Bài 32: Ankin

Ankin: là những hidrocacbon mạch hở có 1 liên kết 3 (C≡C) trong phân tử.

1.1. Dãy đồng đẳng của ankin

Dãy đồng đẳng của ankin: C₂H₂, C₃H₄, … C_nH_2n-2 (n ≥2)

Công thức electron: 

Công thức cấu tạo: \(H - C \equiv C - H\)

Hình 1: Mô hình phân tử axetilen dạng đặc và dạng rỗng

1.2. Đồng phân

Hai chất đầu dãy C_2, C₃ không có đồng phân ankin.

Các ankin từ C₄ trở lên có đồng phân vị trí liên kết ba

Từ C₅ còn có đồng phân mạch Cacbon (tương tự anken) 

Ví dụ:  Đồng phân C₄H₆

CH≡C−CH₂−CH₃: but-1-in  (Etyl axetilen)

CH₃−C≡C−CH₃: but-2-in (Đimetyl axetilen)

Ví dụ: Đồng phân C₅H₈

CH≡C−CH₂−CH₂−CH₃: pent-1-in (Propyl axetilen)

: 3-metyl but-1-in (isopropyl axetilen)

CH₃−C≡C−CH₂−CH₃: pent-2-in (Etyl metyl axetilen)

1.3. Danh pháp

a) Tên thông thường

b) Tên thay thế:

Số chỉ vị trí-tên nhánh|tên mạch chính|-số chỉ vị trí-in

Các ankin có liên kết ba đầu mạch (dạng \(R - C \equiv CH\))

Ankin có nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối.

Ankin có nhiệt độ sôi cao hơn và khối lượng riêng lớn hơn các anken tương ứng.

Các ankin không tan trong nước và nhẹ hơn nước.

Nguyên tử C của liên kết 3 ở trạng thái lai hoá sp (lai hoá phẳng) → (HCC) = 180⁰.

Liên kết 3 C≡C gồm 1 liên kết \(\sigma\) và 2 liên kết \(\pi\)

3.1. Phản ứng cộng

a. Cộng Hidro

Dùng Pb/PdCO₃ hoặc Pd/BaSO₄. Ankin chỉ cộng một phân tử hidro tạo anken.

CH≡CH + H₂      CH₂ ═ CH₂

CH≡CH + 2H₂    CH₃ ─ CH₃

b. Cộng Br₂:

c. Cộng HCl

 CH≡CH + HCl    CHCl═CH₂

 CHCl═CH₂ +HCl     CHCl₂─CH₃

d. Cộng nước (hiđrat hoá)

  CH≡CH + H₂O  [CH₂═CH─OH]  (không bền)   →  CH₃CHO (anđehit axetic)

Lưu ý: Phản ứng cộng HX, H₂O vào các ankin trong dãy đồng đẳng của axetilen cũng tuân theo quy tắc Maccopnhicop như anken.

e. Phản ứng đimehoá, trimehoá.

2 CH≡CH     CH₂ ═ CH─C≡CH

3 CH≡CH    C₆H₆

3.2. Phản ứng thế bằng ion kim loại

Hình 2: Phản ứng thế nguyên tử Hidro của C₂H₂ bằng ion bạc

a) trước khi sục khí C₂H₂

b) Sau khi sục khí C₂H₂

CH≡CH + 2AgNO₃ + 2 NH₃ → AgC≡CAg ↓_vàng + 2 NH₄NO₃   

Nguyên tử H đính với C mang liên kết 3 linh động hơn rất nhiều so với C liên kết đôi, đơn => nó có thế bởi ion KL.

Phản ứng này dùng để nhận biết các ankin 1 (có liên kết 3 ở đầu mạch)

RC≡CH + 2 AgNO₃ + 2 NH₃→ RC≡CAg + 2 NH₄NO₃ 

3.3. Phản ứng oxi hoá

a. Phản ứng oxi hoá hoàn toàn

2C_nH_2n-2 + (3n -1)O₂ → 2n CO₂ + 2(n-1) H₂O

b. Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

Mất màu KMnO₄

Hình 3: Axetilen làm mất màu dd thuốc tím

4.1. Phòng thí nghiệm

CaC₂ + H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂ ↑

4.2. Công nghiệp

Đi từ dầu mỏ:

2 CH₄   →    C₂H₂ + 3 H₂ (ĐK: 1500^oC)

Đi từ đá vôi:

CaCO₃ → CaO → CaC₂ → C₂H₂

Dùng trong CN hàn cắt KL

Nguyên liệu tổng hợp chất hữu cơ cơ bản.

Hình 4: ứng dụng của axetilen

Hình 5: Đất đèn làm trái cây mau chín

Bài 1:

Khi điều chế axetilen bằng phương pháp nhiệt phân nhanh CH₄ thu được hỗn hợp A gồm axetilen, hydro và một phần metan chưa phản ứng. Tỷ khối hơi cuả A so với hydro bằng 5. Hiệu suất chuyển hóa metan thành axetilen là:

Hướng dẫn:

Xét 1 mol CH₄

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂

 x   →  0,5x → 1,5x mol

⇒ Sau phản ứng: n_hh = 1 + x (mol)

Bảo toàn khối lượng: m_trước = m_sau

⇒ 16.1 = 5.2.(1 + x)

⇒ x = 0,6 mol

⇒ H% = 60%

Bài 2:

Một hidrocacbon X mạch thẳng có CTPT C₆H₆. Khi cho X tác dụng với dung dịch AgNO₃/NH₃ dư thu được hợp chất hữu cơ Y có MY - M_X = 214 đvc. Xác định CTCT của X?

Hướng dẫn:

Vì X phản ứng với AgNO₃/NH₃ ⇒ X có nhóm -C ≡ CH đầu mạch

Công thức tổng quát: C_xH_y(C ≡ CH)n

C_xH_y(C ≡ CH)n → C_xH_y(C ≡ CAg)_n

⇒ M_Y – M_X = 107x = 214 ⇒ n = 2

Vì X mạch thẳng ⇒ X là CH ≡ C – CH₂ – CH₂ – C ≡ CH

Bài 3:

Nung nóng bình kín chứa 0,5 mol H₂ và 0,3 mol ankin X (có bột Ni xúc tác), sau một thời gian thu được hỗn hợp Y. Tỉ khối của Y so với H₂ bằng 16,25. Hỗn hợp Y phản ứng tối đa với 32 gam Br₂ trong dung dịch. Công thức phân tử của X là:

Hướng dẫn:

\(n_{Br_{2}} = n_{pi(Y)}= 0,2 mol; \ n_{pi}\) (hh đầu) \(= 2n_{ankin} = 0,6 \ mol\)

⇒ \(n_{H_{2}}\) pứ \(=n_{pi}\) (hh đầu) \(- \ n_{pi(Y)} = 0,4 \ mol\)

⇒ sau phản ứng \(n_{Y} = n_{X} – n\) \(- n_{H_{2}}\) pứ \(= 0,5 + 0,3 - 0,4 = 0,4 \ mol\)

 \(m_{X} = m_{Y} = M_{Y} \times n_{Y} = 16,25 \times 2 \times 0,4 = 13 \ g\)

⇒ \(m_{X}= 13 = 0,5 \times 2 + 0,3 \times M_{X}\)

⇒ \(M_{X} = 40 (C_{3}H_{4})\)

Ankin: là những hidrocacbon mạch hở có 1 liên kết 3 (C≡C) trong phân tử.

1.1. Dãy đồng đẳng của ankin

Dãy đồng đẳng của ankin: C₂H₂, C₃H₄, … C_nH_2n-2 (n ≥2)

Công thức electron: 

Công thức cấu tạo: \(H - C \equiv C - H\)

Hình 1: Mô hình phân tử axetilen dạng đặc và dạng rỗng

1.2. Đồng phân

Hai chất đầu dãy C_2, C₃ không có đồng phân ankin.

Các ankin từ C₄ trở lên có đồng phân vị trí liên kết ba

Từ C₅ còn có đồng phân mạch Cacbon (tương tự anken) 

Ví dụ:  Đồng phân C₄H₆

CH≡C−CH₂−CH₃: but-1-in  (Etyl axetilen)

CH₃−C≡C−CH₃: but-2-in (Đimetyl axetilen)

Ví dụ: Đồng phân C₅H₈

CH≡C−CH₂−CH₂−CH₃: pent-1-in (Propyl axetilen)

: 3-metyl but-1-in (isopropyl axetilen)

CH₃−C≡C−CH₂−CH₃: pent-2-in (Etyl metyl axetilen)

1.3. Danh pháp

a) Tên thông thường

b) Tên thay thế:

Số chỉ vị trí-tên nhánh|tên mạch chính|-số chỉ vị trí-in

Các ankin có liên kết ba đầu mạch (dạng \(R - C \equiv CH\))

Ankin có nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối.

Ankin có nhiệt độ sôi cao hơn và khối lượng riêng lớn hơn các anken tương ứng.

Các ankin không tan trong nước và nhẹ hơn nước.

Nguyên tử C của liên kết 3 ở trạng thái lai hoá sp (lai hoá phẳng) → (HCC) = 180⁰.

Liên kết 3 C≡C gồm 1 liên kết \(\sigma\) và 2 liên kết \(\pi\)

3.1. Phản ứng cộng

a. Cộng Hidro

Dùng Pb/PdCO₃ hoặc Pd/BaSO₄. Ankin chỉ cộng một phân tử hidro tạo anken.

CH≡CH + H₂      CH₂ ═ CH₂

CH≡CH + 2H₂    CH₃ ─ CH₃

b. Cộng Br₂:

c. Cộng HCl

 CH≡CH + HCl    CHCl═CH₂

 CHCl═CH₂ +HCl     CHCl₂─CH₃

d. Cộng nước (hiđrat hoá)

  CH≡CH + H₂O  [CH₂═CH─OH]  (không bền)   →  CH₃CHO (anđehit axetic)

Lưu ý: Phản ứng cộng HX, H₂O vào các ankin trong dãy đồng đẳng của axetilen cũng tuân theo quy tắc Maccopnhicop như anken.

e. Phản ứng đimehoá, trimehoá.

2 CH≡CH     CH₂ ═ CH─C≡CH

3 CH≡CH    C₆H₆

3.2. Phản ứng thế bằng ion kim loại

Hình 2: Phản ứng thế nguyên tử Hidro của C₂H₂ bằng ion bạc

a) trước khi sục khí C₂H₂

b) Sau khi sục khí C₂H₂

CH≡CH + 2AgNO₃ + 2 NH₃ → AgC≡CAg ↓_vàng + 2 NH₄NO₃   

Nguyên tử H đính với C mang liên kết 3 linh động hơn rất nhiều so với C liên kết đôi, đơn => nó có thế bởi ion KL.

Phản ứng này dùng để nhận biết các ankin 1 (có liên kết 3 ở đầu mạch)

RC≡CH + 2 AgNO₃ + 2 NH₃→ RC≡CAg + 2 NH₄NO₃ 

3.3. Phản ứng oxi hoá

a. Phản ứng oxi hoá hoàn toàn

2C_nH_2n-2 + (3n -1)O₂ → 2n CO₂ + 2(n-1) H₂O

b. Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn

Mất màu KMnO₄

Hình 3: Axetilen làm mất màu dd thuốc tím

4.1. Phòng thí nghiệm

CaC₂ + H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂ ↑

4.2. Công nghiệp

Đi từ dầu mỏ:

2 CH₄   →    C₂H₂ + 3 H₂ (ĐK: 1500^oC)

Đi từ đá vôi:

CaCO₃ → CaO → CaC₂ → C₂H₂

Dùng trong CN hàn cắt KL

Nguyên liệu tổng hợp chất hữu cơ cơ bản.

Hình 4: ứng dụng của axetilen

Hình 5: Đất đèn làm trái cây mau chín

Bài 1:

Khi điều chế axetilen bằng phương pháp nhiệt phân nhanh CH₄ thu được hỗn hợp A gồm axetilen, hydro và một phần metan chưa phản ứng. Tỷ khối hơi cuả A so với hydro bằng 5. Hiệu suất chuyển hóa metan thành axetilen là:

Hướng dẫn:

Xét 1 mol CH₄

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂

 x   →  0,5x → 1,5x mol

⇒ Sau phản ứng: n_hh = 1 + x (mol)

Bảo toàn khối lượng: m_trước = m_sau

⇒ 16.1 = 5.2.(1 + x)

⇒ x = 0,6 mol

⇒ H% = 60%

Bài 2:

Một hidrocacbon X mạch thẳng có CTPT C₆H₆. Khi cho X tác dụng với dung dịch AgNO₃/NH₃ dư thu được hợp chất hữu cơ Y có MY - M_X = 214 đvc. Xác định CTCT của X?

Hướng dẫn:

Vì X phản ứng với AgNO₃/NH₃ ⇒ X có nhóm -C ≡ CH đầu mạch

Công thức tổng quát: C_xH_y(C ≡ CH)n

C_xH_y(C ≡ CH)n → C_xH_y(C ≡ CAg)_n

⇒ M_Y – M_X = 107x = 214 ⇒ n = 2

Vì X mạch thẳng ⇒ X là CH ≡ C – CH₂ – CH₂ – C ≡ CH

Bài 3:

Nung nóng bình kín chứa 0,5 mol H₂ và 0,3 mol ankin X (có bột Ni xúc tác), sau một thời gian thu được hỗn hợp Y. Tỉ khối của Y so với H₂ bằng 16,25. Hỗn hợp Y phản ứng tối đa với 32 gam Br₂ trong dung dịch. Công thức phân tử của X là:

Hướng dẫn:

\(n_{Br_{2}} = n_{pi(Y)}= 0,2 mol; \ n_{pi}\) (hh đầu) \(= 2n_{ankin} = 0,6 \ mol\)

⇒ \(n_{H_{2}}\) pứ \(=n_{pi}\) (hh đầu) \(- \ n_{pi(Y)} = 0,4 \ mol\)

⇒ sau phản ứng \(n_{Y} = n_{X} – n\) \(- n_{H_{2}}\) pứ \(= 0,5 + 0,3 - 0,4 = 0,4 \ mol\)

 \(m_{X} = m_{Y} = M_{Y} \times n_{Y} = 16,25 \times 2 \times 0,4 = 13 \ g\)

⇒ \(m_{X}= 13 = 0,5 \times 2 + 0,3 \times M_{X}\)

⇒ \(M_{X} = 40 (C_{3}H_{4})\)