Hydrocarbon là gì? Cách đọc tên & Phản ứng đặc trưng của các hydrocacbon

Định nghĩa – Hydrocarbon là gì?

Các hợp chất hữu cơ đơn giản nhất là những hợp chất chỉ bao gồm hai nguyên tố: carbon và hydro. Những hợp chất này được gọi là hydrocarbon. Bản thân hydrocacbon được chia thành hai loại: hydrocacbon béohydrocacbon thơm.

Hydrocacbon aliphatic là hydrocacbon dựa trên chuỗi nguyên tử C. Có ba loại hydrocacbon aliphatic:

  1. Ankan là những hiđrocacbon béo chỉ có liên kết cộng hóa trị đơn;
  2. Anken là hydrocacbon chứa ít nhất một liên kết đôi C–C;
  3. Alkynes là hydrocacbon chứa liên kết ba C–C.

Đôi khi, chúng tôi tìm thấy một hydrocacbon béo có vòng nguyên tử C. Những hydrocacbon này được gọi là cycloalkan (hoặc cycloalken hoặc cycloalkynes).

Hydrocacbon thơm có vòng sáu cacbon đặc biệt gọi là vòng benzen. Các electron trong vòng benzen có những đặc tính năng lượng đặc biệt làm cho benzen có những tính chất vật lý và hóa học khác rõ rệt với ankan.

Ban đầu, thuật ngữ thơm được sử dụng để mô tả loại hợp chất này vì chúng đặc biệt thơm. Tuy nhiên, trong hóa học hiện đại, thuật ngữ chất thơm biểu thị sự có mặt của một vòng sáu cạnh mang lại các đặc tính khác biệt và độc đáo cho một phân tử.

Các ankan đơn giản nhất có các nguyên tử C của chúng liên kết thành một chuỗi thẳng; chúng được gọi là ankan bình thường. Chúng được đặt tên theo số lượng nguyên tử C trong chuỗi. Ankan nhỏ nhất là metan:

Cấu trúc đường liên kết của metan.

Hình 16.2. 1 – Biểu diễn ba chiều của khí mê-tan:

Biểu diễn ba chiều của phân tử metan.
Hình 16.2. 1 Phân tử mêtan có ba chiều, với các nguyên tử H ở vị trí bốn góc của một tứ diện.

Ankan lớn nhất tiếp theo có hai nguyên tử C liên kết cộng hóa trị với nhau. Để mỗi nguyên tử C tạo được 4 liên kết cộng hóa trị thì mỗi nguyên tử C phải liên kết với 3 nguyên tử H. Phân tử thu được, có công thức là C 2 H 6 , là etan:

Công thức cấu tạo của etan.

Propane có xương sống gồm ba nguyên tử C được bao quanh bởi các nguyên tử H. Bạn sẽ có thể xác minh rằng công thức phân tử của propan là C 3 H 8 :

công thức cấu tạo của propan.

Các sơ đồ đại diện cho ankan được gọi là công thức cấu tạo vì chúng cho thấy cấu trúc của phân tử. Khi các phân tử trở nên lớn hơn, các công thức cấu trúc ngày càng trở nên phức tạp hơn.

Một cách giải quyết vấn đề này là sử dụng công thức cấu trúc cô đọng , liệt kê công thức của từng nguyên tử C trong xương sống của phân tử.

Ví dụ, công thức cấu tạo ngưng tụ của etan là CH 3 CH 3, trong khi đối với propan là CH 3 CH 2 CH 3.

Bảng 16.2. 1 16.2.1 – 10 ankan đầu tiên, cho biết công thức phân tử, công thức cấu tạo thu gọn và tên của 10 ankan đầu tiên.

Bảng 16.2. 1 16.2.1 10 ankan đầu tiên
Công thức phân tử Công thức cấu trúc cô đặc Tên
CH 4 CH 4 mêtan
C 2 H 6 CH 3 CH 3 Trong
C3H8__ _ _ _ CH 3 CH 2 CH 3 propan
C 4 H 10 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 butan
C5H12 _ _ _ CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 pentan
C 6 H 14 CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 hexan
C7 H16 _ _ CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3 heptan
C 8 H 18 CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 chỉ số octan
C9H20__ _ _ _ CH 3 (CH 2 ) 7 CH 3 và bốn
C 10 H 22 CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3 decan

Vì ankan có số nguyên tử H lớn nhất có thể theo quy tắc liên kết cộng hóa trị nên ankan còn được gọi là hiđrocacbon no.

Anken có liên kết đôi C–C. Vì chúng có ít hơn số nguyên tử H tối đa có thể nên chúng là những hiđrocacbon không no. Anken nhỏ nhất—ethene—có hai nguyên tử C và còn được biết đến với tên thông thường là ethylene:

Công thức cấu tạo của etilen.

Anken lớn nhất tiếp theo—propene—có ba nguyên tử C với liên kết đôi C–C giữa hai trong số các nguyên tử C. Nó còn được gọi là propylene:

Công thức cấu tạo của propilen.

Tên gọi của hydrocarbon

Em có nhận xét gì về tên gọi của ankan và anken? Tên của các anken cũng giống như các ankan tương ứng của chúng ngoại trừ phần cuối là – ene , chứ không phải – ane. Việc sử dụng một gốc để biểu thị số lượng nguyên tử C trong một phân tử và một kết thúc để biểu thị loại hợp chất hữu cơ là phổ biến trong hóa học hữu cơ, như chúng ta sẽ thấy.

Với sự ra đời của anken tiếp theo, butene, chúng ta bắt đầu thấy một vấn đề lớn với các phân tử hữu cơ: sự lựa chọn. Với bốn nguyên tử C, liên kết đôi C–C có thể đi giữa nguyên tử C thứ nhất và thứ hai hoặc giữa nguyên tử C thứ hai và thứ ba:

2 công thức cấu tạo của butene, với butene thứ nhất có liên kết đôi ở cacbon thứ nhất và thứ hai từ bên trái và buten thứ hai có liên kết đôi ở cacbon thứ hai và thứ ba từ bên trái.

(Liên kết đôi giữa nguyên tử C thứ ba và thứ tư giống như liên kết đôi giữa nguyên tử C thứ nhất và thứ hai, chỉ có điều lật ngược lại.) Quy tắc đặt tên trong hóa học hữu cơ yêu cầu hai chất này phải có tên khác nhau.

  1. Phân tử đầu tiên được đặt tên là 1-butene , trong khi phân tử thứ hai được đặt tên là 2-butene.
  2. Con số ở đầu tên cho biết nơi bắt nguồn của liên kết đôi. Số thấp nhất có thể được sử dụng để đánh số một tính năng trong phân tử; do đó, gọi phân tử thứ hai là 3-butene sẽ không chính xác.
  3. Các con số là phần phổ biến của tên hóa học hữu cơ vì chúng cho biết nguyên tử C nào trong chuỗi chứa đặc điểm phân biệt.

Các hợp chất 1-butene và 2-butene có các tính chất vật lý và hóa học khác nhau, mặc dù chúng có cùng công thức phân tử—C 4 H 8. Các phân tử khác nhau có cùng công thức phân tử được gọi là đồng phân. Đồng phân là phổ biến trong hóa học hữu cơ và góp phần vào sự phức tạp của nó.

Ví dụ: Dựa trên tên của các phân tử butene, đề xuất một tên cho phân tử này.

Công thức cấu tạo của phân tử năm cacbon có liên kết đôi ở cacbon thứ ba và thứ tư từ trái sang. Tổng cộng có mười nguyên tử hydro.

Lưu ý:

Với năm nguyên tử C, chúng ta sẽ sử dụng pent – gốc và với liên kết đôi C–C, đây là một anken, vì vậy phân tử này là một pentene. Khi đánh số các nguyên tử C, chúng tôi sử dụng số 2 vì đó là nhãn thấp hơn có thể. Vì vậy, phân tử này được đặt tên là 2-pentene.

Bài tập đọc tên hydrocarbon dưới đây

Dựa trên tên của các phân tử butene, đề xuất một tên cho phân tử này.

Công thức cấu tạo của phân tử sáu cacbon có liên kết đôi ở cacbon thứ ba và thứ tư từ trái sang. Tổng cộng có mười hai nguyên tử hydro.

Câu trả lời

Alkynes, với liên kết ba C–C, được đặt tên tương tự như anken ngoại trừ tên của chúng kết thúc bằng – yne. Alkyne nhỏ nhất là ethyne, còn được gọi là axetylen:

Công thức cấu tạo của axetilen.

Propyne có cấu trúc

Công thức cấu tạo cho thấy ba phân tử cacbon có liên kết ba giữa nguyên tử cacbon thứ nhất và thứ hai. Số lượng nguyên tử hydro thích hợp được gắn vào mỗi nguyên tử carbon.

Với butyne, chúng ta cần bắt đầu đánh số vị trí của liên kết ba, giống như chúng ta đã làm với anken:

Hai công thức cấu tạo của butyne. Một butyne có liên kết ba giữa nguyên tử cacbon thứ nhất và thứ hai, trong khi hai butyne có liên kết ba giữa nguyên tử cacbon thứ hai và thứ ba.

Hợp chất thơm chứa đơn vị benzen. Bản thân benzen bao gồm sáu nguyên tử C trong một vòng, với các liên kết C–C đơn và đôi xen kẽ nhau:

Sáu nguyên tử cacbon được sắp xếp theo mô hình lục giác với một nguyên tử hydro nhô ra ngoài từ mỗi nguyên tử cacbon. Sự hiện diện của một liên kết đôi được xen kẽ giữa mọi nguyên tử carbon khác.

Các liên kết C–C đơn và đôi xen kẽ tạo cho vòng benzen một sự ổn định đặc biệt và nó không phản ứng giống như một anken như người ta có thể nghi ngờ. Benzen có công thức phân tử C 6 H 6 ; trong các hợp chất thơm lớn hơn, một nguyên tử khác thay thế một hoặc nhiều nguyên tử H.

Phản ứng đặc trưng của hydrocacbon

Cơ bản như hydrocacbon là hóa học hữu cơ, tính chất và phản ứng hóa học của chúng khá trơ.

Hầu hết các hydrocacbon là không phân cực vì độ âm điện của các nguyên tử C và H gần nhau.

Như vậy, chúng chỉ hòa tan ít trong H 2 O và các dung môi phân cực khác.

Hydrocacbon nhỏ, chẳng hạn như metan và etan, là chất khí ở nhiệt độ phòng, trong khi hydrocacbon lớn hơn, chẳng hạn như hexan và octan, là chất lỏng. Các hydrocacbon thậm chí lớn hơn là chất rắn ở nhiệt độ phòng và có tính nhất quán mềm, sáp.

1. Phản ứng thế halogen

Các hydrocacbon khá không hợp lý, nhưng chúng tham gia vào một số phản ứng hóa học cổ điển. Một phản ứng thông thường là thay thế một nguyên tử halogen bằng cách kết hợp một hiđrocacbon với một nguyên tố halogen. Ánh sáng đôi khi được sử dụng để thúc đẩy phản ứng, chẳng hạn như phản ứng này giữa metan và clo:

C H 4 + C l 2 + A/s → C H 3 C l + H C l CH4 + Cl2 + A/s → CH3Cl+HCl

Các halogen cũng có thể phản ứng với anken và ankin, nhưng phản ứng thì khác. Trong những trường hợp này, halogen phản ứng với liên kết đôi hoặc ba C–C và tự chèn vào mỗi nguyên tử C tham gia vào liên kết bội. Phản ứng này gọi là phản ứng cộng. Một ví dụ là:

Công thức cấu tạo cho thấy phản ứng của ethylene với một phân tử clo để tạo thành ethylene dichloride.

Các điều kiện phản ứng thường nhẹ; trong nhiều trường hợp, halogen phản ứng tự phát với anken hoặc ankin.

2. phản ứng hydro hoá

Hydro cũng có thể được thêm qua một liên kết bội; phản ứng này được gọi là phản ứng hydro hóa. Tuy nhiên, trong trường hợp này, các điều kiện phản ứng có thể không nhẹ; áp suất cao của khí H 2 có thể cần thiết. Chất xúc tác bạch kim hoặc palladi thường được sử dụng để phản ứng diễn ra với tốc độ hợp lý:

C H 2 = C H 2 + H 2 → C H 3 C H 3 C H 2 = C H 2 + H 2 → C H 3 C H 3

3. Phản ứng đốt cháy

Cho đến nay, phản ứng phổ biến nhất của hydrocacbon là sự đốt cháy, đó là sự kết hợp của hydrocacbon với O 2 để tạo ra CO 2 và H 2 O. Quá trình đốt cháy hydrocacbon đi kèm với sự giải phóng năng lượng và là nguồn sản xuất năng lượng chính trong xã hội chúng ta (Hình 16.2. 2 16.2.2 – Đốt cháy).

Ví dụ, phản ứng đốt cháy xăng, có thể được biểu thị bằng C 8 H 18 , như sau:

2 C 8 H 18 + 25 O 2 → 16 C O 2 + 18 H 2 O + ∼ 5060 kJ 2C8H18 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O + ∼ 5060 kJ

công dụng của hydrocarbon

Chìa khóa rút ra

  • Các hợp chất hữu cơ đơn giản nhất là hydrocarbon và bao gồm carbon và hydro.
  • Hydrocacbon có thể béo hoặc thơm; hydrocacbon aliphatic được chia thành ankan, anken và alkynes.
  • Quá trình đốt cháy hydrocarbon là nguồn năng lượng chính cho xã hội của chúng ta.

Nguồn: https://chem.libretexts.org/Courses/Nassau_Community_College/Principles_of_Chemistry/16%3A_Organic_Chemistry/16.02%3A_Hydrocarbons

Hydrocacbon thơm là gì? Tính chất & Công dụng của Hydrocacbon thơm

Số điểm bạn có thể cho là

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Chat với chúng tôi qua Zalo
Gọi ngay