Xicloankan: Cấu tạo phân tử, tính chất, ứng dụng và cách điều chế

Trong hóa học hữu cơ, xycloalkan là hydrocacbon bão hòa tuần hoàn (một hoặc nhiều vòng). Trong bài viết này, Nguyễn Tất Thành sẽ giúp các bạn có những kiến ​​thức đầy đủ nhất về Cycloalkane như cấu trúc phân tử, tính chất, ứng dụng và cách điều chế.

Định nghĩa xycloalkan và cấu trúc phân tử

Xycloalkan là các hydrocacbon bão hòa tuần hoàn. Thông thường chúng ta chỉ tìm hiểu về trường hợp xycloalkan đơn vòng.

Bạn đang xem: Xicloankan: Cấu tạo phân tử, tính chất, ứng dụng và cách điều chế

Dưới đây là bảng công thức cấu tạo và tên gọi của một số xycloalkan đơn giản và phổ biến nhất mà bạn cần biết:

Xycloalkan đơn vòng không phân nhánh được đặt tên bằng cách kết hợp từ cyclo với tên của ankan không phân nhánh có cùng số nguyên tử cacbon.

Số chỉ vị trí mạch nhánh (nếu có nhiều nhánh) + tên nhánh + xích lô + tên mạch chính + an

Ví dụ: Viết các đồng phân tương ứng với công thức C6H12, ta có:

• Đồng phân: Đồng phân của xycloalkan gồm 5 loại: Đồng phân anken; đồng phân về kích thước vòng (n ≥ 4), đồng phân về vị trí nhánh trên vòng (n ≥ 5), đồng phân về cấu trúc nhánh (n ≥ 6) và đồng phân về hình học với vòng 3 cạnh.

Tính chất vật lý của xycloalkan

Xycloalkan tương tự như ankan về tính chất vật lý nói chung, nhưng chúng có điểm sôi, điểm nóng chảy và mật độ cao hơn ankan.

Trong điều kiện bình thường, cyclopropane và cyclobutane tồn tại ở trạng thái khí; Cyclopentan và cyclohexane tồn tại ở dạng lỏng. Cycloalkan nhẹ hơn nước, không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ. Chúng có khả năng hòa tan nhiều chất hữu cơ khác.

Tính chất vật lý của một số xycloalkan điển hình được thể hiện trong bảng dưới đây:

Nguồn: vi.wikipedia.org

Tính chất hóa học của xycloalkan

Giống như cyclopropane và cyclobutane, cycloalkan có khả năng tham gia phản ứng thế tương tự như ankan. Ngoài ra chúng còn dễ dàng tham gia vào các phản ứng cộng mở vòng. Xycloalkan có vòng lớn hơn (5 hoặc 6 thành viên) có tính chất hóa học tương tự ankan với 2 phản ứng hóa học đặc trưng: Phản ứng thế và phản ứng tách.

Phản ứng như vậy

Nguyên tử hydro trong phân tử xycloalkan có thể được thay thế bằng halogen trong điều kiện ánh sáng hoặc nhiệt độ.

Ví dụ:

Phản ứng cộng mở vòng

Cyclopropane, cyclobutane và cycloalkan mạch vòng không ổn định (vòng 3 hoặc 4 cạnh) có thể tham gia phản ứng cộng mở vòng với H2 khi đun nóng bằng chất xúc tác niken. Phản ứng phá vỡ một trong các liên kết CC của vòng và hai nguyên tử hydro thêm vào hai đầu của liên kết bị đứt để tạo thành ankan tương ứng:

Xem thêm : 10+ lớp học tiếng anh cho bé 4 tuổi ba mẹ thông thái lựa chọn

Bên cạnh đó:

• Các xycloalkan vòng lớn 5 cạnh và 6 cạnh không tham gia phản ứng cộng mở vòng.

• Xycloalkan vòng bốn cạnh chỉ tham gia phản ứng cộng mở vòng với H2.

Phản ứng tách

Giống như ankan, xycloalkan cũng bị khử hydro, còn được gọi là quá trình khử hydro.

Phản ứng oxy hóa

Tương tự như ankan, xycloalkan khi đốt cháy sẽ tỏa nhiệt theo công thức:

CnH2n + (3n/2)O2 → n(CO2) + n(H2O) (nhiệt độ)

Ví dụ: 2C3H6 + 9O2 → 6CO2 + 6CO2 (nhiệt độ)

Làm thế nào để điều chế cycloalkane?

Cycloalkan được điều chế chủ yếu từ quá trình chưng cất dầu mỏ. Ngoài ra, chúng còn được chuẩn bị bởi:

CH3(CH2)4CH3 → H2 + C6H12

CnH2nBr2 + Zn → CnH2n + ZnBr2

Ví dụ:

Ứng dụng quan trọng của xycloalkan

Cycloalkan có ứng dụng quan trọng trong sản xuất nhiên liệu, làm dung môi hữu cơ hoặc làm nguyên liệu thô để điều chế các chất khác.

Xem thêm:

Bài tập về xycloalkan trong SGK Hóa học lớp 11 có lời giải chi tiết

Sau khi đã nắm vững các kiến ​​thức cơ bản về xycloalkan, hãy cùng Nguyễn Tất Thành tham khảo một số bài tập trong SGK Hóa học 11 về chủ đề này. Hy vọng lời giải thích chi tiết, dễ hiểu dưới đây sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về bài học này.

Bài 1 (trang 120 SGK Hóa 11)

Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Xycloalkan chỉ có thể tham gia phản ứng cộng mở vòng.

B. Xycloalkan chỉ có thể tham gia phản ứng thế.

C. Tất cả các xycloalkan đều có khả năng tham gia phản ứng thế và phản ứng cộng.

D. Một số xycloalkan có khả năng tham gia phản ứng cộng mở vòng.

Hướng dẫn giải chi tiết: Đáp án D

Ví dụ, một số xycloalkan (như cyclopropan, cyclobutane) tạo ra phản ứng cộng mở vòng

Bài 2 (trang 120 SGK Hóa 11)

Khi cho khí xycloankan vào trong dung dịch brom thì hiện tượng nào sau đây xảy ra?

A. Màu của dung dịch không thay đổi.

B. Màu của dung dịch đậm hơn.

C. Màu của dung dịch nhạt dần.

D. Màu của dung dịch chuyển từ không màu sang màu nâu đỏ.

Hãy chọn câu trả lời đúng

Hướng dẫn giải chi tiết: Đáp án C

Vì xycloalkan có phản ứng cộng với Br2 nên màu của dung dịch Br2 nhạt dần

Bài 3 (trang 121 SGK Hóa 11):

Viết các phương trình hóa học của phản ứng xảy ra khi:

Một. Sục khí cyclopropan vào dung dịch brom.

b. Dẫn hỗn hợp cyclopropan, cyclopentane và hydro vào ống chứa bột niken và đun nóng.

c. Đun nóng xyclohexan với brom theo tỷ lệ 1:1.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Bài 4 (trang 121 SGK Hóa 11):

Trình bày phương pháp hoá học để phân biệt hai loại khí không màu là propan và cyclopropan đựng trong các bình riêng biệt.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Cho hai khí không màu đó phản ứng với dung dịch nước brom, khí làm nhạt dung dịch nước brom là cyclopropan, khí không làm nhạt dung dịch nước brom là propan.

Bài 5 (trang 121 SGK Hóa 11):

Xycloalkane đơn vòng X có mật độ tương đối so với nitơ là 2,0. Lập công thức phân tử của X. Viết phương trình hóa học (dạng công thức cấu tạo) minh họa tính chất hóa học của X biết rằng X phản ứng với H2 (xt Ni) chỉ tạo ra một sản phẩm.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi CTPT của xycloalkane X đơn vòng được tìm là C2H2n+2 (n ≥ 3)

MCnH2n = 2MN2 = 2,28 = 56 ⇒ 14n = 56 ⇒ n = 4 ⇒ C4H8

Vì X phản ứng với H2 (xúc tác Ni) chỉ tạo ra một sản phẩm nên CTCT của X là:

Phương trình hóa học minh họa tính chất hóa học của X là:

Như vậy, bài viết này đã cung cấp cho người đọc những kiến ​​thức cơ bản quan trọng về xycloalkan. Nguyễn Tất Thành hy vọng những thông tin trên sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về xicloalkan và có thể vận dụng những kiến ​​thức đã học để giải thành thạo các bài tập liên quan. CLICK “CẬP NHẬT” ở đầu trang để không bỏ lỡ những bài học thú vị khác về Hóa học!

Nguồn: https://truongnguyentatthanh.edu.vn
Danh mục: Giáo dục