HÓA HỌC LẬP THỂ HÓA HỌC HỮU CƠ NÂNG CAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

1. 04-Jan-20
1
TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
HÓA HỌC HỮU CƠ
NÂNG CAO
NĂM 2019
Stereochemistry
Hóa Lập Thể
HÓA HỌC LẬP THỂ
Chương 1
HÓA LẬP THỂ CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ
Chương 2.
HÓA LẬP THỂ CỦA PHẢN ỨNG HỮU CƠ

2. 04-Jan-20
2
Đồng phân lập thể (không gian)
1.1. Khái niệm
Đồng phân lập thể (không gian): cùng công thức cấu tạo nhưng
khác nhau về cách thức sắp xếp các nguyên tử trong không gian.
■ Còn có tên là đồng phân cấu hình do cấu hình được định nghĩa là
cách thức sắp xếp trong không gian của các nguyên tử trong một
phân tử. Ví dụ: phân tử methan có cấu hình tứ diện đều.
Các công thức chiếu biểu diễn
cấu hình của một phân tử hợp
chất hữu cơ trên mặt phẳng
Công thức phối cảnh
Công thức chiếu Newman
Công thức chiếu Fisher
1. Công thức phối cảnh
- Hai nối trong mặt phẳng được
biểu diễn bằng nét liền
- Nối nằm phía trước mphẳng
được biểu diễn bằng nét đậm
- Nối nằm sau mphẳng được
biểu diễn bằng nét đứt
=
Sai
* Biểu diễn công thức phối cảnh cho nhiều carbon:
- Nối sang phải hướng ra bên ngoài mặt phẳng
- Nối sang trái hướng ra phía sau mặt phẳng
- Các nối có vẻ vuông góc nhưng thật ra góc nối là 109o28’
- Nối C-C ở giữa vẽ dài ra các nhóm thế của 2 tâm Csp3 không chập lên
nhau

3. 04-Jan-20
3
Thuyết quay giới hạn của nối đơn σ
Nối σ có tính đối xứng trục nghĩa là khi xoay 2
obital xen phủ, độ xen phủ hay độ bền (năng
lượng) liên kết không đổi. Do đó, 2 nguyên tử
của nối σ có thể xoay quanh liên kết σ. Dẫn đến
hiện tượng phân tử hữu cơ có thể tồn tại dưới
nhiều cấu dạng khác nhau.
→ Cấu dạng: là các dạng khác nhau của cấu hình có được
do sự quay quanh nối đơn σ. Ví dụ: xét phân tử n-butan
Cấu dạng lệch bền hơn cấu trạng che khuất rất nhiều, trong đó bền nhất
là cấu dạng đối lệch, cấu dạng che khuất toàn phần kém bền nhất
Nói là giới hạn vì không phải nối σ quay tự do hoàn toàn mà phải
quay sao cho cấu dạng bền chiếm lượng nhiều hơn.
2. Công thức chiếu Newman
- Trục C-C được đặt thẳng góc với mặt phẳng chiếu α).
- C ở xa được biểu diễn bằng đường tròn, C ở gần được biểu diễn
bằng dấu chấm ở tâm đường tròn đó.
- Các nối của C ở gần xuất phát từ tâm đường tròn, Các nối của C ở
xa xuất phát từ trên đường tròn. Các nối tạo với nhau góc 120o.

4. 04-Jan-20
4
3. Công thức chiếu Fischer
- Nối dọc hướng ra phía sau mặt phẳng.
- Nối ngang hướng ra phía trước mặt phẳng.
- Mạch carbon được đặt trên trục dọc, với nguyên tử carbon có số oxi
hóa cao hơn ở phía trên.
- Giao điểm giữa đường ngang và đường dọc chính là tâm carbon
Lưu ý: Trong trường hợp nhiều C (từ 2C trở lên), để chiếu công
thức chiếu Fischer ngoài việc chọn góc nhìn, trong một số trường
hợp nếu phân tử ở cấu trạng lệch thì phải xoay về cấu trạng che
khuất rồi mới chiếu.
3. Công thức chiếu Fischer

5. 04-Jan-20
5
1.2. Phân loại Đồng phân lập thể
1.2.1. Đồng phân hình học
Định nghĩa: là những hợp chất có cùng CTCT nhưng cách sắp xếp
của những nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác nhau đối với một mặt
phẳng quy chiếu (mặt phẳng π, mặt phẳng vòng - xycloalkan),
* Đồng phân hình học của nối đôi
Hiện tượng đồng phân hình học là do cơ cấu cứng nhắc của nối đôi
khác với nối đơn không thể xoay được (nếu không sẽ mất đi sự xen
phủ bên của 2 obital pπ).
Ban đầu người ta sử dụng tên gọi cis-trans, nhưng tên gọi này có
nhược điểm là trong trường hợp trên 2 carbon nối đôi không có 2
nhóm thế giống nhau→ không phân biệt được cis-trans → Z - E
Cách gọi tên E-Z
Goi tên Z-E dựa trên độ ưu tiên của 2 nhóm thế trên mỗi carbon nối
đôi theo quy tắc Cahn-Ingold-Prelog (CIP)
Quy tắc Cahn-Ingold-Prelog
1. Các nhóm ưu tiên được sắp xếp theo thứ tự giảm dần số điện tích hạt
nhân nguyên tử của nguyên tử liên kết trực tiếp với C=
VD: -I > -Br > -Cl > -F -SO3H > -OH > -NH2 > -CH3
2. Nếu hai nguyên tử gắn trên C= giống nhau thì xét nguyên tử liên kết
trực tiếp với nguyên tử đó. Nếu vẫn không chọn được nhóm ưu tiên thì
xét tiếp nguyên tử thứ ba…
VD: -CR3 > -CHR2 > -CH2R > -CH3; -NR2 > -NHR > -NH2
3. Một nguyên tử liên kết đôi hay ba tương đương với hai nối đơn hoặc
ba nối đơn với nguyên tử đó Vd –CH=O (O,O,H) > -CH2OH (O,H,H)
(Vì O  O; O > H).
Lưu ý: -Đồng vị có khối lượng lớn hơn được sắp xếp trước: T > D > H
- Cấu hình cis ưu tiên hơn trans, R ưu tiên hơn S

6. 04-Jan-20
6
* Đồng phân xiclan
Các hợp chất vòng no có thể có 3, 4, 5, 6, 7, 8,… carbon. Nhưng vòng
3,4 rất kém bền (quá căng), trên thực tế các chất vòng chủ yếu là vòng
5,6 (bền nhất). Vòng 7 trở lên rất ít gặp
Mô hình phân tử
Cấu dạng ưu đãi
thực tế
Dạng đơn giảng
Công thức khai
triển phẳng
Ví dụ: Hợp chất 1-Hydroxy-4-bromocyclohexan có 2 đồng phân hình
học được trình bày ở dạng đơn giản và cấu trạng ghế.
• 6 C phân bố trên 2 mặt phẳng song song (1-
3-5 & 2-4-6), cách nhau 0.5Å
• Liên kết C-H gồm 2 nhóm: liên kết trục a
(axial) & liên kết biên e (equatorial)
• Dẫn xuất 1 lần thế: e-methyl cyclohexane bền hơn a-methyl
cyclohexane
• Khi có 2 nhóm thế khác nhau: nhóm lớn ở vị trí e

7. 04-Jan-20
7
1.2.2. Đồng phân quang học
1. KN: Đồng phân quang học là những đồng phân lập thể có cùng
dạng hình học phân tử nhưng khác nhau về khả năng làm quay mặt
phẳng ánh sáng phân cực (Tính quang hoạt ).
Điều kiện xuất hiện đồng phân quang học là có tính không trùng ảnh
vật:
+ Thường có Carbon bất đối.
+ Không có tâm đối xứng, không có mặt phẳng đối xứng (có
thể không có trục đối xứng ).
2. Các yếu tố đối xứng phân tử:
a. Mặt phẳng đối xứng:
- Mặt phẳng đối xứng là mặt phẳng chia vật ra làm hai phần mà
phần này là ảnh của phần kia trong gương.

8. 04-Jan-20
8
b. Tâm đối xứng: là điểm mà bất kì đường thẳng nào đi qua
điểm đó đều có thể gặp được những điểm tương đương ở khoảng
cách như nhau.
c. Trục đối xứng: là đường thẳng mà khi quay phân tử
quanh trục đó một góc xác định thì thu được cấu trúc trùng với cấu
trúc ban đầu.
3. Phân tử bất đối có một nguyên tử carbon bất đối.
a. Đối quang.
- Hai đồng phân quang học có trị số độ quay cực riêng như nhau
nhưng dấu thì đối nhau được gọi là hai chất đối quang hay đơn giản là
hai đối quang (enantiomer). Hai chất này không chồng khít lên nhau
được tuy chúng có tính chất vật lý và hóa học giống nhau.
b. Biến thể racemic: là loại phân tử không quang hoạt, gồm hai loại
phân tử đối xứng nhau qua gương. Loại này là quay mặt phẳng ánh
sáng phân cực sang phải, loại kia làm quay mặt phẳng ánh sáng phân
cực sang trái với trị số như nhau do đó triệt tiêu lẫn nhau.

9. 04-Jan-20
9
c. Tính không trùng ảnh vật (chiral).
-Tính không trùng ảnh vật là sự không chồng khít của ảnh và vật của
nó trong mặt phẳng gương.
-Tính không trùng ảnh vật là điều kiện cần và đủ cho sự tồn tại của
đối quang.
- Điều kiện để có tính không trùng ảnh vật: Những phân tử không có
tâm đối xứng và không có mặt phẳng đối xứng thì có tính trùng vật
ảnh.
-Phân tử có một yếu tố đối xứng nào đó gọi là trùng ảnh vật (achiral)
hay đối xứng.
( Chiral )
( Chiral )

10. 04-Jan-20
10
d. Cấu hình tương đối và tuyệt đối:
* Cấu hình tương đối: Trong phân tử, nếu có cấu hình giống như
D- glyceraldehyde thì cũng được kí hiệu bởi chữ D, nếu có cấu
hình giống với L-glyceraldehyde thì được kí hiệu bởi chữ L. Cấu
hình được qui định như vậy gọi là cấu hình tương đối.
* Cấu hình tuyệt đối:
Cách xác định cấu hình tuyệt đối: phân tử C*abcd với độ hơn cấp
a>b>c>d. Đặt phân tử sao cho d ở xa người quan sát, khi đó thứ tự
giảm dần độ hơn cấp của ba nhóm thế còn lại theo chiều kim đồng hồ
ta có cấu hình R; ngược chiều kim đồng hồ ta có cấu hình S
Aldehyde R-glyceric Aldehyde S-glyceric

11. 04-Jan-20
11
Cách xác định R,S dựa vào công thức Fischer:
- Nếu nhóm thế nhỏ nhất nằm trên dường nằm ngang: thứ tự giảm
dần độ hơn cấp của các nhóm thế còn lại theo chiều kim đồng hồ là
cấu hình S, ngược chiều kim đồng hồ là cấu hình R.
- Nếu nhóm thế nhỏ nhất nằm trên đường thẳng đứng: thứ tự giảm dần
độ hơn cấp của các nhóm thế còn lại theo chiều kim đồng hồ là cấu hình
R, ngược chiều kim đồng hồ là cấu hình S

12. 04-Jan-20
12
4. Phân tử bất đối có nhiều nguyên tử carbon bất đối.
a. Đồng phân dia: Là đồng phân lập thể có vài trung tâm chiral
nhưng có một phần trung tâm giống nhau về cấu hình mà thôi. Đồng
phân dia có những tính chất khác với cặp đối quang

13. 04-Jan-20
13
b. Đồng phân meso:
- Những đồng phân quang học có chứa nhiều C* nhưng do có mặt
phẳng hoặc tâm đối xứng mà không có tính quang hoạt được gọi là
hợp chất meso.
Đôi đối quang Acid mesotactric
c. Đồng phân threo và erythro.
Đồng phân threo có các nhóm thế ở hai phía khác nhau của trục
liên kết C-C hoặc có cấu dạng kề, còn đồng phân erythro có hai
nhóm thế ở cùng phía của trục C-C.

14. 04-Jan-20
14
5. Phân tử bất đối có nhiều nguyên tử carbon bất đối.
- Khi phân tử vòng no có hai hoặc nhiều nhóm thế thì các nguyên
tử C chứa nhóm thế liền trở nên bất đối, phân tử không có tính đối
xứng và như thế sẽ có đồng phân quang học
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
mezo
1,2-dicloxiclopentan
- Nếu trong vòng có nhiều nhóm thế thì số đồng phân quang học
sẽ tăng lên. Tùy theo vị trí của các nhóm thế trong phân tử sẽ tạo
nên một số yếu tố đối xứng và vì thế sẽ xuất hiện đồng phân meso
cho nên số đồng phân quang học bị giảm đi.
6.1. Trung tâm không trùng vật ảnh.
Trung tâm không trùng vật - ảnh có thể là nguyên tử carbon bất đối
hoặc các nguyên tử Si, P, S, … bất đối với nhóm thế thứ tư là cặp
electron tự do.
Ví dụ:
Trong hợp chất của N, các nhóm thế xung quanh trung tâm không
trùng vật - ảnh được phân bố theo hình tháp, tuy nhiên những cấu
trúc này có thể dẫn đến tứ diện nếu xem cặp electron tự do là nhóm
thế thứ tư.
6. Hợp chất quang hoạt không có nguyên tử carbon bất đối.

15. 04-Jan-20
15
Nếu trong phân tử, bốn nhóm thế a, b, c, d từng đôi một phân bố
trên một trục và không nằm trong cùng một mặt phẳng, như được biểu
diễn dưới dạng “một tứ diện bị kéo căng” thì xuất hiện tính quang
hoạt. Trục của phân tử như vậy gọi là “trục không trùng vật - ảnh”.
Trục không trùng vật - ảnh tồn tại ở các hệ:
6. 2. Tính quang hoạt do có trục không trùng vật - ảnh:
a) Đồng phân allen: số nối đôi chẵn
b) Đồng phân cản quay (atrop): Biphenyl mang nhóm thế:
Đồng phân không gian xuất hiện do sự cản quay tự do xung quanh
liên kết đơn
Acid – 6,6’-dinitrobiphenyl-2,2’-dicarboxylic
.
Trong phân tử biphenyl, hai nhân benzene có thể quay tự do
quanh trục C – C trung tâm
Nhưng khi phân tử có mang nhóm thế có kích thước lớn tại các vị
trí (2, 6, 2’, 6’) thì sự quay bị cản trở, hai nhân benzene không còn
đồng phẳng nữa, vì thế hệ phân tử trở nên cứng nhắc.
* Điều kiện để biphenyl có tính quang hoạt là:
- Các nhóm thế có kích thước khá lớn để ngăn cản sự quay tự do.
- Mỗi nhân benzene phải được thế không đối xứng.
- Ngoài ra hai nhóm thế ortho không cần phải gắn trên hai nhân
khác nhau.

16. 04-Jan-20
16
Nếu thay thế một nối đôi trong allen bằng một vòng, về mặt
hình học của phân tử không thay đổi. Các ankiliđen mang những
nhóm thế thích hợp có thể có đồng phân quang học.
c) Alkyliden cyclan:
COOH
H
H3C
H HOOC
H
CH3
H
Một số hợp chất có liên kết đôi C=N như oxim, semicarbazon,
phenyl hydrazon … cũng đã được tách hai, nhưng các đồng phân
quang học này không bền và bị raxemic hoá nhanh chóng. Ví dụ:
Ví dụ: acid-2-(4-methylcyclohexyliden)acetic
Sự thay thế hai liên kết đôi trong allen bằng hai vòng dẫn đến một
hệ vòng có chung một cạnh (hai vòng đối đỉnh): spiran. Nếu hai
vòng mang những nhóm thế trên hai nguyên tử C tại hai đầu của hệ
nằm trong hai mặt phẳng thẳng góc với nhau thì chúng có đồng phân
quang học.
d) Đồng phân spiran:
Ví dụ:
b
a a
b
6.3. Tính quang hoạt do có mặt phẳng không trùng vật - ảnh
Mặt phẳng không trùng vật - ảnh có ở các hợp chất ansa.
O
O
Br
(CH2)8
14-bromo-1,12-dioxa [12] paracyclofan

17. 04-Jan-20
17
II. Phân biệt Prochiral : Faces
- Khi một carbon tứ diện có thể được chuyển đổi sang một trung
tâm chiral bằng cách thay đổi chỉ một trong các nhóm trực thuộc, nó
được gọi là một trung tâm 'prochiral‘ và nhóm thế gọi là nhóm
'prochiral
Khi thay đổi một trong hai hydro ghi trên NADH đến một deuterium
(đồng vị 2H của hydro), carbon sẽ trở thành một trung tâm chiral
1. Nhóm thế Prochiral trên carbon tứ diện
- Nếu sản phẩm có cấu hình R thì nhóm thay thế sẽ gọi là pro- R và
ngược lại
- gọi là re nếu ba nhóm trong chuỗi ưu tiên theo chiều kim đồng hồ
và si nếu chúng ngược chiều kim đồng hồ
2. Carbonyl and imine carbons nhƣ 1 trung tâm prochiral

18. 04-Jan-20
18
Phản ứng hidro hóa trên là đặc biệt không chỉ về hướng face của nhóm carbonyl
mà còn hai H diastereotopic trên NADH cũng thay đổi
HÓA LẬP THỂ CỦA PHẢN ỨNG HỮU CƠ
1. Hoá lập thể của phản ứng cộng
1.1. Phản ứng cộng electrophin (AE)
a/ Phản ứng cộng tạo thành 1 carbon không đối xứng
- Phản ứng của but-1-ene + HBr tạo thành một lượng giống nhau (R) -
2-bromobutane và (S) -2-bromobutane
* Chất phản ứng không có bất kỳ nguyên tử carbon bất đối xứng nào
→P/ứng không có chọn lọc bởi không chọn một đồng phân lập thể cụ thể
Carbocation lai hóa sp2, vì
vậy ba ngtử mà nó liên kết
nằm trong một mph→ ion Br-
tấn công vào cả hai phía mp,
nên thu được một lượng đồng
phân R và S giống hệt nhau

19. 04-Jan-20
19
- Phản ứng của 2-methylbut-1-ene + HBr có mặt peroxide tạo thành
một lượng giống nhau của đồng phân (R) và (S)
Carbon gốc tự do mang electron chưa ghép cặp được lai hóa, electron
chưa ghép cặp được trải đều như nhau qua cả hai thùy → HBr có thể
kết hợp như nhau vào cả hai phía → sẽ thu được số lượng giống nhau
của enantome R và S.
→Khi một chất phản ứng không có trung tâm bất đối xứng tạo thành
một sản phẩm có một trung tâm bất đối xứng, sản phẩm sẽ luôn là
một hỗn hợp racemic.
* Chất phản ứng đã có một nguyên tử carbon bất đối xứng
→ Khi một chất phản ứng có trung tâm bất đối xứng tạo thành sản
phẩm có trung tâm bất đối xứng thứ hai, sản phẩm sẽ là
diastereomers với số lượng không bằng nhau (sản phẩm thu được với
lượng cao hơn sẽ là sản phẩm mà ion X- kết hợp từ phía không cản trở
của yếu tố không gian).
b/ Phản ứng cộng tạo thành 2 carbon không đối xứng
Khi một chất phản ứng không có trung tâm bất đối xứng trải qua
phản ứng tạo thành sản phẩm có hai trung tâm bất đối xứng, các đồng
phân lập thể được hình thành phụ thuộc vào cơ chế của phản ứng

20. 04-Jan-20
20
* Phản ứng cộng tạo thành thông qua một trung gian carbocation
hoặc gốc tự do. Pư cộng HX
Tương tự Phản ứng với trung gian là gốc tự do
→ Khi phản ứng cộng tạo sản phẩm có hai trung tâm bất đối xứng
mới với sản phẩm trung gian là carbocation (gốc tự do), sẽ thu được
bốn đồng phân lập thể
Khi hai nhóm thế thêm vào cùng một phía của liên kết đôi → cộng syn,
khác phía → cộng anti

21. 04-Jan-20
21
* Lập thể của phản ứng cộng hydro vào alkene
Phản ứng hydro hóa xúc tác, alkene nằm trên bề mặt chất xúc tác
kim loại mà H2 đã được hấp thụ → Kết quả là, cả hai nguyên tử hydro
cộng vào cùng một phía của liên kết đôi → phản ứng cộng syn
Nếu pư cộng H2 tạo thành một sản phẩm có hai tâm bất đối xứng, thì
chỉ có hai trong số bốn đồng phân lập thể có thể có được vì chỉ có thể
xảy ra sự cộng syn. cis-alkene → erythro; trans-alkene → threo
Nếu tâm bất đối xứng mang nhóm thế giống nhau → đồng phân meso
Lưu ý: Nếu chất phản ứng là dạng vòng cyclic (5, 6 cạnh), pư cộng H2
sẽ tạo thành các đồng phân cis vì hai hydrogens thêm vào cùng một
phía của liên kết đôi. Hai sản phẩm là đôi đối quan (enantiomers). Sp là
meso nếu 2 nhóm thế ở vòng là giống nhau

22. 04-Jan-20
22
* Hoá lập thể của phản ứng cộng halogen
Cơ chế cộng halogen của alkene:
- Phân tử halogen không tác dụng đồng thời mà bị phân cực do
tác dụng của liên kết π, tấn công vào alkene theo hai giai đoạn.
- Giai đoạn chậm quyết định tốc độ chung của phản ứng là giai
đoạn tấn công của phần mang điện dương vào nối đôi để tạo ra tiểu
phân trung gian (vòng ion Bromonium or Chloronium).
- Trạng thái chuyển tiếp vòng ba cạnh án ngữ một phía không
gian, do đó ion X- tấn công vào alkene từ phía đối diện, tức là cộng
anti (cộng từ hai phía đối nhau).

23. 04-Jan-20
23
+ Nếu alkene có cấu hình cis + halogen → sản phẩm có cấu hình
threo, ta được 1 cặp đối quang.
+ Nếu alkene có cấu hình trans + halogen → sản phẩm có cấu hình
erythro, nếu giống nhau thì ta chỉ thu được 1 đồng phân meso
Phản ứng Dạng cộng Lập thể hình thành
Phản ứng cộng tạo một trung tâm
bất đối xứng trong sản phẩm
1. Nếu chất phản ứng không có
tâm bất đối xứng, thì hỗn hợp
racemic hình thành
2. Nếu chất phản ứng có tâm bất
đối xứng, thì lượng không đồng
đều của một cặp diastereomers
được hình thành.
Phản ứng cộng tạo hai trung tâm bất đối xứng trong sản phẩm
Cộng với hợp chất có tạo ra sản
phẩm trung gian carbocation (gốc
tự do)
Syn và anti Bốn đồng phân lập thể được hình
thành;
Cộng H2, peroxyacid, BH3 or
BHR2
syn cis → erythro or cis enantiomers
trans → threo or trans
enantiomers
Cộng Br2 , Br2 + H2O, Br2 +ROH
(bất kỳ phản ứng nào tạo thành
trung gian ion bromonium hoặc
chloronium tuần hoàn)
anti cis → threo or trans enantiomers
trans → erythro or cis
enantiomers

24. 04-Jan-20
24
1.2. Phản ứng cộng nucleophin (AN)
Phản ứng cộng nucleophin vào liên kết đôi C=O không có đặc thù
lập thể bởi vì dù phản ứng diễn ra theo cơ chế cộng cis hay cộng trans
thì đều thu được một sản phẩm duy nhất do sự quay tự do quanh liên
kết đơn C-O.
Như vậy nếu phản ứng cộng tạo ra sản phẩm có nguyên tử C bất đối
thì sản phẩm đó là hỗn hợp racemic
Nhưng nếu trong trường hợp trong phân tử đã có một nguyên tử C bất
đối liên kết với nhóm C=O. Cấu hình của sản phẩm chính được xác
định theo quy tắc Cramer.
Quy tắc Cramer :
- Hợp chất carbonyl khi phản ứng sẽ ở cấu dạng có nguyên tử O của
nhóm C=O nằm giữa hai nhóm thế có kích thước nhỏ nhất của nguyên
tử C bất đối bên cạnh và nhóm R (hay nguyên tử H) của nhóm C=O
nằm ở vị trí che khuất với nhóm thế lớn nhất của C bất đối đó.
- Sản phẩm ưu tiên hình thành là sản phẩm do tác nhân nucleophin tấn
công vào phía ít bị án ngữ không gian, tức là phía giữa nhóm nhỏ nhất
và nhóm lớn nhất.
sản phẩm chính

25. 04-Jan-20
25
2. Hoá lập thể của phản ứng thế nucleophin vào nguyên tử
carbon no
2.1. Phản ứng thế (SN2)
Phản ứng SN2 làm quay cấu hình của phân tử.
Ở trạng thái chuyển tiếp, tác nhân (Y-) tương tác với trung tâm bất đối
khi liên kết giữa trung tâm bất đối với nhóm thế (X) chưa bị đứt hoàn
toàn. Khi này nhóm thế và nhóm bị thế được sắp xếp trên một đường
thẳng ở hai phía đối với trung tâm bất đối

26. 04-Jan-20
26
Sau khi trạng thái chuyển tiếp hình thành, nhóm bị thế tách ra và
các liên kết C-R chuyển sang phía trước kia có nhóm thế X. Sản
phẩm thu được có cấu tạo tứ diện ngược với tứ diện ban đầu. Đó gọi
là sự nghịch đảo Walden.
Như vậy, sự nghịch đảo Walden là sự đảo ngược cấu hình của sản
phẩm so với chất ban đầu sau khi thực hiện phản ứng SN2 ở nguyên
tử C bất đối.
Ví dụ 1: Cho (R)-2-bromobutan tác dụng với dung dịch NaOH
Ví dụ 2: Xét phản ứng của (S)-3-chloro-2,2-dimethylpentan với dd
KOH







27. 04-Jan-20
27
2.2. Phản ứng thế (SN1)
Phản ứng SN1 xảy ra với kết quả có thể tạo hỗn hợp racemic hoặc
kèm theo quay cấu hình một phần tuỳ thuộc vào thời gian tồn tại của
carbocation
- Tạo hỗn hợp racemic: Vì carbocation tạo ra ở giai đoạn 1 có cấu trúc
phẳng, do đó ở giai đoạn 2 của phản ứng, tác nhân nucleophin có thể
tấn công từ 2 phía của mặt phẳng với xác suất như nhau
- Quay cấu hình: Thực tế, sự racemic hoá xảy ra không hoàn toàn do tỉ
lệ sản phẩm quay cấu hình và giữ nguyên cấu hình thường lớn hơn 1.
Điều này được giải thích là do anion X- chưa kịp ra xa nên che chắn
đường tấn công của Y- vào carbocation phẳng, do đó buộc Y- phải ưu
tiên tấn công vào phía đối diện giống như hướng thế theo cơ chế SN2.
Ví dụ 1: Khi thuỷ phân R-2-bromo octane bằng alcohol - nước thu
được alcohol tương ứng, trong đó 66% cấu dạng S và 34% biến thể
racemic:

28. 04-Jan-20
28
Ví dụ 2: Thuỷ phân trong điều kiện tương tự với (R)-(1-
chloroethyl)benzene thì kết quả thu được 95% biến thể racemic và
5% cấu dạng S:
→Như vậy, nếu thời gian tồn tại của carbocation càng ít, carbocation
càng mau chóng phản ứng với tác nhân Nu-, trong khi đó X- chưa kịp
đi ra xa khỏi trung tâm phản ứng thì phần trăm quay cấu hình càng
lớn. Ngược lại, thời gian tồn tại của carbocation càng lớn thì phần
trăm racemic hoá càng nhiều.
Cơ chế SN1, SN2 của pư R-X + Y- phụ thuộc cấu trúc chất đầu:
- Nếu X gắn trực tiếp với C bậc 1 pư xảy ra chủ yếu theo cơ chế SN2.
- Nếu X gắn trực tiếp với C bậc 3 pư xảy ra chủ yếu theo cơ chế SN1.
- Nếu X gắn trực tiếp với C bậc 2, pư xảy ra theo cơ chế SN1 hoặc SN2
phụ thuộc cấu trúc hoặc dung môi. Dung môi phân cực làm cho phản
ứng xảy ra theo cơ chế SN1, dung môi không phân cực hoặc ít phân cực
làm cho phản ứng xảy ra theo cơ chế SN2.

29. 04-Jan-20
29
3. Hoá lập thể của phản ứng tách
3.1. Phản ứng tách (E2)
* Đối với hợp chất mạch hở
Cơ chế tách E2 xảy ra Theo qui tắc của Ingold: phân tử chất phản
ứng có thể quay tự do để bốn tâm tham gia phản ứng phải nằm trong
cùng mặt phẳng, nghĩa là các nguyên tử, nhóm nguyên tử tham gia phản
ứng phải ở vị trí trans (anti) đối với nhau và liên kết trục tạo điều kiện
thuận lợi cho sự xen phủ cực đại các orbital trong quá trình hình thành
liên kết
Quy tắc của Ingold được giải thích bởi 2 lý do:
+ Do hiệu ứng điện tử không gian: Sự tách trans được giải thích bởi sự
thuận lợi về mặt năng lượng hình thành trạng thái chuyển tiếp do tránh
được tương tác đẩy giữa các điện tử của X và tác nhân nucleophin
+ Khi các nhóm bị tách sắp xếp ở vị trí anti thì các orbital hình thành
liên kết với chúng cũng đang có vị trí thuận lợi cho việc hình thành
liên kết π của anken (sự chuyển hoá từ Csp3 sang Csp2 không phải đổi
hướng orbital)

30. 04-Jan-20
30
Ví dụ: Pư tách bằng alcoholate kiềm đối với 2-bromo-1-deutero-1,2-
diphenyl ethan
* Đối với hợp chất vòng no
E2 xảy a theo Quy tắc Barton- Hassel: Phản ứng tách E2 ở vòng no
xảy ra thuận lợi khi các nhóm thế được tách ra ở vị trí diaxial- trans
Xét phản ứng tách đối với 2-chloro-1-isopropyl-4-methyl
cyclohexane

31. 04-Jan-20
31
3.2. Phản ứng tách đơn phân tử (E1)
Phản ứng E1 không có tính đặc thù về mặt
lập thể như phản ứng E2 vì phản ứng E1 đi qua giai
đoạn tạo carbocation có cấu trúc phẳng. Do vậy,
phản ứng E1 có thể tách cis hoặc trans, tuy nhiên
đa phần tách trans vẫn ưu thế hơn.
vd1: CH3-CH2-CHBr-CH3CH3CH2-CH+-CH3CH3-CH=CH-CH3
carbocation trans > cis
Sản phẩm tách trans chiếm ưu thế hơn là do phức cis hình thành
có sức căng phụ trong phức hoạt hoá bởi tương tác đẩy của các nhóm
metyl, nghĩa là năng lượng phức hoạt hoá của cis cao hơn trans.
Ví dụ 2: Tách nước từ hợp chất 3-metylbutan-2-ol với xúc tác H+
CH3
_
CH_
CH _
CH3
CH3 OH
+H+
CH3
_
CH_
CH _
CH3
CH3 OH2
+
- H2O
CH3
_
CH_
CH _
CH3
CH3
+
CH3
_
CH_
CH _
CH3
CH3
+
CH3
_
C_
CH2
_
CH3
CH3
+
CH3
_
C = CH _
CH3
CH3
CH3
_
CH_
CH=CH2
CH3
CH2= C _
CH _
CH3
CH3
s¶n phÈm chÝnh
chuyÓn vÞ hi®rua
s¶n phÈm chuyÓn vÞ
(bÒn h¬n)