Lý thuyết anken từ cơ bản đến nâng cao

Anken là một họ hydrocarbon không no (hợp chất chỉ chứa carbon và hydro) có chứa liên kết đôi carbon-carbon. Công thức tổng quát của nó là C_nH_2n (n≥2)

Đồng phân của anken

Anken có 2 dạng đồng phân chính gồm đồng phân cấu trúc và đồng phân hình học.

Đồng phân cấu trúc

Tất cả các anken có từ 4 nguyên tử carbon trở lên đều thể hiện tính đồng phân cấu trúc. Điều này có nghĩa là có hai hoặc nhiều công thức cấu trúc khác nhau mà bạn có thể vẽ cho mỗi công thức phân tử.

Ví dụ: C₄H₈ (Buten) có thể biểu diễn ba đồng phân cấu trúc gồm:

• CH₂=CH-CH₂-CH₃,
• CH₃-CH=CH₂-CH₃
• CH₂=C-CH₃-CH₃

Đồng phân hình học

Phân tử anken thường có chứa 1 liên kết đôi gồm 1 liên kết σ và một liên kết π. Hai nhóm nguyên tử cacbon C=C vì tồn tại liên kết π nên chúng không thể quay quanh trục liên kết được. Vì vậy, một số đồng phân của anken có công thức cấu tạo giống nhau nhưng khác nhau về sự phân bổ trong không gian, liên kết này được gọi là đồng phân hình học.

Một anken bất kỳ nếu có có 4 nguyên tố cacbon trở lên đề tồn tại cấu trúc đồng phân hình học. Anken có 2 dạng đồng phân hình học gồm:

• Nếu mạch chính anken nằm khác phía với liên kết π gọi là đồng phân trans.
• Nếu mạch chính nằm cùng phía với liên kết π gọi là đồng phân cis.

Tính chất vật lý của Anken

• Tất cả các anken đều không tan trong nước do lực van der Waal yếu.
• Anken tồn tại tự nhiên ở cả ba trạng thái lỏng, khí và rắn.
• Anken có thể hòa tan trong dung môi hữu cơ như benzen hoặc acetone vì ở đây lực van der Waal sẽ được thay thế bằng lực mới, làm cho anken hòa tan hoàn toàn.
• Điểm sôi của các anken phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của chúng. Chuỗi phân tử của chúng càng lớn thì điểm sôi càng cao. Vì vậy các anken bậc cao có nhiệt độ sôi rất cao.
• Độ phân cực của các anken sẽ phụ thuộc vào nhóm chức của chúng

Tính chất hóa học của Anken

Anken có 4 tính chất hóa học chính gồm:

• Phản ứng cộng với nhóm Halogen hoặc với nhóm HX(HCl, HBr…)
• Phản ứng thế với khí Clo.
• Phản ứng oxi hóa khử.
• Phản ứng trùng ngưng.

Phản ứng cộng của anken

Anken có thể tham gia phản ứng cộng với H2, Br và nhóm HX.

Phản ứng cộng với khí Hidro.

Bất kỳ anken nào khi tham phản ứng cộng với H2 đều tạo thành sản phẩm mới là ankan.

Công thức tổng quát: C_nH_2n + H2 → C_nH_{2n + 2}

Ví dụ:

• C₂H₄ + H₂ → C₃H₆
• C₃H₆ + H₂ → C₃H₈

Phản ứng cộng với dung dịch Brom

Anken có thể làm mất màu dung dịch Brom và dung dịch Br2 là thuốc thử để nhận biết sự tồn tại của hợp chất anken.

Công thức tổng quát: C_nH_2n + Br₂ → C_nH_2nBr₂

Ví dụ:

• C₂H₄ +Br₂→ C₂H₄Br₂

Phản ứng cộng với nhóm HX

Tất cả các anken đều phản ứng bổ sung với các halogen hydro. Một nguyên tử hydro liên kết với một trong các nguyên tử carbon ban đầu trong liên kết đôi và một nguyên tử halogen khác.

Phương trình tổng quát: C_nH_2n + HX → C_nH_2n+1X

• Phương trình phản ứng: C₂H₄ + HCl → CH₂-CH₃Cl

Phản ứng oxi hóa khử của anken

Có 2 trường hợp có thể xảy ra là phản ứng oxi hóa hoàn toàn và oxi hóa một phần.

Phản ứng oxi hóa hoàn toàn

Hay còn gọi là phản ứng đốt cháy anken và sản phẩm tạo thành là khí CO2 và nước.

Phương trình tổng quát

Ví dụ: 

• C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O
• 2C3H6 + 9O2 → 6CO2 + 6H20

Phản ứng oxi hóa 1 phần

Anken làm mất màu dung dịch thuốc tím KMnO4, nên các bạn có thể dùng thuốc tím để nhận biết sự hiện diện của anken.

Ví dụ:

• 3C₂H₄ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3C₂H₆O₂ + 2KOH + 2MnO₂

Phản ứng trùng ngưng của anken

Là loại phản ứng để tạo thành các hợp chất cao phân tử hay còn gọi là hợp chất polime.

Ví dụ: 

• nCH2=CH2 → (-CH­2–CH2-)n (Phản ứng trùng hợp của etilen để tạo thành nhưa PE).
• nCH2=CH–CH3 → (-CH2–CH(CH3)-)n ( Phản ứng trùng ngưng Propylene để tạo thành nhựa PP)

Phản ứng thế với khí Clo

Phản ứng chỉ xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao (từ 450 – 5500C).

Ví dụ:

CH₂=CH₂ + Cl₂ → CH₂=CHCl + HCl

CH₂=CH-CH₃ + Cl₂ → CH₂=CH-CH₂Cl + HCl

Các phản ứng khác của nhóm anken

Phản ứng với Flo

Ethene phản ứng nổ với flo để tạo ra khí carbon và hydro florua.

• C₂H₄ + 2F → 2C + 4HF

Phản ứng với iốt

• Hoặc C₂H₄ +Br₂  + H₂O → CH₂-CH₂OHBr + HBr

Phản ứng với Axit Sunfurit

Anken phản ứng với axit sunfuric đậm đặc trong điều kiện nhiệt độ lạnh để tạo ra hydrogensulphat kiềm.

• Phương trình phản ứng: C₂H₄ + H₂SO₄ → CH₃CH₂OSO₂OH.

Cấu trúc của phân tử sản phẩm đôi khi được viết là CH₃CH₂HSO₄, hoặc CH₃CH₂OSO₃H.

Sản phẩm tạo thành từ phản ứng với axit Sunfurit khi tác dụng với nước có thể tạo ra rượu ethanol.

• Phương trình phản ứng: CH₃CH₂OSO₂OH + H2O → CH₃-CH₂-COOH + H₂SO₄

Điều chế Anken

Ta có thể điều chế anken trong phòng thí nghiệm bằng rượu ethanol với chất xúc tác là axit hoặc làm mất nước.

Sử dụng rượu ethanol

Nếu hơi ethanol được truyền qua bột nhôm oxit nóng, thì ethanol về cơ bản bị nứt để tạo ra ethene và hơi nước.

• Phương trình phản ứng: CH₃-CH₂-OH → C₂H₄ + H₂O

Hoặc có thể sử dụng các chất xúc tác axit thường được sử dụng là axit sunfuric đậm đặc hoặc axit photphoric (V) đậm đặc, H₃PO_4.