Anken (Olefin): Cấu Trúc, Tính Chất và Ứng Dụng

Anken, hay còn gọi là olefin, là một loại hydrocacbon không no, mạch hở, chứa một liên kết đôi C=C trong phân tử. Các liên kết còn lại đều là liên kết đơn. Anken đơn giản nhất là etilen (CH2=CH2). Tìm hiểu sâu hơn về Cttq Anken, tính chất và ứng dụng của chúng trong bài viết này.

Phân tử etilen (CH2=CH2) đại diện cho cấu trúc cơ bản của anken.

Công Thức Cấu Tạo và Cách Gọi Tên Anken

Công Thức Tổng Quát

Công thức tổng quát của anken là CnH2n, với n ≥ 2. Công thức này cho thấy tỷ lệ giữa số nguyên tử carbon và hydrogen trong phân tử anken.

Cách Gọi Tên Anken

Có hai cách gọi tên anken chính: tên thông thường và tên thay thế (tên IUPAC).

Tên Thông Thường

Tên thông thường của anken được hình thành bằng cách thay đổi đuôi “-an” của ankan tương ứng (cùng số lượng carbon) thành “-ilen”. Ví dụ:

CH2=CH2: Etilen (từ etan)

Tên Thay Thế (IUPAC)

Tên thay thế tuân theo quy tắc sau:

Số chỉ vị trí nhánh - Tên nhánh - Số chỉ vị trí liên kết đôi - en

Ví dụ:

CH2=CH-CH2-CH3: But-1-en (vị trí liên kết đôi bắt đầu từ carbon số 1)

Tính Chất Vật Lý của Anken

Trạng thái: Các anken từ C2 đến C4 tồn tại ở dạng khí ở điều kiện thường. Từ C5 trở đi, chúng là chất lỏng hoặc chất rắn.
Nhiệt độ sôi, nóng chảy và khối lượng riêng: Các thông số này tăng dần khi phân tử khối tăng.
Độ tan: Anken nhẹ hơn nước và ít tan trong nước, nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ như rượu, ete.
Màu sắc: Anken không có màu.

Tính Chất Hóa Học Quan Trọng của Anken

Anken có nhiều phản ứng hóa học quan trọng, chủ yếu do sự hiện diện của liên kết đôi C=C.

Phản Ứng Cộng Hợp

Cộng Hydro (Hydro hóa)

Anken cộng hợp với hydro (H2) tạo thành ankan tương ứng, cần xúc tác kim loại như niken (Ni) và nhiệt độ.

CnH2n + H2 → CnH2n+2

Cộng Halogen (Halogen hóa)

Anken phản ứng với halogen (ví dụ: brom, clo) tạo thành dẫn xuất đihalogen. Phản ứng với brom thường được dùng để nhận biết anken, vì nó làm mất màu dung dịch brom.

CH2=CH2 + Br2 → Br-CH2-CH2-Br

Cộng Hydro Halogenua (HX)

Anken cộng hợp với hydro halogenua (HCl, HBr, HI) tạo thành dẫn xuất halogen. Phản ứng này tuân theo quy tắc Markovnikov: nguyên tử hydro (H) ưu tiên cộng vào carbon mang nhiều hydrogen hơn, còn nguyên tử halogen (X) cộng vào carbon còn lại.

CH3-CH=CH2 + HCl → CH3-CHCl-CH3 (sản phẩm chính) + CH3-CH2-CH2-Cl (sản phẩm phụ)

Cộng Nước (Hydrat hóa)

Anken cộng hợp với nước (H2O) tạo thành alcohol, cần xúc tác axit (H+) và nhiệt độ. Phản ứng này cũng tuân theo quy tắc Markovnikov: nhóm hydroxyl (-OH) ưu tiên cộng vào carbon bậc cao hơn.

CH2=CH2 + H2O → CH3-CH2-OH

Phản Ứng Trùng Hợp

Nhiều phân tử anken có thể kết hợp với nhau tạo thành polymer mạch dài, gọi là phản ứng trùng hợp. Phản ứng này cần xúc tác, nhiệt độ và áp suất thích hợp.

n CH2=CH2 → (-CH2-CH2-)n (Polyetilen, PE)

Phản Ứng Oxi Hóa

Oxi Hóa Không Hoàn Toàn

Anken có thể bị oxi hóa không hoàn toàn bởi dung dịch thuốc tím (KMnO4), làm mất màu dung dịch này. Phản ứng này tạo ra glycol (diol) hoặc các sản phẩm khác như aldehyde hoặc acid, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng.

2CnH2n + 2KMnO4 + 4H2O → 3CnH2n(OH)2 + 2KOH + 2MnO2

Oxi Hóa Hoàn Toàn (Đốt Cháy)

Anken cháy hoàn toàn trong oxy tạo ra carbon dioxide (CO2) và nước (H2O).

CnH2n + (3n/2) O2 → n CO2 + n H2O

Đặc điểm của phản ứng đốt cháy anken là số mol CO2 bằng số mol H2O.

Điều Chế Anken

Trong Phòng Thí Nghiệm

Dehydration Alcohol: Loại nước từ alcohol bằng cách đun nóng với xúc tác axit sulfuric đặc (H2SO4).

C2H5OH → C2H4 + H2O

Trong Công Nghiệp

Cracking dầu mỏ: Quá trình nhiệt phân các hydrocacbon no mạch dài trong dầu mỏ để tạo ra các anken và ankan mạch ngắn hơn.
Dehydrogenation alkan: Loại hydro từ ankan, cần xúc tác và nhiệt độ cao.

CnH2n+2 → CnH2n + H2

Ứng Dụng của Anken

Anken có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống:

Sản xuất polymer: Etylen được dùng để sản xuất polyetylen (PE), một loại nhựa thông dụng. Propylen được dùng để sản xuất polypropylen (PP).
Sản xuất hóa chất: Anken là nguyên liệu để tổng hợp nhiều hóa chất quan trọng như alcohol, aldehyde, acid acetic,…
Nhiên liệu: Một số anken được sử dụng làm nhiên liệu hoặc phụ gia nhiên liệu.

Bài Tập Trắc Nghiệm về Anken

Câu 1: Công thức phân tử nào sau đây là của một anken?

A. C5H12
B. C6H12
C. C7H16
D. C4H10

Đáp án: B

Câu 2: Anken nào sau đây có đồng phân hình học (cis-trans)?

A. Eten
B. Propen
C. But-1-en
D. But-2-en

Đáp án: D

Câu 3: Cho 2.8 gam anken X tác dụng vừa đủ với dung dịch brom, thu được 11.6 gam sản phẩm cộng. Công thức phân tử của X là:

A. C2H4
B. C3H6
C. C4H8
D. C5H10

Đáp án: A

Lời giải:

Gọi công thức của anken là CnH2n
Phản ứng: CnH2n + Br2 → CnH2nBr2
Số mol CnH2n = số mol CnH2nBr2
Ta có: 2.8/(14n) = 11.6/(14n + 160)
Giải phương trình, ta được n = 2. Vậy công thức của anken là C2H4.

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn 1 mol anken thu được bao nhiêu mol H2O?

A. 0.5 mol
B. 1 mol
C. 1.5 mol
D. 2 mol