Ankan là gì? Tính chất hóa học của ankan và cách điều chế

1. Ankan là gì?

Ankan (hay alkane, hoặc gọi là nhóm parafin và isoparafin) là nhóm hydrocarbon no mạch hở, nguyên tử carbon có lai hóa . Công thức tổng quát: . Parafin là nhóm ankan mạch không phân nhánh, isoparafin là nhóm ankan mạch phân nhánh.

2. Danh pháp IUPAC

2.1. Ankan không phân nhánh: 

4 ankan đầu: gọi theo tên thông thường là metan, etan, n-propan, n-butan.
Các ankan từ : dựa theo cách đếm số của Hy Lạp hoặc Latin
* 5: penta
* 6: hexa
* 7: hepta
* 8: octa
* 9: nona
* 10: deca
* 11: ...

2.2. Ankan phân nhánh

1. Chọn mạch dài nhất làm mạch chính
2. Đánh số sao cho mạch nhánh có số hiệu nhỏ nhất
3. Dùng chữ số & gạch (-) để chỉ vị trí nhánh, nhóm cuối cùng phải viết liền với tên mạch chính
4. Nếu có nhiều nhóm thế khác nhau: sắp xếp theo thứ tự alphabetl. Lưu ý: bỏ qua các tiếp đầu ngữ di-, tri-, tetra-… khi xét thứ tự alphabet.  
   Ví dụ: dimethyl hoặc methyl sẽ đi sau ethyl hay diethyl, isopropyl đi trước methyl 
5. Nếu có nhiều nhánh tương đương: dùng tiếp đầu ngữ di-, tri-, tetra- để chỉ số lượng nhóm tương đương.

Ví dụ:

2.3. Tên gốc alkyl

Được lấy 1 H từ alkane, gọi theo tên ankan nhưng đổi an thành yl.

Ví dụ:

3. Tính chất vật lí của ankan

Ở điều kiện tiêu chuẩn, ankan từ tới thì có dạng khí; từ tới chúng là lỏng; và từ trở lên thì chúng là rắn. Ankan không tạo ra các liên kết hiđro và vì vậy không hòa tan trong các dung môi phân cực như nước, chỉ tan trong dung môi không phân cực. Các ankan không có tính dẫn điện .

Nhiệt độ sôi của ankan cũng tăng theo chiều tăng của số nguyên tử cacbon (trừ propan). Nhiệt độ sôi tăng khoảng 20 tới 30 °C cho một nhóm .

4. Tính chất hoá học của ankan

4.1. Phản ứng thế H bằng halogen

Ví dụ:

Phản ứng có thể tiếp tục để tạo sản phẩm di-, tri-, tetra halogen

Ví dụ: clo hóa có thể thu được

**Ở nhiệt độ thường, khả năng thay thế H ở C bậc 3 là cao nhất, halogen ưu tiên thế vào H gắn ở C bậc cao hơn.

**Khả năng phản ứng của dãy halogen

**Phản ứng Br hóa có khả năng phản ứng chậm hơn Cl hóa nhưng có độ chọn lọc cao,nghĩa là tỉ lệ phần trăm tạo sản phẩm chính lớn hơn.

4.2. Phản ứng nitro hóa ankan

Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao, thường xảy ra phản ứng đứt mạch carbon, tạo ra nhiều sản phẩm phụ không chọn lọc

Ví dụ:

4.3. Phản ứng đồng phân hóa

Là phản ứng chuyển các ankan mạch thẳng thành ankan mạch nhánh dưới tác dụng của xúc tác ở nhiệt độ cao. Xúc tác thường dùng:

4.4. Phản ứng cracking

Là phản ứng tạo ankan có mạch carbon ngắn hơn dưới tác dụng của xúc tác & nhiệt độ. Nhiệt độ cracking: , xúc tác cracking: thường là zeolite (khoáng chất silicat nhôm của một số kim loại có cấu trúc vi xốp với công thức chung: Na₂O.Al₂O₃.nSiO₂.mH₂O).

• Có thể tách loại hydrogen & tạo phản ứng đóng vòng tạo cycloankan 

Sử dụng trong sản xuất nhiên liệu (không dùng để điều chế alkane hay alkene vì không chọn lọc, tạo quá nhiều sản phẩm phụ)

4.5. Phản ứng oxy hóa ankan

Ankan bền với tác nhân oxy hóa ở nhiệt độ thường. Ở nhiệt độ cao hoặc có mặt xúc tác có thể phản ứng với oxi, …để tạo thành ancol (ROH), andehit (RCHO), xeton (RCOR’), axit carboxylic (RCOOH)…

Phản ứng quan trọng nhất là phản ứng cháy: 

Phản ứng này sinh nhiệt lượng cao nên ankan thường được sử dụng làm nhiên liệu.

5. Các phương pháp điều chế ankan

5.1. Khử các dẫn xuất của halogen, alcohol, carbonyl:

Khử bằng HI 80%, 180oC

Khử bằng Zn/HCl (phản ứng khử Clemmensen)

5.2. Hydro hóa ankan

Anken có thể điều chế từ alcohol bằng cách hút nước của ancol bằng 

5.3. Thủy phân hợp chất cơ kim

*Điều chế hợp chất cơ magnesium (Grignard):

5.4. Phản ứng Wurtz

Chỉ có hiệu quả khi điều chế alkane đối xứng, vì khi phản ứng ankan không đối xứng tạo nhiều sản phẩm.

Ví dụ:

5.5. Nhiệt phân muốn natri của axit carboxylic

Vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về nhóm hidrocacbon ankan. Các em hãy ghi nhớ các phương trình để chúng ta có thể làm tốt bài tập về điều chế và chuỗi phản ứng một cách tốt nhất, ngoài ra các em có thể đọc thêm các bài viết của VOH Giáo dục để hiểu hơn về hóa học hữu cơ.