Chương 2: Các hiện tượng đồng phân trong hóa hữu cơ http://www.ebook.edu.vn

Trang 16
Chương 2: CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỒNG PHÂN TRONG HÓA HỮU CƠ
Các hiện tượng đồng phân gắn liền với cấu tạo và cấu trúc không gian của phân tử. Đây là
một hiện tượng rất phổ biến trong hóa học hữu cơ. Nhờ có hiện tượng đồng phân này mà số các
hợp chất hữu cơ tăng lên rất nhiều.
Các chất gọi là đồng phân với nhau là những chất có cùng công thức nguyên, nhưng khác
nhau về CTCT và tính chất.
Ngày nay người ta biết rất nhiều hiệ
n tượng đồng phân. Để phân biệt và sử dụng có thể
chia ra làm hai dạng biểu diễn:
Đồng phân cấu tạo (đồng phân mặt phẳng)
Đồng phân lập thể (đồng phân cấu trúc)
2.1. Đồng phân cấu tạo
2.1.1. Đồng phân về mạch cacbon
Đồng phân về mạch C là đồng phân về cách sắp xếp mạch C theo các trật tự cấu tạo khác
nhau, dẫn đến tính chất khác nhau.
Ví dụ: C
4
H
10
(butan) có các đồng phân sau:
CH
3
- CH
2
- CH
2
- CH
3

propanol-2

Hay: C
6
H
4
CH
3
OH có các đồng phân về vị trí nhóm OH sau:
CH
3
o-cresol
OH
CH
3
m-cresol
OH
CH
3
p-cresol
OH

2.1.3. Đồng phân về chức hữu cơ
Nhóm chức là nhóm đặc trưng cho tính chất hóa học của hợp chất. Đồng phân về chức
hữu cơ là đồng phân tạo ra các nhóm chức khác nhau của hợp chất có cùng thành phần.
Về chức ancol và ete: CH
3
– CH
2
– OH và CH

– CH
2
– NH
2
; CH
3
– NH – CH
2
– CH
3CH
3
N CH
3
CH
3

2.1.4. Đồng phân hổ biến (tautome)
Đồng phân hổ biến là đồng phân của hai chất có cùng thành phần nhưng khác nhau về cấu
tạo. Hai chất này ở trạng thái chuyển hóa lẫn nhau:

CH
3
- C - CH
2
- C - CH
3
O

Cl
C = C
H
H
Cl
trans-1,2-dicloeten
H
H
CH
3
CH
3
Cis-1,2-dimetyl xiclohexan
CH
3
H
H
CH
3
Trans-1,2-dimetyl xiclohexan

Điều kiện để có đồng phân hình học:
- Phân tử phải chứa liên kết đôi hoặc vòng kín.
- Các nguyên tử C có chứa liên kết đôi và vòng kín phải liên kết với hai nguyên
tử hoặc 2 nhóm thế có bản chất khác nhau.
Khi hai nhóm thế ở cùng phía ta có dạng đồng phân cis, hai nhóm thế ở khác phía cho
dạng đồng phân trans.
Đồng phân cis và trans khác nhau về tính chất vật lý. Nhiệt độ nóng chảy của cis thấp hơn
trans, nhưng nhiệt độ sôi của cis l
ại cao hơn nhiệt độ của trans.

H
5
trans - cis
C = C
C = C
C
6
H
5
H
H
H
H
C
6
H
5
cis - cis

Số đồng phân của phân tử có n nối đôi tính theo công thức:
N = 2
n-1
+ 2
p-1

N là số chẵn thì p =
2
n
, n là số lẽ thì: p =
2

3
C
H H
CH
3
C
H H
CH
3
HH
C
CH
3
C
H H
CH
3
HH
C
CH
3
C
H H
CH
3
C
H H

Theo Newman, nét đậm thể hiện liên kết hướng ra ngoài tờ giấy trước mặt người quan sát,
Chương 2: Các hiện tượng đồng phân trong hóa hữu cơ http://www.ebook.edu.vn

phân tử cũng thay đổi, thế năng tương tác của chúng cũng thay đổi theo.
Sự biến thiên thế năng tương tác (năng lượng tương tác) của nguyên tử H khi nhóm CH
3

quay từ 0 – 360
0
được biểu diễn trên hình 3.1:
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
60
180
300
0120
240 360

Hình 2.1: Giản đồ thế năng
Phân tích cấu dạng của metan trên giản đồ nhận thấy ở các vị trí góc quay 60
0

Trang 20
(5), cấu dạng (1) gọi là cấu dạng đối (anti) và cấu dạng lệch (gaucher) số (3). Riêng cấu dạng lệch
phải và cấu dạng lệch trái (3) và (5).
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
H
3
C
CH
3
H
3
C
CH
3
(1) (2)

2180
−
n
, trong đó n là số cạnh mạch vòng.
Độ lệch được tính theo công thức:
2
28109
0
x−
, trong đó x là góc hóa trị của vòng.
Theo thuyết Bayer vòng 5 cạnh và 6 cạnh có độ lệch nhỏ và sức căng vòng nhỏ, là vòng
bền nhất.
Các vòng lớn hơn và nhỏ hơn vòng 5 và 6 có sức căng vòng lớn kém bền. Nhưng thực tế
cũng có nhiều vòng lớn có tính bền cao.
Về sau Sahse, Mohz, Pitre cho rằng các mạch vòng 6 cạnh và lớn hơn 6 cạnh không có
cấu dạng phẳng mà có cấu dạng không gian, nghĩa là các nguyên tử H và các nguyên tử C không
(
1
)
(
2
)

(
3
)

(
4
)

H
H
H
H
H
H
H
H(e)

Dạng thuyền (cấu dạng C) Dạng ghế (cấu dạng Z)
H
H
H
H
H(a)
(He)
H
H
H
H
H
H
H
H
H(e)
H(a)
H

Dạng ghế Dạng xoắn
H

ea, ae: vị trí 1,4 ee, aa vị trí 1,4
aa, ae: vị trí 1,3 ae, ae vị trí 1,3
2.2.3. Đồng phân quang học
Chương 2: Các hiện tượng đồng phân trong hóa hữu cơ http://www.ebook.edu.vn

Trang 22
a) Chất hoạt động quang học có C đối xứng
Điều kiện để xuất hiện đồng phân quang học là các chất có phân tử cấu trúc bất đối xứng
trong đó có thể bất đối xứng phân tử hoặc có ngun tử C bất đối xứng.
Để hình dung về C bất đối xứng ta nhắc lạI
thuyết hố lập thể của Lơben và Vanhốp về cấu trúc
metan. Theo hai ơng phân tử metan có c
ấu trúc
khơng gian trong đó 4 ngun tử H phân trên 4 đỉnh
của tứ diện đều và trung tâm của tứ diện là ngun
tử C, hóc hố trị (HCH) bằng 109
0
28.
Thuyết này còn gọi là thuyết cacbon tứ diện.
C
H
H
H
H
Hình 3.8: Cấu dạng hình học của
phân tử CH
4
theo thuyết
lai hóa.


CH
3
C* COOH
H
OH

Axit này có hai đối quang (hai chất nghịch quang) là đồng phân quay phải, kí hiệu là (d)
hoặc (+) góc quay theo chiều kim đồng hồ và đồng phân quay trái, kí hiệu là l hoặc (-), góc quay
ngược chiều kim đồng hồ.
Xem hình 2.6, hai đối quang này (hai cấu hình) chúng rất giống nhau nhưng khơng thể xem
chồng khít lên nhau được, chúng đối xứng nhau như vật và ảnh trong gương, như bàn tay trái và
bàn tay phải. Chúng là hai đồng phân quang học có tính chất lý hố giống nhau, chỉ khác nhau khả
Chương 2: Các hiện tượng đồng phân trong hóa hữu cơ http://www.ebook.edu.vn

Trang 23
năng làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng của một sang phải, một sang trái và khác nhau về
hoạt động sinh vật.
COOH
OH
H
CH
3
COOH
HO
H
CH
3
hay:
COOH
CH

3
)
2
– CH = CH – CH
3
(F): CH
3
– CH = CH – COOH
(C): CH
3
– CH = CH – C
6
H
5
(G): 1,1-đimetyl xiclohexan
(D): CH
3
– C ≡ C – CH
3
(H): 1,2-đimetyl xiclohexan
2.2. Khái quát về điều kiện cần và đủ để có đồng phân hình học?
2.3. Nguyên tử cacbon bất đối là gì? Điều kiện để xuất hiện đồng phân quang học là gì? Nêu thí dụ
minh hoạ?
2.4. Chất nào dưới đây có thể có đồng phân quang học? Số lượng đông phân là bao nhiêu?
(A): CH
3
– CHBr – CH
3
(D): CH
3