Các ankan hoặc hydrocacbon bão hòa: tính chất, danh pháp, ví dụ
Các ankan hoặc hydrocacbon bão hòa được đặc trưng bởi trong cấu trúc của chúng chỉ có các liên kết đơn giản thuộc loại cộng hóa trị. Điều này có nghĩa là các nguyên tử carbon có trong các loài này liên kết với lượng nguyên tử hydro tối đa có thể tạo liên kết, vì lý do này chúng được gọi là bão hòa .
Trong vũ trụ của hóa học hữu cơ, ankan, còn được gọi là parafin, được coi là loài khá phong phú có tầm quan trọng lớn, thuộc nhóm hydrocacbon aliphatic (cũng như hydrocarbon không bão hòa).
Hydrocarbon bão hòa đơn giản nhất có thể được tạo thành được lấy làm ví dụ: metan, một hợp chất ở pha khí trong điều kiện môi trường tiêu chuẩn (25 ° C và atm), có công thức là CH 4 .
Có thể thấy, nguyên tử carbon duy nhất có trong phân tử này có bốn liên kết đơn giản, một liên kết với mỗi nguyên tử hydro.
Alken và alkynes có công dụng thương mại quan trọng, như trong trường hợp ethylene và propylene; nhưng chúng cũng là các hợp chất phản ứng nhiều hơn hydrocacbon bão hòa, khiến chúng có nhiều phản ứng phát sinh từ các anken và alkynes thông thường.
Danh pháp ankan
Để đặt tên chính xác cho ankan hoặc hydrocacbon bão hòa, điều đầu tiên cần ghi nhớ là theo IUPAC (Liên minh hóa học tinh khiết và ứng dụng quốc tế), không nên áp dụng danh pháp hệ thống cho bốn ankan đơn giản nhất.
Danh pháp của hydrocarbon bão hòa tuyến tính
Các hợp chất này có công thức chung C n H 2n + 2, trong đó giá trị của n chỉ có thể là các số nguyên dương (n = 1, 2, ...) và được đặt tên bằng cách sử dụng tiền tố tương ứng với số lượng nguyên tử carbon và anh ta thêm hậu tố -ano .
Vì vậy, bốn phân tử bão hòa đầu tiên là: metan (CH 4 ), etan (C 2 H 6 ), propan (C 3 H 8 ) và butan (C 4 H 10 ).
Để bắt đầu với danh pháp của các ankan có từ năm đến mười nguyên tử carbon, số lượng các nguyên tử này có mặt trong chuỗi dài nhất được tính, miễn là nó liên tục.
Ngoài ra, trong trường hợp một ankan bị trừ khỏi nguyên tử hydro, nó trở thành một nhóm thế, nghĩa là một nhóm mà -ano kết thúc được đổi thành -yl . Ví dụ, metan (CH 4 ) sẽ trở thành methyl (-CH 3 ) và tương tự với các phân tử khác.
Có tính đến những gì đã nói cho đến nay, và thêm rằng số lượng luôn phải được bắt đầu với nguyên tử carbon sở hữu nhóm thế gần nhất, vị trí của nhóm thế theo sau là tên của ankan được chỉ định.
Do đó, hợp chất trên được gọi là 3-methylpentane.
Danh pháp của hydrocarbon bão hòa phân nhánh
Tương tự, các ankan chuỗi phân nhánh có cùng công thức với các ankan tuyến tính, nhưng với n> 2. Vì vậy, bất cứ khi nào một hoặc nhiều nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử thay thế một hoặc nhiều nguyên tử hydro, vị trí của các nhóm thế này cần được lưu ý.
Nếu có một số nhánh của các nhóm alkyl giống hệt nhau, các biểu thức di-, tri- hoặc tetra- được sử dụng để chỉ ra số lượng của các nhóm thế này, trước dấu hiệu của vị trí của chúng và kết thúc bằng tên của ankan.
Trong trường hợp các nhóm thế khác nhau, chúng được đặt tên theo thứ tự bảng chữ cái và cũng có thể có các nhóm thế không chứa carbon, như clo (Cl) hoặc nitro (NO 2 ).
Trong mọi trường hợp, để đếm số lượng carbon của chuỗi chính, số lượng nhỏ nhất được cung cấp cho carbon được liên kết với nhóm thế thấp nhất theo thứ tự bảng chữ cái và nó tiếp tục theo hướng đó.
Danh pháp của hydrocacbon bão hòa theo chu kỳ
Các hydrocacbon bão hòa theo chu kỳ, hay còn gọi là xycloalkan, có công thức chung C n H 2n, trong đó n = 3, 4, ...
Trong các phân tử hữu cơ này, các nguyên tử carbon bao gồm nó được sắp xếp theo cách khép kín, nghĩa là cấu trúc của chúng tạo thành một vòng.
Để đặt tên cho các loài này, các hướng dẫn được mô tả ở trên cho các ankan tuyến tính và phân nhánh được tuân theo, chỉ bằng cách thêm chu kỳ tiền tố- . Ngoài ra, cyclopropane (C 3 H 6 ) được coi là cycloalkane đơn giản nhất.
Theo cùng một cách, các phân tử này có thể chứa nhiều vòng được tích hợp trong chuỗi chính của chúng, với tối thiểu các nguyên tử carbon bằng ba và thậm chí tạo thành các cấu trúc có độ phức tạp cao.
Thuộc tính
Các hydrocacbon bão hòa có đặc điểm chính là hình thành các liên kết đơn giản giữa các nguyên tử của chúng, khiến chúng trở thành một nhóm rất nhiều phân tử và mang lại cho chúng các tính chất khá đặc biệt như chi tiết dưới đây:
Đồng phân hình học
Cấu trúc của các phân tử ankan tạo ra sự biến đổi tính chất vật lý và hóa học của chúng, do cấu tạo của bốn liên kết mà carbon có thể hình thành.
Điều này có nghĩa là mặc dù trong các phân tử này, carbon sở hữu sự lai hóa kiểu sp3, các góc giữa các nguyên tử lân cận của nó có thể thay đổi tùy thuộc vào loại nguyên tử.
Để giải thích chính xác hơn, cycloalkan có các góc xoắn mang lại cho chúng một đặc tính duy nhất gọi là hóa học lập thể, có thể ảnh hưởng đến năng lượng của phân tử và các yếu tố khác vốn có của nó, chẳng hạn như tính chất quang phổ và quang học.
Độ axit
Các hydrocacbon bão hòa cho thấy khả năng phản ứng khá thấp đối với các ion và các loài cực khác. Đồng thời, chúng hầu như không có tương tác với các chất có tính axit và kiềm.
Cực tính
Các ankan được coi là không dẫn điện, vì chúng có độ phân cực gần như bằng không khi có điện trường. Vì vậy, cầu hydro không thể được tạo ra để cho phép độ hòa tan của chúng trong dung môi phân cực.
Vì vậy, chúng thực tế hòa tan trong tất cả các dung môi không phân cực, không thể tách rời với các dung môi phân cực như nước.
Điểm sôi và nóng chảy
Trong hydrocacbon bão hòa có các tương tác liên phân tử do lực van der Waals, trong đó các tương tác mạnh nhất dẫn đến điểm sôi cao hơn.
Một xu hướng tương tự được quan sát cho các điểm nóng chảy, nhưng điều này là do khả năng đóng gói của phân tử.
Bởi vì các tương tác này liên quan trực tiếp đến trọng lượng phân tử của loài, phân tử càng lớn, điểm sôi và nóng chảy của nó sẽ càng cao.
Vì vậy, có cấu trúc cứng hơn tạo cho chúng một mặt phẳng tiếp xúc giữa các phân tử, xycloalkan có điểm sôi và nóng chảy cao hơn so với các ankan tuyến tính tương ứng.
Ví dụ về ankan
Ankan tuyến tính
Khí mê-tan : Đó là một loại khí không màu và không mùi được sản xuất dồi dào trong tự nhiên và là sản phẩm của một số hoạt động của con người. Khí mê-tan là thành viên đơn giản nhất của ankan và là một trong những loại khí nhà kính mạnh nhất (Encyclopædia Britannica, 2017).
Ethane : là một loại khí được tìm thấy chủ yếu trong khí tự nhiên và được sử dụng trong hỗn hợp với các loại khí khác để sản xuất nhiên liệu.
Propane : là một loại khí không màu, được tìm thấy trong khí tự nhiên và được sử dụng làm nhiên liệu trong nhà và các ngành công nghiệp. Công thức hóa học của propan là C 3 H 8 và công thức mở rộng là CH 3 CH 2 CH 2 (Công thức propan, SF).
Butan : hay n-butane là một trong hàng chục loại khí được chiết xuất từ khí tự nhiên thô và cũng có thể được sản xuất từ dầu thô. N-butane là một loại khí không màu đa mục đích. Butan có thể được sử dụng để sưởi ấm, làm mát và nhiên liệu cho bật lửa.
N-pentane : là một chất lỏng không màu trong suốt có mùi tương tự như dầu. Pentane được tìm thấy trong đồ uống có cồn và dầu hop. Ankan này là một thành phần của một số nhiên liệu và được sử dụng làm dung môi đặc biệt trong phòng thí nghiệm.
N-hexane : là một chất lỏng không màu trong suốt có mùi tương tự như dầu. Nó được tìm thấy trong trái cây họ cam quýt và được sử dụng để chiết xuất dầu ăn từ hạt và rau, làm dung môi cho mục đích sử dụng đặc biệt và làm chất tẩy rửa.
N-heptane : là một chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi tương tự như dầu. Nó được tìm thấy trong thảo quả. Ít đậm đặc hơn nước và không hòa tan trong nước. Hơi nặng hơn không khí.
N-octan : nó là một chất lỏng không màu có mùi xăng. Ít đậm đặc hơn nước và không hòa tan trong nước. Do đó, nó nổi trên mặt nước. Nó tạo ra hơi khó chịu.
Methyl clorua : còn được gọi là chloromethane, là một loại khí không màu. Nó là haloalkane đơn giản nhất, được sử dụng trong sản xuất polyme silicon và trong sản xuất các sản phẩm hóa học khác.
Cloroform : nó là một chất lỏng không màu, có mùi và rất dễ bay hơi đã được sử dụng rộng rãi cho các đặc tính gây mê của nó. Do những đặc tính này, nó có tiếng là có thể làm choáng hoặc đánh người, ngay cả khi được tiêu thụ với liều lượng nhỏ (PhimDoes Chloroform thực sự đánh gục bạn nhanh như khi họ chiếu trong phim ?, 2016).
Carbon tetraclorua : còn được gọi là tetrachloromethane, một chất lỏng không màu, đậm đặc, độc tính cao, dễ bay hơi, không cháy, có mùi đặc trưng và được sử dụng làm dung môi.
Cloroethane : là một loại khí ngưng tụ dưới áp suất nhẹ. Chloroethane được sử dụng chủ yếu để giảm đau cục bộ trong y học thể thao (Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc gia., 2017).
Bromoethane : còn được gọi là ethyl bromide, là một chất lỏng không màu dễ bay hơi, ít tan và đặc hơn nước. Hơi nặng hơn không khí. Nó được sử dụng để sản xuất dược phẩm và làm dung môi.
Ankan phân nhánh
Isobutane : nó là một loại khí không màu với mùi dầu nhạt. Nó được gửi dưới dạng khí hóa lỏng dưới áp suất hơi của nó. Tiếp xúc với chất lỏng có thể gây tê cóng. Nó sáng dễ dàng.
Isopentane : còn được gọi là 2-methylbutane, là một chất lỏng không màu có mùi xăng. Phao trong nước. Hơi dễ cháy và khó chịu được sản xuất (Trung tâm thông tin công nghệ sinh học quốc gia, Cơ sở dữ liệu hợp chất PubChem ;, 2017).
2-metylpentan : là một ankan mạch nhánh có công thức phân tử C 6 H1 4 . Nó là một chất lỏng có mùi xăng bay lên mặt nước và tạo ra hơi nước khó chịu.
3, 3-Dimethylhexane : được tìm thấy trong các loại thảo mộc và gia vị. 3, 3-Dimethylhexane là một thành phần của dầu Osmanthus Fragrans (osmanthus ngọt) và nhân sâm.
2, 3-Dimethylhexane : được tìm thấy trong trái cây. 2, 3-Dimethylhexane là thành phần dễ bay hơi của tinh bột.
Neopentane : nó là một chất lỏng ít đậm đặc hơn nước. Không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong rượu (Trung tâm thông tin công nghệ sinh học quốc gia., 2015).
2, 2, 4-trimethylpentane : hoặc isooctan được thải ra môi trường thông qua việc sản xuất, sử dụng và thải bỏ các sản phẩm liên quan đến ngành dầu khí. 2, 2, 4-Trimethylpentane xâm nhập vào da của con người và gây ra hoại tử da và mô ở tay, cần phải phẫu thuật (Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc gia., 2017).
Xích lô
Cyclopropane : là một loại khí không màu có mùi tương tự như dầu. Tiếp xúc với chất lỏng có thể gây tê cóng. Nó có thể bị nghẹt thở do sự dịch chuyển của không khí và có tác dụng gây nghiện ở nồng độ cao.
Cyclobutane : Khí ngưng tụ thành chất lỏng ở 13 ° C. Không tan trong nước. Hòa tan trong rượu, acetone và ether.
Cyclopentane : là một chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi tương tự như dầu. Ít đậm đặc hơn nước và không hòa tan trong đó. Hơi nặng hơn không khí.
Xyclohexane : được tìm thấy trong su hào. Pha loãng trong hỗn hợp các chất phụ gia màu để sử dụng thực phẩm.
Cycloheptane : là một chất lỏng không màu, không hòa tan và ít đậm đặc hơn nước. Hít phải nồng độ cao có thể có tác dụng gây nghiện. Nó được sử dụng để làm cho các sản phẩm hóa học khác.
Cyclooctan : là một hydrocarbon đa vòng gồm chín nguyên tử carbon. Không hòa tan trong nước
Methylcyclohexane : là một chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi tương tự như dầu mỏ. Trong methylcyclohexane, cấu tạo của chiếc ghế trong đó nhóm methyl lớn là xích đạo là ổn định nhất và do đó, phổ biến nhất trong tất cả các sự phù hợp có thể có (Carey, 2011).
Isopropyl cyclohexane : là một chất lỏng không màu được tìm thấy trong trái cây. Isopropyl cyclohexane được tìm thấy trong Carica papaya (đu đủ).
methylcyclopentane : là một chất lỏng không màu không hòa tan và ít đậm đặc hơn nước. Hơi có thể gây nghiện và gây khó chịu. Methylcyclopentane được phân lập từ Helianthus annuus (hướng dương).
Norborane : là một ankan bicyclic còn được gọi là bicyclo [2.2.1] heptane có công thức C7H12.
