BÀI 13: HYDROCARBON KHÔNG NO

1. KHÁI NIỆM VỀ ALKENE VÀ ALKYN

*Tìm hiểu khái niệm alkene và alkyne

* Tìm hiểu đặc điểm liên kết hình dạng phân tử của ethylene và acetylene

Kết luận:

- Phân tử alkene và alkyne chứa liên kết π kém bền hơn liên kết σ.

2. DANH PHÁP ALKENE VÀ ALKYNE

* Tìm hiểu cách gọi tên alkene và alkyne theo danh pháp thay thế

Tên theo danh pháp thay thế của alkene và alkyne 

* Không phân nhánh: 

Tên gọi = Tiền tố ứng với số nguyên tử cacrrbon trong phân tử - 

Số chỉ vị trí liên kết bội C≥4) -

ene (với alkene)/ yne (với alkyne)

* Phân nhánh: 

Số chỉ vị trí nhánh – tên nhánh + Tiền tố ứng với số nguyên tử cacrbon trong phân tử - Số chỉ vị trí liên kết bội C≥4) - ene (với alkene)/ yne (với alkyne)

3. ĐỒNG PHÂN HÌNH HỌC

* Tìm hiểu khái niệm và xác định đồng phân hình học

Với các phân tử alkene có từ 4 nguyên tử C trở lên, nếu mỗi nguyên tử C của liên kết đôi liên kết với hai nguyên tử, nhóm nguyên tử khác nhau sẽ có 2 cách phân bố trong không gian

• Đồng phân cis - có mạch chính nằm ở cùng phía của liên kết đôi
• Đồng phân trans - có mạch chính nằm 2 phía của liên kết đôi

4. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

* Tìm hiểu tính chất vật lí của alkene và alkyne 

- Ở điều kiện thường các alkene, alkyne từ C2-C4 ở thể khí (trừ but-2-yne ở thể lỏng), đều nhẹ hơn nước, không tan hoặc ít tan trong nước, chỉ tan trong các số dung môi không phân cực, …

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của alkene, alkyne tăng dần khi số nguyên tử carbon trong phân tử tăng dần.

5. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

- Liên kết bội được tạo nên từ liên kết σ và π. Cụ thể, liên kết đôi 1σ,1π; liên kết ba: 1σ,2π.

- Liên kết σ bền hơn liên kết π.

⇒ Trung tâm phản ứng của alkene và alkyne là liên kết bội $\rightarrow $ bẻ gãy liên kết π có trong liên kết bội. Phản ứng đặc trưng của alkene và alkyne là phản ứng cộng

5. 1. Phản ứng cộng

a) Cộng hydrogen

Khi tham gia phản ứng cộng hydrogen, liên kết π trong phân tử alkene, alkyne kém bền nên dễ bị phá vỡ (hay bẻ gãy) với sự có mặt của xúc tác Pt, Pd hoặc Ni.

b) Cộng halogen

Thí nghiệm 1: Điều chế và thử tính chất của ethylene

Trong quá trình phản ứng, một phần H$_{2}$SO$_{4}$ đặc có thể bị C$_{2}$H$_{5}$OH khử thành khí SO$_{2}$. Khí này cũng làm mất màu nước bromine nên dung dịch NaOH có vai trò giữ lại SO$_{2}$ đảm bảo C$_{2}$H$_{4}$ thu được không bị lẫn SO$_{2}$ ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.

PTHH

C$_{2}$H$_{5}$OH $\overset{H_{2}SO_{4}}{\rightarrow}$ C$_{2}$H$_{4}$ + H$_{2}$O

C$_{2}$H4 +  Br$_{2}$     $\rightarrow $  C$_{2}$H4Br$_{2}$

      Vàng cam               không màu

Thí nghiệm 2: Điều chế và thử tính chất của acetylene

PTHH:

CaC$_{2}$ + 2H$_{2}$O $\rightarrow $ C$_{2}$H$_{2}$ + Ca(OH)$_{2}$

 Cả ethylene và acetylene đều có khả năng làm mất màu vàng nâu của nước bromine, tạo thành dung dịch không màu. Tuy nhiên, tốc độ mất màu của ethylene nhanh hơn so acetylene

c) Cộng hydrogen halide

Quy tắc cộng Markovnikov

Alkene hoặc alkyne không đối xứng tác dụng với hydrogen halide (HX) tạo thành hỗn hợp sản phẩm, trong đó sản phẩm chính có nguyên tử H ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon chưa no có nhiều hydrogen hơn, còn nguyên từ X ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon chưa no có ít hydrogen hơn”

d) Cộng nước (hydrate hoá)

CH$_{3}$ - C ≡ C- H   + HOH $\overset{HgSO_{4},t^{\circ}}{\rightarrow}$ [CH$_{3}$ - C(OH) = CH$_{2}$] (không bền)

$\rightarrow $ CH$_{3}$ −CO−CH$_{3}$

5.3. Phản ứng oxi hóa

a. Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

Thí nghiệm 3: Oxi hoá ethylene

Thí nghiệm 4: Oxi hoá acetylene

Cả ethylene và acetylene đều có khả năng làm mất màu dung dịch KMnO$_{4}$

Để yên các ống nghiệm một thời gian (để làm lắng kết tủa nhanh hơn, có thể cho các ống nghiệm này vào máy quay ly tâm), thu được dung dịch sau phản ứng đều

trong suốt. Phương trình hoá học của các phản ứng:

3CH$_{2}$=CH$_{2}$ + 2KMnO$_{4}$ + 4H$_{2}$O $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow}$ 3HO–CH$_{2}$–CH$_{2}$–OH + 2MnO$_{2}$ ↓ + 2KOH

3C$_{2}$H$_{2}$ + 8KMnO$_{4}$ $\rightarrow $ 3(COOK)$_{2}$ + 8MnO$_{2}$ ↓ + 2KOH + 2H$_{2}$O

 PTHH

3CH$_{2}$=CH–CH$_{3}$+4H$_{2}$O+2KMnO$_{4}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow}$ 3OH-CH$_{2}$–CH(OH)–CH$_{3}$+ 2MnO$_{2}$ + 2KOH

b. Phản ứng oxi hoá hoàn toàn

Khi đốt cháy 1 mol chất thì ethylene tỏa ra 1411 kJ, còn acetylene toả ra là 1301 kJ

⇒ lượng nhiệt tỏa ra từ ethylene nhiều hơn acetylene

PT tổng quát:

 C$_{n}$H$_{2n}$ + $\frac{3n}{2}$O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow}$ nCO$_{2}$ + nH$_{2}$O

C$_{n}$H$_{2n-2}$ + $\frac{3n-1}{2}$O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow}$ nCO$_{2}$ + (n-1)H$_{2}$O

5.4. Phản ứng riêng của alk - 1 - yne

Alkene và alkyne tham gia:

- Phản ứng cộng (pứ đặc trưng)

- Phản ứng trùng hợp

- Phản ứng oxi hoá

Riêng các alk-1-yne có phản ứng tạo kết tủa với dung dịch AgNO$_{2}$ trong ammonia (phản ứng thường dùng để nhận biết alk-1-yne)

6. ỨNG DỤNG VÀ CÁCH ĐIỀU CHẾ ALKENE, ALKYNE

* Tìm hiểu ứng dụng của alkene, alkyne

Alkene, alkyne là nguyên liệu tổng hợp các chất hữu cơ, dùng làm nhiên liệu.

Acetylene được dùng làm nhiên liệu trong đèn xì oxy-acetylene  để hàn cắt kim loại

* Tìm hiểu phương pháp điều chế alkene và alkyne

- Điều chế trong PTN : 

C$_{2}$H$_{5}$OH  C$_{2}$H$_{4}$ + H$_{2}$O

CaC$_{2}$ + 2H$_{2}$O $\rightarrow $ C$_{2}$H$_{2}$ + Ca(OH)$_{2}$

- Điều chế trong CN:

Alkene thu được từ quá trình cracking alkane:

VD: C$_{15}$H$_{32}$  2C$_{2}$H$_{4}$ + C$_{3}$H$_{6}$ + C$_{8}$H$_{18}$

Điều chế acetylene từ CH$_{4}$ hoặc CaC$_{2}$:

2CH$_{4}$ C$_{2}$H$_{2}$ + 3H$_{2}$