Bài giảng Hóa học hữu cơ: Chương 4 - TS. Phan Thanh Sơn Nam

Chia sẻ: Lê Bảo Ngân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

269
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng hóa học hữu cơ chương 4 do tiến sĩ Phan Thanh Sơn Nam biên soạn có nội dung giới thiệu về Alkane. Đây là một Hydrocarbon mạch hở và được chia thành 2 loại là Alkane phân nhánh và không phân nhánh. Để điều chế Alkane có thể dùng các phương pháp sau: Khử các dẫn xuất của halogene, alcohol, carbonyl, hydro hóa Alkane, thủy phân hợp chất cơ kim. Về tính chất hóa học thì hợp chất này có đặc điểm là alkane trơ không có phản ứng cộng và đặc trưng của hợp chất này là phản ứng thế H, phản ứng nitro hóa ankene, phản ứng đồng phân hóa và phản ứng Cracking. Qua bài giảng này hy vọng sẽ giúp ích cho người đọc trong quá trình học tập, nghiên cứu môn hóa hữu cơ nói chung và Akane nói riêng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa học hữu cơ: Chương 4 - TS. Phan Thanh Sơn Nam

Hóa Học Hữu Cơ TS Phan Thanh Sơn Nam Bộ môn Kỹ Thuật Hữu Cơ Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM Điện thoại: 8647256 ext. 5681 Email: ptsnam@hcmut.edu.vn http://hhud.tvu.edu.vn 1
Chương 4: Alkane I. Giới thiệu chung • Alkane hydrocarbon no mạch hở, nguyên tử carbon lai hóa sp3 • Công thức tổng quát: CnH2n+2 methane • Góc hóa trị 109o5’, liên kết C-H: 1.09Å, C-C: 1.53Å • Đồng phân: cấu tạo, cấu dạng (quay) http://hhud.tvu.edu.vn 2
II. Danh pháp IUPAC II.1. Alkane không phân nhánh: • 4 alkane đầu: gọi theo tên thông thường methane, ethane, n-propane, n-butane • Các alkane từ C5: dựa theo cách đếm số của Hy Lạp hoặc Latin. Ví dụ: pentane, hexane, heptane, octane…(tự đọc) http://hhud.tvu.edu.vn 3
II. 2. Alkane phân nhánh • Chọn mạch dài nhất làm mạch chính • Đánh số sao cho mạch nhánh có chỉ số nhỏ nhất • Dùng chữ số & gạch (-) để chỉ vị trí nhánh, nhóm cuối cùng phải viết liền với tên mạch chính • Nếu có nhiều nhánh tương đương: dùng tiếp đầu ngữ di-, tri-, tetra- để chỉ số lượng nhóm tương đương http://hhud.tvu.edu.vn 4
•Nếu có nhiều nhóm thế khác nhau: sắp xếp theo thứ tự alphabetical. Lưu ý: bỏ qua các tiếp đầu ngữ di-, tri-, tetra-… khi xét thứ tự alphabetical. •Tuy nhiên không bỏ qua iso!!! sec- & tert- được bỏ qua khi xét thứ tự với các nhóm khác, nhưng vẫn dùng để so sánh giữa chúng với nhau. • Ví dụ: dimethyl hoặc methyl sẽ đi sau ethyl hay diethyl •isopropyl đi trước methyl •tert-butyl đi trước isobutyl •sec-butyl đi trước tert-butyl http://hhud.tvu.edu.vn 5
• Ví dụ (H viết tắt): C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C 4-Ethyl-2,2-dimethylhexane C C C 3,3-Diethyl-5-isopropyl-4-methyloctane C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C 5-Ethyl-2,3,5-trimethylheptane C C C C 2-methyl-5-(1,2-dimethylpropyl)nonane http://hhud.tvu.edu.vn 6
II.3. Tên gốc alkyl • Được lấy 1 H từ alkane, gọi theo tên alkane nhưng đổi ane yl • CH3-: methyl • CH3-CH2-: ethyl • CH3-CH2-CH2-: n-propyl CH3CHCH3 : isopropyl CH3CH2CHCH3 : sec-butyl • (CH3)2CHCH2-: isobutyl • (CH3)3C-: tert-butyl 7 http://hhud.tvu.edu.vn
III. Các phương pháp điều chế alkane III.1. Khử các dẫn xuất của halogen, alcohol, carbonyl: a. Khử bằng HI 80%, 180oC: P ñoû CH3-CH2-OH + HI CH3-CH3 + I2 + H2O P ñoû CH3I + HI CH4 + I2 b. Khử bằng Zn/HCl (Khử Clemmensen) Zn(Hg)/HCl R C R' R-CH2-R' O http://hhud.tvu.edu.vn 8
III.2. Hydro hóa alkene Ni, Pd, Pt R-CH=CH2 + H2 R-CH2-CH3 alkene có thể điều chế từ alcohol (H2SO4/toC) III.3. Thủy phân hợp chất cơ kim (CH3)2Zn + H2O CH4 + Zn(OH)2 C2H5-MgBr + H2O C2H6 + Mg(OH)Br Điều chế hợp chất cơ magnesium (Grignard): C2H5-Br + Mg/ether khan C2H5-MgBr http://hhud.tvu.edu.vn 9
III.4. Phản ứng Wurtz CH3CH2Br + Na CH3CH2CH2CH3 + NaBr • Chỉ có hiệu quả khi điều chế alkane đối xứng: CH3CH2Br + CH3Br CH3CH2CH3 + CH3CH3 + CH3CH2CH2CH3 không có tính chọn lọc ít sử dụng • Chỉ hiệu quả cho R-Br & R-I •Hiệu suất: bậc 1 (60%) > bậc 2 (40%) > bậc 3 (10%) http://hhud.tvu.edu.vn 10
III.5. Điện phân muối của carboxylic acid CH3COONa CH3COO. CH3. CH3-CH3 III.6. Nhiệt phân muốn natri của carboxylic acid CH3COONa + NaOH CH4 + Na2CO3 IV. Tính chất vật lý (tự đọc) • Alkane không phân cực chỉ tan trong dung môi không phân cực to sôi của alkane nhánh < thẳng http://hhud.tvu.edu.vn 11
V. Tính chất hóa học • Alkane trơ không có phản ứng cộng, đặc trưng là phản ứng thế H V.1. Phản ứng thế H bằng halogen • Chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao hoặc khi có ánh sáng to R-H + X2 R-X + HX hν http://hhud.tvu.edu.vn 12
a. Cơ chế phản ứng (gốc tự do SR ) • Khơi mào: to X-X 2X hν R-H + X R + HX •Truyền mạch: R + X2 RX + X Phản ứng có thể tiếp tục để tạo sản phẩm di-, tri-, tetra- • Ví dụ chlor hóa CH4 có thể thu được CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4 CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl ΔH = -25Kcal/mol http://hhud.tvu.edu.vn 13
• Ngắt mạch: X + X X-X R + R R-R R + X R-X http://hhud.tvu.edu.vn 14
• Giai đoạn tạo CH3. khó hơn giai đoạn tạo CH3Cl giai đoạn tạo CH3. (hay R. nói chung) sẽ quyết định tốc độ phản ứng chung http://hhud.tvu.edu.vn 15
b. So sánh khả năng thay thế H •H bậc 1 & bậc 2: 25 oC CH3-CH2-CH3 + Cl2 CH3-CH2-CH2-Cl + CH3-CHCl-CH3 hν 45% 55% Vận tốc tương đối khi thay thế H bậc 1: 45 / 6 = 7.5 Thay thế H bậc 2: 55 / 2 =27.5 tỷ lệ vận tốc tương đối H bậc 1/ H bậc 2 = 7.5/27.5 ~ ¼ http://hhud.tvu.edu.vn 16
• H bậc 1 & bậc 3: CH3 25 oC CH3 CH3 H3C C CH3 + Cl2 H3C C CH2Cl + H3C C CH3 hν H Cl H 64% 36% • Vận tốc tương đối khi thay thế H bậc 1: 64 / 9 ~7 •Thay thế H bậc 2: 36 / 1 ~ 36 tỷ lệ vận tốc tương đối H bậc 1/ H bậc 3 = 7/36 ~ 1/5 Tỷ lệ vận tốc tương đối bậc 1/bậc 2/bậc 3 = 1/4/5 Ở nhiệt độ thường, khả năng thay thế H ở C bậc 3 cao nhất •Lưu ý: ở 600oC: tỷ lệ này là 1/1/1 http://hhud.tvu.edu.vn 17
c. Khả năng phản ứng của dãy halogen F2 > Cl2 > Br2 > I2 F hóa: mãnh liệt, đứt liên kết ít dùng I hóa: rất khó xảy ra (ΔH = + 13 Kcal/mol), chỉ xảy ra khi loại HI trong quá trình http://hhud.tvu.edu.vn 18
d. Tính chọn lọc của phản ứng • Phản ứng Br hóa có tốc độ chậm hơn Cl hóa nhưng có độ chọn lọc cao •Tỷ lệ vận tốc tương đối ở 127 oC của Br hóa: bậc 1/bậc 2/bậc 3 = 1/82/1000 CH3 25 oC CH3 CH3 H3C C CH3 + Cl2 H3C C CH2Cl + H3C C CH3 hν H Cl H 64% 36% CH3 127 oC CH3 CH3 H3C C CH3 + Br2 H3C C CH2Br + H3C C CH3 hν H Br H 1% 99% 127 oC CH3-CH2-CH3 + Br2 CH3-CH2-CH2-Br + CH3-CHBr-CH3 hν http://hhud.tvu.edu.vn 3% 97% 19
V.2. Phản ứng nitro hóa alkane R-H + HNO3 R-NO2 + H2O • Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao,cơ chế gốc tự do • Thường xảy ra phản ứng đứt mạch carbon CH3-CH2-CH3 + HNO3 CH3-CH2-CH2-NO2 (25%) + CH3-CHNO2-CH3 (40%) + CH3-CH2-NO2 (25%) + CH3-NO2 (10%) http://hhud.tvu.edu.vn 20