ĐỒNG PHÂN

Định nghĩa: Hiện tượng cùng công thức nhưng có nhiều chất

khác nhau

Phân loại:

◦ Đồng phân cấu tạo (đồng phân phẳng): Có cùng CTPT nhưng

khác CTCT

◦ Đồng phân lập thể: Cùng CTCT nhưng khác nhau về sự sắp

xếp của các nguyên tử (nhóm thế) trong không gian

Đồng phân phẳng

Mạch carbon

Vị trí

Nhóm chức

Tính chất hóa học

khác nhau hoàn

toàn

Tính chất vật

lý/hóa học tương

đồng

Hỗ biến: 1 chất có thể tồn tại ở 2 hoặc nhiều dạng cấu

tạo, giữa các dạng tồn tại cân bằng, liên tục chuyển hóa

lẫn nhau, không thể cô lập riêng lẻ mỗi dạng -> chỉ xử

sự như 1 chất duy nhất

Đồng phân lập thể

Đồng phân hình học Đồng phân quang học

Xuất hiện khi phân tử có một bộ phận cứng nhắc -> cản trở sự quay tự do của các nguyên tử (nhóm thế) ở đó.

2 nhóm thế liên kết với cùng 1 nguyên tử của bộ phận cứng nhắc đó phải khác nhau

Thường xuất hiện ở các phân tử nối đôi hoặc vòng cyclan

1. Thuyết Carbon tứ diện và sự quay quanh liên kết đơn- Cách biểu diễn phân tử trong không gian

Trong hợp chất hữu cơ, C liên kết đơn (lai hóa sp3) -> 4 nguyên tử (nhóm nguyên tử) được phân bố tại 4 đỉnh của tứ diện đều có tâm là nguyên tử C đó.

Các nguyên tử (nhóm nguyên tử) có thể quay quanh liên kết đơn.

H

HH

H

C

H

H

H

H

109o28'

Nối σ hình thành do sự xen phủ 2 vân đạo theo hướng trục liên nhân

Như vậy nối σ có tính đối xứng trục, nghĩa là khi xoay 2 vân đạo, độ xen phủ hay độ bền (năng lượng liên kết) không đổi. Do đó, 2 nguyên tử của nối σ có thể quay quanh liên kết σ

sp3

s

sp3 sp

3

Hệ quả: Các phân tử chất hữu cơ có thể tồn tại dưới nhiều cấu trạng (cấu dạng) khác nhau.

Cấu trạng: Là các dạng khác nhau của cùng 1 cấu hình, có được do sự quay quanh nối σ

Độ bền cấu trạng ◦ Đối lệch> Bán lệch > Che khuất 1 phần > Che

khuất toàn phần

Sự quay quanh nối đơn bị giới hạn xung quanh cấu trạng bền nhất

Sự quay quanh nối đơn trong phân tử chất hữu cơ là liên tục, vì vậy ta luôn có vô số cấu trạng khác nhau

Công thức phối cảnh

Công thức chiếu Newman

Công thức chiếu Fisher

Mô hình tứ diện

Nét liền, mảnh biểu hiện cho các nối nằm trong mặt phẳng

Nét đậm thể hiện nối hướng ra ngoài mặt phẳng

Nét đứt biểu diễn nối hướng ra phía sau mặt phẳng

=

Công thức phối cảnh cho hợp chất có nhiều C

Nối hướng sang phải biểu diễn các nối hướng ra ngoài mặt phẳng

Nối hướng sang trái biểu diễn các nối hướng ra sau mặt phẳng

==

=

Nhìn phân tử dọc theo trục C-C thẳng góc với mặt phẳng chiếu

Quy ước:

C ở xa được biểu diễn bằng vòng tròn

C ở gần được biểu diễn bằng dấu chấm tại tâm đường tròn

Các nối của C gần xuất phát từ tâm đường tròn, các nối của C xa xuất phát trên đường tròn.

Các nối tại với nhau góc 120

H

H

CH3

HH

CH3

H

CH3

HHH

H3C

H

CH3

HCH3

HH

H

H

CH3

H

H

CH3

Công thức Newman dạng che khuất

Nối dọc biểu hiện các nối hướng ra sau mặt phẳng

Nối ngang biểu diễn các nối hướng ra ngoài mặt phẳng

Giao điểm giữa các nối là nguyên tử C

Mạch C được đặt trên trục dọc

Trường hợp phân tử có nhiều C, phải chuyển công thức phối cảnh về dạng che khuất mới vẽ được công thức chiếu Fisher

Trong công thức chiếu Fisher:

C có soh cao nhất nằm ở trên

C có soh thấp nằm dưới

Soh giảm theo thứ tự : ◦ +3 +1 -1 -3

-COOH -CHO -CH2OH -CH3

Br

COOH

H

CH3

H Cl

Br H

COOH

ClH

CH3

COOH

Br H

CH3

H Cl

COOH

Br H

Cl H

CH3

Chiếu

Đặt lại CT phối cảnh

Toàn bộ công thức có thể quay 1800 trong mặt phẳng

Toàn bộ công thức không thể quay 900 trong mặt phẳng hoặc 1800 ngoài mặt phẳng

Đổi chỗ 2 nhóm thế bất kỳ 1 số lẻ lần ->đối hình

Đổi chỗ 2 nhóm thế bất kỳ 1 số chẵn lần ->không đổi

1800 trong

mp

c

d

a

b

a

b

c

d

d

a

b

c

a

d

c

b

900 trong

mp

1800 ngoaøi

mp

Dựa trên cơ cấu tứ diện của C sp3

b

a

c d

Ví dụ

Acid lactic

Năm 1815, Jean-Baptiste Biot phát hiện một số hợp chất hữu cơ lỏng hoặc dung dịch các hợp chất tự nhiên có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực.

Những hợp chất này được gọi là chất có tính triền quang hay tính quang hoạt.

Góc quay mặt phẳng ánh sáng phân cực được ký hiệu là α

Chất làm quay mặt phẳng phân cực sang phía phải của người quan sát được gọi là chất hữu triền , α có giá trị dương (+)

Chất làm quay mặt phẳng phân cực về phía trái được gọi là chất tả triền, α có giá trị âm (-)

Điều kiện cần và đủ để một hợp chất hữu cơ quang hoạt là phải có tính bất đối xứng trong phân tử, nghĩa là:

Không có một yếu tố đối xứng nào (tâm, trục, mặt phẳng)

Hoặc phân tử không trùng khít được ảnh của nó trong gương, giống như bàn tay phải và bàn tay trái: đối xứng nhau qua gương nhưng không trùng khít được nhau (còn gọi là tính thủ tính)

a. Đồng phân quang học của phân tử có 1 C*

Ví dụ: Acid lactic

COOH

H OH

CH3

COOH

OH H

CH3

H

COOH

OH

CH3

OH

COOH

H

CH3

Axit (-)-lactic Axit (+)-lactic

Coâng thöùc chieáu FisherAxit (-)-lactic Axit (+)-lactic

Phân tử của 2 acid lactic này có cấu hình đối xứng nhau, có tính chất vật lý và hóa học như nhau, chỉ khác nhau ở góc quay mặt phẳng ánh sáng phân cực

2 đồng phân này có cấu hình đối xứng nhau, trị số góc quay α bằng nhau nhưng trái dấu. Chúng được gọi là 2 chất đối hình hay đối quang.

Hỗn hợp chứa lượng bằng nhau của 2 chất đối quang không còn làm quay mặt phẳng phân cực, được gọi là hỗn hợp tiêu triền

eritro (±) -3-brombutan-2-ol

3

3

CH

CH

H

OH

Br

H

3

3

CH

CH

H

OH

Br

H

3

3

CH

CH

H

OH

Br

H

3

3

CH

CH

H

OH

Br

H

treo (±) -3-brombutan-2-ol

Xét phân tử 3-brombutan-2-ol

Có 2C* tại C2 và C3

Có 4 công thức chiếu Fisher ứng với 2 cặp đối phân eritro và treo

Dạng eritro: 2 nhóm thế giống nhau nằm cùng bên mạch C

Dạng treo: 2 nhóm thế giống nhau nằm 2 bên mạch C

2 đồng phân quang học nhưng không là đối phân của nhau được gọi là 2 xuyên lập thể phân

H OH

CH3

CH3

H Br

HO H

CH3

CH3

HBr

H OH

CH3

CH3

HBr

HO H

CH3

Br

CH3

H

Tổng quát:

Theo quy tắc Van’t Hoff: Khi phân tử có nC* không tương đương, sẽ có 2n đồng phân quang học

c. Đồng phân quang học của phân tử có nC* tương đương

Ví dụ: Acid tartric

COOH

COOH

OH

H

H

HO

H OH

COOH

COOH

HO H

COOH

COOH

HO

OH

H

H

HO H

COOH

COOH

H OH

COOH

COOH

OH

H

H

OH

H OH

COOH

COOH

H OH

COOH

COOH

HO

H

H

HO

HO H

COOH

COOH

HO H

Axit treo-(±)-tartric

Là một

Hợp chất có 2 C* nhưng chỉ có 3 đồng phân quang học (±)-treo (có tính quang hoạt) và eritro (không quang hoạt vì trong phân tử có chứa 1 mặt phẳng đối xứng), đồng phân này còn được gọi tên là đồng phân meso.

Quy tắc Van’t Hoff có thể được phát biểu tổng quát như sau: Nếu phân tử có nC* thì số đồng phân quang học N ≤2n

Trường hợp 1C*

Lấy glyceraldehid làm chuẩn

Áp dụng đối với các phân tử có dạng R-CHX-R’

Viết công thức chiếu Fisher sao cho nhóm có soh cao nằm trên

Nếu phân tử có dạng giống D-glyceraldehid ->cấu hình D và ngược lại ->cấu hình L

CH3

C2H5

H OH

D-Butan-2-ol

Đặc biệt, đối với glucid, cấu hình phân tử là cấu hình của C* có chỉ số cao nhất hoặc cấu hình của nhóm –OH nằm gần –CH2OH nhất

H

CHO

OH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

1

2

4

6

3

5

D-(+)-Glucozơ

b. Trường hợp phân tử có 2C*

Dạng eritro: 2 nhóm nguyên tử giống nhau nằm cùng bên mạch C

Dạng treo: 2 nhóm nguyên tử giống nhau nằm 2 bên mạch C

Dạng meso: eritro không có tính quang hoạt (thường áp dụng cho 2 C* giống nhau)