng lỏng màu vàng nhạt, sánh như dầu
2. Phản ứng cộng
a. phản ứng cộng chlorine
b. phản ứng cộng hydrogen
3. Phản ứng oxi hóa
a. Phản ứng oxi hóa nhóm alkyl
- Làm mất màu thuốc tím khi đun nóng (trừ benzene)
\(C_6H_5CH_3 + 2KMnO_4 \xrightarrow{t°} C_6H_5COOK+KOH+2MnO_2+H_2O\)
\(5C_6H_5CH_3 + 6KMnO_4 + 9H_2SO_4 \xrightarrow{t°} 5C_6H_5COOH +3K_2SO_4 + 6MnSO_4 + 14H_2O\)
b. Phản ứng oxi hóa hoàn toàn (phản ứng cháy)
\(C_nH_{2n-6} + \frac{3n-3}{2}O_2 \xrightarrow{t°} nCO_2+(n-3)H_2O\)
\(C_6H_6(g) + \frac{15}{2}O_2(g) \xrightarrow{t°} 6CO_2(g)+3H_2O(g)\)
4. ĐIỀU CHẾ CHUNG
a. alkane
- Ở thể khí trong công nghiệp => Chưng cất Khí thiên nhiên, khí dầu mỏ.
- Ở thể lỏng, rắn công nghiệp => Chưng cất dầu mỏ.
b. alkene và alkyne
-Trong PTN: \(C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4 đặc, 180°C} C_2H_4+H_2O\)
- TCN: cracking alkane trong các nhà máy lọc dầu. \(C_{15}H_{32} \xrightarrow{Zeolite, 500°C} 2C_2H_4+C_3H_8 + C_8H_{18}\)
- Dehydrogen các khí dầu mỏ (ethane, propane và butane.
- Calcium carbide + \(H_2O\) => Acetylene \(C_2H_2\)
\(CaC_2 + H_2O \rightarrow C_2H_2 + Ca(OH)_2\)
- Nhiệt phân methane ở 1500 °C, làm lạnh nhanh. \(2CH_4 \xrightarrow{1500°C, l.l.n} C_2H_2+3H_2\)
c. arene
- Reforming alkane C6 - C8. Ví dụ:
- Naphthalene được điều chế chủ yếu bằng phương pháp chưng cất nhựa than đá.
5. ỨNG DỤNG
a. Alkane
- Khí thiên nhiên (chủ yếu \(CH_4\)) và khí dầu mỏ là nhiên liệu.
- LPG: \(C_3H_8\) và \(C_4H_{10}\)
- Các alkane lỏng làm nhiên liệu xăng, diesel và nhiên liệu phản lực.
- Các alkane C6, C7, C8 sản xuất benzene, toluene và các đồng phân xylene.
- Các alkane từ C11 đến C20 (vaseline) làm kem dưỡng da, sáp nẻ, thuốc mỡ.
-Các alkane từ C20 đến C35 (paraffin) được dùng làm nến, sáp,...
b. Alkene, Alkyne
- Tổng hợp polymer như : polyethylene (PE), polypropylene (PP) => ly, cốc, tủ nhựa,...
- Ethylene, Acetylene kích thích hoa quả mau chín. Acetylene điều khiển quá trình sinh mủ của cây cao su,...
- Tổng hợp các polymer như: poly(vinyl alcohol), poly(vinyl acetate),..=> làm bao bì, keo dán, màng đệm.
- Acetylene cháy tỏa nhiều nhiệt => làm đèn xì oxygen-acetylene để hàn, cắt kim loại.
- Sản xuất dược phẩm
- Công nghiệp hóa chất : sản xuất alcohol, aldehyde, ethylbebzene, cumene,...
c. Arene
- Arene (chủ yếu là benzene, Toluene và xylene) là nguồn nguyên liệu để tổng hợp nhiều loại hóa chất.
- Benzene là nguyên liệu quan trọng để sản xuất các alkylbenzene sulfonate mạch không phân nhánh (linear alkylbenzenesulfonate, LAS) là thành phần chính của bột giặt;
-sản xuất styrene - nguyên liệu cho chế tạo nhựa PS (polystyrene) và một số polymer khác.
6. ẢNH HƯỞNG MÔI TRƯỜNG, CÁCH XỬ LÝ
a. Nguồn nhiên liệu (Alkane)
- Sử dụng nhiên liệu sạch.
- Sử dụng xăng E5, để giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch.
- Tăng cường sử dụng khí biogas.
- Tổ chức thu gom và xử lí dầu cặn.
- Sử dụng các phương tiện giao thông tiết kiệm năng lượng và chuyển đổi sang các loại động cơ điện.
b. Hóa chất (Arene)
-Benzene là chất làm tăng nguy cơ gây ung thư và các bệnh khác, vì vậy không được tiếp xúc trực tiếp với hoá chất này.
- Không được sử dụng các chất đã bị cấm như DDT (dichlorodiphenyltrichloroethane) hay 666 (1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane), thay vào đó là những thuốc thế hệ mới vừa hiệu quả vừa an toàn.
- Hướng đến các nguồn nguyên liệu nguồn gốc thiên nhiên.
7. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
a. Alkane
- Dầu mỏ.
- Khí dầu mỏ.
- Khí ở ao hồ, đầm lầy (\(CH_4\))
- Khí biogas: \(CH_4\)
b. Arene
- các khu vực có nhiều xe cơ giới, khu vực có trạm xăng dầu và nơi có khói thuốc lá.
- Benzene, toluen, xylene (được gọi chung là BTX) có trong dầu mỏ với hàm lượng thấp.
- Naphthalene và các arene đa vòng khác có trong dầu mỏ và nhựa than đá.
Chương 5: DẪN XUẤT HALOGEN ALCOHOL - PHENOL
DẪN XUẤT HALOGEN
Định nghĩa: Hydrocarbon (HC) \( \xrightarrow{\text{Thế H = Halogen(X)}} \) DX
CTTQ: \(RX_n\). R là gốc hydrocarbon ; X : Cl, F, Br, I; n : số nguyên tử halogen.
Danh pháp: số chỉ vị trí của halogen - Tên halogeno - Tên hydrocarbon
Đồng phân: \(C_3H_7Cl\) có 2 đp; \(C_4H_9Cl\) có 4 đp
Một số chất tiêu biểu:
\(CH_3Cl\) : chloromethane (methyl chloride)
\(CH_3CH_2Cl\) : chloroethane (ethyl chloride)
Tính chất vật lí:
- \(CH_3Cl, CH_3Br, C_2H_5Cl\) là chất khí. Còn lại là chất lỏng hoặc rắn.
- Phần lớn nặng hơn nước và không tan trong nước.
- t° sôi và t° nc cao hơn hydrocarbon (~M)
Tính chất hóa học:
a. Phản ứng thế nguyên tử halogen bằng nhóm OH:
\(RX + NaOH \xrightarrow{t°} ROH + NaX\)
\(CH_3CH_2Br+NaOH \xrightarrow{t°} CH_3CH_2OH+NaBr\)
b. Phản ứng tách hydrogen halide:
\(CH_3-CH_2Cl \xrightarrow{C_2H_5OH, NaOH, t°} CH_2=CH_2+HCl\)
ALCOHOL
Định nghĩa: HCHC có -OH LK với \(C_{no}\)
CTTQ: Alcohol no, đơn chức, mạch hở \(C_nH_{2n+1}OH\) (n≥1).
Danh pháp: Tên hydrocarbon (bỏ e) + vị trí OH (1,2,..) + di,tri,...(2OH) + ol
Đồng phân:
\(C_3H_8O\) có 2 đp ( 1 – 1)
\(C_4H_{10}O\) có 4 đp (2 − 1 − 1 )
\(C_5H_{12}O\) có 8 đp (4 – 3 − 1 )
Một số chất tiêu biểu:
\(CH_3OH\) : Methanol (Methyl alcohol)
\(CH_3CH_2OH\) : ethanol (ethyl alcohol)
Tính chất vật lí:
- \(C_1\) đến \(C_{12}\) : lỏng, từ \(C_{13}\) rắn.
- t° sôi cao hơn các hydrocarbon, dx halogen (~M) do có liên kết hydrogen với nhau.
- Tan tốt trong nước (3 alcohol đầu tan vô hạn trong nước) do có liên kết hydrogen với nước.
- Polyalcohol có nhiệt độ sôi cao hơn alcohol đơn chức có (~ М).
- Khi số C tăng thì t° sôi tăng, độ tan giảm.
Tính chất hóa học:
1) Thế H của nhóm -OH +Na,K
\(2R-OH + 2Na \rightarrow 2RONa + H_2\)
2) Tạo ether: đun với \(H_2SO_4\) đặc ở 140°C
\(2C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4 đặc, 140°C} C_2H_5OC_2H_5 + H_2O\)
3) Tạo alkene: đun với \(H_2SO_4\) đặc ở 180°C
\(C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4 đặc, 180°C} C_2H_4 + H_2O\)
4) Phản ứng oxi hóa
a) Oxi hóa không hoàn toàn
Alcohol bậc III không bị oxi hóa ở điều kiện trên
b)Phản ứng cháy của alcohol => tỏa nhiệt
\(C_nH_{2n+1}OH+ \frac{3n}{2}O_2 \rightarrow nCO_2+(n+1)H_2O\)
5. Hòa tan Cu(OH)2 tạo dd xanh lam: (Có từ 2 nhóm OH kề nhau).
PHENOL
Định nghĩa: HCHC có -OH LK với \(C_{benzene}\)
Danh pháp: \(C_6H_5OH\) : phenol (hydroxy benzene)
Đồng phân:
\(C_7H_8O\) có 5 đp thơm:
-3 đp thuộc phenol: \(CH_3C_6H_4OH(o,m,p)\)
- alcohol: \(C_6H_5CH_2OH\)
- Ether: \(C_6H_5-O-CH_3\)
Một số chất tiêu biểu: \(C_6H_5OH\) : phenol
Tính chất vật lí:
- chất rắn không màu.
- Tan ít trong nước, tan nhiều khi đun nóng và trong ethanol, ether và acetone.
- Phenol độc, có thể gây bỏng khi tiếp xúc.
- Phenol tạo được liên kết hydrogen giữa các phân tử và với nước => t° sôi và t° nc của phenol cao hơn và độ hòa tan trong nước tốt hơn một số hydrocarbon thơm khác như benzene, toluene,...
Tính chất hóa học:
1. Phản ứng thế nguyên tử H của nhóm -OH (tính acid của phenol)
- Trong dung dịch nước, phenol phân li theo cân bằng:
\(C_6H_5OH+H_2O \rightleftharpoons C_6H_5O^- +H_3O^+\) \(K_a = 10^{-10}\)
- Phenol là acid yếu, không làm đổi màu quỳ tím.
- Phenol có thể phản ứng được với kim loại kiềm, dung dịch base, muối sodium carbonate
\(2C_6H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_6H_5ONa + H_2\)
\(C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O\)
\(C_6H_5OH + Na_2CO_3 \rightleftharpoons C_6H_5ONa + NaHCO_3\)
2. Phản ứng thế ở vòng thơm
Phản ứng thế ưu tiên vào vị trí 2, 4 và 6 (ortho và para)
a. Phản ứng bromine hóa
b. Phản ứng nitro hóa
ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ
Ứng dụng Dẫn xuất Halogen:
- Làm dung môi, Sản xuất dược phẩm, Sản xuất vật liệu polymer, Tác nhân làm lạnh, Sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, Sản xuất chất kích thích sinh trưởng.
Ứng dụng Alcohol, Phenol:
- Sản xuất mĩ phẩm, tơ sợi, chất dẻo, phẩm nhuộm, dược phẩm, thuốc sát trùng, thuốc diệt cỏ, thuốc nổ.
Ảnh hưởng môi trường (Dẫn xuất Halogen):
-Tác nhân làm lạnh: Trước đây chlorofluorocarbon (CFC) hay freon dùng làm lạnh (điều hòa, tủ lạnh) và tác nhân tạo bọt trong các polymer xốp. Tuy nhiên khi thải ra môi trường là tác nhân gây phá hủy tầng ozone và hiệu ứng nhà kính. => Để bảo vệ tầng ozone, hiện nay công nghệ làm lạnh người ta đã thay thế các hợp chất CFC bằng hợp chất hydrofluorocarbon (HFC), hydrofluoroolefin (HFO)
- Sản xuất thuốc bảo vệ thực vật: Methyl bromide(bromomethane), dichlorodiphenyltrichloroethane - DTT, hexachlorocyclohexane - 666) là chất khử trùng, tiêu diệt nhện, ve, nấm, côn trùng,...Do khó phân hủy độc hại, tồn dư lâu trong môi trường nên hiện nay đã bị cấm sử dụng.
Điều chế Alcohol, Phenol:
1.Hydrate hóa alkene: \(CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H_3PO_4, t°} C_2H_5OH\)
2. Điều chế ethanol bằng PP sinh hóa: \((C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{enzym} nC_6H_{12}O_6\); \(C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{enzym} 2C_2H_5OH + 2CO_2\)
3. Điều chế glycerol:
4. Điều chế Phenol từ Cumen:
- Ngoài ra, phenol còn được điều chế từ nhựa than đá.
Chương 6: HỢP CHẤT CARBONYL - CARBOXYLIC ACID
HỢP CHẤT CARBONYL
Định nghĩa: Carbonyl là HCHC có nhóm -CO- (carbonyl) gồm:
- Aldehyde: (H); C – CHO (C: có thể là C của nhóm CHO khác)
- Ketone: R-CO-R’=> R,R': gốc hydrocarbon, có thể giống nhau.
CTTQ:
- Andehyde no đơn chức mạch hở : \(C_nH_{2n}O\) (n≥1) hoặc \(C_nH_{2n+1}CHO\) (n≥0)
- Aldehyde đơn chức: RCHO (R: gốc hydrocarbon hoặc nguyên tử H)
- Ketone no đơn chức mạch hở \(C_nH_{2n}O\) (n≥3)
Danh pháp thay thế:
Tên aldehyde= tên hydrocarbon (bỏ e cuối) + al
Tên ketone = hydrocarbon (bỏ e cuối) + Vị trí C=O + one
Đồng phân:
\(C_4H_8O\) có 3đp carbonyl gồm: + 2 đp aldehyde: \(CH_3CH_2CH_2CHO\) và \(CH_3CH(CH_3)CHO\) + 1 ketone: \(CH_3COCH_2CH_3\)
\(C_5H_{10}O\) có 7đp carbonyl gồm: 4 đp aldehyde + 3 ketone
Một số chất tiêu biểu:
HCHO: methanal hoặc formic aldehyde (formaldehyde)
\(CH_3CHO\): Ethanal hoặc acetic aldehyde (acetaldehyde)
\(C_6H_5CHO\): Benzencarbaldehyde/ benzoic aldehyde ( benzaldehyde)
\(CH_3COCH_3\): propanone/ acetone
Tính chất vật lí:
- Formaldehyde và acetaldehyde là những chất khí ở nhiệt độ thường. Các hợp chất carbonyl khác là chất lỏng hoặc rắn.
- t° sôi và t° nc thấp hơn so với alcohol nhưng cao hơn nhiều so với hydrocarbon tương ứng do phân tử chứa nhóm carbonyl phân cực làm phân tử các hợp chất carbonyl phân cực.
- Các aldehyde, ketone có mạch carbon ngắn dễ tan trong nước nhờ có liên kết hydrogen với nước.
-Các aldehyde, ketone có mạch carbon dài hơn đều ít tan hoặc không tan trong nước. Các aldehyde, ketone thơm hầu như không tan.
- Aldehyde, ketone thường có mùi đặc trưng.
Tính chất hóa học:
1. Phản ứng khử
Các hợp chất carbonyl bị khử bởi các tác nhân khử như \(NaBH_4\), \(LiAlH_4\),...(kí hiệu [H])
+ Andehyde bị khử thành alcohol bậc I: \(CH_3CH=O + 2[H] \rightarrow CH_3CH_2OH\)
+ Ketone bị khử thành alcohol bậc II: \(CH_3-C(O)-CH_3 + 2[H] \rightarrow CH_3-CH(OH)-CH_3\)
2.Phản ứng oxi hóa aldehyde
- Aldehyde bị oxi hóa bởi nước bromine tạo thành carboxylic acid.
\(RCHO + Br_2 + H_2O \rightarrow RCOOH + 2HBr\)
\(CH_3CHO + Br_2 + H_2O \rightarrow CH_3COOH + 2HBr\)
- Aldehyde bị oxi hóa bởi thuốc thử Tollens = [Ag(NH3)2]OH : diamminesilver (I) hydroxide
\(RCHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t°} RCOONH_4 + 2Ag + 3NH_3 + H_2O\)
Riêng 1 mol HCHO có thể tạo 4Ag
\(HCHO + 4[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t°} (NH_4)_2CO_3 + 4Ag + 6NH_3 + 2H_2O\)
\(CH_3CHO+2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t°} CH_3COONH_4 +2Ag+3NH_3+H_2O\)
⇨ Phản ứng tạo thành lớp silver bóng bám vào bình phản ứng, phản ứng này được gọi là phản ứng tráng silver.
❖ Ketone không bị oxi hóa bởi thuốc thử Tollens, vì vậy có thể dùng thuốc thử Tollens để phân biệt aldehyde với ketone.
- Aldehyde bị oxi hóa bởi copper(II) hydroxide Cu(OH)2 trong môi trường kiềm khi đun nóng tạo kết tủa Cu2O màu đỏ gạch.
\(RCHO + 2Cu(OH)_2 + NaOH \xrightarrow{t°} RCOONa + Cu_2O + 3H_2O\)
\(CH_3CHO + 2Cu(OH)_2 + NaOH \xrightarrow{t°} CH_3COONa +Cu_2O + 3H_2O\) (kết tủa xanh -> kt màu đỏ gạch)
3.Phản ứng cộng với hydrogen cyanide (HCN)
Hydrogen cyanide (HCN) phản ứng với aldehyde với ketone tạo sản phẩm là các cyanohydrin.
\(CH_3CH=O + HCN \rightarrow CH_3-CH(OH)-CN\)
\(CH_3-C(O)-CH_3 + HCN \rightarrow CH_3-C(OH)(CN)-CH_3\)
4. Phản ứng tạo iodoform
Các aldehyde, ketone có nhóm methyl cạnh nhóm carbonyl (\(CH_3CO –\)) tham gia được phản ứng tạo iodoform.
\(CH_3CO-H + 3I_2 + 4NaOH \rightarrow CHI_3 \downarrow + H-COONa + 3NaI + 3H_2O\)
\(CH_3COCH_3 + 3I_2 + 4NaOH \rightarrow CHI_3 \downarrow + CH_3COONa + 3NaI + 3H_2O\)
\(C_2H_5-C(O)-CH_3 + 3I_2 + 4NaOH \rightarrow C_2H_5-C(O)-ONa + CHI_3 \downarrow +3NaI + 3H_2O\)
=>Phản ứng này dùng nhận biết các chất có nhóm \(CH_3CO-\)
Điều chế:
- Oxi hóa ethylene thành acetaldehyde: \(2CH_2=CH_2 + O_2 \xrightarrow{PdCl_2/CuCl_2} 2CH_3CHO\)
- Oxi hóa cumene thành acetone (qui trình cumene):
Ứng dụng:
HỢP CHẤT CARBOXYLIC ACID
Định nghĩa: Là HCHC có nhóm – COOH (carboxyl) liên kết với C hoặc H =>(H);C – COOH (C: có thể là C của nhóm COOH khác).
CTTQ:
-Carboxylic acid no, đơn chức, mạch hở: \(C_nH_{2n+1}COOH\) (n ≥ 0) hoặc \(C_nH_{2n}O_2\) (n ≥ 1)
- Carboxylic đơn chức: RCOOH (R là gốc hydrocarbon hoặc nguyên tử H)
Danh pháp thay thế: Tên hydrocarbon tương ứng (tính cả nhóm –COOH) (bỏ e ở cuối) + oic acid
Đồng phân:
\(C_4H_8O_2\) có 2 đp carboxylic acid.
\(C_5H_{10}O_2\) có 4 đp carboxylic acid.
Một số chất tiêu biểu:
HCOOH : Methanoic acid/ Formic acid
\(CH_3COOH\): Ethanoic acid/ Acetic acid
Tính chất vật lí:
- Trạng thái: Carboxylic acid mạch ngắn là chất lỏng, carboxylic acid mạch dài là chất rắn dạng sáp.
- Tính tan: Carboxylic acid mạch ngắn (4 acid đầu tan vô hạn) tan tốt trong nước do carboxylic acid có liên kết hydrogen với nước.
- Nhiệt độ sôi: carboxylic acid > alcohol > hợp chất carbonyl > hydrocarbon do phân tử carboxylic chứa nhóm carboxyl phân cực, các phân tử carboxylic acid liên kết hydrogen với nhau tạo thành dạng liên phân tử (1) hoặc dạng dimer (2).
- Mỗi carboxylic acid có vị chua riêng biệt: Acetic acid : vị chua của giấm; oxalic acid : vị chua của me; citric acid : vị chua của chanh; tartaric acid tạo nên vị chua của nho,...
Tính chất hóa học:
1.Tính acid: \(RCOOH \rightleftharpoons RCOO^- +H^+\), \(K_a = \frac{[RCOO^-][H^+]}{[RCOOH]}\)
a. Phản ứng với chất chỉ thị: Làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
b. Phản ứng với kim loại (trước H):
\(2CH_3COOH + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2\)
\(6HCOOH + 2Al \rightarrow 2(HCOO)_3Al + 3H_2\)
c. Tác dụng với oxide base và base:
\(2CH_3COOH + CuO \rightarrow (CH_3COO)_2Cu + H_2O\)
\(6CH_3COOH + Al_2O_3 \rightarrow 2(CH_3COO)_3Al + 3H_2O\)
\(CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O\)
\(2CH_3COOH + Ca(OH)_2 \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + 2H_2O\)
\(HOOC-COOH + 2NaOH \rightarrow NaOOC-COONa + 2H_2O\)
d. Phản ứng với muối của acid yếu hơn:
\(2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + CO_2 + H_2O\)
\(2CH_3COOH + CaCO_3 \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + CO_2 + H_2O\)
2. Phản ứng ester hóa
Phản ứng giữa carboxylic acid và alcohol được gọi là phản ứng ester hoá. Phản ứng thuận nghịch, dùng sulfuric acid đặc làm chất xúc tác.
Ví dụ:
\(CH_3COOH + CH_3OH \rightleftharpoons_{H_2SO_4 đặc, t°} CH_3COOCH_3 + H_2O\)
\(CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons_{H_2SO_4 đặc, t°} CH_3COOC_2H_5 + H_2O\)
Điều chế:
1. Phương pháp lên men giấm: \(C_2H_5OH + O_2 \xrightarrow{men giấm, 20-30°C} CH_3COOH + H_2O\)
2. Phương pháp oxi hoá alkane:
\(2R-CH_2-CH_2-R'+5O_2 \xrightarrow{xt, t°, p} 2RCOOH + 2R'COOH + 2H_2O\)
\(2CH_3CH_2CH_2CH_3 + 5O_2 \xrightarrow{xt, 180°C, 50bar} 4CH_3COOH + 2H_2O\)
Ứng dụng:
 |
