Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau phân tích một bài tập thú vị liên quan đến tính chất hóa học và cấu trúc của anken. Để giải quyết bài toán này một cách chính xác, chúng ta cần nắm vững các kiến thức về đồng phân anken, quy tắc Markovnikov, và điều kiện vật lý của các chất hữu cơ.

Đề bài yêu cầu chúng ta tìm số lượng anken thỏa mãn hai điều kiện:

1. Là chất khí ở điều kiện thường.
2. Khi tác dụng với HCl chỉ cho một sản phẩm hữu cơ duy nhất.

Chúng ta sẽ đi phân tích từng điều kiện một:

Bước 1: Xác định các anken là chất khí ở điều kiện thường

Theo kiến thức về dãy đồng đẳng anken, các anken có số nguyên tử cacbon từ \(C_2\) đến \(C_4\) thường là chất khí ở điều kiện thường.

• Anken nhỏ nhất là etilen (eten) có 2 nguyên tử cacbon: \(C_2H_4\).
• Anken có 3 nguyên tử cacbon: propen (\(C_3H_6\)).
• Các anken có 4 nguyên tử cacbon: buten (\(C_4H_8\)). Các đồng phân cấu tạo của buten là: but-1-en, but-2-en (có đồng phân hình học cis-trans), và 2-metylpropen (isobutilen).

Vậy, các anken cần xét là: eten, propen, but-1-en, but-2-en, 2-metylpropen.

Bước 2: Phân tích từng anken tác dụng với HCl và xác định số sản phẩm

Chúng ta sẽ áp dụng quy tắc Markovnikov cho phản ứng cộng hợp HCl vào liên kết đôi \(C=C\). Quy tắc này phát biểu rằng: “Trong phản ứng cộng HX vào liên kết đôi của anken bất đối xứng, nguyên tử H (từ HX) ưu tiên cộng vào nguyên tử C mang liên kết đôi có nhiều nguyên tử H hơn, còn X (từ HX) sẽ cộng vào nguyên tử C mang liên kết đôi có ít nguyên tử H hơn.”
Khái niệm “sản phẩm hữu cơ duy nhất” trong ngữ cảnh này thường được hiểu là chỉ tạo ra một loại đồng phân cấu tạo duy nhất (không xét đến đồng phân lập thể như đối quang, trừ khi đề bài yêu cầu rõ). Điều này xảy ra khi anken đối xứng hoặc khi cộng theo quy tắc Markovnikov chỉ có một khả năng tạo ra sản phẩm.

1. Eten (\(CH_2=CH_2\)):

• Cấu tạo: \(CH_2=CH_2\).
• Tính đối xứng: Eten là anken đối xứng.
• Phản ứng cộng HCl:
  \[CH_2=CH_2 + HCl \rightarrow CH_3-CH_2Cl\]
  (Tên sản phẩm: Cloetan)
• Nhận xét: Dù nguyên tử H và Cl cộng vào \(C_1\) hay \(C_2\) thì cũng chỉ tạo ra một sản phẩm duy nhất là cloetan.
• Kết luận: Eten thỏa mãn.

2. Propen (\(CH_2=CH-CH_3\)):

• Cấu tạo: \(CH_2=CH-CH_3\).
• Tính đối xứng: Propen là anken không đối xứng.
• Phản ứng cộng HCl (theo quy tắc Markovnikov):
  Nguyên tử H sẽ cộng vào \(CH_2\) (nhiều H hơn), nguyên tử Cl sẽ cộng vào \(CH\) (ít H hơn).
  \[CH_2=CH-CH_3 + HCl \rightarrow CH_3-CHCl-CH_3\]
  (Sản phẩm chính: 2-clopropan)
  Tuy nhiên, về mặt lý thuyết và thực nghiệm, luôn có một lượng nhỏ sản phẩm phụ ngược quy tắc Markovnikov hoặc nếu không tuân theo Markovnikov thì cũng sẽ có sản phẩm phụ.
  \[CH_2=CH-CH_3 + HCl \rightarrow CH_2Cl-CH_2-CH_3\]
  (Sản phẩm phụ: 1-clopropan)
• Nhận xét: Tạo ra hai đồng phân cấu tạo khác nhau (2-clopropan và 1-clopropan), mặc dù 2-clopropan là sản phẩm chính. Do đề bài yêu cầu “một sản phẩm duy nhất”, nên propen không thỏa mãn.

3. But-1-en (\(CH_2=CH-CH_2-CH_3\)):

• Cấu tạo: \(CH_2=CH-CH_2-CH_3\).
• Tính đối xứng: But-1-en là anken không đối xứng.
• Phản ứng cộng HCl (theo quy tắc Markovnikov):
  Nguyên tử H cộng vào \(CH_2\), nguyên tử Cl cộng vào \(CH\).
  \[CH_2=CH-CH_2-CH_3 + HCl \rightarrow CH_3-CHCl-CH_2-CH_3\]
  (Sản phẩm chính: 2-clobutan)
  Tương tự propen, cũng sẽ có sản phẩm phụ:
  \[CH_2=CH-CH_2-CH_3 + HCl \rightarrow CH_2Cl-CH_2-CH_2-CH_3\]
  (Sản phẩm phụ: 1-clobutan)
• Nhận xét: Tạo ra hai đồng phân cấu tạo khác nhau. But-1-en không thỏa mãn.

4. But-2-en (\(CH_3-CH=CH-CH_3\)):

• Cấu tạo: \(CH_3-CH=CH-CH_3\).
• Tính đối xứng: But-2-en là anken đối xứng (do hai nhóm \(-CH_3\) ở hai đầu liên kết đôi là giống nhau).
• Phản ứng cộng HCl:
  Dù nguyên tử H cộng vào \(C_2\) và Cl cộng vào \(C_3\), hay ngược lại, thì sản phẩm tạo thành vẫn là 2-clobutan.
  \[CH_3-CH=CH-CH_3 + HCl \rightarrow CH_3-CHCl-CH_2-CH_3\]
  (Tên sản phẩm: 2-clobutan)
• Nhận xét: Chỉ tạo ra một sản phẩm hữu cơ duy nhất về mặt cấu tạo. (Lưu ý: 2-clobutan có thể có đồng phân quang học do có nguyên tử cacbon bất đối, nhưng trong phạm vi lớp 11, chúng ta thường chỉ xét đến đồng phân cấu tạo khi nói đến “sản phẩm duy nhất”).
• Kết luận: But-2-en thỏa mãn.

5. 2-Metylpropen (isobutilen) (\(CH_2=C(CH_3)_2\)):

• Cấu tạo: \(CH_2=C(CH_3)_2\).
• Tính đối xứng: 2-Metylpropen là anken không đối xứng.
• Phản ứng cộng HCl (theo quy tắc Markovnikov):
  Nguyên tử H cộng vào \(CH_2\), nguyên tử Cl cộng vào \(C(CH_3)_2\).
  \[CH_2=C(CH_3)_2 + HCl \rightarrow (CH_3)_3CCl\]
  (Sản phẩm chính: 2-clo-2-metylpropan)
  Sản phẩm phụ:
  \[CH_2=C(CH_3)_2 + HCl \rightarrow CH_2Cl-CH(CH_3)_2\]
  (Sản phẩm phụ: 1-clo-2-metylpropan)
• Nhận xét: Tạo ra hai đồng phân cấu tạo khác nhau. 2-Metylpropen không thỏa mãn.

Bước 3: Tổng hợp kết quả

Dựa trên phân tích trên, chỉ có eten và but-2-en là các anken thỏa mãn cả hai điều kiện: là chất khí ở điều kiện thường và khi tác dụng với HCl chỉ cho một sản phẩm hữu cơ duy nhất.
Vậy có tổng cộng 2 anken thỏa mãn yêu cầu của đề bài.

Đáp án đúng là A. 2.

Hy vọng bài giải này giúp các em hiểu rõ hơn về các phản ứng cộng của anken và cách xác định sản phẩm! Chúc các em học tốt!