I. KHÁI NIỆM VÀ DANH PHÁP

1. Khái niệm

Alkane là hydrocarbon mạch hở, trong phân tử chỉ có liên kết đơn

Alkane có công thức chung là $C_{n}H_{2n+2}$ (với n 1)

2. Đồng phân 

Các alkane có từ bốn nguyên tử C trở lên có đồng phân về mạch carbon. 

Các alkane mạch không phân nhánh có mạch carbon mà trong đó mỗi nguyên tử carbon chỉ liên kết với tối đa hai nguyên tử carbon khác. 

Ví dụ: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

Alkane mạch phân nhánh chứa nguyên tử carbon liên kết với ba hoặc bốn nguyên tử carbon khác

Ví dụ:

3. Danh pháp

Theo danh pháp thay thế, tên của alkane gồm hai phần: phần đầu (tiền tố) liên quan đến số lượng nguyên tử carbon trong mạch carbon của alkane; phần sau (hậu tố) là -ane với ý nghĩa chỉ hydrocarbon no. 

Với alkane mạch phân nhánh, mạch carbon dài nhất là mạch chính; mạch carbon còn lại là mạch nhánh. Mạch nhánh còn lại được xem là nhóm thế alkyl của mạch chính. Đánh số các nguyên tử carbon trên mạch chính xuất phát từ đầu gần mạch nhánh nhất để tổng số chỉ vị trí của các nhánh là nhỏ nhất. 

Tên alkane mạch phân nhánh = Vị trí nhóm thế alkyl -tên của nhóm thế alkyl tên alkane mạch chính

Trong đó, vị trí nhóm thế alkyl là vị trí của nguyên tử carbon trong mạch chính liên kết với nhóm thế đó

Tên của nhóm thế alkyl được hình thành bằng cách thêm hậu tố -yl vào sau phần tiền tố chỉ số nguyên tử carbon có trong nhóm thế. Nếu có nhiều nhóm thế giống nhau thì thêm “di” (nếu có 2 nhóm thế), “tri” (nếu có 3 nhóm), “tetra” (nếu có 4 nhóm),... vào trước tên gọi của nhóm thế

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Ở điều kiện thường, methane, ethane, propane và butane là các chất khí; các alkane có số nguyên tử carbon lớn hơn (trừ neopentane) là chất lỏng hoặc chất rắn.

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các alkane nhìn chung đều tăng theo khối lượng phân tử của chúng.

Tất cả các alkane đều nhẹ hơn nước

Alkane thuộc loại hợp chất hữu cơ kém phân cực, do đó chúng đều kém tan trong nước và tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực.

III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Ở điều kiện thường, methane, ethane, propane và butane là các chất khí; các alkane có số nguyên tử carbon lớn hơn (trừ neopentane) là chất lỏng hoặc chất rắn.

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các alkane nhìn chung đều tăng theo khối lượng phân tử của chúng.

Tất cả các alkane đều nhẹ hơn nước

Alkane thuộc loại hợp chất hữu cơ kém phân cực, do đó chúng đều kém tan trong nước và tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực.

1. Phản ứng thế halogen

Điều kiện: chiếu sáng hoặc đun nóng

Đặc điểm các chất sản phẩm: các nguyên tử hydrogen trong phân tử alkane dần bị thay thế bởi các nguyên tử halogen, lần lượt tạo thành các dẫn xuất halogen. 

Ví dụ 4 (SGK trang 77):

CH₄ + Cl₂ $\overset{as}{\rightarrow}$ CH₃Cl (chloromethane) + HCl

CH₃Cl + Cl₂ $\overset{as}{\rightarrow}$ CH₂Cl (dichloromethane) + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ $\overset{as}{\rightarrow}$ CHCl₃ (trichloromethane/chloroform) + HCl

CHCl₃ + Cl₂ $\overset{as}{\rightarrow}$ CCl₄ (tetrachloromethane/carbon tetrachloride) + HCl

Nguyên tử H ở carbon bậc cao hơn dễ bị thế bởi nguyên tử halogen hơn so với nguyên tử H ở carbon bậc thấp hơn.

Ví dụ 5 (SGK trang 77):

2. Phản ứng cracking và phản ứng reforming

Điều kiện phản ứng cracking và reforming: nhiệt độ cào và có mặt chất xúc tác thích hợp.

Đặc điểm các chất sản phẩm:

• Phản ứng cracking: sản phẩm là những hợp chất có mạch carbon ngắn hơn

Ví dụ 6 (SGK trang 77):

C₁₆H₃₄ $\overset{t^{o},xt}{\rightarrow}$ C₁₀H₂₂ + C₆H₁₂

• Phản ứng reforming: sản phẩm có nhiều mạch nhánh hơn hoặc mạch vòng

Ví dụ 7 (SGK trang 77):

3. Phản ứng oxi hóa

Phản ứng oxi hóa: Ở nhiệt độ cao, các alkane bị oxi hóa với oxygen xảy ra phản ứng oxi hóa hoàn toàn (tạo thành carbon dioxide) hay phản ứng oxi hóa không hoàn toàn (tạo thành carbon monoxide hoặc carbon)

Ví dụ 8 (SGK trang 78):

C₄H₁₀ + $\frac{13}{2}$O₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 4CO₂ + 5H₂O

C₄H₁₀ + $\frac{9}{2}$O₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 4CO + 5H₂O

C₄H₁₀ + $\frac{5}{2}$O₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 4C + 5H₂O

IV. NGUỒN ALKANE TRONG TỰ NHIÊN, ỨNG DỤNG CỦA ALKANE

1. Nguồn alkane trong tự nhiên – Điều chế alkane trong công nghiệp

• Alkane có trong dầu mỏ, khí thiên nhiên (methane là thành phần chủ yếu), khí mỏ dầu
• Sản xuất trong công nghiệp: lấy từ dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí mỏ dầu.

2. Ứng dụng

• Alkane là thành phần chính của các loại nhiên liệu trong đời sống
• Methane được sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp acetylene, hydrogen
• Một số alkane được sử dụng làm nhiên liệu, dung môi pha sơn, chiết tách chất làm thuốc hoặc làm dung môi trong tổng hợp hữu cơ.

3. Nhiên liệu và môi trường

Để giảm bớt tác hại của khí thải với môi trường, bên cạnh việc tăng hiệu suất đốt cháy, người ta còn đưa chất xúc tác vào ống xả của động cơ.