Tổng quan về Alkane: cấu tạo danh pháp và tính chất vật lí

Đại cương về Alkane: cấu tạo, danh pháp và tính chất vật lí
I. Đồng đẳng, đồng phân Alkane Hóa 11
1. Đồng đẳng, cấu tạo
- Công thức tổng quát chung cho alkane là CnH2n+2 (n ≥ 1).
- Tên gọi chung là alkane hay paraffin.
- Công thức đơn giản nhất là methane (CH4).
- Mạch cacbon hở, có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh.
- Trong phân tử chỉ có liên kết đơn (liên kết, …) tạo thành từ 4 obitan lai hóa sp3 của nguyên tử cacbon, định hướng kiểu tứ diện đều. Do đó mạch cacbon có dạng gấp khúc. Các nguyên tử cacbon có thể quay tương đối tự do xung quanh các liên kết đơn.
2. Đồng phân
a. Đồng phân mạch cacbon
Alkane chỉ có đồng phân mạch C khi có từ 4C trở lên.
Ví dụ: Các đồng phân của C5H12.

b. Bậc của cacbon
Bậc của 1 nguyên tử cacbon ở phân tử alkane bằng số nguyên tử C liên kết trực tiếp với nó.
Ví dụ:

- alkane không phân nhánh là alkane chỉ chứa nguyên tử C bậc I hoặc bậc II.
- alkane phân nhánh là alkane có chứa C bậc III hoặc C bậc IV.
II. Danh pháp Alkane và phản ứng reforming Alkane
– Tên gọi gồm: tên mạch cacbon có đuôi an.

• CH4: Metan
• C2H6: Etan
• C3H8: Propan
• C4H10: Butan
• C5H12: Pentan
• C6H14: Hexan
• C7H16: Heptan
• C8H18: Octan
• C9H20: Nonan
• C10H22: Đecan

– Phân tử có mạch nhánh thì gọi theo quy tắc sau:

• Chọn mạch chính: là mạch dài nhất có nhiều nhóm thế nhất.
• Đánh số vị trí cacbon trong mạch chính bắt đầu từ phía gần nhánh hơn.
• Gọi tên: Vị trí mạch nhánh + tên nhánh + tên mạch chính (tên alkane tương ứng với số nguyên tử cacbon trong mạch chính).

*Lưu ý:
Tên thường:
+ Nếu chỉ có một nhánh duy nhất CH3 ở nguyên tử C số 2 thì thêm tiền tố iso.

+ Nếu có 2 nhánh CH3 ở C số 2 thì thêm tiền tố neo.

III. Cấu trúc phân tử alkane
1. Sự hình thành liên kết trong phân tử alkane

• Các nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp3.
• Mỗi nguyên tử C nằm ở tâm mà 4 đỉnh là các nguyên tử H hoặc C.
• Liên kết C-C, C-H đều là liên kết σ.
• Các góc liên kết xấp xỉ 109,5o.

2. Cấu trúc không gian của alkane
a. Mô hình phân tử

b. Cấu dạng

- Các liên kết đơn C-C có thể quay tự do quanh trục liên kết tạo ra vô số dạng khác nhau về vị trí tương đối trong không gian gọi là các cấu dạng.
- Cấu dạng xen kẽ bền hơn cấu dạng che khuất.
- Các cấu dạng luôn chuyển đổi cho nhau.
IV. Tính chất vật lý của Alkane
- Ở điều kiện thường, các alkane từ C1 đến C4 ở trạng thái khí, từ C5 đến khoảng C18 ở trạng thái lỏng, từ khoảng C18 trở đi ở trạng thái rắn.
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng dần khi tăng số nguyên tử cacbon trong phân tử: 4 chất đầu là chất khí, các chất có n từ 5 đến 19 là chất lỏng, khi n ≥ 20 là chất rắn.
- Đều không tan trong nước nhưng dễ tan trong các dung môi hữu cơ.
- alkane đều là những chất không màu.
- Các alkane nhẹ nhất như methane, etan, propane là những khí không mùi. alkane từ C5 − C10 có mùi xăng, từ C10 − C16 có mùi dầu hỏa. Các alkane rắn rất ít bay hơi nên hầu như không mùi.