Dong phan.doc

CHƯƠNG I

ĐỒNG PHÂN CỦA CÁC
HỢP CHẤT HỮU CƠ

Đồng phân – hợp chất hữu cơ có công
thức phân tử giống nhau, công thức cấu
tạo khác nhau;
• Phân loại:
I. Đồng phân cấu tạo (phẳng)
II. Đồng phân lập thể: đồng phân cấu dạng,
đồng phân cấu hình (đồng phân hình học,
đồng phân quang học)
•

Phân loại đồng phân
Ðong phân
không gian
Câu tao
hình hoc

Câu hình
quang hoc

Câu dang

I. ĐỒNG PHÂN CẤU TẠO
Do có sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử trong
mạch C.
1. Đồng phân mạch C

2. Đồng phân do vị trí các liên kết bội và nhóm chức

3. Đồng phân có nhóm định chức khác nhau

4. Đồng phân có nhóm thế khác nhau liên kết với
nhóm định chức

II. ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ
1. Đồng phân hình học
a/ Điều kiện xuất hiện
• Xuất hiện khi phân tử có bộ phận cứng nhắc
→ cản trở sự quay tự do của các nguyên tử ở đó
• 2 nguyên tử liên kết với cùng 1 nguyên tử của
bộ phận cứng nhắc phải khác nhau
• Thường xuất hiện ở những hợp chất có chứa
C=C, C=N, N=N, hệ liên hợp, vòng phẳng 3 hay
4 cạnh.

R1R2C=CR3R4
R1 ≠ R2 và R3 ≠ R4

b/ Danh pháp của đồng phân hình học
b.1. Hệ cis – trans: axC=Cay
• a nằm cùng phía với mặt phẳng π → cis, khác
phía → trans

b.2. Hệ Z-E: axC=Cby (a > x và b > y)
• a, b cùng phía so với mặt phẳng π → Z (zusammen),
khác phía → E (entgegen).

Xét tính hơn cấp của nhóm thế
• Dựa theo thứ tự ưu tiên sau trong bảng HTTH của
nhóm thế (điện tích hạt nhân lớn)
Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H
35 17 16 15 9 8 7 6 1

• Nếu các nguyên tử liên kết trực tiếp giống nhau thì xét
lớp thứ 2:
CH(CH3)2 >
CH2CH3 >
CH3
1H+2C=13
(RO)3C
>

2H+1C=8
3H=3
(RO)2CH > ROCH2

3O=24

2O+1H=17
CH3 2HC
H 3C

C C

1O+2H=10

CH3

(E)

CH2CH3

* Nếu trong nhóm có nguyên tố âm điện hơn thì sẽ ưu tiên
hơn (vd: CH2OH > (CH3)3C)

• Các nguyên tử chứa liên kết bội được tính bội lần:
HC=O > CH2OH

17

10

C6H5 > (CH3)2CH C N > CH2NH2

18

13

21

H3 C 3 C

9

C 6H 5

C C
N CH3 2
H E

* Chú ý: khi dùng danh pháp Z-E, Z và E không
phải luôn trùng với danh pháp cis và trans.

• Hệ có nhiều nối đôi riêng rẽ:
H

H

H

C C

C C
H 3C

H 2C
C C
H
H

H3C

H2C
C C
H
H

CH3

CH3
H

H
C C
H

H 2C
C C
H3 C
H

H

trans-trans (E-E)

cis-trans (Z-E)

cis-cis (Z-Z)

CH3

• Hệ liên hợp a(HC=CH)nx:
R

H

H
C C
R'

C C
H

R

H

cis-cis (Z-Z)

H

R'
C C
H

C C
H

H

H

cis-trans (Z-E)

H

R'
C C
H

C C
R

H

H

H

H
C C
R'

C C
R

H

trans-trans (E-E) trans-cis (E-Z)

• Đối với hợp chất axC=Ny
a > x, a và y cùng phía so với mặt phẳng nối đôi → Z
Khác phía → E
– Đối với aldoxime: nếu nhóm –OH và –H nằm
khác phía => anti. Cùng => syn

– Đối với ketoxime:
Cùng 1 chất có thể gọi là syn- hay anti- và phải chỉ
rõ nhóm nào syn hay anti với nhóm OH.

• Đối với hợp chất azo xN=Ny

• Đối với các hợp chất vòng no:
Các nhóm thế tương đương cùng phía với mặt
phẳng vòng → cis, khác phía → trans

c/ Cách xác định và so sánh các đồng phân hình học
c.1. Xác định khoảng cách giữa các nhóm thế
Khoảng cách giữa 2 nhóm thế tương đương trong
đồng phân cis < trans

c.2. Moment lưỡng cực
• 2 nhóm thế giống nhau aHC=Cha

• 2 nhóm thế khác nhau aHC=CHb (a ≠ b):
– 2 nhóm thế cùng hút hay cùng đẩy điện tử:
– 2 nhóm thế có tính chất điên tử ngươc nhau:

c.3. Nhiệt độ nóng chảy
• Đồng phân trans:
do tính đối
xứng → mạng lưới tinh thể chặt chẽ.
• Lưu ý: mối liên hệ giữa nhiệt độ sôi và đồng
phân hình học không chặt chẽ.

II. Đồ ng phân không gian
D1.Cách biể u diễ n cấ u trúc không gian củ a phân tử
a. Công thức phối cảnh:
Qui ước biểu diễn:
– Liên kết nằm trong mặt phẳng được biểu diễn bằng đường liên
tục
– Liên kết hướng ra phía trước biểu diễn bằng đường đậm
– Liên kết phía sau biểu diễn bằng đường đứt đoạn
H
a
C

C
b

d
c

H

H
H

Metan

• Theo cách khác: để biểu diễn phân tử có 2 nguyên tử
C thì liên kết giữa 2 C được biểu diễn bằng đường
thẳng từ trái sang phải và xa dần người quan sát, các
nguyên tử và nhóm nguyên tử liên kết với c cũng được
biểu diễn trong không gian bằng đoạn thẳng xuất
phát từ C1 và C2
• Ví dụ Cabc-Ca’b’c’
c'
a'

b'

a
b
c

xen ke

a

b'

a'

b
c

che khuat

c'

b. Công thứ c chiế u Niumen (Newman)

Qui ước: Nhìn phân tử dọc theo 1 liên kết nào đó, thường là liên
kết C-C
– Nguyên tử C ở đầu liên kết xa mắt (bị che khuất C2) được
thể hiện bằng hình tròn và nguyên tử gần mắt quan sát
(C1) được biểu diễn bằng tâm của hình tròn.
– Các liên kết từ C1 được nhìn thấy toàn bộ và xuất phát từ
tâm hình tròn (C1).
– Các liên kết từ C2 chỉ nhìn thấy được phần ló ra từ chu vi
của hình tròn C2.
H

H

H

H

H

H

H
H

H

H

H
H

Newman

c. Công thứ c Fischer
Qui ước:
– Cấu trúc KG của phân tử được biểu diễn trên mặt phẳng
bằng cách chiếu lên mặt phẳng giấy
– Đặt công thức phối cảnh của phân tử sao cho nguyên tử C
được chọn nằm trong mặt phẳng trang giấy, hai nhóm thế
gần mắt người quan sát khi chiếu lên mắt phẳng thì nằm ở
bên phải và bên trái nguyên tử C, 2 nhóm nguyên tử còn lại
xa mắt người quan sát khi chiếu lên nằm trên trục dọc của
công thức Fisơ (Fischer)
CHO
C
H

CHO
H

OH
CH2OH

C

CHO
OH

CH2OH

Công thức phối cảnh

H

C

HO

CH2OH

Công thức Fisơ

• Nếu phân tử có nhiều nguyên tử C
thì trục dọc là trục của nguyên tử C
CH3-CHCl-CH2-CH3
• Nếu hai nguyên tử C ở đầu mạch có
số oxi hoá như nhau thì ở phía trên là
CH3
CH3
nhóm thế có số thứ tự nhỏ hơn
trong tên gọi
Cl
Cl
H
H
Lư u ý
C2H5
C2H5
• Thông thường người ta biểu diễn
công thức Fischer để chỉ các nguyên
tử C bất đối, còn khi không có C bất
đối thì người ta thường biểu diễn
dạng công thức rút gọn để công thức
ít phức tạp

Cacbon bất đối xứng:
Phân tử Cabcd với a ≠ b ≠ c ≠ d → không có tính
đối xứng trong không gian

Phân tử lactic acid

· Đổi chỗ bất kỳ 2 nhóm thế nào ở nguyên tử carbon bất đối
cũng làm quay cấu hình và sẽ sinh ra dạng đồng phân khác.
C O (2)
H
H

O (1)
H
H H
(3) C 2O
R

CO
H
H
O

OH
H

C 2O
H H
S

HOC

H
C 2O
H H
R

· Nếu dịch chuyển đồng thời cả 3 nhóm thế theo chiều kim
đồng hồ hay theo chiều ngược lại thì công thức Fisher vẫn
giữ nguyên ý nghĩa.
· Không được quay công thức Fisher trên mặt phẳng một góc
900 hay 2700 vì sẽ làm quay cấu hình nhưng có thể quay một
góc 1800.

2. Đồng phân cấu dạng (đồng phân quay)
• Đồng phân cấu dạng là các dạng khác nhau trong
không gian của cùng 1 cấu hình
• Không thể tách thành những đồng phân riêng lẻ
• Là những cấu trúc không gian sinh ra do 1 nhóm
thế quay xung quanh trục C – C so với 1 nhóm
nguyên tử khác
• Chỉ tồn tại những cấu dạng tương đối bền
• Thường cần năng lượng 3-4 kcal/mol.

a/ Cách biểu diễn
a.1. Công thức phối cảnh (không gian 3 chiều)

Liên kết C – C: đường chéo đi qua phải, xa dần
người quan sát

a.2. Công thức Newman
• Quan sát dọc theo trục C – C → 2 nguyên tử ở
dạng che khuất hay xen kẽ
• Biểu diễn bằng vòng tròn
• Chiếu các nhóm thế lên mặt phẳng vuông góc với
trục C – C.

Che khuất

Xen kẽ

b/ Cấu dạng của các hợp chất mạch hở
b.1. Etan
• Quay 1 nhóm CH3 và cố định nhóm còn lại → 2
đồng phân cấu dạng tới hạn:
– Che khuất: khoảng cách giữa các H gần nhau →
năng lượng cao nhất → kém bền nhất
– Xen kẽ: khoảng cách giữa các H xa nhau → năng
lượng thấp nhất → bền nhất.

Giản đồ mô tả mức năng lượng khác nhau tùy
thuộc vào từng loại cấu dạng của etan

b.2. n – Butan
• Quay các nhóm thế quanh trục C2 – C3:
– 2 dạng có năng lượng cao: che khuất toàn phần
và che khuất 1 phần

– 2 dạng có năng lượng thấp: đối (anti) và (lệch
syn).

Giản đồ mô tả mức năng lượng khác nhau tùy thuộc
vào từng loại cấu dạng của n-butan

b.3. Cấu dạng của hợp chất vòng no
Vòng no 3, 4 cạnh không có đồng phân cấu dạng
b.3.1. Cyclohexane
Có 2 dạng đặc trưng: ghế (bền) và thuyền.
 Ghế
• Xem như 1 tổ hợp của 6 hệ thống n-butan
• Tất cả 6 hệ thống đều ở dạng xen kẽ.

 Thuyền
• 4 hệ thống ở dạng xen kẽ: C1-C2, C3-C4, C4-C5 và
C6-C1
• 2 hệ thống ở dạng che khuất hoàn toàn: C2-C3, C5-C6
• Khoảng cách H ở C1 và C4 rất nhỏ → lực đẩy → kém
bền hơn dạng ghế.

2. Đồng phân quang học
a/ Ánh sáng phân cực
• Ánh sáng phân cực: chỉ dao động trong 1 mặt
phẳng nhất định → mặt phẳng phân cực
• ASPC đi qua 1 số hợp chất hữu cơ làm mặt phẳng
phân cực quay 1 góc → chất hoạt động quang học
• ASTN đi qua lăng kính Nicol sẽ trở thành ASPC.

b/ Điều kiện xuất hiện đồng phân quang học
• Có yếu tố không trùng vật ảnh: Phân tử có vật và
ảnh trong gương không chồng khít
• 2 đồng phân này quay mặt phẳng phân cực
những góc như nhau nhưng ngược chiều → 1 đôi
đối quang:
– Đồng phân quay mặt phẳng sang trái → đồng
phân quay trái, ký hiệu (-)
– Ngược lại là đồng phân quay phải, ký hiệu (+)
– 2 đồng phân này có tính chất lý hóa giống nhau.

• Đồng phân quang học thường xuất hiện khi có
C bất đối xứng C*
• Cacbon bất đối xứng:
Phân tử Cabcd với a ≠ b ≠ c ≠ d → không có tính
đối xứng trong không gian

Phân tử lactic acid

AS
phân
cực

Cl

AS
phân
cực

Br

Br
H

H
F

F

Phân tử ( đồng
phân quay trái).

Cl

Phân tử( đồng
Gương phẳng

phân quay phải)

COOH

H3C

C
H

HO

H

C

CH3
OH

Axit L (-)-lactic
tonc

26

tos

122/14 mmHg

25
[α]D

COOH

+3.8o

Axit D (+)-lactic
26
122/14 mmHg
-3.8o

• Axit lactic có 2 đối quang là đồng phân quay phải và
đồng phân quay trái.
• Hỗn hợp 50% đồng phân quay phải và 50% đồng phân
quay trái gọi là hỗn hợp raxemic

d/ Công thức biễu diễn đồng phân quang học
d.1. Công thức tứ diện (3 chiều)

Không thuận lợi cho phân tử phức tạp

d.2. Công thức chiếu Fisher (2 chiều)

• Chiếu công thức tứ diện lên mặt phẳng
• Cạnh nằm ngang gần người quan sát, nằm dọc xa
người quan sát

• Có thể có nhiều công thức Fisher khác nhau
d.3. Công thức phối cảnh và Newman

• Hợp chất có nhiều trung tâm bất đối
• Xét phân tử: aldotetrozơ, nếu ta gọi góc quay
của cacbon bất đối thứ nhất là (a), góc quay
cacbon thứ hai là (b) thì góc quay của phân tử sẽ
bằng tổng đại số của các góc quay cực của từng
nguyên tử cacbon bất đối.
CH O

CH O

CHO

HO

H

H

OH

H

HO

H

H

OH

HO

C 2 H
HO

C 2
H OH

Hai ñoáquang e tro
i
ry

CHO

OH
H
C 2
H OH

HO

H

H

OH

C H2OH

Hai ñoáquang tre
i
o

Ñoàg phaâ quang hoï aldotetrazo
n
n
c

• Xét Acid tartric (HOOC – CHOH—CHOH_ COOH), có hai
C* nhưng chỉ có 3 đồng phân quang học. Trong đó có
một đồng phân meso tạo thành do mặt phẳng đối
xứng trong phân tử,
COOH
H

OH

H

OH
COOH

meso
Enantiomer

2 hoạt động quang học gọi enantiomer
và 1 không hoạt động quang học gọi meso

e/ Danh pháp và cách xác định cấu hình của đồng
phân quang học
• Cấu hình – sự phân bố trong không gian của các
nhóm thế xung quanh C*
• Cấu dạng – các dạng khác nhau trong không gian
của cùng 1 cấu hình

e.1. Hệ danh pháp D-L: cấu hình tương đối
• Quy ước: các đồng phân chứa dị tố (O, N, S …)
liên kết trực tiếp với C*, nằm bên phải của công
thức Fisher → D, bên trái → L

* Rất khó xác định khi
phân tử có nhiều C*

Danh pháp đồng phân quang học
a. Danh pháp D,L: gọi theo tên của chất chuẩn là D và
L glyxerandehit

CHO

CHO
H

OH
CH2OH

D- glyxerandehit

HO

H
CH2OH

L- glyxerandehit

Lưu ý: khi gọi tên theo D,L thì công thức ở dạng Fischer
của chất nghiên cứu phải ở dạng chuẩn

e.2. Hệ danh pháp R-S: cấu hình tuyệt đối
• Là cấu hình thực sự, nói lên sự phân bố các nhóm
thế trong không gian xung quanh C*
• Dùng quy tắc Kahn-Ingold-Prelog xác định độ
hơn cấp của nhóm thế
-OH > -CHO > -CH2OH

 Cách xác định cấu hình: C*abcd
a>b>c>d
 Theo công thức tứ diện/phối cảnh (không gian):
• Đặt d xa người quan sát
• Đi từ a→b→c: ngược chiều kim đồng hồ → đồng
phân S
• Cùng chiều kim đồng hồ → đồng phân R

 Theo công thức Fisher
• Đặt d nằm dưới hay trên trong công thức Fisher, sau
đó xét thứ tự các nhóm còn lại
• Đi từ a→b→c: ngược chiều kim đồng hồ → đồng
phân S
• Cùng chiều kim đồng hồ → đồng phân R
• Quy ước:
– Đổi vị trí 2 cặp nhóm thế (quay CT Fisher 180o) →
cấu hình không thay đổi
– Thay đổi vị trí 1 cặp nhóm thế (quay CT Fisher 90o
hay 270o) → cấu hình sẽ thay đổi

• Ví dụ lactic acid:

– Đổi H & CH3 (cặp 1),
OH & COOH (cặp 2):
– Đổi 1 cặp H & CH3:
* Lưu ý: R & S chỉ là đại lượng
lý thuyết, thực tế chỉ đo được
(+) & (-), R & S không liên hệ với (+) & (-)

• Quy tắc này dựa trên cơ sở tăng sự ưu tiên của
nhóm thế đính với trung tâm bất đối xứng theo
thứ tự ưu tiên từ lớn nhất (1) cho đến nhóm
nhỏ nhất (4) với điều kiện nhóm nhỏ nhất phải
ở xa vj trí người quan sát và sau mặt phẳng
• Nếu nhìn từ C bất đối đến nhóm có độ hơn cấp
(ưu tiên) nhỏ nhất mà từ 1→2→3 theo chiều
kim đồng hồ là R , ngược chiều là S

Đọc tên cấu hình R, S

Kinh nghiệm: Nếu đọc theo R,S từ công thức Fischer có
nhóm thế có độ hơn cấp nhỏ nhất nằm ở trục ngang, từ
1→2→3 theo kim đồng hồ là S , ngược kim đồng hồ là R

f/ Các hợp chất chứa nhiều C*
f.1. Hợp chất chứa các C* không tương đương

Số đồng phân quang học: N=2n, n – số C* không
tương đương

f.2. Hợp chất chứa C* tương đương
 Tactric acid

• Trong đồng phân meso: độ quay cực của 2 C*
triệt tiêu nhau → không còn hoạt tính quang học
• Số đồng phân quang học của hợp chất chứa C*
tương đương (tính cả đồng phân meso):
N = 2n-1
(n - lẻ)
(n - chẵn)

g/ Hỗn hợp racemic
•

Là hỗn hợp 50% (+) và 50% (-) → hỗn hợp
không có tính chất quang học vì độ quay cực tự
bù trừ nhau

Tìm những trung tâm bất đối xứng của
các phân tử sau?
a.

b.
CH3
CH2CH2CHCH2OH

d.
H

Cl
Br

Cl
Br

Viết các đồng phân quang học của các hợp chất :
a.HO-CH2CHOH-CHOH-CHO; b. HOOC-CHOH-CHOHCOOH, chỉ rõ những chất đối quang, đồng phân
meso ?

• a
• Có 4 đồng phân quang học :Cặp chất I &II;
III&IV là các cặp đối quang
CHO
H

OH

OH

H

CHO

CHO

CHO
OH

HO

H

OH

OH

H

H

H

H

OH

OH

H

OH

OH

OH

OH

I

II

III

IV

•Có 4 đồng phân quang học :Cặp chất I &II; III&IV là các cặp đối quang

CHO
H

OH

OH

H

OH

OH

H

H

H

OH HO

H

CHO

CHO

CHO

H

OH

OH

H

OH

OH

OH

OH

I

II

III

IV

Xác định cấu hình R/S của một số chất?

CHO

COOH

C
H

OH
CH3CH2

Br
H2N

OH

OH
CH3

H

OH

H

H

C

H

COOH

COOH

H

OH
CH3

Qui tăc Can, Ingon và Preloc cho hệ danh pháp R-S

VD
xác định cấu hình tuyệt đối của một số chất:

CHO

COOH
Cl OH

NH2
CH3

H

H

H

Br

H
CH3

COOH
H
OH

COOH

OH OH

H

H

OH

COOH

H

COOH

Dong phan.doc

More Related Content

What's hot

Similar to Dong phan.doc

Dong phan.doc