Ankin

A. Lý thuyết:
I. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp:

1. Dãy đồng đẳng ankin

Ankin là những hiđrocacbon mạch hở có 1 liên kết ba trong phân tử.

Ankin đơn giản nhất là C₂H₂ (HC $\equiv$ CH), có tên thông thường là axetilen.

Dãy đồng đẳng của axetilen có công thức chung là C_nH_2n-2 (n $\geq$ 2, với một liên kết ba).

Ví dụ : HC $\equiv$ CH, CH₃–C $\equiv$ CH,...

2. Đồng phân

* Ankin từ C₄ trở đi có đồng phân vị trí liên kết bội, từ C₅ trở có thêm đồng phân mạch cacbon ( tương tự anken).

* Thí dụ:

C4H₆: CH≡C–CH₂–CH₃ và CH₃ – C ≡ C – CH₃

C₅H₈: CH≡C–CH₂–CH₂–CH₃,

CH₃–C≡ C–CH₂ – CH₃,

HC≡C-CH-CH₃

CH₃

3. Danh pháp

a. Tên thông thường

Tên gốc ankyl (nếu nhiều gốc khác nhau thì đọc theo thứ tự A, B, C) liên kết với nguyên tử C của liên kết ba + axetilen.

Thí dụ:

CH≡C–CH₂–CH₃ etylaxetilen

CH₃–C≡C– CH₃ đimetylaxetilen

CH₃–C≡ C–CH₂ – CH₃ Etylmetylaxetilen

b. Tên thay thế ( Tên IUPAC).

* Tiến hành tương tự như đối với anken, nhưng dùng đuôi " in" để chỉ liên kết ba.

* Các ankin có liên kết ba ở đầu mạch ( dạng R - C≡CH) gọi chung là các ank -1-in.

Thí dụ:

CH≡C–CH₂–CH₃ but -1-in

CH₃–C≡C– CH₃ but-2 -in

CH₃–C≡ C–CH₂ – CH₃pent-2-in

HC≡C-CH-CH₃ 3-metylbut -1-in

CH₃

II. Tính chất vật lí:

III. Tính chất hoá học:

1. Phản ứng cộng:

a. Cộng H₂:

CH $\equiv$ CH + H₂ $\overset{N i, t °}{\to}$ CH₂=CH₂

CH₂=CH₂+ H_{2 $\overset{N i, t °}{\to}$}CH₃-CH₃

- Với xúc tác Pd/PbCO₃ hoặc Pd/ BaSO₄ phản ứng dừng lại tạo anken.

CH $\equiv$ CH+H_{2 $\overset{P d / P b C O_{3}}{\to}$} CH₂=CH₂

- Ứng dụng: phản ứng dùng để đ/c anken từ ankin.

b. Cộng brom, clo:

CH $\equiv$ CH + Br₂ → CHBr = CHBr

1,2 - đibrometen

CHBr=CHBr+ Br₂→CHBr₂-CHBr₂

1,1,2,2-tetrabrometan

c. Cộng HX: ( X là OH, Cl, Br, CH₃COO…)

Phản ứng tuân theo quy tắc Mac-cop-nhi-cop

+ Cộng liên tiếp theo hai giai đoạn:

CH $\equiv$ CH + HCl → CH₂=CHCl (Vinylclorua)

CH₂=CHCl+ HCl →CH₃-CHCl₂(1,1- đicloetan)

Nếu (xt) thích hợp phản ứng dừng lại ở sản phẩm chứa nối đôi (dẫn xuất monoclo của anken).

CH $\equiv$ CH + HCl $\overset{H g C l_{2}, 150 ° C}{\to}$ CH₂=CHCl ( Vinylclorua)

Quan trọng là: Phản ứng cộng H₂O theo tỉ lệ: 1 : 1

CH≡CH +H₂O $\to_{80 ° C}^{H g S O_{4}, H_{2} S O_{4}}$ [CH₂=CH-OH] → CH₃-CH=O

Không bền anđehit axetic

d. Phản ứng đime và trime hoá: ( Thuộc dạng cộng HX)

+ Phản ứng đime hoá:

CH≡ CH +CH≡ CH $\overset{x t, t °}{\to}$ CH ≡C-CH=CH₂ (vinyl axetilen)

+ Phản ứng trime hoá:

3CH≡ CH $\overset{x t, t °}{\to}$ Benzen

2. Phản ứng thế bằng ion kim loại:

Nguyên tử H đính vào cacbon mang liên kết ba linh động hơn rất nhiều so với H đính với cacbon mang liên kết đôi và liên kết đơn, do đó nó có thể bị thay thế bằng nguyên tử kim loại.

Ví dụ : Khi cho axetilen sục vào dung dịch AgNO₃ trong amoniac thì xuất hiện kết tủa màu vàng nhạt sau chuyển sang màu xám :

CH≡ CH+2AgNO₃+2NH₃ → Ag–C≡ C–Ag↓ + 2NH₄NO₃

Bạc axetilua

( Ag₂C₂ màu vàng)

Phản ứng tổng quát:

R–C $\equiv$ C–H + AgNO₃ + NH₃ $\to$ R–C $\equiv$ C–Ag + NH₄NO₃

b. Nhận xét:

+ Phản ứng thế của ank-1-in với dung dịch AgNO₃/NH₃ giúp phân biệt ank-1-in với các ankin khác

3. Phản ứng oxi hoá:

a. Phản ứng oxi hoá hoàn toàn:

C_nH_{2n -2} + $\frac{(3 n - 1)}{2}$ O₂→ nCO₂ + (n-1)H₂O

* Nhận xét: n_ankin = $n_{C O_{2}} - n_{H_{2} O}$

VD:

C₂H₂ + 5/2O₂ → 2CO₂ + H₂O

b. Phản ứng oxi hoá không hoàn toàn:

Các ankin dễ làm mất màu dung dịch brom và thuốc tím như các anken.

IV. Điều chế và ứng dụng:

1. Điều chế:

a. Trong PTN:

CaC₂ + 2H₂O→ C₂H₂ + Ca(OH)₂

Đất đèn ( Canxi cacbua).

b.Trong CN: Từ metan.

2CH₄ $\overset{1500 ° C}{\to}$ C₂H₂ + 3H₂

2. Ứng dụng:

+ Làm nhiên liệu: hàn cắt, đèn xì…

+ Làm nguyên liệu sản xuất hoá hữu cơ: sản xuất PVC, tơ sợi tổng hợp, axit hữu cơ, este…

B. Bài tập:
1. Dạng 1: Hidro hóa ankin.

Giả sử X là hỗn hợp ban đầu gồm C_nH_2n-2 và H₂; Y là hỗn hợp sau phản ứng.

${{C}_{n}}{{H}_{2n-2}}+{{H}_{2}}$ $\xrightarrow{\text{xt, }{{\text{t}}^{\text{o}}}}$ ${{C}_{n}}{{H}_{2n}}$

${{C}_{n}}{{H}_{2n-2}}+2{{H}_{2}}$ $\xrightarrow{\text{xt, }{{\text{t}}^{\text{o}}}}$ ${{C}_{n}}{{H}_{2n+2}}$

*Chú ý:

+ Hỗn hợp Y có thể có: C_nH_2n, C_nH_2n+2, C₂H_2n-2 và H₂ dư

+ Quan hệ về khối lượng, ta có: m_A = m_B

+ Quan hệ về số mol, ta có: n_A – n_B = ${{n}_{{{H}_{2}}}}$ phản ứng $\ne$ n_ankin phản ứng (quan hệ về số mol).

$\Rightarrow$ Thể tích (hay số mol) của hỗn hợp giảm chính là thể tích (hay số mol) của H₂ phản ứng.

2. Dạng 2: Phản ứng thế của ankin với AgNO₃/NH₃:

Chỉ có ank-1-in hoặc các chất có liên kết ba đầu mạch mới có phản ứng với AgNO₃/NH₃.

Ví dụ:

CH₃-C≡CH + AgNO₃ + NH₃ →CH₃-C≡CAg↓ + NH₄NO₃.

CH₃-C≡C-CH₃ + AgNO₃ + NH₃ → không pư.
Tổng quát: C_nH_2n-2 + xAgNO₃ + xNH₃ → C_nH_2n-2-xAgx↓ + xNH₄NO₃.

C_xH_y + aAgNO₃ + aNH₃ → C_xH_y-aAg_a↓ + aNH₄NO₃.
Chú ý:

+ n_ankin = n↓ => m↓ = m_ankin + 107.n↓.a

+ Khối lượng bình đựng AgNO₃/NH₃ tăng bằng khối lượng ankin phản ứng.

+ Để tái tạo lại ankin ta cho ↓ phản ứng với HCl.

+ Anken và ankan không có phản ứng này.

3. Dạng 3: Đốt cháy ankin

${{C}_{n}}{{H}_{2n-2}}+\frac{3n-1}{2}{{O}_{2}}\xrightarrow{Ni,{{t}^{o}}}nC{{O}_{2}}+(n-1){{H}_{2}}O$

*Chú ý:

– Đốt cháy ankin thu được ${{n}_{{{H}_{2}}O}}<{{n}_{C{{O}_{2}}}}$
– Số mol ankin: ${{n}_{ankin}}={{n}_{C{{O}_{2}}}}-{{n}_{{{H}_{2}}O}}$

4. Vận dụng:

VD1: Đốt cháy hoàn toàn V lít (đktc) một ankin thu được 5,4 g H₂O. Tất cả sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào bình nước vôi trong thấy khối lượng bình tăng 25,2 g. V có giá trị là

A. 3,36 lít B. 2,24 lít C. 6,72 lít D. 6 lít

Lời giải:
${{m}_{C{{O}_{2}}}}$ = 25,2 – 5,4 = 19,8 gam. $\Rightarrow$ ${{n}_{C{{O}_{2}}}}$ = 0,45 mol; ${{n}_{{{H}_{2}}O}}$ = 0,3 mol.
$\Rightarrow$ ${{n}_{ankin}}$ = 0,45 – 0,3 = 0,15 mol $\Rightarrow$ V = 3,36 lít.
VD2: Hỗn hợp X gồm propin và một ankin A có tỉ lệ mol 1:1. Lấy 0,3 mol X tác dụng với dung dịch AgNO₃/NH₃ dư thu được 46,2 gam kết tủa. A là

A. But-1-in. B. But-2-in. C. Axetilen. D. Pent-1-in.

Lời giải:
${{n}_{propin}}$ = 0,15 mol. $\Rightarrow$ ${{n}_{CAg\equiv C-C{{H}_{3}}}}$ = 0,15 mol $\Rightarrow$ ${{m}_{CAg\equiv C-C{{H}_{3}}}}$ = 22,05 gam.
${{m}_{\downarrow A}}$ = 24,15 gam. $\Rightarrow$
${{M}_{\downarrow A}}$ = 24,15:0,15 = 161 gam $\Rightarrow$ C₄H₅Ag $\Rightarrow$ CAg≡C-CH₂-CH₃

VD3: Đun nóng hỗn hợp khí gồm 0,06 mol C₂H₂ và 0,04 mol H₂ với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Dẫn toàn bộ hỗn hợp Y lội từ từ qua bình đựng dung dịch brom (dư) thì còn lại 0,448 lít hỗn hợp khí Z (ở đktc) có tỉ khối so với O₂ là 0,5. Khối lượng bình dung dịch brom tăng là:

A. 1,04 gam. B. 1,64 gam. C. 1,20 gam. D. 1,32 gam.

Lời giải:

${{n}_{Z}}$ = 0,02 mol
Theo định luật BTKL: $m={{m}_{{{C}_{2}}{{H}_{2}}}}+{{m}_{{{H}_{2}}}}-{{m}_{Z}}$ = 0,06.26 + 0,04.2 – 0,02.32.0,5 = 1,32 gam.