Xem mẫu
- I- Đồng phân cấu tạo: phân biệt nhau về CTHH
phâ
HÓA ĐẠI CƯƠNG
CƯƠ
ƯƠNG
Phần 2 – HÓA HỮU CƠ
Phầ HỮ CƠ Đồng phân cấu tạo
Nội dung: Gồm 7 chương Đồng phân Đồng phân Đồng phân
mạch carbon vị trí nhóm chức
Chương I- Đại cương về Hóa hữu cơ
Chương II- Hidrocarbon CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH3 CH3 CH2 OH
Chương III- Dẫn xuất hidroxi của hidrocarbon
xuấ OH
Chương IV- Hợp chất carbonyl
chấ
CH3 CH2 CH CH3 CH3 CH2 CH2OH CH3 O CH3
Chương V- Axit carboxylic và dẫn xuất
xuấ
CH3
Chương VI- Hợp chất chứa nit ơ
chấ chứ nitơ
Chương VII- Gluxit � Đồng phân mạch carbon, đồng phân vị trí : tính chất vật
lý khác nhau (không nhiều), tính chất hóa học tương
đồng.
� Đồng phân nhóm chức : tính chất vật lý hóa học hoàn
toàn khác nhau.
� Phân biệt giữa hỗ biến và đồng phân
CHƯƠNG I
CHƯƠ
ƯƠNG
� Trong một số trường hợp, chất hữu cơ có thể tồn tại dưới 2 dạng
ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỮU CƠ
CƯƠ
ƯƠNG VỀ HÓ HỮ CƠ cấu tạo khác nhau. Giữa 2 dạng này tồn tại một cân bằng liên tục
chuyển hóa lẫn nhau khiến cho chúng chỉ xử sự như một chất duy
ĐỒNG PHÂN
PHÂ nhất. Hiện tượng này được gọi là sự hỗ biến.
� Định nghĩa : là hiện tượng cùng một công thức có nhiều chất khác
nghĩ R C CH 2 R C CH 3
nhau OH O
Enol Xeton
� Phân loại : Tùy thuộc vào việc các chất đồng phân phân
Phâ loạ
R C N R' R C N R'
biệt nhau về cấu tạo hay phân biệt nhau về cấu hình mà
O H
có 2 lọai đồng phân OH
Imid Amid
� Đồng phân cấu tạo (phẳng) : cùng công thức phân
� Hai dạng hỗ biến không thể tách riêng được do chúng chuyển
tử nhưng khác công thức cấu tạo. hóa (biến đổi) liên tục qua lại � như vậy hỗ biến không phải hiện
� Đồng phân lập th ể (không gian) : cùng công thức tượng đồng phân.
C2H4O
cấu tạo nhưng khác nhau về cách thức sắp xếp các
VÍ DỤ:
DỤ
nguyên tử trong không gian (khác nhau về cấu hình) CH3 CH O CH2 CH OH
- II- Đồng phân lập thể:
phâ thể Đồng phân hình học của nối đôi
phâ
Các đồng phân lập thể phân biệt nhau về cấu hình � Hiện tượng đồng phân có được là do cơ cấu cứng nhắc
nghĩa là phân biệt nhau về sự phân bố của các nhóm của nối đôi khác với nối đơn không thể xoay được (nếu
thế trong không gian không sẽ mất đi sự xen phủ bên của 2 vân đạo π).
� Như vậy nếu trên 2 carbon nối đôi có 2 nhóm thế khác
nhau th ì ta s ẽ có 2 c á ch s ắp xế p c á c nh ó m th ế trong
Đồng phân lập thể
phâ thể không gian (đối với mặt phẳng π - mặt phẳng chứa nối σ
và π) � 2 đồng phân hình học.
Đồng phân Đồng phân H H H COOH
hình học quang học
HOOC COOH HOOC H
Axit cis-2-butenoic Axit trans-2-butenoic
Axit maleic Axit fumaric
Đồng phân hình học ở hợp chất vòng no
phâ chấ
1- Đồng phân hình học:
phâ ( Đồng phân xiclan )
phâ
- Các hợp chất vòng no có thể có 3, 4, 5, 6, 7, 8, … carbon
� Đ ị nh ngh ĩ a : là những hợp ch ất có c ùng CTPT, cùng
nghĩ - Nhưng vòng 3,4 rất kém bền (quá căng), trên thực tế các chất vòng
công thức khai triển phẳng ( cùng CTCT ) nhưng cách chủ yếu là vòng 5,6 (bền nhất). Vòng 7 trở lên rất ít gặp.
sắp xếp của những nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác
nhau đối với một mặt phẳng quy chiếu.
Moâ hình phaâ n töû
� Tùy vào mặt phẳng qui chiếu đó là mặ t phẳng π (mặt
phẳng chứa nối σ và π) hay mặt phẳng vòng carbon mà
ta đồng phân hình học tương ứng. Caáu traïng öu ñaõ i
thöïc teá
Đồng phân hình học
phâ Daï ng ñôn giaû n
Đồng phân Đồng phân Coâng thöùc
của nối đôi xiclan khai trieån phaúng
- Tùy vào sự phân bố của các nhóm thế so với mặt phẳng vòng Nếu 4 nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử liên kết với
carbon mà ta có đồng phân cis- hay trans- nguyên tử carbon hoàn toàn khác nhau thì nguyên tử
carbon trung tâm được gọi là carbon phi đối xứng hay
carbon bất đối xứng và được kí hiệu là C*.
VÍ DỤ:
DỤ H 3C CH3 H3 C H
H H
Ví dụ:
H H H CH3 CH3 –CHOH–COOH CH3 –CHBr–CHOH–CH3
H H
Cis- và trans-1,2-dimetilxiclopropan Axit lactic 3-brombutan-2-ol
2- Đồng phân quang học:
phâ b- Qui ước biểu diễn cơ cấu phân tử trong không gian:
biể diễ phâ khô gian:
2.1- Thuyết carbon tứ diện và qui ước biểu diễn cơ cấu
Thuyế diệ biể diễ � Công thức phối c ảnh:
thứ phố nh:
phân tử trong không gian:
phâ khô gian: � Các liên kết nằm trong mặt phẳng được biểu diễn bằng
a- Thuyết carbon tứ diện ( Lebel & Van’Hoff, 1874 ): nét liền mảnh.
4 nguyên tử, nhóm nguy ên tử nối với carbon được � Liên kết hướng ra phía trước mặt phẳng được biểu diễn
phân bố trong không gian tại 4 đỉnh của tứ diện đều có bằng nét đậm.
tâm là nguyên tử carbon đó: � Liên kết hướng ra phía sau mặt phẳng được biểu diễn
bằng nét đứt.
H
H
=
o
C 109 28'
H H
H H
H
H
- � Mô hình tứ diện:
diệ a
� Công thức phối cảnh cho hợp chất có nhiều carbon:
� Nối sang phải hướng ra bên ngoài mặt phẳng
� Nối sang trái hướng ra phía sau mặt phẳng b
c d
= =
� Công thức chiếu Fischer : Đặt tứ diện hoặc công
thứ chiế
thức phối cảnh sao cho 1 cạnh nằm ngang hướng về
CT phối cảnh dạng đối phía người quan sát rồi chiếu xuống mặt phẳng giấy.
Trục thẳng đứng là mạch carbon đồng thời biểu diễn
các liên kết hướng ra phía sau mặt phẳng. Trục nằm
=
ngang biểu diễn các liên kết hướng ra phía trước mặt
phẳng.
CT phối cảnh dạng che khuất
COOH
Ví dụ: COOH COOH COOH
Công thức phối cảnh dạng đối và công thức phối cảnh
H OH H OH
dạng che khuất của axit 2-brom-3-clobutanoic CH3 CH 3
H
CH3-CHCl-CHBr-COOH OH
CH 3
H OH CH3
COOH
COOH
COOH CH3 Br
CH 3 H
Br H
COOH Cl H COOH
H Cl
Br H H
H Cl Cl H Cl
H Br CH3 H Br CH 3 CH 3
Hoặc
H Cl Br H COOH COOH
Br H Br H
CH 3 COOH =
H Br H Cl H Cl
CH 3 COOH
CH 3 CH 3
Cl H
- � Như vậy công thức chiếu Fischer chỉ biểu diễn phân tử � Công thức chiếu Newman
thứ chiế
dưới dạng che khuất, vì vậy nếu phân tử ở dạng đối thì
phải xoay về cấu dạng che khuất rồi mới chiếu. Nhìn phân tử dọc theo liên kết giữa hai nguyên tử
cacbon trung tâm thẳng góc với mặt phẳng giấy và
COOH
Cl H COOH CH3 chiếu xuống:
CH3 H3C CH3
CH3
Br H Br H H Cl
CH3 H
H H
H H H H
H
COOH
Công th ức Newman dạng che khuất
thứ khuấ
COOH
Br H Br H CH3
CH3 H H H H
H Cl H H
H H CH3 CH3
H Cl
CH3 Công th ức Newman dạng đối
thứ
CH3
� Qui ước về sử dụng công thức chiếu: �Thuyết quay giới hạn của liên kết đơn σ
Toàn bộ công thức chiếu có thể quay 180 o trên mặt phẳng
nhưng không được phép quay 90 o trên mặt phẳng hoặc � Liên kết σ có được là do sự xen phủ giữa hai orbital dọc
C OOH
180o ngoài mặt phẳng. 180o trong mf
H OH theo trục nối hạt nhân 2 nguyên tử.
C H3
� Như vậy liên kết σ có tính đối xứng trục ngh ĩa là khi
C H3
d xoay 2 orbital xen ph ủ, độ xen phủ hay độ bền (nă ng
HO H
C OOH 900 trong lượng) liên kết không đổi. Do đó, 2 nguyên tử của liên
mp c a kết σ có thể xoay quanh trục liên kết.
c a
b 180 0 trong b
d mp d b
a
a c 1800 ngoaøi
b d sp3 sp3
sp 3
mp s
c
- � Do sự quay tự do này mà phân tử hữu cơ có thể tồn tại
dưới nhiều cấu dạng khác nhau, trong đó 2 cấu dạng ưu
tiên là cấu dạng đối và cấu dạng che khuất:
khuấ
Ví dụ: các CT phối cảnh, Newman và Fischer của n-butan
Caáu daïn g ñoái caá u daïn g che khuaát
CH3 H H CH3
CH3
CT phoái caû nh
H
H H CH3 H H
H
CH3 CH3
CH3
H H
CT Newman
H H H H
H H
CH3
CH3
CT Fischer khoâng coù H H
H H
CH3
- 2.2- Á nh s á ng ph â n c ự c
phâ
v à hi ệ n t ư ợ ng quang � Nếu mặt phẳng dao động lệch về phía phải so
hoạt:
hoạ
� Ánh sáng phân cực: ánh sáng với người quan sát, chất quang hoạt được gọi
có vectơ đ i ệ n ch ỉ dao đ ộ ng là chất quay phải hay chất hữu triền và α có
chấ phả chấ triề
theo 1 hướng trong không gian.
� Mặ t ph ẳ ng hợp b ởi phư ơng
trị số dương.
trị ng.
truyền và phương vectơ điện = � Nếu mặt phẳng dao động lệch về phía trái so
mf dao động của as phân cực.
� Hiện tượng quang hoạt: hiện với người quan sát, chất quang hoạt được gọi
tượng làm lệch mặt phẳng dao là chất quay trá i hay chất tả triền và α c ó trị
chấ trá chấ triề trị
động của ánh sáng phân cực
đi 1 góc α nào đấy. số âm.
� Ch ấ t g â y n ê n hi ệ n t ư ợ ng � Ví dụ: (+)-Glucozơ ; (-)-Fructozơ
quang hoạt được gọi là chất
quang hoạt
( hay chất triền quang ).
� α được gọi là góc quay cực
Để đo góc quay cực người ta sử dụng một phân cực kế
hay triền quang kế ( Polarimeter )
- Sự chồng khít & không chồng khít vật - ảnh
chồ khí khô chồ khí
Điều kiện cần và đủ để 1 chất có tính quang hoạt là Khi có sự không trùng vật-ảnh thì sẽ xuất hiện hai đồng
phân tử phải bất đối xứng hay phân tử phải không chồng phân đối xứng nhau qua mặt phẳng gương, song không
khít lên được ảnh của nó ở trong gương giống như bàn chồng khít lên nhau được.
tay phải và bàn tay trái: đối xứng qua 1 gương phẳng
nhưng không chồng khít lên nhau và người ta gọi đó là
sự không chồng khít vật - ảnh gương
- 2.3- Đồng phân quang học do phân t ử có m ột carbon
phâ phâ
phi đối xứng:
ng: Phân tử của 2 loại axit lactic này có cấu hình đối xứng
nhau, có tính chất vật lý và hóa học giống nhau, chỉ khác
Người ta nhận thấy trong đa số các hợp chất hữu cơ có nhau ở tác dụng với ánh sáng phân cực, một chất quay
tí nh quang ho ạ t, ph â n t ử c ủ a ch ú ng đ ề u c ó ch ứ a phải còn chất kia quay trái. Hai axit này được gọi là 2
carbon phi đối xứng. đồng phân quang học.
V í dụ : Xét phân tử axit lactic CH 3-CHOH-COOH. Người Vậy: Đồng phân quang học là những chất đồng phân
ta thấy có 2 loại axit lactic khác nhau: có cấu tạo giống nhau nên có tính chất hóa học giống
nhau, nhưng sự phân bố các nhóm thế trong không gian
khác nhau ( cấu hình khác nhau ) do vậy tác dụng với
ánh sáng phân cực khác nhau.
Hai đồng phân của axit lactic nói trên có cấu hình đối
xứng nhau, trị số góc quay cực bằng nhau nhưng ngược
dấu. Chúng được gọi là 2 chất đối hình hay 2 chất đối
quang.
Mô hình tứ diện và công thức Fischer của 2 loại axit lactic: 2.4- Đ ồ ng ph â n quang h ọ c do ph â n t ử c ó n C * kh ô ng
phâ phâ khô
tương đương:
đươ ng:
� Khi phân tử có 2 C* không tương đương:
COOH COOH
Xét phân tử 3-brom butan-2-ol: CH 3-CHBr-CHOH-CH3
Người ta thấy có 4 đồng phân quang học được biểu diễn
bằng công thức phối cảnh như sau:
CH3 CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
H OH OH H OH OH H
H OH OH H H
Axit (-)-lactic Axit (+)-lactic
H Br Br Br H Br
COOH COOH H H
CH3 CH3 CH3 CH3
H OH OH H
eritro (±) -3-brom butan-2-ol treo (±) -3-brom butan-2-ol
CH 3 CH3
Axit (-)-lactic Coâng thöùc chieáu Fisher Axit (+)-lactic
- � Dạng eritro : 2 nhóm giống nhau nằm cùng bên mạch Mặc dù có 2 C * nhưng chỉ có 3 đồng phân: 2 đồng phân
carbon treo- có tính quang hoạt, 1 đồng phân eritro- không quang
hoạt vì có đối xứng trong phân tử và có thể chồng khít lên
CH 3 CH3
ảnh của nó ở trong gương. Đồng phân này được gọi là
H OH HO H đồng phân meso
Br H
H Br
COOH COOH
CH 3 CH3
H OH H OH
�Dạng treo : 2 nhóm giống nhau nằm hai bên mạch(2)
(1)
H OH H OH
carbon
COOH COOH
CH3 CH 3 Axit meso tartric
H OH HO H
� Như vậy quy tắc Van ’Hoff được phát biểu lại là: Nếu một
Br
Br H H
chất có nC* thì số đồng phân quang học N ≤ 2n
nC*
CH 3
CH3
(3) (4)
� Tổng quát : Khi phân tử có nC* không tương đương, theo qui tắc
quá nC* 2.6- Kí hiệu cấu hình:
hiệ nh:
Van’Hoff ta sẽ có 2 n đồng phân quang học.
Để kí hiệu cấu hình của các đồng phân quang học người ta
2.5- Đ ồ ng ph â n quang h ọ c do ph â n t ử c ó carbon phi đ ố i x ứ ng t ư ơ ng
phâ phâ lấy Glycerandehit CH2OH-CHOH-CHO làm chuẩn và qui
đương: lúc này qui tắc Van’Hoff không áp dụng được, số đồng phân quang
đươ
học < 2n. ước
Ví dụ : axit tartric HOOC-CHOH-CHOH-COOH
COOH COOH
COOH COOH
H HO H HO H
OH H OH
HO H HO H H OH H OH
COOH COOH COOH COOH
Axit treo-(±)-tartric
COOH COOH Với các phân tử kiểu R-CHX-R’( X= dị tố = O, N, S,
COOH COOH
H OH H OH
Là HO H HO H halogen, …), nhóm bị oxi hóa sâu hơn ở phía trên của
H OH H OH một
HO H
công thức chiếu theo thứ tự:
HO H
COOH COOH
COOH COOH RH < RCH 2OH < RCHO < RCOOH
Dạng eritro
- Nếu sự phân bố của X giống với D- Glycerandehit thì hợp
chất được coi là có cấu hình D. Còn ngược lại thì có cấu
hình L. Trị số của góc quay cực được xác đinh nhờ phân
cực kế.
Với các chất có nhiều C* chẳng hạn các chất Gluxit, cấu
hình phân tử là cấu hình của C* có chỉ số cao nhất:
Ví dụ:
1 CHO
2
H OH
3
HO H
4
H OH
5
H OH
6 CH2OH
D-(+)-Glucozơ
nguon tai.lieu . vn