So sánh thành phân nguyên tố và đặc điểm cấu tạo của ankan và anken

Sự khác biệt giữa các ankan và anken - Sự Khác BiệT GiữA

Sự khác biệt chính - Ankan vs Alkenes

Hydrocacbon là các hợp chất bao gồm các nguyên tử C và H. Các phân tử hydrocarbon này có sự kết hợp khác nhau của các nguyên tử C và H và có hình dạng khác nhau theo sự sắp xếp không gian của các phân tử. Vì hàng ngàn hydrocarbon đã được phát hiện cho đến nay, có nhiều cách phân loại khác nhau cho các hợp chất này. Ankan và anken là hai loại như vậy. Cả hai loại hydrocacbon này đều được cấu tạo từ các hydrocacbon phân nhánh, không phân nhánh và tuần hoàn. Sự khác biệt chính giữa ankan và anken là ankan là hydrocacbon bão hòa trong khi anken là hydrocacbon không bão hòa.


1. Ankan là gì
      - Định nghĩa, danh pháp, tính chất và phản ứng
2. Anken là gì
      - Định nghĩa, danh pháp, tính chất và phản ứng
3. Điểm giống nhau giữa ankan và anken
      - Phác thảo các tính năng phổ biến
4. Sự khác biệt giữa các ankan và anken
      - So sánh sự khác biệt chính

Các thuật ngữ chính: Aliphatic, kiềm, anken, ankan nhánh, dầu thô, kiềm tuần hoàn, hydrocacbon, kiềm tuyến tính, khí tự nhiên, hydrocacbon bão hòa, hydrocacbon không bão hòa


Ankan là gì

Các ankan là các hydrocacbon bão hòa có công thức hóa học CnH2n + 2 (trong đó n là một số nguyên). Các ankan được gọi là hydrocacbon vì chúng bao gồm các nguyên tử C và H. Tất cả các nguyên tử này được liên kết với nhau thông qua các liên kết cộng hóa trị duy nhất. Vì không có liên kết đôi hoặc ba, ankan được gọi là hydrocacbon bão hòa.


Ankan là một nhóm rộng các phân tử hữu cơ. Chúng được đặt tên theo số lượng nguyên tử carbon và các nhóm bên mà chúng bao gồm. Ankan nhỏ nhất là metan. Trong metan, một nguyên tử carbon trung tâm được liên kết với 4 nguyên tử hydro. Danh pháp IUPAC của ankan dựa trên các tiền tố Hy Lạp. Một số ví dụ được đưa ra trong bảng dưới đây.

Công thức hóa học

Nguyên tử carbon trong phân tử

Tiền tố Hy Lạp được sử dụng

Tên của ankan

CH4

1

meth-

Mêtan

C2H6

2

đạo đức

Ethan

C3H8


3

Prop-

Propan

C4H10

4

Nhưng-

Butan

C5H12

5

Năm-

Pentane

Theo cấu trúc của ankan, có ba loại ankan chính. Họ đang;

  • Ankan tuyến tính
  • Ankan phân nhánh
  • Ankan tuần hoàn

Ankan tuyến tính là các ankan mạch thẳng không có nhóm bên gắn với phân tử ankan. Ankan phân nhánh là các phân tử có nhóm alkyl là nhóm bên, nhưng chúng là các phân tử bão hòa. Các nhóm alkyl là các ankan thiếu một nguyên tử hydro, do đó có một điểm trống để gắn vào nguyên tử carbon. Ankan tuần hoàn là các cấu trúc vòng.


Hình 1: Các dạng khác nhau của ankan

Các nguồn chính của ankan là dầu thô và khí tự nhiên. Những nhiên liệu này bao gồm chủ yếu là các phân tử ankan. Do đó chúng ta có thể thu được ankan thông qua quá trình tinh chế dầu mỏ. Một quá trình gọi là chưng cất phân đoạn tách các ankan này.

Tất cả các ankan đều không màu và không mùi. Điểm nóng chảy và điểm sôi tăng lên cùng với sự gia tăng số lượng nguyên tử carbon. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, một số ankan là chất lỏng, và một số là hợp chất khí. Sự khác biệt này là do điểm sôi khác nhau của họ. Các ankan cho thấy đồng phân. Một phân tử ankan có thể có đồng phân cấu trúc hoặc đồng phân lập thể theo cấu trúc và sự sắp xếp không gian của phân tử.

Một trong những phản ứng chính mà ankan trải qua là phản ứng đốt cháy. Sự đốt cháy các ankan bao gồm phản ứng giữa ankan và oxy phân tử. Phản ứng này tạo ra carbon dioxide, nước và nhiệt. Hơn nữa, ankan có thể trải qua các phản ứng halogen hóa. Ở đó, các phân tử như Cl2 phản ứng với ankan khi cung cấp đủ năng lượng. Phản ứng này tạo ra các halogenua.

Anken là gì

Anken là các hydrocacbon không bão hòa có công thức hóa học CnH2n. Chúng được gọi là hydrocarbon vì anken chỉ bao gồm các nguyên tử C và H. Chúng được gọi là không bão hòa vì chúng bao gồm ít nhất một liên kết đôi C = C. Do đó, không thể có bất kỳ anken nào chỉ có một nguyên tử carbon. Anken đơn giản nhất là C2H4. Anken nhỏ là khí ở nhiệt độ phòng. Các anken khác là chất lỏng. Nhưng các anken có số lượng nguyên tử carbon rất lớn ở trạng thái rắn sáp.


Hình 2: Cấu trúc chung của anken

Trong hình trên, R1, R2, R3 và R4 là các nhóm alkyl có thể giống hệt nhau hoặc khác nhau.

Một anken có thể có một hoặc nhiều liên kết đôi. Hầu hết thời gian, các liên kết đôi này được sắp xếp theo cách khác. Anken là không màu và không phân cực. Anken được coi là các phân tử phản ứng do sự hiện diện của một liên kết đôi. Liên kết đôi này bao gồm một liên kết sigma và một liên kết pi. Liên kết pi này có thể bị phá vỡ; đây được gọi là sự mở ra của liên kết đôi. Sau đó, các điện di có thể được gắn vào các nguyên tử carbon trong liên kết đôi. Chúng được gọi là phản ứng cộng của anken.

Ngoài ra, trùng hợp là một phản ứng chính mà anken có thể trải qua. Việc mở liên kết đôi cho phép các anken trải qua quá trình trùng hợp. Ở đây, một phân tử anken được gọi là monome. Điều này dẫn đến việc sản xuất các polyme rất quan trọng.

Anken cho thấy đồng phân hình học. Điều này cũng được gọi là đồng phân cis-trans. Khi đặt tên cho một anken, người ta cũng nên xem xét hình dạng cis-trans của các phân tử này.

Sự tương đồng giữa các ankan và anken

  • Các ankan và anken là hydrocacbon.
  • Các phân tử ankan nhỏ và các phân tử kiềm nhỏ là các khí ở nhiệt độ phòng.
  • Các nguyên tử trong ankan và anken được liên kết với nhau thông qua liên kết cộng hóa trị.
  • Cả hai đều là phân tử không phân cực.
  • Do đó cả hai đều không hòa tan trong nước và các dung môi phân cực khác.
  • Cả ankan và anken đều có thể bị đốt cháy để tạo thành nhiệt cùng với carbon dioxide và hơi nước.

Định nghĩa

Ankan: Các ankan là các hydrocacbon bão hòa có công thức hóa học CnH2n + 2.

Anken: Anken là các hydrocacbon không bão hòa có công thức hóa học CnH2n.

Liên kết hóa học

Ankan: Các ankan chỉ gồm các liên kết đơn.

Anken: Các anken bao gồm các liên kết đôi cũng như các liên kết đơn.

Công thức hóa học

Ankan: Công thức hóa học của ankan là CnH2n + 2.

Anken: Công thức hóa học của anken là CnH2n.

Phản ứng trùng hợp

Ankan: Các ankan không thể trải qua quá trình trùng hợp.

Anken: Anken có thể trải qua quá trình trùng hợp.

Trái phiếu Pi

Ankan: Các ankan không có liên kết pi.

Anken: Anken bao gồm các liên kết pi.

Phần kết luận

Các ankan và anken là các hydrocacbon quan trọng. Mặc dù có những điểm tương đồng giữa ankan và anken như hành vi không phân cực và không tan trong nước, chúng có nhiều đặc điểm riêng biệt. Sự khác biệt chính giữa ankan và anken là ankan là hydrocacbon bão hòa trong khi anken là hydrocacbon không bão hòa.

Tài liệu tham khảo:

1. Kiềm kiềm: Định nghĩa, tính chất, công thức và ví dụ. Nghiên cứu.com,

Phần hoá hữu cơ luôn là phần gây khó khăn nhất cho các em trong việc hiểu và ghi nhớ kiến thức. Vì thế Kiến Guru đã biên soạn bài Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ một cách đầy đủ, dễ nhớ nhất về hiđrocacbon để hỗ trợ các em.

I. Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ: Đại cương hoá hữu cơ

1. Đặc điểm, phân loại:

- Định nghĩa: Hợp chất hữu cơ là hợp chất của cacbon trừ các hợp chất đơn giản như CO, CO2, các muối cacbonat, các hợp chất xianua.

- Đặc điểm:

+ Phải có cacbon, thường có hiđro, hay gặp oxi và nitơ, sau đó đến các halogen, lưu huỳnh, photpho...

+ Liên kết hoá học chủ yếu: cộng hoá trị.

+ Dễ bay hơi, kém bền nhiệt, dễ cháy hơn các hợp chất vô cơ.

+ Các phản ứng thường diễn ra chậm và không hoàn toàn, không theo một hướng nhất định.

+ Số lượng các hợp chất hữu cơ khoảng 10 triệu chất, so với các chất vô cơ chỉ có khoảng 100.000 chất.

- Phân loại:

+ Hiđrocacbon: hiđrocacbon no (chỉ có liên kết đơn)

                          hiđrocacbon không no (có cả liên kết đơn và các liên kết đôi, ba)

                          hiđrocacbon thơm (trong phân tử có vòng benzen).

+ Dẫn xuất hiđrocacbon: ancol, phenol, ete

                                        dẫn xuất halogen

                                        anđehit – xeton 

                                        axit, este,...

- Thành phần nguyên tố và công thức phân tử:

+ Công thức tổng quát (CTTQ): cho biết thành phần định tính các nguyên tố. 

Ví dụ: CxHyOz cho biết chất hữu cơ đó cho chứa ba nguyên tố C, H và O.

+ Công thức đơn giản nhất (CTĐGN): cho biết tỷ lệ về số lượng các nguyên tử trong phân tử. 

Ví dụ: CH2O nghĩa là trong phân tử, tỉ lệ C : H : O = 1: 2 :1.

+ Công thức phân tử (CTPT): cho biết số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử. 

Ví dụ: Với CTĐGN là CH2O thì CTPT là (CH2O)n khi n = 2 ta có C2H4O2. 

Để xác định được công thức phân tử cần biết thành phần các nguyên tố và khối lượng mol phân tử của nó.

- Phân tích định tính và định lượng các nguyên tố:

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

- Xác định khối lượng mol phân tử:

+ Dựa vào tỉ khối so với không khí hoặc so với H2:

 MA = 29.dA/KK hoặc MA = 2.dA/H2

+ Các chất khó, hoặc không bay hơi: xác định bằng phương pháp nghiệm lạnh hay nghiệm sôi. 

2. Cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ

- Công thức cấu tạo:

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

- Thuyết cấu tạo hoá học:

+ Trong phân tử chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hoá trị và theo một thứ tự nhất định. Thứ tự liên kết đó được gọi là cấu tạo hoá học. 

Sự thay đổi thứ tự tự liên kết đó sẽ tạo ra chất mới.

+ Trong phân tử chất hữu cơ, cacbon có hoá trị 4. Những nguyên tử cacbon kết hợp  với các nguyên tử của các nguyên tố và kết hợp trực tiếp với nhau tạo thành những mạch cacbon khác nhau (mạch thẳng, nhánh hoặc vòng).

+ Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản chất và số lượng các nguyên tử) và cấu tạo hoá học (thứ tự liên kết của các nguyên tử).

3. Đồng đẳng và đồng phân

- Đồng đẳng: các chất có tính chất hoá học tương tự nhau nhưng hơn kém nhau một hoặc nhiều nhóm -CH2. 

Ví dụ: metan CH4, etan C2H6, propan C3H8 là các chất đồng đẳng của nhau.

- Đồng phân: các chất có cùng công thức phân tử nhưng khác về cấu tạo hoá học.

Ví dụ: Cùng công thức là C2H6O, có 2 công thức cấu tạo là:

           CH3 – CH2 – OH (ancol etylic) và CH3 – O – CH3 (đimetyl ete).

4. Liên kết hoá học trong hợp chất hữu cơ

- Các chất hữu cơ có thể có các liên kết đơn, liên kết đôi hay liên kết ba.

- Liên kết hiđro là loại liên kết yếu, tạo nên giữa nguyên tử hiđro linh động và nguyên tử có độ âm điện cao. Loại liên kết này ảnh hưởng lớn đến độ tan trong nước, đến nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của nhiều chất.

5. Phản ứng hoá hữu cơ:

II. Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ: Hiđrocacbon

Hiđrocacbon là những hợp chất hữu cơ gồm hai nguyên tố là cacbon và hiđro. 

1. Ankan:

- Dãy đồng đẳng ankan (parafin): Công thức tổng quát: CnH2n + 2 ( n ≥ 1).

Ví dụ: CH4, C2H6, C3H8, ....

- Đồng phân: chỉ có đồng phân mạch C (mạch thẳng, mạch nhánh).

Cách viết đồng phân: 

+ Viết mạch C thẳng. Ta được 1 đồng phân mạch thẳng.

+ Giảm 1 C làm nhánh, xét tính đối xứng để gắn C vào nhánh. Khi số C làm nhánh bằng số C mạch chính thì dừng.

+ Điền H để có đồng phân hoàn chỉnh.

- Công thức tính nhanh: 3 < n < 7

- Gọi tên: 

+ Chọn mạch chính: là mạch dài nhất, nhiều nhánh nhất.

+ Đánh số: từ phía C gần nhánh nhất.

+ Tên: Số chỉ vị trí nhánh – Tên nhánh + Tên mạch chính + an.

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

- Tính chất vật lí: 

+ Nhẹ hơn nước, hầu như không tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

+ C1 → C4 là khí, các ankan tiếp theo là lỏng, C18 trở đi là rắn.

- Đặc điểm: Chỉ gồm các liên kết đơn. 

- Tính chất hoá học:

+ Phản ứng đặc trưng của ankan là phản ứng thế.

Nguyên tử C trong ankan bị thay thế bởi nguyên tố halogen khi chiếu sáng hoặc đun nóng và ưu tiên thế vào H ở C bậc cao.

+ Phản ứng tách: Dưới nhiệt độ và xúc tác thích hợp, ankan có phân tử khối nhỏ bị tách thành các anken tương ứng.

+ Phản ứng đốt cháy:

+ Trong công nghiệp: chưng cất phân đoạn dầu mỏ, ta thu được ankan.

- Ứng dụng: 

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

2. Anken:

- Dãy đồng đẳng anken (olefin): Công thức tổng quát CnH2n ( n ≥ 2).

- Đồng phân: Anken có đồng phân cấu tạo (mạch C và vị trí nối đôi) và đồng phân hình học.

+ Đồng phân cấu tạo:

Cách viết đồng phân: Viết mạch C thẳng. Xét tính đối xứng để đặt liên kết đôi. Ta được các đồng phân mạch thẳng.

Giảm 1 C làm nhánh, xét tính đối xứng để gắn C nhánh và nối đôi, kiểm tra hoá trị C. Khi số C làm nhánh bằng số C mạch chính thì dừng.

Điền H để có đồng phân hoàn chỉnh.

Khi 2 nhóm thế của nguyên tử C mang nối đôi khác nhau thì sẽ xuất hiện đồng phân hình học. Nếu các nhóm thế ( -CH3, -C2H5, -Cl,...) có phân tử khối lớn hơn nằm về cùng một phía với nối đôi sẽ là dạng cis, khác phía là dạng trans.

- Danh pháp:

+ Chọn mạch chính: là mạch dài nhất, chứa nối đôi, nhiều nhánh nhất.

+ Đánh số: từ phía gần nối đôi nhất.

+ Tên: Số chỉ vị trí nhánh – Tên nhánh + Tên mạch chính –  số chỉ vị trí nối đôi –  en.

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

- Đặc điểm cấu tạo: Phân tử có một liên kết đôi, trong đó có một liên kết π và một liên kết σ. 

- Tính chất vật lí: 

+ Nhẹ hơn nước, không tan trong nước.

+ C2 → C4 là khí, C5 trở đi là lỏng hoặc rắn.

+ Khi M tăng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng tăng dần.

- Tính chất hoá học của anken: 

+ Phản ứng đặc là phản ứng cộng (vì có liên kết π kém bền, dễ bị phá huỷ):

Anken cộng H2 sinh ra ankan tương ứng; cộng với halogen hay hợp chất halogen sinh ra dẫn xuất halogen; cộng với nước sinh ra ancol tương ứng.

Quy tắc Macconhicop: Khi cộng hợp chất không đối xứng HX (HCl, HBr, H2O), H ưu tiên gắn vào C bậc thấp, còn X ưu tiên gắn vào C bậc cao.

+ Phản ứng trùng hợp:

- Điều chế: 

- Ứng dụng: 

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

Ankađien

- Ankađien là hiddrocacbon mạch hở, trong phân tử có 2 nối đôi.

- Công thức tổng quát: CnH2n - 2 (n ≥ 3)

- Phân loại: Ankađien có 2 nối đôi liên tiếp nhau, ankađien có 2 nối đôi cách một nối đơn (ankađien liên hợp, ứng dụng nhiều nhất), ankađien có 2 nối đôi cách nhau nhiều nối đôi....

- Tính chất hoá học: Ankađien có tính chất hoá học tương tự anken.

4. Ankin: 

Ankin là những hiđrocacbon mạch hở, trong phân tử chứa một nối ba.

- Công thức tổng quát: CnH2n - 2 , ( n ≥ 2).

- Đồng phân: Ankin có đồng phân mạch C và đồng phân vị trí nối ba, không có đồng phân hình học.

Cách viết đồng phân: 

+ Viết mạch C thẳng. Xét tính đối xứng của mạch C để đặt liên kết ba. Ta được đồng phân mạch thẳng.

+ Giảm 1 C làm nhánh, xét tính đối xứng để gắn C nhánh và nối ba, kiểm tra hoá trị C. Khi số C làm nhánh bằng số C mạch chính thì dừng.

+ Điền H để có đồng phân hoàn chỉnh.

- Danh pháp:

Gọi tên: 

+ Chọn mạch chính: là mạch dài nhất, chứa nối ba, nhiều nhánh nhất.

+ Đánh số: từ phía gần nối ba nhất.

+ Tên: Số chỉ vị trí nhánh – Tên nhánh + Tên mạch chính –  số chỉ vị trí nối ba –  in.

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

- Tên thông thường: 

- Tính chất hoá học: Ankin tham gia phản ứng cộng, trùng hợp và các ank-1-in tham gia phản ứng thế.

- Ứng dụng: 

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

5. Dãy đồng đẳng benzen

- Đồng đẳng benzen là những hiđrocacbon thơm, trong phân tử chứa một vòng benzen.

- CTTQ: CnH2n-6 (n ≥ 6).

- Công thức tính đồng phân:

- Viết đồng phân: Đồng đẳng benzen có đồng phân về vị trí nhóm ankyl trên vòng và cấu tạo mạch C của nhánh.

+ Vòng benzen là mạch chính.

+ 6 vị trí C trên vòng chính là 6 vị trí để gắn nhánh.

+ Nếu số C của nhánh từ 3 trở lên sẽ có đồng phân cấu tạo mạch C của nhánh.

- Tên gọi: Tên nhóm ankyl + benzen.

+ Đánh số sao cho chỉ số nhánh nhỏ nhất.

+ Nếu 2 nhóm thế ở vị trí 1,2 với nhau, ta gọi là ortho- (o-).

+ Nếu 2 nhóm thế ở vị trí 1,3 với nhau, ta gọi là meta- (m-).

+ Nếu 2 nhóm thế ở vị trí 1,4 với nhau, ta gọi là para- (p-).

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

- Đặc điểm cấu tạo: Vòng benzen rất bền vững vì có 3 liên kết đơn xen kẽ 3 liên kết đôi.

 - Tính chất hoá học: 

- Ứng dụng: 

Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ

Mong rằng với phần Tổng hợp lý thuyết hoá hữu cơ về hiđrocacbon trên đây sẽ giúp các em nắm vững kiến thức hoá hữu cơ và chuẩn bị tốt để học những chương tiếp theo.