a. Khái niệm

Hydrocarbon không no là những hydrocarbon trong phân tử có chứa liên kết đôi, liên kết ba (gọi chung là liên kết bội) hoặc đồng thời cả liên kết đôi và liên kết ba.

 

– Alkene là những hydrocarbon mạch hở, chỉ chứa các liên kết đơn và một liên kết đôi C=C trong phân tử, có công thức chung C_nH_2n (n≥2).

– Alkyne là những hydrocarbon mạch hở, chỉ chứa các liên kết đơn và một liên kết ba C=C trong phân tử, có công thức chung C_nH_2n–2 (n≥2).

– Trong phân tử ethylene (ethene), 2 nguyên tử carbon chứa liên kết đôi cùng 4 nguyên tử hydrogen đều nằm trên một mặt phẳng (gọi là mặt phẳng phân tử), các góc HCH và HCC gần bằng 120° (Hình 13.1).

Hình 13.1. Mô hình phân tử ethene

 

– Trong phân tử acetylene (ethyne), 2 nguyên tử carbon chứa liên kết ba cùng 2 nguyên tử hydrogen đều nằm trên một đường thẳng (Hình 13.2).

 

Hình 13.2. Mô hình phân tử ethyne

b. Đồng phân

 Đồng phân cấu tạo

Alkene và alkyne có hai loại đồng phân cấu tạo là đồng phân vị trí liên kết bội (từ C4 trở lên) và đồng phân mạch carbon (từ C4 trở lên với alkene và từ C5 trở lên với alkyne).

 

Ví dụ: alkene C₄H₈ có ba đồng phân cấu tạo:

Đồng phân hình học

Trong phân tử alkene nếu mỗi nguyên tử carbon của liên kết đôi liên kết với hai nguyên tử hoặc hai nhóm nguyên tử khác nhau thì sẽ có đồng phân hình học.

 

– Nếu mạch chính nằm ở cùng một phía của liên kết đôi, gọi là đồng phân hình học dạng cis-.

– Nếu mạch chính nằm ở hai phía khác nhau của liên kết đôi, gọi là đồng phân hình học dạng trans-.

Ví dụ: phân tử but-2-ene có hai đồng phân hình học dạng cis- và dạng trans-

 

Hình 13.3. Công thức cấu tạo và mô hình phân tử của cis-but-2-ene (a) và trans-but-2-ene (b)

 

c. Danh pháp

– Tên thay thế của alkene hay alkyne gồm hai phần: phần tiền tố cho biết số lượng nguyên tử carbon trong mạch carbon (eth-, prop-, but-,…), phần hậu tố (tương tự như -ane trong alkane) là -ene (đối với alkene) hay -yne (đối với alkyne).

Ví dụ: 

 

– Khi mạch carbon dài hơn:

– Chọn mạch carbon dài nhất, có nhiều nhánh nhất và có chứa liên kết bội làm mạch chính. – Đánh số sao cho nguyên tử carbon có liên kết bội (đôi hoặc ba) có chỉ số nhỏ nhất (đánh số mạch chính từ đầu gần liên kết bội).  – Dùng chữ số (1, 2, 3,… ) và gạch nối (-) để chỉ vị trí liên kết bội (nếu chỉ có một vị trí duy nhất của liên kết bội thì không cần). – Nếu alkene hoặc alkyne có nhánh thì cần thêm vị trí nhánh và tên nhánh trước tên của alkene và alkyne tương ứng với mạch chính.

 

– Tên của alkene và alkyne không phân nhánh được gọi như sau:

 

– Tên của alkene và alkyne có mạch nhánh được gọi như sau:

 

Ví dụ: 

 

Bảng 13.1. Tên gọi và tính chất vật lí của một số alkene, alkyne

 

– Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng của alkene, alkyne không khác nhiều với alkane tương ứng. Các alkene, alkyne là những hợp chất không có mùi và đều nhẹ hơn nước.

– Ở nhiệt độ thường, phần lớn các alkene và alkyne từ C2 đến C4 ở trạng thái khí, từ C5 đến C17 ở trạng thái lỏng và từ C18 trở lên ở trạng thái rắn.

– Chúng không tan hoặc rất ít tan trong nước, tan trong một số dung môi hữu cơ.

– Một số tính chất vật lí cơ bản của alkenen và alkyne được thể hiện ở Bảng 13.1.

Do đều chứa liên kết \(\pi\)  kém bền trong phân tử, alkene và alkyne có phản ứng đặc trưng là phản ứng cộng.

 

a. Phản ứng cộng

Cộng hydrogen (hydrogen hoá)

– Khi có mặt xúc tác như Ni, Pd hoặc Pt ở nhiệt độ thích hợp, alkene và alkyne tác dụng với hydrogen tạo alkane tương ứng.

Ví dụ:

CH=CH + H₂ \(\xrightarrow{Ni,\,{{t}^{0}},p}\) CH₃-CH₃

CH \(\equiv \)CH + 2H₂ \(\xrightarrow{Ni,\,{{t}^{0}},p}\) CH₃-CH₃

– Phản ứng của alkyne xảy ra qua 2 giai đoạn. Nếu dùng xúc tác Lindlar, phản ứng dừng ở giai đoạn tạo alkene.

Hỗn hợp gồm Pd, CaCO₃, Pb(CH₃COO)₂ và quinoline (chất lỏng không màu, công thức C₉H₇N) do nhà bác học Herbert Lindlar tìm ra.

Ví dụ: CH \(\equiv \)CH + H₂ \(\xrightarrow{Ni,\,{{t}^{0}},p}\) CH₃-CH₃

Cộng halogen (halogen hoá)

– Ethylene và acetylene đều có khả năng làm mất màu nước bromine ở điều kiện thường.

Ví dụ:

 

– Phản ứng của acetylene và các alkyne với bromine cũng xảy ra qua 2 giai đoạn.

Cộng hydrogen halide (hydrohalogen hoá)

– Alkene dễ phản ứng với hydrogen halide hơn so với alkyne.

Ví dụ:

 

– Alkene hoặc alkyne không đối xứng tác dụng với hydrogen halide (HX) tạo thành hỗn hợp sản phẩm, trong đó sản phẩm chính tuân theo quy tắc Markovnikov: “Nguyên tử hydrogen ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon chưa no có nhiều hydrogen hơn, còn nguyên tử X ưu tiên cộng vào nguyên tử carbon chưa no có ít hydrogen hơn (bậc cao hơn)”.

Ví dụ:

 

Cộng nước (hydrate hoá)

– Ở nhiệt độ thích hợp và xúc tác là acid, alkene cộng nước tạo thành alcohol.

Ví dụ:

 

– Phản ứng của alkyne với nước xảy ra khó hơn, cần xúc tác là muối Hg²⁺ trong môi trường acid và tạo thành aldehyde hoặc ketone.

Ví dụ:

 

– Nếu alkene hoặc alkyne không đối xứng, phản ứng cũng tạo hỗn hợp hai sản phẩm, trong đó sản phẩm chính tuân theo quy tắc Markovnikov.

Alkene, alkyne đều có khả năng tham gia phản ứng cộng với H2, X2, HX, H2O,… (X là Cl, Br).

 

b. Phản ứng trùng hợp

– Dưới áp suất, xúc tác và nhiệt độ thích hợp, các alkene có thể tham gia phản ứng cộng liên tiếp các phân tử với nhau thành phân tử có khối lượng phân tử rất lớn, gọi là polymer.

 

Ví dụ:

Trùng hợp ethylen tạo poliethylene (PE)

 

 

 

c. Phản ứng của riêng alk-1-yne

– Kết tủa Ag-C\(\equiv \)C-Ag có màu vàng nhạt.

– Phản ứng này dùng để nhận biết các alkyne có liên kết ba ở đầu mạch.

d. Phản ứng oxi hoá

– Các alkene và alkyne đều bị oxi hoá bởi dung dịch KMnO4 ở điều kiện thường.

3C₂H₄ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3C₂H(OH)₂ + 2KOH + 2MnO₂↓

3C₂H₂ + 8KMnO₄ → 3KOOC-COOK + 2KOH + 8MnO₂ + 2H₂O

 

– Các alkene, alkyne đều có phản ứng cháy và toả nhiều nhiệt.

\({{\text{C}}_{\text{n}}}{{\text{H}}_{\text{2n}}}\text{+ }\frac{\text{3n}}{\text{2}}{{\text{O}}_{\text{2}}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}\text{nC}{{\text{O}}_{\text{2}}}\text{+ n}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\)

\({{\text{C}}_{\text{n}}}{{\text{H}}_{\text{2n-2}}}\text{+ }\frac{\text{3n-1}}{\text{2}}{{\text{O}}_{\text{2}}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}\text{nC}{{\text{O}}_{\text{2}}}\text{+ (n-1)}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\)

a. Ứng dụng

 

b. Điều chế

– Trong phòng thí nghiệm, alkene được điều chế bằng cách dehydrate alcohol no, đơn chức, mạch hở tương ứng.

Ví dụ: C₂H₅OH \(\xrightarrow{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}dac,\,{{170}^{0}}C}\) C₂H₄ + H₂O

– Acetylene được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách cho đất đèn (chứa calcium carbide) tác dụng với nước.

CaC₂ + H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂

– Trong công nghiệp, alkene thu được từ quá trình cracking alkane.

Ví dụ: C₁₅H₃₂ \(\xrightarrow[{{500}^{0}}C]{Zeolite}\) C₃H₆ + C₈H₁₈

– Acetylene được điều chế trong công nghiệp từ CaC₂ hoặc từ CH₄

Ví dụ: 2CH₄ \(\xrightarrow[làm\,\,lạnh\,nhanh]{{{1500}^{0}}C}\) C₂H₂ + 3H₂