Bài học

Phản ứng cộng của alkene và quy tắc Markovnikov

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em viết được phương trình phản ứng cộng $H_2$ , $X_2$ , $HX$ vào alkene, và áp dụng đúng quy tắc Markovnikov để dự đoán sản phẩm chính khi cộng $HX$ vào alkene không đối xứng.

Sau bài này, em viết được phương trình phản ứng cộng $H_2$, $X_2$, $HX$ vào alkene, và áp dụng đúng quy tắc Markovnikov để dự đoán sản phẩm chính khi cộng $HX$ vào alkene không đối xứng.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài 2.1 đã cho em thấy alkane chỉ có phản ứng thế vì chỉ có liên kết đơn bền. Liên kết đôi $C=C$ của alkene thực chất gồm một liên kết $\sigma$ (bền, giống liên kết đơn) và một liên kết $\pi$ (kém bền hơn hẳn) — chính liên kết $\pi$ này là điểm yếu khiến alkene phản ứng dễ dàng hơn hẳn alkane.

Khởi động

Nhỏ vài giọt dung dịch bromine màu nâu đỏ vào một hydrocarbon không rõ loại, thấy màu nâu đỏ biến mất ngay lập tức. Đây là phản ứng gì, và vì sao nó KHÔNG xảy ra khi nhỏ vào alkane?

Kiến thức trọng tâm

Vì liên kết $\pi$ kém bền, dễ bị các tác nhân khác "chen vào" phá vỡ, phản ứng đặc trưng của alkene là phản ứng cộng — hoàn toàn khác phản ứng thế của alkane.

Vì liên kết $\pi$ kém bền, dễ bị các tác nhân khác "chen vào" phá vỡ, phản ứng đặc trưng của alkene là **phản ứng cộng** — hoàn toàn khác phản ứng thế của alkane.

Cộng $H_2$ (xúc tác Ni, đun nóng): biến alkene thành alkane tương ứng (phản ứng hydro hoá): $CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t^{\circ}} CH_3-CH_3$ .

**Cộng $H_2$** (xúc tác Ni, đun nóng): biến alkene thành alkane tương ứng (phản ứng hydro hoá): $CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t^{\circ}} CH_3-CH_3$.

Cộng halogen $X_2$ (đặc biệt $Br_2$ ): xảy ra NGAY Ở NHIỆT ĐỘ THƯỜNG, không cần xúc tác: $CH_2=CH_2 + Br_2 \to CH_2Br-CH_2Br$ . Phản ứng này làm MẤT MÀU dung dịch bromine — đây là phép thử đặc trưng để nhận biết alkene và phân biệt nó với alkane (alkane hoàn toàn không phản ứng với $Br_2$ ở điều kiện thường).

**Cộng halogen $X_2$** (đặc biệt $Br_2$): xảy ra NGAY Ở NHIỆT ĐỘ THƯỜNG, không cần xúc tác: $CH_2=CH_2 + Br_2 \to CH_2Br-CH_2Br$. Phản ứng này làm MẤT MÀU dung dịch bromine — đây là **phép thử đặc trưng** để nhận biết alkene và phân biệt nó với alkane (alkane hoàn toàn không phản ứng với $Br_2$ ở điều kiện thường).

Cộng $HX$ (HCl, HBr, HI): nếu alkene đối xứng (hai carbon liên kết đôi giống nhau về nhóm thế), chỉ có một sản phẩm. Nếu alkene KHÔNG đối xứng, có thể tạo ra hai sản phẩm khác nhau — khi đó áp dụng quy tắc Markovnikov: trong phản ứng cộng $HX$ vào alkene không đối xứng, nguyên tử $H$ ưu tiên cộng vào carbon MANG NHIỀU H HƠN (carbon "giàu H"), còn $X$ cộng vào carbon còn lại — sản phẩm theo quy tắc này là sản phẩm chính.

**Cộng $HX$** (HCl, HBr, HI): nếu alkene đối xứng (hai carbon liên kết đôi giống nhau về nhóm thế), chỉ có một sản phẩm. Nếu alkene KHÔNG đối xứng, có thể tạo ra hai sản phẩm khác nhau — khi đó áp dụng **quy tắc Markovnikov**: trong phản ứng cộng $HX$ vào alkene không đối xứng, nguyên tử $H$ ưu tiên cộng vào carbon MANG NHIỀU H HƠN (carbon "giàu H"), còn $X$ cộng vào carbon còn lại — sản phẩm theo quy tắc này là **sản phẩm chính**.

Ví dụ

Phản ứng cộng bromine — phép thử nhận biết alkene

1
Viết phương trình phản ứng của ethylene với dung dịch bromine, và giải thích vì sao phản ứng này dùng để nhận biết alkene.
2
$CH_2=CH_2 + Br_2 \to CH_2Br-CH_2Br$ (1,2-dibromoethane).
$CH_2=CH_2 + Br_2 \to CH_2Br-CH_2Br$ (1,2-dibromoethane).
3
Phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác, làm dung dịch bromine mất màu nâu đỏ — alkane không có phản ứng này.
4
Vậy phép thử dung dịch bromine (làm mất màu) là phép thử đặc trưng phân biệt alkene với alkane.

Ví dụ

Áp dụng quy tắc Markovnikov (dạng thi)

1
Propene ( $CH_2=CH-CH_3$ ) phản ứng với $HCl$ . Viết cả hai sản phẩm có thể tạo thành, và chỉ rõ sản phẩm chính kèm giải thích.
Propene ($CH_2=CH-CH_3$) phản ứng với $HCl$. Viết cả hai sản phẩm có thể tạo thành, và chỉ rõ sản phẩm chính kèm giải thích.
2
$C_1$ (nhóm $=CH_2$ ) mang 2 nguyên tử H; $C_2$ (nhóm $=CH-$ ) mang 1 nguyên tử H và nhóm $CH_3$ .
$C_1$ (nhóm $=CH_2$) mang 2 nguyên tử H; $C_2$ (nhóm $=CH-$) mang 1 nguyên tử H và nhóm $CH_3$.
3
$H$ của $HCl$ ưu tiên cộng vào $C_1$ (giàu H hơn); $Cl$ cộng vào $C_2$ (ít H hơn) → sản phẩm chính $CH_3-CHCl-CH_3$ (2-chloropropane).
$H$ của $HCl$ ưu tiên cộng vào $C_1$ (giàu H hơn); $Cl$ cộng vào $C_2$ (ít H hơn) → sản phẩm chính $CH_3-CHCl-CH_3$ (2-chloropropane).
4
Trường hợp ngược lại (H vào $C_2$ , Cl vào $C_1$ ) cho $CH_3-CH_2-CH_2Cl$ (1-chloropropane) — đây là sản phẩm PHỤ, tạo ra với lượng rất nhỏ.
Trường hợp ngược lại (H vào $C_2$, Cl vào $C_1$) cho $CH_3-CH_2-CH_2Cl$ (1-chloropropane) — đây là sản phẩm PHỤ, tạo ra với lượng rất nhỏ.
5
Vậy sản phẩm chính là 2-chloropropane ( $CH_3-CHCl-CH_3$ ), theo đúng quy tắc Markovnikov.
Vậy sản phẩm chính là 2-chloropropane ($CH_3-CHCl-CH_3$), theo đúng quy tắc Markovnikov.

Ví dụ

Tính toán phản ứng cộng

H_2

Tính toán phản ứng cộng $H_2$

1
0,1 mol but-1-ene phản ứng vừa đủ với $H_2$ (xúc tác Ni, đun nóng). Tính thể tích $H_2$ (đkc) cần dùng và viết công thức cấu tạo sản phẩm.
0,1 mol but-1-ene phản ứng vừa đủ với $H_2$ (xúc tác Ni, đun nóng). Tính thể tích $H_2$ (đkc) cần dùng và viết công thức cấu tạo sản phẩm.
2
$CH_2=CH-CH_2-CH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni, t^{\circ}} CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$ (butane).
$CH_2=CH-CH_2-CH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni, t^{\circ}} CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$ (butane).
3
Tỉ lệ mol $1:1$ nên $n(H_2) = n(\text{but-1-ene}) = 0{,}1$ mol.
Tỉ lệ mol $1:1$ nên $n(H_2) = n(\text{but-1-ene}) = 0{,}1$ mol.
4
$V(H_2) = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479$ lít. Vậy cần $2{,}479$ lít $H_2$ (đkc), sản phẩm là butane $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$ .
$V(H_2) = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479$ lít. Vậy cần $2{,}479$ lít $H_2$ (đkc), sản phẩm là butane $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$.

Sai lầm thường gặp

Lỗi phổ biến nhất là áp dụng Markovnikov NGƯỢC — gắn $X$ vào carbon nhiều H hơn thay vì $H$ . Một lỗi khác là áp dụng quy tắc cho cả alkene ĐỐI XỨNG (như $CH_3-CH=CH-CH_3$ ), trong khi trường hợp này chỉ có MỘT sản phẩm duy nhất, không cần và không thể phân biệt sản phẩm chính/phụ.

Lỗi phổ biến nhất là áp dụng Markovnikov NGƯỢC — gắn $X$ vào carbon nhiều H hơn thay vì $H$. Một lỗi khác là áp dụng quy tắc cho cả alkene ĐỐI XỨNG (như $CH_3-CH=CH-CH_3$), trong khi trường hợp này chỉ có MỘT sản phẩm duy nhất, không cần và không thể phân biệt sản phẩm chính/phụ.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Alkene có phản ứng cộng $H_2$ , $X_2$ , $HX$ nhờ liên kết $\pi$ kém bền. Cộng $Br_2$ làm mất màu dung dịch — phép thử nhận biết alkene. Với alkene không đối xứng, quy tắc Markovnikov cho biết $H$ cộng vào carbon giàu H hơn để tạo sản phẩm chính.

Alkene có phản ứng cộng $H_2$, $X_2$, $HX$ nhờ liên kết $\pi$ kém bền. Cộng $Br_2$ làm mất màu dung dịch — phép thử nhận biết alkene. Với alkene không đối xứng, quy tắc Markovnikov cho biết $H$ cộng vào carbon giàu H hơn để tạo sản phẩm chính.

Cầu nối

Bài sau học hai phản ứng khác của alkene: phản ứng trùng hợp tạo polymer, và phản ứng oxi hoá bằng dung dịch $KMnO_4$ .

Bài sau học hai phản ứng khác của alkene: phản ứng trùng hợp tạo polymer, và phản ứng oxi hoá bằng dung dịch $KMnO_4$.