Hợp chất hữu cơ đơn giản nhất là hiđrocacbon no và không no. Chúng bao gồm các chất thuộc nhóm ankan, anken, anken.
Công thức của chúng bao gồm các nguyên tử hydro và carbon theo một trình tự và số lượng nhất định. Chúng thường được tìm thấy trong tự nhiên.
Xác định anken
Tên khác của chúng là olefin hoặc etylen hydrocacbon. Đó là tên gọi của loại hợp chất này vào thế kỷ 18 khi một chất lỏng nhờn, etylen clorua, được phát hiện.
Anken là chất gồm nguyên tố hiđro và nguyên tố cacbon. Chúng thuộc loại hiđrocacbon mạch hở. Phân tử của chúng chứa một liên kết đôi đơn (không bão hòa) nối hai nguyên tử cacbon với nhau.
Công thức anken
Mỗi lớp hợp chất có ký hiệu hóa học riêng. Trong đó, ký hiệu của các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn cho biết thành phần và cấu trúc liên kết của mỗi chất.
Công thức chung của các anken được ký hiệu như sau: CH2n, trong đó số n lớn hơn hoặc bằng 2. Khi giải mã nó, có thể thấy rằng có hai nguyên tử hydro cho mỗi nguyên tử cacbon.
Công thức phân tử của các anken thuộc dãy đồng đẳng được biểu diễn bằng các cấu tạo sau: C2H4, C3H6, C4H8, C 5H10, C6H12, C7H14, C8H16, C 9H18, C10H20. Có thể thấy rằng mỗi hiđrocacbon tiếp theo chứa thêm một cacbon và thêm 2 hiđro.
Có hình ảnh chỉ định vị trí và thứ tự của các hợp chất hóa học giữa các nguyên tử trong phân tử, cho biết công thức cấu tạo của anken. Với sự trợ giúp của các đường hóa trị, liên kết của nguyên tử cacbon với hydro được biểu thị.
Công thức cấu tạo của anken có thể được hiển thị ở dạng mở rộng, khi tất cả các nguyên tố và liên kết hóa học được hiển thị. Với cách diễn đạt ngắn gọn hơn về olefin, sự kết hợp của cacbon và hydro với sự trợ giúp của dấu gạch ngang hóa trị sẽ không được hiển thị.
Công thức xương biểu thị cấu trúc đơn giản nhất. Một đường đứt đoạn mô tả cơ sở của phân tử, trong đó các nguyên tử cacbon được biểu thị bằng phần đỉnh và phần cuối của nó, còn hydro được biểu thị bằng các liên kết.
Tên olefin được hình thành như thế nào
Dựa trên danh pháp hệ thống, công thức của anken và tên của chúng được tạo thành từ cấu tạo của ankan liên quan đến hiđrocacbon no. Để làm điều này, trong tên của cái sau, hậu tố -an được thay thế bằng -ilen hoặc -en. Một ví dụ là sự hình thành butylene từbutan và pentene từ pentan.
Để chỉ ra vị trí của liên kết đôi so với nguyên tử cacbon, hãy chỉ ra chữ số Ả Rập ở cuối tên.
Anken được đặt tên theo hiđrocacbon có mạch dài nhất chứa một liên kết đôi. Để đánh số đầu của chuỗi, phần cuối thường được chọn, phần cuối gần nhất với hợp chất không bão hòa của nguyên tử cacbon.
Nếu công thức cấu tạo của anken có nhánh thì cho biết tên các gốc và số hiệu của chúng, đứng trước chúng là số tương ứng với vị trí trong mạch cacbon. Sau đó theo tên của chính hiđrocacbon. Các số thường được theo sau bởi dấu gạch ngang.
Có số lượng chi nhánh cấp căn không giới hạn. Tên của họ có thể tầm thường hoặc được hình thành theo các quy tắc của danh pháp có hệ thống.
Ví dụ, HHC=CH- được gọi là ethenyl hoặc vinyl.
Isomers
Công thức phân tử của anken không thể chỉ ra đồng phân. Tuy nhiên, đối với nhóm chất này, ngoại trừ phân tử etylen, sự thay đổi không gian là cố hữu.
Đồng phân của hydrocacbon etylen có thể bằng khung cacbon, theo vị trí của liên kết không bão hòa, giữa lớp hoặc không gian.
Công thức chung của anken xác định số nguyên tử cacbon và hydro trong chuỗi, nhưng nó không cho thấy sự hiện diện và vị trí của liên kết đôi. Một ví dụ là xyclopropan là đồng phân giữa lớp của C3H6(propylene). Các loại đồng phân khác xuất hiện trong C4H8hoặcbutene.
Các vị trí khác nhau của liên kết không bão hòa được quan sát thấy trong butene-1 hoặc butene-2, trong trường hợp đầu tiên, hợp chất kép nằm gần nguyên tử carbon đầu tiên, và trong trường hợp thứ hai - ở giữa chuỗi. Đồng đẳng trong khung cacbon có thể được xem xét bằng cách sử dụng ví dụ về metylpropene) và isobutylen ((CH3) 2C=CH2).
Sự thay đổi không gian vốn có trong butene-2 ở vị trí trans- và cis. Trong trường hợp đầu tiên, các gốc phụ nằm trên và dưới mạch cacbon chính với một liên kết đôi, trong đồng phân thứ hai, các nhóm thế nằm ở cùng một phía.
Đặc điểm của Olefin
Công thức chung của anken xác định trạng thái vật lý của tất cả các đại diện của lớp này. Bắt đầu bằng etylen và kết thúc bằng butylen (từ C2đến C4), các chất tồn tại ở thể khí. Vì vậy etilen không màu, có mùi ngọt, ít tan trong nước, khối lượng phân tử nhỏ hơn không khí.
Ở thể lỏng, các hydrocacbon thuộc dãy đồng đẳng từ C5đến C17được trình bày. Bắt đầu từ anken, có 18 nguyên tử cacbon trong chuỗi chính, sự chuyển đổi trạng thái vật lý sang thể rắn xảy ra.
Tất cả olefin được coi là có khả năng hòa tan kém trong môi trường nước, nhưng hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ, chẳng hạn như benzen hoặc xăng. Khối lượng phân tử của chúng nhỏ hơn khối lượng của nước. Sự gia tăng chuỗi cacbon dẫn đến sự gia tăng các chỉ số nhiệt độ trong quá trình nấu chảy và đun sôi của các hợp chất này.
Thuộc tính của olefin
Công thức cấu tạo của ankencho thấy sự hiện diện trong khung của một liên kết đôi của hợp chất π- và σ của hai nguyên tử cacbon. Cấu trúc này của phân tử quyết định tính chất hóa học của nó. Liên kết π được coi là không mạnh lắm, do đó có thể phá hủy nó bằng cách hình thành hai liên kết σ mới, liên kết này thu được do kết quả của việc thêm một cặp nguyên tử. Các hiđrocacbon không no là các chất cho điện tử. Chúng tham gia vào quá trình cộng electrophin.
Một tính chất hóa học quan trọng của tất cả các anken là quá trình halogen hóa với việc giải phóng các hợp chất tương tự như dẫn xuất dihalogen. Nguyên tử halogen có khả năng gắn thông qua một liên kết đôi với nguyên tử cacbon. Một ví dụ là sự brom hóa propylen với sự tạo thành 1, 2-dibromopropan:
H2C=CH – CH3+ Br2→ BrCH 2–CHBr – CH3.
Quá trình trung hòa màu trong nước brom với anken này được coi là bằng chứng định tính về sự hiện diện của một liên kết đôi.
Các phản ứng quan trọng bao gồm quá trình hydro hóa olifin với việc bổ sung phân tử hydro dưới tác dụng của các kim loại xúc tác như bạch kim, palađi hoặc niken. Kết quả là các hydrocacbon có một liên kết bão hòa. Công thức của ankan, anken được cho dưới đây trong phản ứng hiđro hoá buten:
CH3–CH2–CH=CH2+ H 2Ni→ CH3–CH2–CH 2–CH3.
Quá trình thêm phân tử hydro halogenua vào olefinđược gọi là
hydrohalo hóa, tiến hành theo quy luật do Markovnikov phát hiện. Một ví dụ là sự hiđro hóa propylen để tạo thành 2-bromopropan. Trong đó, hydro kết hợp ở một liên kết đôi với carbon, được coi là hydro hóa nhiều nhất:
CH3–CH=CH2+ HBr → CH3–BrCH– CH3.
Phản ứng cộng nước của anken dưới tác dụng của axit được gọi là phản ứng hiđrat hóa. Kết quả là một phân tử rượu propanol-2:
CH3–HC=CH2+ H2O → CH 3–OHCH – CH3.
Khi cho anken tác dụng với axit sunfuric thì xảy ra quá trình sunfonat hóa:
CH3–HC=CH2+ HO − OSO − OH → CH3–CH3CH – O − SO2−OH.
Phản ứng xảy ra với sự hình thành các este có tính axit, ví dụ như axit isopropylsulfuric.
Anken dễ bị oxy hóa trong quá trình cháy của chúng dưới tác dụng của oxy để tạo thành nước và khí carbon dioxide:
2CH3–HC=CH2+ 9O2→ 6CO 2+ 6H2O.
Sự tương tác của các hợp chất olefinic và thuốc tím loãng ở dạng dung dịch dẫn đến sự hình thành glycol hoặc rượu dihydric. Phản ứng này cũng có tính oxi hóa, tạo ra etylen glicol và làm mất màu dung dịch:
3H2C=CH2+ 4H2O + 2KMnO4→ 3OHCH – CHOH + 2MnO2+ 2KOH.
Phân tử anken có thể tham gia vào quá trình trùng hợp với một gốc tự dohoặc cơ chế cation-anion. Trong trường hợp đầu tiên, dưới tác động của peroxit, một polyme như polyetylen sẽ thu được.
Theo cơ chế thứ hai, axit hoạt động như chất xúc tác cation, và các chất cơ kim là chất xúc tác anion với việc giải phóng một polyme chọn lọc lập thể.
ankan là gì
Chúng còn được gọi là parafin hoặc hydrocacbon mạch hở bão hòa. Chúng có cấu trúc mạch thẳng hoặc phân nhánh, chỉ chứa các liên kết đơn giản bão hòa. Tất cả các đại diện của dãy đồng đẳng của lớp này có công thức chung là C H2n + 2.
Chúng chỉ chứa các nguyên tử cacbon và hydro. Công thức chung cho anken được hình thành từ việc chỉ định các hiđrocacbon no.
Tên của ankan và đặc điểm của chúng
Đại diện đơn giản nhất của lớp này là mêtan. Tiếp theo là các chất như etan, propan và butan. Tên của họ dựa trên gốc của chữ số trong tiếng Hy Lạp, mà hậu tố -an được thêm vào. Tên của ankan được liệt kê trong danh pháp IUPAC.
Công thức chung của anken, ankin, ankan chỉ gồm 2 loại nguyên tử. Chúng bao gồm các nguyên tố carbon và hydro. Số lượng nguyên tử cacbon trong cả ba lớp là như nhau, sự khác biệt chỉ được quan sát ở số lượng hydro, có thể được tách ra hoặc thêm vào. Hợp chất không no thu được từ các hiđrocacbon no. Các đại diện của parafin trong phân tử chứa nhiều hơn 2 nguyên tử hydro so với olefin, điều này khẳng địnhcông thức chung của ankan, anken. Cấu trúc anken được coi là không bão hòa do sự hiện diện của một liên kết đôi.
Nếu chúng ta tương quan số lượng nguyên tử hydro và cacbon trong ankan, thì giá trị sẽ là lớn nhất so với các loại hydrocacbon khác.
Từ metan đến butan (từ C1đến C4), các chất tồn tại ở thể khí.
Ở thể lỏng, các hydrocacbon thuộc dãy đồng đẳng từ C5đến C16được trình bày. Bắt đầu từ ankan, có 17 nguyên tử cacbon trong chuỗi chính, quá trình chuyển đổi trạng thái vật lý sang thể rắn xảy ra.
Chúng được đặc trưng bởi sự đồng phân trong khung carbon và các biến đổi quang học của phân tử.
Trong parafin, các hóa trị cacbon được coi là hoàn toàn bị chiếm giữ bởi các nguyên tử cacbon hoặc hydro lân cận với sự hình thành liên kết loại σ. Từ quan điểm hóa học, điều này gây ra tính chất yếu của chúng, đó là lý do tại sao ankan được gọi là hiđrocacbon no hoặc bão hòa, không có ái lực.
Chúng tham gia vào các phản ứng thay thế liên quan đến quá trình halogen hóa gốc, sulfo hóa hoặc nitrat hóa phân tử.
Parafin trải qua quá trình oxy hóa, đốt cháy hoặc phân hủy ở nhiệt độ cao. Dưới tác dụng của máy gia tốc phản ứng, xảy ra quá trình khử nguyên tử hydro hoặc quá trình khử hydro của ankan.
alkynes là gì
Chúng còn được gọi là hydrocacbon axetilen, có một liên kết ba trong mạch cacbon. Cấu trúc của các alkyne được mô tả chungcông thức C H2n – 2. Nó cho thấy rằng, không giống như ankan, các hiđrocacbon axetylen thiếu 4 nguyên tử hiđro. Chúng được thay thế bằng một liên kết ba được tạo thành bởi hai hợp chất π.
Cấu trúc như vậy quyết định tính chất hóa học của lớp này. Công thức cấu tạo của anken và anken cho thấy rõ ràng sự không bão hòa của phân tử chúng, cũng như sự hiện diện của một đôi (H2C꞊CH2) và mối quan hệ ba (HC≡CH).
Tên của alkyne và đặc điểm của chúng
Đại diện đơn giản nhất là axetylen hoặc HC≡CH. Nó còn được gọi là ethin. Nó xuất phát từ tên của một hiđrocacbon no, trong đó hậu tố -an bị loại bỏ và -in được thêm vào. Trong tên của các alkyne dài, con số cho biết vị trí của liên kết ba.
Biết được công thức cấu tạo của hiđrocacbon no và không no, có thể xác định được công thức tổng quát của các ankin dưới chữ cái nào: a) CnH2n; c) CnH2n + 2; c) CnH2n-2; d) CnH2n-6. Câu trả lời đúng là lựa chọn thứ ba.
Từ axetilen đến butan (từ C2đến C4), các chất có bản chất là khí.
Ở thể lỏng có các hydrocacbon thuộc khoảng đồng đẳng từ C5đến C17. Bắt đầu từ alkyne, có 18 nguyên tử cacbon trong chuỗi chính, sự chuyển đổi trạng thái vật chất sang thể rắn xảy ra.
Chúng được đặc trưng bởi tính đồng phân trong khung carbon, ở vị trí của liên kết ba, cũng như các biến đổi giữa các lớp của phân tử.
PoĐặc điểm hóa học của hiđrocacbon axetilen tương tự như anken.
Nếu các alkyne có một liên kết ba tận cùng, thì chúng hoạt động như một axit với sự hình thành các muối alkynide, ví dụ, NaC≡CNa. Sự hiện diện của hai liên kết π làm cho phân tử natri axetilen trở thành một nucleophile mạnh tham gia vào các phản ứng thay thế.
Axetylen trải qua quá trình clo hóa với sự có mặt của đồng clorua để thu được dicloaxetylen, ngưng tụ dưới tác dụng của haloalkyne với sự giải phóng các phân tử diaxetylen.
Alkynes tham gia vào phản ứng cộng electrophin, nguyên tắc của phản ứng này làm cơ sở cho quá trình halogen hóa, hydro hóa, hydrat hóa và cacbonyl hóa. Tuy nhiên, các quá trình như vậy diễn ra yếu hơn so với các anken có một liên kết đôi.
Đối với hiđrocacbon axetilen, có thể xảy ra phản ứng cộng loại nucleophin của phân tử rượu, amin bậc một hoặc hiđro sunfua.
