Phản ứng giữa propilen (CH2=CH-CH3) và axit bromhydric (HBr) là một ví dụ điển hình của phản ứng cộng electrophile vào alken. Phản ứng này tuân theo quy tắc Markovnikov, đóng vai trò quan trọng trong hóa học hữu cơ. Dưới đây là phân tích chi tiết về phản ứng này, bao gồm cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng và ứng dụng.
Phản Ứng CH2=CH–CH3 + HBr
Phương trình phản ứng tổng quát:
CH2=CH–CH3 + HBr → CH3–CHBr–CH3
Đây là phản ứng cộng electrophile, trong đó HBr cộng vào liên kết đôi của propilen.
Đặc điểm của phản ứng:
- Phản ứng xảy ra nhanh chóng ở điều kiện thường hoặc khi đun nóng nhẹ.
- Sản phẩm chính tuân theo quy tắc Markovnikov.
Cơ Chế Phản Ứng CH2=CH–CH3 + HBr
Phản ứng cộng HBr vào propilen diễn ra theo hai giai đoạn chính:
-
Tấn công của electrophile (H+): Liên kết pi (π) của propilen tấn công vào proton (H+) của HBr, tạo thành một carbocation trung gian. Carbocation này có thể hình thành ở hai vị trí khác nhau trên phân tử propilen. Tuy nhiên, carbocation bậc hai (ở carbon số 2) bền hơn so với carbocation bậc nhất (ở carbon số 1) do hiệu ứng siêu liên hợp và hiệu ứng cảm ứng dương (+I) của nhóm metyl (CH3).
-
Tấn công của nucleophile (Br-): Ion bromide (Br-) tấn công vào carbocation bền hơn, tạo thành sản phẩm chính là 2-bromopropane (CH3-CHBr-CH3).
Sơ đồ phản ứng cộng HBr vào propilen tạo 2-bromopropane là sản phẩm chính, minh họa cơ chế Markovnikov.
Quy tắc Markovnikov:
Trong phản ứng cộng HX (axit hoặc nước) vào liên kết C=C của alkene, nguyên tử H (phần mang điện tích dương) ưu tiên cộng vào nguyên tử C có nhiều H hơn, còn X (hay phần mang điện tích âm) ưu tiên cộng vào nguyên tử C có ít H hơn. Trong trường hợp của propilen và HBr, H+ sẽ cộng vào carbon đầu mạch (CH2), còn Br- sẽ cộng vào carbon ở giữa (CH), tạo thành 2-bromopropane.
Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Phản Ứng
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao có thể làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng cũng có thể ảnh hưởng đến tính chọn lọc của sản phẩm.
- Dung môi: Dung môi có cực như nước hoặc rượu có thể ổn định carbocation trung gian, nhưng cũng có thể cạnh tranh với alkene trong việc phản ứng với HBr.
- Peroxide (hiệu ứng Kharasch): Khi có mặt peroxide, cơ chế phản ứng thay đổi thành gốc tự do, dẫn đến sản phẩm cộng trái với quy tắc Markovnikov (anti-Markovnikov), trong đó Br cộng vào carbon có nhiều H hơn.
Ứng Dụng Của Phản Ứng CH2=CH–CH3 + HBr
Phản ứng cộng HBr vào propilen và các alkene khác có nhiều ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ:
- Điều chế dẫn xuất halogen: Tạo ra các alkyl halide, là chất trung gian quan trọng trong nhiều phản ứng khác.
- Sản xuất monome: Các dẫn xuất halogen có thể được sử dụng để sản xuất các monome cho quá trình trùng hợp.
- Nghiên cứu cơ chế phản ứng: Phản ứng này là một ví dụ điển hình để nghiên cứu và hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng cộng electrophile.
Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Cho propilen tác dụng với HBr, sản phẩm chính thu được là:
A. 1-bromopropane
B. 2-bromopropane
C. 1,2-dibromopropane
D. 1,3-dibromopropane
Đáp án: B
Giải thích: Theo quy tắc Markovnikov, H+ cộng vào carbon có nhiều H hơn và Br- cộng vào carbon có ít H hơn, tạo thành 2-bromopropane.
Câu 2: Viết phương trình phản ứng của propilen với HBr khi có mặt peroxide. Sản phẩm chính là gì?
Đáp án:
CH2=CH–CH3 + HBr → (peroxide) CH3–CH2–CH2Br
Sản phẩm chính là 1-bromopropane (cộng anti-Markovnikov).
Câu 3: Hỗn hợp khí X gồm propilen và một anken A. Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X thu được 0,34 mol CO2 và 0,34 mol H2O. Xác định công thức phân tử của A.
Giải:
- Gọi công thức của A là CnH2n
- Số mol CO2 và H2O bằng nhau => A là anken
- Gọi số mol propilen là x, số mol anken A là y. Ta có:
- x + y = 0,1
- 3x + ny = 0,34
- Giải hệ phương trình trên, kết hợp với điều kiện n là số nguyên dương và lớn hơn 2, ta tìm được n = 2 và y = 0,04. Vậy A là etilen (C2H4).
Kết luận
Phản ứng cộng HBr vào propilen là một phản ứng quan trọng trong hóa học hữu cơ, minh họa rõ quy tắc Markovnikov và cơ chế cộng electrophile. Việc nắm vững kiến thức về phản ứng này giúp hiểu sâu hơn về tính chất và ứng dụng của alkene trong tổng hợp hữu cơ.