Bài giảng Hydrocacbon

CHƯƠNG II: HYDROCACBON
2.1 HYDROCACBON NO 
( Ankan và xicloankan)
• Là các hydrocacbon trong phân tử chỉ có 
nguyên tử cacbon sp3 do đó chỉ có liên kết 
đơn. 
• Phân loại: có 2 loại
+ mạch hở là ankan có công thức chung là 
CnH2n+2 (n≥1) 
+ hydrocacbon mạch vòng là xicloankan 
công thức chung là CnH2n( n≥3)
2.1.1 Cấu trúc phân tử
1. Ankan
• Do nguyên tử Csp3, góc hoá trị ≈ 109028’, nên mạch 
ziczăc và tồn tại chủ yếu ở dạng xen kẻ vì đó là cấu 
dạng bền
• Các liên kết C-C và C-H không phân cực hoặc phân cực 
yếu. Do năng lượng liên kết khá lớn ( khoảng 350- 400 
kj/mol) nên nói chung có khả năng phản ứng kém và 
phản ứng thường xãy ra theo kiểu đồng ly
2. Xicloankan
• Vòng 3, 4 nguyên tử C kém bền vì góc hoá trị CCC lệch 
nhiều so với 109,50,
• Vòng 5 và 6 nguyên tử C (xiclopentan, xiclohexan) bền 
và xiclohexan tồn tại chủ yếu ở dạng ghế là dạng bền 
nhất của phân tử
2.1.2 Tính chất vật lý
• Trạng thái : từ C1 C4 là chất khí, C5 C19 là chất lỏng, 
từ C=20 trở lên là chất rắn. Nói chung khi M tăng thì 
nhiệt độ sôi và nóng chảy tăng, càng phân nhánh làm 
cho nhiệt độ sôi giảm đi.
• Các ankan đều nhẹ hơn nước, khối lượng riêng tăng 
dần theo mạch C nhưng nói chung d 0,8 (g/ml)
• Các ankan đều không tan trong nước hoặc tan không 
đáng kể trong nước nhưng chúng tan nhiều trong dung 
môi hữu cơ, bản thân chúng cũng là dung môi hoà tan 
tốt các chất béo và nhiều chất hữu cơ.
2.1.3 Tính chất hoá học
• Khả năng phản ứng rất kém, ở điều kiện thường 
không tác dụng với axit, bazơ, chất oxi hoá, kim 
loại nên ankan còn được gọi là parafin
• Các phản ứng hoá học thường xãy ra ở nhiệt độ 
cao, có chiếu sáng, chất khơi mào hoặc xúc tác 
và hầu hết theo kiểu đồng ly
• Phản ứng đặc trưng nhất là phản ứng thế theo 
cơ chế gốc SR
1) Phản ứng thế hyđro bằng halogen
a -Sơ đồ phản ứng
R-H + X2 R-X + HX (ánhsáng hoặc nhiệt độ)
Ví dụ clo hoá metan
CH4 + Cl2 → CH3Cl + CH2Cl2+ CHCl3 +CCl4 + HCl
b-Cơ chế thế gốc tự do (SR), có 3 giai đoạn:
Khơi mào, phát triển mạch và tắt mạch
c- Khả năng phản ứng
+ Nguyên tử H ở cacbon càng cao thì càng dễ thế
+ Flo cho phản ứng huỷ là chủ yếu, iôt khả năng phản ứng 
kém, thực tế thường clo hoá hoặc brom hoá
+ Tính % các sản phẩm đồng phân
ri.ni
ai % = 100
.ri.ni
Trong đó
• ai là % đồng phân,
• ni là số nguyên tử H tương đương nhau ở cacbon bậc i
• ri là khả năng phản ứng tương đối của H ở C bậc i
• Ví dụ Khi clo hoá propan cho 2 sản phẩm monoclo. Tính 
% các sản phẩm đó biết khả năng phản ứng tương đối 
của H ở C bậc 1 là 1, của bậc 2 là 3
d) Phản ứng của xicloankan với halogen và 
một số hợp chất khác
• Khả năng phản ứng phụ thuộc vào độ lớn của vòng, vòng 
3 cạnh có phản ứng cộng, vòng 5,6 cạnh có phản ứng thế 
tương tự ankan
Phản ứng xiclopropan xiclobutan xiclohexan propan
+ Br2, h
+ HBr
+ H2, ,Ni
1,3-dibrom
Propan
Brompropan
propan
Brom
Xiclobutan
-
butan
Brom
Xiclohexan
-
-
2-brom 
propan
-
-
2. Phản ứng tách
a) Đehydro hoá:
Xúc tác Cr2O3, Cu, Ptcác ankan mạch ngắn bị đehydro hoá
C2H6 C2H4+ H2
CH3-CH2-CH2CH3 CH3-CH=CH-CH3 (sp chính) + H2
CH2=CH-CH2-CH3
CH4 C + 2H2 (1000
0C)
2CH4 C2H2 + 3 H2 (1500
0C)
b) Crăckinh: tạo hỗn hợp các hydrocacbon mạch ngắn
-Nhiệt phân (≥ 6500C)
-Crăckinh xúc tác ( 4500C-5000C)
-Rifocminh: tạo mạch nhánh, hợp chất vòng
3) Phản ứng oxi hoá
a) Oxi hoá hoàn toàn: Dùng làm nhiên liệu
CnH2n+2 + (3n+2)/2O2 nCO2 + (n+1) H2O + Q
b) Oxi hoá không hoàn toàn:
Tuỳ điều kiện phản ứng cho sp khác nhau
+Ví dụ CH4 + O2
CH4
O2 k.k
200 atm, 3000C, Cu
5000C, Ni
HCH=O + H2O
CO2 + 2H2
C + 2H2O
Thi eu khong khi
+ Oxi hoá butan có muối 
mangan xúc tác 
CH3-CH2-CH2-CH3 + O2 (kk) 
 2CH3 COOH
+ oxi hoá xiclohexan
O2, 40atm
1500C
O2, NO
ZnO,t0
nilon-6
nilon 6,6
......
.....
xiclohexanon
O
OH
polihexametylenadipamit
2.1.4 Điều chế, ứng dụng
1. Điều chế
-Trong công nghiệp: Từ khí thiên nhiên, khí dầu 
mỏ, dầu mỏ
- Trong phòng thí nghiệm: 
+ Từ hidrocacbon không no + H2 (xtNi)
+ Từ dẫn xuất halogen + Na
+ Từ xeton
2. Ứng dụng: làm nhiên liệu, nguyên liệu cho 
công nghệ hoá học
2.2 HYĐROCACBON KHÔNG NO
• Là loại hyđrocacbon chứa liên kết bội cabon-
cacbon, phân tử có cấu trúc mạch hở.
• Ta phân biệt hợp chất có 1 liên kết đôi (anken, 
CnH2n , n≥2), nhiều nối đôi (polien), một nối ba 
(ankin, CnH2n-2, n≥2), nhiều liên kết ba (poliin)
2.2.1 Cấu trúc phân tử
1. Anken
• Có Csp2, có 1 liên kết sigma bền và 1 liên kết pi kém bền, 
các góc hoá trị CCH và HCH khoảng 120 0
• Ví dụ phân tử C2H4
Nguyên tử Csp2 có độ âm điện lớn hơn Csp3, hai nguyên tử 
Csp2 liên kết với nhau không thể quay tự do được, do đó có 
xuất hiện đồng phân hình học nếu mỗi nguyên tử C ở liên kết 
đôi liên kết với các nhóm thế khác nhau.
2. Ankadien
Phân tử có hai liên kết đôi, 2 liên kết đôi có thể liền 
nhau (như anlen), hoặc ở xa nhau và nếu hai liên kết đôi 
cách nhau 1 liên kết đơn ta có loại dien liên hợp, khi đó
liên kết đôi ở ankadien dài hơn liên kết đôi của ankadien
không liên hợp, còn liên kết đơn lại ngắn hơn trong 
ankan
3. Ankin:
Phân tử có 2 liên kết pi, do lai hoá đường thẳng nên 
axetilen có cấu tạo thẳng, liên kết 3 ngắn hơn liên kết 
đôi, độ âm điện của Csp lớn hơn Csp2
2.2.2 Tính chất vật lý: xem tài liệu
2.2.3 Tính chất hoá học
1. Cộng H2
Phản ứng toả nhiệt, cần xúc tác Ni, Pt, Pd
 Anken: cho ankan xt Ni
 Ankin: sản phẩm chính của phản ứng tuỳ thuộc xúc tác
nếu xúc tác Pd/PbCO3 cho anken, Ni cho ankan
 Ankadien: khi có xt Pd thì cho anken
CH2=CH-CH=CH2 + H2→ CH2=CH-CH2-CH3 (sp phụ)
CH3-CH=CH-CH3(sp chủ yếu)
Nếu có xt là Ni cho ankan
2. Phản ứng cộng electrophin
a) Anken
 Sơ đồ phản ứng .
>C=CCX - CY<
Trong đó X-Y : H-Hal; H-OH, HO-SO3H, Br-Br...
 Cơ chế : AE
Phản ứng 2 giai đoạn trong đó giai đoạn chậm là tạo 
cacbocation
Y
  C
-Y-
C
X
hay C C
X
cham
C=C X+
nhanh
+Y-
C - C
X
Y
Thí dụ
CH2=CH2 + HBr CH3-CH2
+ CH3-CH2Br
cham nhanh
+Br-
● Hướng cộng của phản ứng :
theo qui tắc Maccôpnhicôp : Trong phản ứng 
cộng electrophin, hướng phản ứng ưu tiên theo 
hướng tạo cacbocation trung gian bền vững nhất
CH3-CH=CH2 + HBr
CH3-CH
+-CH3 CH3-CHBrCH3 (sp chinh)
cham
nhanh
+Br-ben
it ben
CH3-CH2-CH2
+
CH3-CH2-CH2Br ( sp phu)
-Br-
+Br-
nhanh
 Khả năng phản ứng của anken:
Nếu C=C liên kết với nhóm đẩy e khả năng phản ứng 
tăng,liên kết với nhóm hút e knpư giảm
CH2=CH-COOH < CH2=CH-Cl < CH2=CH2 < 
CH2=CH-CH3 < CH2= C(CH3)2
 Khả năng phản ứng của H-Hal:
HI > HBr > HCl > HF
• Lưu ý: Khi cộng HBr có peroxit: cho sp có hướng cộng 
trái Maccôpnhicôp
vì phản ứng xãy ra theo cơ chế cộng gốc tự do AR
CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CH2CH2Br
Nếu không có peoxit hoặc chất tạo gốc khác thì hướng 
cộng theo Maccôpnhicôp
b) Đối với ankin:
-Phản ứng xãy ra tương tự anken về cơ chế, 
hướng của phản ứng và ảnh hưởng của nhóm thế 
đến khả năng phản ứng.
- So với anken thì khả năng phản ứng của ankin 
thấp hơn một ít
+ CH3-C≡CH > CHCH > CH C-COOH
+ CH2= CH2 > CH  CH
Ví dụ
CH≡ C-CH=CH2 + Br2 CH≡C-CHBr-CH2Br 
(1mol) (1mol)
C) Đối với ankadien:
• Phản ứng cộng X2, HX tạo hỗn hợp 2 sản phẩm.
CH2=CH-CH=CH2 +Br2
CH2Br-CH2Br-CH=CH2 + CH2Br-CH=CH-CH2Br
 80% 20%
CH2Br-CH2Br-CH=CH2 + CH2Br-CH=CH-CH2Br
 20% 80%
-80OC
400C
3. Phản ứng cộng đóng vòng Đinxơ-Anđơ
C H
C H 2
C H
C H 2
C H 2
C H 2
+
2 0 0 o C
C H
C H 2
C H 2
C H
C H 2
C H 2
b u ta d ie n
 ( s - c is )
e ty l e n x ic l o h e x e n
4. Phản ứng trùng hợp
a) Anken; xt, t0,tạo polime tương ứng
nCH2=CH-CH=CH2
TiCl4.Al(C2H5)3
n
CH2-CH=CH-CH2
1,3-butadien polibutadien
b) Ankadien: cho sản phẩm là polime, để điều chế cao su
n C H 2=C H 2
TiC l4.A l(C 2H 5)3
20- 30 atm n
ety len polietylen( PE)
C H 2 C H 2
c. Ankin
CH=CH
Cu2Cl2+ NH4Cl, 80
oC
C, 600oC
CH2=CH-C=CH
but-1-en-3-in
C6H6
CCl4, 0-25
oC
CH2=CH2
5000C
CH2= CH-Cl + HCl
1,2-dicloetan vinylclorua
Cl-CH2-CH2-Cl
a) Anken:
Tuỳ điều kiện chất phản ứng và cách tiến hành cho sản 
phẩm khác nhau
Ví dụ
nhưng
CCl4, 0-25
oC
CH2=CH-CH3
5000C
CH2= CH-CH2Cl + HCl
1,2-diclopropan
Cl-CH2-CHCl-CH3
anlyl clorua
5. Phản ứng thế
b) Ankin
Ankin -1: tham gia phản ứng thế H bằng 
một số kim loại
CH=CH
NaNH2/ NH3 long
Ag(NH3)2 OH
Cu(NH3)2
+
Cu-C=C-Cu
Ag-C=C-Ag
Na-C=C-Na
6. Phản ứng oxi hoá
a) Oxi hoá hoàn toàn- đốt cháy trong không khí
b) Oxi hoá không hoàn tòan anken, ankin
+ KMnO4loãng, nguội:làm mất màu dd KMnO4
CH2=CH2 + KMnO4 CH2OH-CH2OH + MnO2 +KOH
CH=CH + KMnO4 CHOH=CHOH
O=CH-CH=OO=CH-COOHHOOC-COOH
HO-CH2-CH=O
+ KMnO4 đặc nóng, hoặc trong môi trường axit:
• Tạo thành sản phẩm là axit, xeton hoặc cả hai loại trên 
tuỳ thuộc vào bậc của nguyên tử cacbon ở liên kết đôi
R-CH=CH-R' KMnO4 R-COOH + R'COOH
R-CH=CR2
KMnO4
R-COOH + R-CO-R
R2C=C R'2
KMnO4 R-CO-R + R'-CO-R'
+ Tác dụng với ozon, sau đó khử bằng Zn
(p/ư ozon phân)
• Cho sản phẩm là andehit, xeton hoặc cả hai loại trên tuỳ 
thuộc vào bậc nguyên tử C ở liên kết đôi
R-CH=CH-R' O3 R-CH CH-R'
R-CH=CR2
1)O3
R-CHO + R-CO-R
R2C=C R'2 R-CO-R + R'-CO-R'
O O
O
R-CH=O = R'-CHO
Zn/CH3COOH
2) Zn/CH3COOH
1)O3
2) Zn/CH3COOH
ĐẶC BIỆT
CH2= CH2+ 1/2O2
PdCl2, CuCl2, 100
0C
CH3-CH=O
2.2.4 Điều chế-Ứng dụng
1) Điều chế
a) Anken
- CN: etylen, propen,buten: từ khí dầu mỏ và khí lò cốc 
- PTN: tách nứơc từ ancol và tách HX từ dẫn xuất halogen
Ví dụ:
CH3-CH2-CH(OH)-CH3
H2SO4, t
O
CH3CH=CH-CH3 + CH2=CH-CH2-CH3 + H2O
CH3-CH2-CHCl-CH3
KOH/ C2H5OH CH3CH=CH-CH3 + CH2=CH-CH2-CH3 + HCl
HƯỚNG TÁCH THEO QUY TẮC ZAIXEP: OH hoặc X tách 
cùng với H ở C bậc cao bên cạnh tạo olefin có nhiều 
nhóm thế ở liên kết đôi
b) Ankadien
• 1,3- butadien
CH3-CH2-CH2-CH3
2C2H5-OH
Cr2O3/Al2O3,
600-6500Cbuten
CH2 = CH - CH = CH2 + H2
CH2 = CH - CH = CH2 + 2H2O + H2
ZnO; MgO& Al2O3
● isopren
CH3-CH2-CH-CH3 Cr2O3/Al2O3,
600-6500C
CH2 = CH - C = CH2 + 2H2
CH3 CH3
c) Ankin
• Đ/c Axetylen: Từ cacbua canxi và từ metan
• Các đồng đẳng axtylen: từ axetylen
CaCO3
10000C
-CO2
CaO
C
-CO
CaC2
H2O
-Ca(OH)2
C2H2
2 CH4
15000C
CH = CH + 3H2
CH = CH
NaNH2
-NH3
NaC = CH R-C = CH
R-X
-NaX
Ứng dụng: Xem tài liệu
Chất tiêu biểu: Xem tài liệu
2.3 HYĐROCACBON THƠM
2.3.1 Cấu trúc của phân tử benzen và
khái niệm về vòng thơm
1. Cấu trúc của phân tử benzen
Các ng tử C ở trạng thái lai hoá sp2, và góc hoá trị đều 1200
2. Cấu trúc của vòng thơm- khái niệm tính thơm
a) Cấu trúc
• Vòng có cấu tạo phẳng và có hệ liên hợp vòng kính
• Hệ liên hợp vòng kín đó có số e hoặc ep cặp đôi đều 
và thoả mãn qui tắc Hucken: k=4n+2 (n=0,1,2)
• Ví dụ
b) Khái niệm tính thơm:
Tính thơm là tính chất của các hệ liên hợp vòng kín, khi mở 
vòng năng lượng của hệ tăng lên, dễ tham gia phản ứng thế, 
khó tham gia phản ứng cộng và oxi hoá. Các nhóm thế trong 
vòng có ảnh hưởng và đặc trưng đối với tính chất của vòng
2.3.2 Tính chất vật lý
2.3.3 Tính chất hoá học
1. Phản ứng thế electrophin ở nhân thơm
a) Sơ đồ:
Ar-H + Z- –E+ → Ar-E + H-Z
Trong đó Z-E có thể là
Br - Br ( xt FeBr3,,AlBr3)
HO -NO2
HO - SO3H
HO - R
Cl - CO-R (xt: AlCl3)
b) Cơ chế: SE2(Ar) 
Có nhiều giai đoạn , giai đoạn chậm tạo phức 
+ E+
cham
H E
nhanh
E
+ H +
Benzen phức  sản phẩm thế
c) Quy luật thế
c1) Phân loại nhóm thế: Chia thành 3 loại: loại 1,2 và hỗn tạp
+ Loại 1 (nhóm định hướng octo và para) các nhóm có +I, +C, +H
Gồm : ankyl, OH, NH2, OR, NHR, các halogen
+ Loại 2 ( nhóm định hướng meta) có các hiệu ứng –I, -C: 
-+NR3; - NO2; -CHO; -NO2 ; -COOH
+ Hỗn tạp: không ưu tiên định hướng rõ rệt:- NO, - CH2-NO2
C2 ) Qui luật thế
• Khi có 1 nhóm thế:
• Khi có 2 nhóm thế trở lên
C H 3
+ H N O 3
C H 3 C H 3
N O 2
N O 2
+
+ H 2 O
N O 2
+ H N O 3
N O 2
N O 2
+ H 2 O
O H
+ H N O 3
O H
O H
N O 2
+
+ H 2O
O H
+ H N O 3
O H
+ H 2O
N O 2
N O 2
N O 2
O 2N
C H 3 C H 3
N O 2
2. Phản ứng cộng: khó khăn
a) Cộng H2: xt Ni + 3 H2 Ni
1500C
b) Cộng halogen: thường với Clo, brom
+ 3 Cl2 as
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
3) Phản ứng oxi hoá
a) Phản ứng cháy: toả nhiệt, nhiều khói
b) Oxi hoá không hoàn toàn:
benzen không bị oxi hoá ở điều kiện thường, nhưng ở 
nhiệt độ cao, xt thì bị oxi hoá không hoàn toàn với chất 
oxi hoá là oxi
+ 9/2 O2
V2O5
400-4500C
C
C
O
O
O
anhydrit maleic
4.Các phản ứng ở nhánh cuả ankylbenzen
a) Halogen hoá mạch 
nhánh
Thế chủ yếu ở vị trí , có 
as, chất phản ứng là Clo, 
brom
CH3
CH2CH2CH3
CH2Cl
CH2Cl-CH2CH3
+ Cl2
+ Cl2 + HCl
+ HCl
b) Oxi hoá mạch nhánh: 
sản phẩm là axit thơm
CH3
CH2CH2CH3
COOK
KMnO4 H+
COOH
KMnO4
COOK
H+
COOH
3.3.5 Điều chế- ứng dụng
1) Điều chế
• CN: benzen, toluen, naphtalen: chưng cất từ nhựa than đá
• Điều chế benzen và toluen bằng phản ứng đehydro hoá-
đóng vòng từ n-ankan tương ứng
• Từ toluen + H2 ,nhiệt độ chuyển thành benzen và metan
• Điều chế các đồng đẳng của benzen từ benzen bằng 
phản ứng ankyl hoá Friedel-Craft
2) Ứng dụng: Xem tài liệu
3.3.6 Chất tiêu biểu: xem tài liệu