Chơng 3
CấU TRúC PHâN Tử HợP CHấT HữU Cơ
ĐồNG PHâN Và CấU DạNG

Mục tiêu học tập
1. Trình bày đợc các loại đồng phân gặp trong Hóa hữu cơ.
2. Đọc đợc tên cấu hình các hợp chất hữu cơ dạng Z, E và R,S.
3. Xác định đợc cấu dạng ghế của dẫn chất cycloalkan.
Nội dung
Các hợp chất hữu cơ đợc cấu tạo theo một trật tự xác định. Công thức
phân tử cho biết thành phần và số lợng nguyên tử có trong một phân tử. Công
thức cấu tạo phản ảnh bản chất và thứ tự sắp xếp các liên kết trong phân tử.
Một công thức phân tử có thể có nhiều công thức cấu tạo khác nhau hoặc những
chất khác nhau.
Hiện tợng một công thức phân tử ứng với hai hoặc nhiều công thức cấu tạo
khác nhau đợc gọi là hiện tợng đồng phân (isomery).
Thuật ngữ isomery xuất phát từ tiếng Hy Lạp "isos" có nghĩa là "cùng" và
"meros"có nghĩa là "phần".
Dựa vào đặc điểm cấu trúc ngời ta chia thành 2 loại đồng phân: đồng
phân phẳng và đồng phân lập thể (đồng phân không gian)
1. Đồng phân phẳng

Các nguyên tử và nhóm nguyên tử trong phân tử chất hữu cơ đều cùng nằm
trong một mặt phẳng. Các đồng phân chỉ khác nhau về vị trí và thứ tự liên kết
giữa các nguyên tử tạo thành phân tử. Đồng phân phẳng có các loại sau:
1.1. Đồng phân mạch carbon

Có mạch carbon sắp xếp khác nhau. Mạch thẳng hoặc phân nhánh.
iso Butan
CH
3

3
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
331
1.2. Đồng phân vị trí nhóm định chức

Nhóm định chức trên mạch carbon ở các vị trí khác nhau. Dùng các chữ số
chỉ vị trí nhóm chức trên mạch chính của mạch carbon.
2-methyl-2-propanol
CH
3
COH
CH
3
CH
3
2- Butanol
1-Butanol

Có nhóm chức khác nhau.
Aldehyd propionic AcetonAcid acetic Aldehyd glycolic Ester methyl formiat
CH
3
COOH HO
CH
2
CHO HCOOCH
3
CH
3
CH
2
CHO
CH
3
CCH
3
O

1.4. Đồng phân liên kết

Các nguyên tử trong phân tử có cách liên kết khác nhau
Cyclobutan
CH
2
CH
2
CH
2

Hiện tợng này gọi là sự hỗ biến (hiện tợng tautomer - mesomer)
Ví dụ: Ester ethyl acetoacetat CH
3
COCH
2
COOC
2
H
5
có 2 đồng phân. Hai
đồng phân này có thể phân riêng từng chất chỉ ở nhiệt độ -78

C. Hai đồng phân có
dạng ceton và dạng enol. ở nhiệt độ cao hơn không thể phân riêng chúng đợc.
Chúng tồn tại nh là một hỗn hợp 2 chất ở trạng thái cân bằng. Dạng ceton luôn
biến đổi thành dạng enol và ngợc lại. Khi nồng độ các chất trong hỗn hợp đợc
xác định thì chúng đạt đến trạng thái cân bằng. Chúng là 2 đồng phân hỗ biến
(mesomer).

32
Ester ethyl acetoacetat
Ester ethyl acetoacetat
Dạng enol
Dạng ceton
CH
3
CCHCOOOC
2
H
5

H


H
H
H
H



Sự phân bố của các nguyên tử hydro nằm về 2 phía của mặt phẳng chứa liên
kết

(mặt phẳng

). Các nguyên tử carbon không thể quay tự do xung quanh liên
kết

đợc vì sự cản trở của mặt phẳng

. Nếu thay thế các nguyên tử hydro của
etylen bằng các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau thì sự phân bố không
gian của chúng so với mặt phẳng

sẽ khác nhau.
Sự phân bố về 2 phía của mặt phẳng cũng thờng gặp trong hợp chất vòng.
H
H
H
H

hay mặt phẳng vòng.
+
Dạng trans chỉ đồng phân có 2 nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử ở khác
phía với mặt phẳng

hay mặt phẳng vòng.
Maởt phaỳng
CC
CH
3
H
H
CH
3

CC
CH
3
CH
3
H
H

Cis 2-buten
Cis
CC
CH
3
H
CH

b
acC=Cab
Caỏu hỡnh
cis
CC
a
b
a
c
Caỏu hỡnh
trans
CC
b
a
a
c

Ví dụ:
Acid crotonic
trans
cis
Acid isocrotonic
CC
CH
3
H
HOOC
H
CC
H

abC=Ccd
CC
d
c
a
b
CC
c
d
a
b

Ví dụ:
CC
Cl
H
I
Br
CC
H
Cl
I
Br
1-Brom-1-Iod-2-Cloethylen
Z
E

I > Br > Cl > H Vì thế I > Br ; Cl > E

34

càng lớn
I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H
-CH
2
Cl > -CH
2
OH > -CH
2
CH
3
CH
OCH
3
CH
2
CH
3
CH
OH
CH
2
CH
3
>

+
Nếu trong một nhóm nguyên tử có một nguyên tử liên kết với nối đôi, nối
ba thì xem nh nguyên tử đó có 2 lần, 3 lần liên kết với nguyên tử kia.
CH = CH
2

2
> -COCH
3
> -CHO
-C

N > -C
6
H
5
> -C

CH > -CH=CH
2
Số đồng phân hình học tăng lên nếu phân tử có nhiều liên kết đôi
Ví dụ: Phân tử 1,4-diphenyl-1, 3-butadien có 3 đồng phân hình học
Cis-cis
Trans-cis Trans-trans
CC
C
6
H
5
H
H
CC
H
H
C
635
Đồng phân hình học trong các hợp chất vòng
1,3-Diclocyclohexan
trans
cis
Cl
H
Cl
H
Cl
H
1,3-Dimethylcyclobutan
cis
trans
H
CH
3
CH
3
H
CH
3
H
CH
3
H

5
C
6
H
5
NN
C
6
H
5
C
6
H
5
Butanoxim
E (anti)
Z ( syn )
..
CN
CH
3
CH
3
CH
2
OH
..
CN
OH
CH

à
E

= 0 và momen lỡng cực
của đồng phân Z (cis) lớn hơn không
à
Z

> 0.

36
Hỵp chÊt cã d¹ng aCH =CHb : NÕu a vµ b cïng cã b¶n chÊt ®iƯn tư (nghÜa lµ
a vµ b ®Ịu cïng hót hc cïng ®Èy ®iƯn tư th×
µ
Z

>
µ
E
NÕu a vµ b kh¸c nhau vỊ
b¶n chÊt ®iƯn tư (a hót ®iƯn tư cßn b ®Èy ®iƯn tư hc ng−ỵc l¹i) th×
µ
E

>
µ
Z
.
H
a
CC
b
H
H
a
µ
E
<
µ
Z
CC
H
a
H
b
CC
H
H
b
a
aCH=CHb
a hút, b đẩy electron
aHC=CHb
a,b ®Ịu hót electron

B¶ng 3.1. TÝnh chÊt vËt lý cđa mét sè ®ång ph©n h×nh häc
p-O
2

Nhiệt độ sôi
Trans (
E
)
Cis (
Z
)
Hợp chất
Momen lưỡng cực
ClCH=CHCl
-80,5
o
c-50
o
c 48,4
o
c
60,2
o
c0 D
2,95D

−
§é bỊn
§ång ph©n trans bỊn h¬n ®ång ph©n cis vỊ nhiƯt ®é. D−íi t¸c dơng cđa
nhiƯt ®é ®ång ph©n cis cã thĨ chun thµnh ®ång ph©n trans.
Sù chun ®ỉi cis
→
trans
Quay