Cơ sở hóa học hữu cơ tập 1 thái doãn tĩnh

THÁI DOÃN TĨNHCơ SỞ TẬP 1 In lần thứ ba có sửa chữa và b ổ sung Giáo trình dùng cho sinh viên ngành Hóa học, Công nghệ Hóa học, Sinh học, Công nghệ Sình học, Y học, Dược học, Môi trường.

cơ sở Hoá học

hữu cơ

PGS TS THÁI DOÃN TĨNH

Cơ SỞ

TẬP 1

(In lần thứ ba có sửa chữa và b ổ sung)

(Giáo trình dùng cho sinh viên ngành Hóa học, Công nghệ Hóa học, Sinh học, Công nghệ Sình học, Y học, Dược học, Môi trường )

Biên tập: THS NGUYỄN h u y t iê n

NGỌC LINH

NHA XUÃT BAN KHOA HỌC VA KY THUẶT

70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội

In 800 cuốn khổ 19 X 27cm, tại Xưởng in NXB Văn hóa Dân tộc.

Số đăng ký kế hoạch XB: 209 - 2009/CXB/125.1 - 10/KHKT, ngày 18/3/2009 Quyết định XB số: 243/QĐXB - NXBKHKT, ký ngày 13/8/2009.

In xong và nộp lưu chiểu quý III năm 2009.

LÒI NÓI ĐẦU

B ộ sách "Cơ sở hóa học h ữ u co" dược biên soạn theo chương tr in h dào tạo

m ô n học hóa hữu cơ cơ bản ỏ hệ dại học và hệ cao học trong n h iê u n ă m g iả n g

d ạ y ỏ Đại học S ư p h ạ m (H à N ội).

B ộ sách tr in h bày n h ữ n g kiến thức cơ bản về danh p há p, p h ư ơ n g p h á p

tổ n g hợp, cáu trúc, tin h c h á t v ậ t lý và hóa học của các hợp c h ấ t /lid ro ca cb o n , các hợp c h á t dơn chức, các hợp chát da chức, hợp chát tạp chức, hợp c h ấ t th iê n

5.5.1 P h ả n ứ n g củ a H ( H - C = CR) 1865.5.2 P h ả n ứ n g ch u y ển vị nối ba tro n g a n k y n (ch u y ển vị F a v o rsk i) 1895.5.3 P h ả n ứ n g cộng e lec tro p h in vào nối ba 189

6.2.2 P h ả n ứ n g h đ a học củ a 1 ,3 -b u ta đ ie n 2126.2.2.1 P h ả n ứ n g cộng e lec tro p h in A E 2 1 2

6.2.2.3 P h ả n ứ n g tr ù n g hợp đ ien liên hợp 2166.2.2.4 P h ả n ứ n g cộng vòng P h ả n ứ n g D iels - A lder 2 16

7.5.1.10 P h ả n ứ n g n h ậ n e le c tro n 2767.5.1.11 H ợp c h ấ t bọc c ủ a b en zen 2767.5.2 P h ả n ứ n g t h ế S E vào d ẫ n x u ấ t của b en zen 276

c o s ỏ HÓA HỌC HỬU c o 9

7.6.2.2 A n tra x e n - p h e n a n tr e n 3067.6.2.3 H ợp c h ấ t đ a vòng n g ư n g tụ cao 311

MỤC LỤC TẬP 2

C hư ơng 8 D ẫn x u ấ t h alogen

C hương 9 H ợp c h ấ t cơ n g u y ên tố

CHƯONG

CẤU TRÚC VÀ PHÁN ƯNG CỦA H ộp CHAT HỮU c ơ

H ợ p c h ấ t h ữ u cơ là n h ữ n g hợp c h ấ t chứa cacbon và hóa học h ữ u cơ là m ô n k h o a học

th ể p h â n b iệ t rõ rà n g ra n h giới giữa các n g à n h kh o a học được

N h ư vậy, cđ th ể p h â n loại hợp c h ấ t hữu cơ th à n h hai loại; h iđ ro cacb o n và hợp c h ấ t hữu cơ c h ứ a n h ó m chức (sàn p h ẩ m thê' hiđro của hiđ ro cacb o n b ằ n g các nho'm chức khác

n h a u n h ư nho'm chức ancol - O H , a x it -C O O H , ), n g h ĩa là về m ặ t c ấu trú c , hợp c h ất hữu cơ gồm h ai p h ầ n : nho'm chức và p h ầ n gốc hiđrocacbon H ợp c h ấ t cổ n h ổ m chức co' tín h c h ấ t đ ặc tr ư n g cù a n h ổ m chức, so n g tín h c h ấ t của n h ố m chức ch ịu ả n h h ư ở n g của gốc h iđ ro c a cb o n k h ác n h au

C ác hợp c h ấ t h ữ u cơ cd th ể p h â n loại dựa vào tín h c h ấ t h ó a học và các n h à h d a học

đ ã p h â n loại hợp c h ấ t hữ u cơ r a làm h a i loại: hợp c h ấ t loại béo và hợp c h ấ t loại thơm Các hợp c h ấ t loại béo co' tín h c h ấ t đặc trư n g là p h ả n ứ n g th ế gốc h iđ ro ở tro n g m ạch

h iđ ro cacb o n v à co' k h ả n à n g cộ n g vào n h ữ n g liên k ế t n g á n n h ư nối đôi, nối ba; còn các hợp c h ấ t th ơ m co' p h ả n ứ n g đặc trư n g là p h ả n ứ n g th ế ion

1.1 THÀNH PHẰN NGUYÊN T ổ CỦA H ộ p CHẤT HỮU c ổ

N g u y ê n tố cacbon chiếm vị tr í tr u n g gian tro n g b ả n g hệ th ố n g tu ầ n h o à n M endeleev,

do đd co' k h ả n ă n g liên k ế t với h ầ u h ế t các n g u y ên tố k h ác tro n g b ả n g hệ th ố n g tu ầ n

h o àn c ũ n g n h ư với ch ín h no'

T h à n h p h ầ n nguyên tố c h u n g của hợp c h ấ t h ữ u cơ là c, H, N, 0 , s, h alo g en , th ư ờ n g gọi là các n g u y ê n tố cổ đ iển N goài r a còn co' n h ữ n g hợp c h ấ t h ữ u cơ c h ứ a các nguyên

tố kim loại n h ư Zn, Mg, H g, gọi c h u n g là các hợp c h ấ t cơ kim (cơ kẽm , cơ m agie, cơ

th ủ y n g â n , .) v à ch ứ a các n g u y ên tố p h i kim n h ư p , Si, N , gọi c h u n g là các hợp c h ấ t

cơ p h i kim (n h ư cơ photp h o , cơ silic, .) T h à n h p h ầ n các ng u y ên tố được x á c đ ịn h b ằ n g

p hư ơ ng p h á p đ ịn h tín h hay đ ịn h lượng th eo n g u y ê n tắ c ch u y ển các n g u y ên tổ tr o n g hợp

c h ấ t hữu cơ th à n h hợp c h ấ t vô cơ và n g h iên cứu các hợp c h ấ t vô cơ này:

(C) C 0 2

(H) -* H 20

(N) -> No (p h ư ơ n g p h áp D u m as) hay N H 3 (p h ư ơ n g p h áp K jeldahl)

(S) -* SO^_ (phư ơng p h áp C arius)

(Cl) Cl~ (phư ơng p h áp C arius)

C hú ý là n g u y ên tố o th ư ờ n g k hông p h â n tíc h trự c tiế p m à là hiệu k h ố i lư ợ n g c ủ a

tổ n g các n g u y ên tố so với khối lượng p h â n tích

1.2 PHƯƠNG PHÁP MÔ TẤ H ộp CHẤT HỮU c ơ

Theo th u y ế t cấu tạ o h đ a học, m ỗi c h ấ t h ữ u cơ cố m ộ t th à n h p h ầ n n g u y ên tố và cấu

tạ o xác đ ịnh, cá th ể b iể u diễn b ằ n g các cô n g th ứ c h đ a học

1 2.1 C ô n g t h ứ c đ ơ n g iả n h a y c ô n g t h ứ c k in h n g h iệ m

C ông th ứ c đơn giản hay k in h ngh iệm chỉ rõ th à n h p h ầ n các n g u y ê n tố v à tỷ lệ

n g u y ên tử g iữ a các n guyên tố C h ẳn g h ạn , công th ứ c p h â n tử củ a a x it a x e tic là C2H 40 2

n ê n công th ứ c đơn g iản h ay k in h ngh iệm là C2H 40 2/2 hay (C H 20 )

100 - (13,4 4- 60,0) = 26,6

Số mol c ủ a các n g u y ên tố: 60,0/12,01 = 5,00 m ol c

13,4 / 1,008 = 13,29 m ol H26,6/16 = 1,66 mol o

C ông th ứ c k in h n g h iệm cđ th ể viết là: C5 qqHj3 290 j 66’ so n ể các n g u y ê n tử tro n g

p h â n tử p h ả i b iể u diễn b ằ n g các số n g u y ên n ê n p h ả i chia các h ệ số cho số n h ỏ n h ấ t:

C\5,0 0/1,66^13,29/1,66^1,66/1,66 = ^ 3 ,0 1 ^ 8 ,0 0 6 h a y ^ 3 ^ 8 ®

c o s ỏ HÓA HỌC HỮU c ổ 13

C ông th ứ c trê n là công th ứ c đơn g iản h a y k in h nghiệm , cho b iết tỷ lệ th à n h p h ầ n

n g u y ên tố c ủ a c h ấ t A là nếu có m ộ t n g u y ê n tử o th ì cổ b a nguyên tử c và tá m ngu y ên

tử H

M uốn x á c đ ịn h công th ứ c p h â n tử củ a c h ấ t A, cần phải b iết khối lượ ng p h â n tử củ a

c h ấ t K hối lư ợ n g p h â n từ th ư ờ n g x ác đ ịn h b ằ n g tỷ khối hơi so với H (M = 2d), th eo

k h ô n g khí (M = 29d ) hoặc b ằ n g p h ư ơ n g p h á p nghiệm lạn h hay n g h iệ m sôi (M =

1) C ông thứ c Lew is:

C ông th ứ c Lew is b iể u diễn các liên k ế t g iữ a các p h â n tử h ay số e lec tro n h đ a tr ị của

m ỗi n g u y ên tử b à n g e lectro n Số e le c tro n là b ằ n g tổ n g e lec tro n của các n g u y ê n tử đ d n g gđp vào v à các n g u y ên tử cố xu h ư ớ n g tạ o tr ạ n g th á i e lec tro n lớn n h ấ t cđ t h ể cđ để cd

v ò n g e le c tro n b ền v ữ n g của k h í trơ (đối với H là 2 và c là 8 gọi là q uy tắ c b á t tử và các

T ổ n g số e lec tro n h d a trị c ủ a n g u y ê n tố b ằ n g tổ n g số electro n đ d n g gdp vào củ a mỗi

n g u y ên tố v à trừ hay cộng số điện tíc h cd tr ê n n g u y ên tố C h ẳn g h ạn :

Chất Electron nguyên tử đóng gồp Điện tích

dương

Điện tích ấm

Tồngelectron

N 2 cố cấu trú c đ ú n g :N ::: N : còn c ấu trú c :N :: N :,:N : N: là sai.

C ác cô n g th ứ c cố th ể m a n g điện tích , th ư ờ n g gọi là đ iện tích h ìn h th ứ c h ay quy ước:

cation metyl gốc metyl

2) Đ iện tíc h quy ước

T ừ k h á i n iệm b á t tử và e lec tro n h ó a t r ị trê n công th ứ c Lew is, cđ th ể tín h đ iện tíc h quy ước cho m ỗi ng u y ên tử N ếu tổ n g e le c tro n của nguyên tử (bao gồm e le c tro n tự do v à

n ử a số e le c tro n tạ o th à n h liên k ế t cộng h đ a trị) b ằ n g số e le c tro n h đ a t r ị của n g u y ên tố

tự do th ì đ iện tích quy ước cho nguyên tổ đđ b ằ n g không, n ế u lớn hơn th ì ng u y ên tố m a n g

đ iện tích âm : - 1 ; - 2 ; - 3 , nếu nhỏ h ơ n th ì nguyên tố m a n g điện tích dương: + 1 ; + 2 ; + 3

C h ẳn g h ạn :

H ỏ* nguyên tử c, không có electron tự do, số electron lien kết là 8/2, nôn tồng electron bằng 4,H: C: H bằng electron hóa ưị của cacbon là 4 nên c không cổ điện tích; còn diện tích của I I là 2/2

I I tồng 1 nên I I không mang điện tích

nguyên tử c có tồng số electron = 2 + 6/2 = 5, lớn hơn số electron của c tự do là 1 nên c

Đ ể đơn g iả n tro n g cách b iể u diễn công thứ c, co' th ể ẩ n các gạch liên kết, ẩ n m ộ t

p h ầ n h ay to à n p h ầ n tù y th u ộ c vào yêu c ầ u cách b iểu diễn, đồng thời c ũ n g bỏ q u a các cặp

e le c tro n k h ô n g liên k ết (cặp e le c tro n n )ì gọi là công th ứ c r ú t gọn:

T ro n g cô n g th ứ c trê n , N co' m ộ t liên k ế t đơn và m ộ t liên k ế t đôi với hai o , so n g th ự c

n g h iệm x ác đ ịn h rằ n g , cả h a i liên k ế t củ a N với 0 đ ều n h ư n h a u , với chiều dài liên k ế t

là 1 ,2 1A, n ằ m tr u n g g ian g iữ a liên k ế t đơn và đôi, và co' th ể co' các công th ứ c khác n h a u

C ấu trú c e le c tro n th ự c c ủ a p h â n tử trê n là tổ hợp củ a hai cấu trú c Lew is trê n và các

cô n g th ứ c n à y gọi là công th ứ c cộng h ư ở n g hay cồng th ứ c giới h ạn C ông th ứ c th ự c là

cô n g th ứ c lai ho'a củ a các cô n g th ứ c cộ n g hưởng và p h â n tử cố sự lai ho'a cộng hưởng.

T rư ờ n g hợp c lo ru a n itry l ở trê n , công th ứ c Lew is chỉ r ằ n g c h iều dài liên k ết N —o là

tr u n g gian g iữ a liên k ế t đơn và đôi Mỗi liên k ế t N —0 là liên k ế t đơn tro n g công th ứ c

Lewis n ày v à là liên k ế t đôi tro n g công th ứ c Lew is khác; còn tro n g công th ứ c lai h ó a cộng; hưởng tìm th ấ y b ậc 1“ ;

/ °C1 - N +

o

' ° ĩ

và tro n g công th ứ c lai ho'a cộng h ư ở n g đ ã tìm th ấ y chiều d ài liên k ế t C - 0 là 1,26Â

n ằ m tr u n g g ia n g iữ a liên k ết đôi H 2C = 0 (1,20Ẵ) và liên k ết đơn

C ::0 +:HH

■ C+:Ộ:H ^ C +- 0 H

_ H 7 h’-

H

^ c á+— Oá+H H

c o s ò HÓA HỌC HỮU C ồ 17

tro n g hai công th ứ c cộng h ư ở n g cố công th ứ c cđ liên k ết đói c = o và oxi m a n g điện tích, còn công th ứ c lai h ố a cộng h ư ở n g co' sự p h â n bố điện tíc h d ư ơ n g ở cacbon và oxi

C ông th ứ c cộng h ư ở n g của c atio n triílo cacbon F 3C+ có chiều dài liên kết:

C - F là 1,27A, n g ắ n hơn liên k ế t C - F b ỉn h th ư ờ n g (1,38A):

T ừ các công th ứ c trê n , co' th ể r ú t ra vài quy tắ c đơn g iả n chung:

a) C ấu trú c cộng h ư ở n g k h ô n g làm th a y đổi điện tíc h d ư ơ n g của h ạ t n h â n m à chỉ co'

th a y đổi cấu trú c electro n

b) T ro n g t ấ t cả các cấu trú c , cấu trú c co' vòng b á t tử e lec tro n do'ng vai trò q u a n trọ n g hơn các công th ứ c co' vòng e lec tro n ch ư a c h ấ t đầy Các cấu trú c k h ô n g c h ấ t đầy e lectro n làm tă n g sự khác n h a u về độ âm điện giữa các nguyên tử

C'ĩHdiazometan

C ông th ứ c cộng h ư ở n g th ư ờ n g được áp d ụ n g n h iề u tro n g các hợp c h ấ t tr u n g gian tro n g các p h ản ứ n g h ữ u cơ và chỉ d ù n g khi khô n g áp d ụ n g được công th ứ c Lewis

1.3 OBITAN NGUYÊN TỬ

C ấu trú c e le c tro n củ a n g u y ên tử được xác đ ịn h b ằ n g các số lư ợ n g tử : n , z, m và s

Sự c h u y ển đ ộ n g c ủ a e le c tro n được xác đ ịn h b ằ n g p h ư ơ n g trìn h to á n học tro n g cơ học

lư ợ n g tử gọi là p h ư ơ n g tr ìn h số n g S c h rồ d in g e r và b a số lượ ng tử đ ầ u x ác đ ịn h vị t r í củ a

e le c tro n v à c ũ n g là x ác đ ịn h cấu trú c o b ita n củ a m ộ t electro n Mỗi e le c tro n cố m ộ t h à m

số số n g x ác đ ịn h ự>, h ay nối cách k h ác là h à m số s ố n g đặc tr ư n g cho m ộ t e le c tro n gọi là

o b ita n X ác s u ấ t tìm th ấ y e le c tro n được xác đ ịn h b ằ n g giá tr ị I xịỉ I 2 ở mỗi đ iể m tro n g

k h ô n g g ian cđ th ể tìm th ấ y x ác s u ấ t tồ n tạ i của e le c tro n , th ư ờ n g gọi là sự p h â n bố m ậ t

độ e lectro n T rê n m ộ t o b ita n chỉ có th ể cđ h a i e le c tro n ngược sp in và m ỗi o b ita n cố n ă n g

T ro n g n g u y ê n tử cổ số e ie c tro n lớn hơn m ột, n ă n g lượng o b ita n tă n g th eo th ứ tự: l s

< 2s < 2p < 3s < 3p v à n đ i chung, m ộ t h à m số số n g cố n h iề u n ú t hơ n sẽ cố n ă n g lư ợ ng

cao hơn:

_

ĩs

2P 25

£

/5

Mức năng lượng của các obỉtan

O b ita n 1 s k h ô n g có n ú t, h à m số số n g cđ đối x ứ n g c ầu m à giá t r ị về số giảm d ầ n khi

x a h ạ t n h â n

c o s ỏ HÓA HỌC HỮU c o 19

O b itan 2s co' m ộ t n ú t cầu

O b ita n 2p có ba o b ita n 2p x trê n m ặ t p h ẳ n g y z, 2pv trê n m ặ t p h ẳ n g xz và 2pz trê n

m ặ t p h ả n g xy và mỗi o b ita n đều có m ộ t n ú t M ật độ elec tro n ở đ ầu n ú t lớn hơn và giảm

khi đi vào h ạ t n h â n , còn ở m ặ t p h ả n g n ú t cố giá tr ị b àn g không

Hình 1.1 Giản đồ phối cảnh ha chiều ctìa ohitan 2 p x (a ), 2 p y (b ), 2 p z(c).

T ro n g hđ a hữu cơ, tro n g m ột số trư ờ n g hợp co' sự th a m gia củ a các n g u y ên tử co'

o b ita n d Mức d có 5 o b ita n co' cấu trú c sau:

1.4 OBITAN PHÂN TỬ (L IÊ N K Ê T H O Ả H Ọ C )

H ai o b itan có th ể x en p h ủ với n h a u đ ể tạ o n ê n m ộ t o b ita n m ới bao tr ù m c ả h a i hạtt

n h â n gọi là o b ita n p h â n tử Sự x en p h ủ n ày chỉ cđ th ể x ảy r a khi h a i h à m số só n g c ù n g dấu , gọi là x en p h ủ dương, còn k hác d ấu là x en p h ủ âm (h ìn h 1.2 v à 1.3)

Hình 1.2 Hai hàm số sóng cùng dấu là dương tạo obitan phân tử.

c o s ỏ HÓA HỌC HỮU c o 21

C h ẳ n g h ạ n , sự tạ o th à n h p h â n tử h iđ ro do sự xen p hủ củ a hai o b ita n ls c ù n g d ấ u

c ủ a h a i n g u y ê n tử H tạ o n ên o b ita n p h â n từ h a i tr u n g tâ m và cũ n g là tạ o liên k ế t g iữ a hai n g u y ê n tử (h ìn h 1.4)

Hình 1.4 Độ xen phủ (a) và obitan phân tử IỈ2 (b).

Hình 1.5 Mô hình chu tuyến (c) và phối cảnh (d) của obitan phân tử II2«

Hìnli 1.6 Mô hình phối cành obitan phan liên kết của phân tử IỈ2

-T ro n g o b ita n p h â n tử , m ậ t độ e le c tro n n ằ m p h ầ n lớn ở giữ a h a i h ạ t n h â n n g u y ên tử

N ếu sự xen p h ủ c ủ a h a i o b ita n k h á c d ấ u th ì h à m số sổ n g co' n ú t n ê n cđ n ă n g lư ợ n g cao, co' tín h ổn đ ịn h th ấ p n h ấ t và o b ita n p h â n tử hai tr u n g tâ m n à y gọi là p h ả n liên kết

Sự k h ác n h a u về n ă n g lượ ng c ủ a h a i loại x en phủ n h ư sau:

năng lượng của hai obỉtan ban đầu

xen phủ âm - MO* phản liên kết

xen phủ dương - MO liên kết

Đổi với o b ita n p có sự đối x ứ n g trụ c , cố th ể có c á c k iể u x en p h ủ k h á c n h a u ;

Sự x e n p h ủ ở (1) là sự x en p hủ đi q u a h a i h ạ t n h â n gọi là sự x e n p h ủ trụ c , là sự xen

p h ủ cực đ ại cổ p h ầ n lớn e le c tro n n ằ m g iữ a h ai h ạ t n h â n n g u y ên tử tạ o n ê n liên k ế t b ề n

n h ấ t, sự x en p h ủ (2) v à (3) là sự x e n p hủ n g o ài tr ụ c tạ o n ê n o b ita n p h â n tử n ằ m tr ê n

v à dưới trụ c đi q u a h ạ t n h â n , cđ m ậ t độ e le c tro n n ằ m x a h ạ t n h â n , tro n g đđ sự xen p h ủ (3) là cực đại vỉ h ai o b ita n n ày song so n g với n h a u , còn (2) cđ hai tr ụ c k h ô n g so n g song,

n g h ĩa là có sự xen p h ủ yếu hơn Sự x e n p h ủ n à y gọi là sự xen p h ủ bên

N h ư vậy, các o b ita n s k h ô n g cđ sự đ ịn h h ư ớ n g k h i xen ph ủ , còn o b ita n p có sự đ ịn h

h ư ớ n g c h ặ t chẽ tro n g k h ô n g gian

Sự x en p h ủ của h ai o b ita n trê n tr ụ c c ủ a h a i h ạ t n h â n tạ o n ê n MO ơ c ũ n g gọi là liên

k ế t ơ, còn sự x en p h ủ bên củ a hai o b ita n p so n g s o n g với n h a u tạ o n ê n MO 71 cũ n g gọi

là liên k ế t 71 N h ữ n g x en p hủ k h ác là liê n k ế t n à m tr u n g g ia n g iữ a h a i d ạ n g xen p h ủ trê n

1.5 OBITAN LAI HÓA

Đối với n h ữ n g n g u y ên tử cố n h iề u e le c tro n th a m gia vào liên k ết, các o b ita n riê n g

c ủ a m ỉn h k h ô n g th ể th a m gia trự c tiế p tạ o th à n h liê n k ết với các n g u y ê n tử khác

C h ẳn g h ạ n , p h â n tử B eH 2 cđ h ai liên k ế t B e - H cố g iá t r ị n h ư n h a u tro n g p h â n tử ,

m ặ c d ầ u n g u y ên tử Be đã th a m g ia m ộ t o b ita n 2s v à m ộ t o b ita n 2p có cấu trú c k h ác

n h a u , cố n ă n g lư ợ n g k h ác n h a u , n ê n đ á n g lẽ p h ả i cho h a i liên k ế t k h á c n h a u N guyên

n h â n là k h i th a m g ia liên k ết, cố sự tư ơ n g tá c h a y tr ộ n lẫ n c ủ a h a i o b ita n 2s và 2p cùa

n g u y ê n tử Be đ ể h ìn h th à n h h a i o b ita n g iố n g n h a u , m à về to á n học cố th ể m ô tả b ằ n g

m ô h ìn h o b ita n h ìn h số 8 k h ô n g cân đối gọi là o b ita n lai h đ a sp H a i o b ita n n à y có cấu

tr ú c n h ư n h a u , cd n ă n g lượ ng n h ư n h a u n ê n cổ th ể x e n p h ủ n h ư n h a u với o b ita n 1 s củ a

H đ ể h ìn h th à n h h a i liên k ế t B e - H đ ồ n g n h ấ t

O b ita n sp của Be h ìn h th à n h từ m ộ t o b ita n 2 s v à m ộ t o b ita n 2p, n ê n o b ita n cổ 50%

b ả n c h ấ t s và 50% b ả n c h ấ t p O b ita n n ày th a m g ia liên k ế t dễ h ơ n o b ita n n g u y ê n tử đơn

g iả n do tạ o đư ợ c liê n k ế t b ề n h ơ n v à c ấ u tr ú c p h â n tử c ũ n g b ề n h ơ n do h a i liên k ế t

H - B e - H n ằ m tr ê n đ ư ờ n g th ẳ n g cố tư ơ n g tá c g iữ a các cặp e le c tro n liên k ế t nhỏ n h ấ t (h ìn h 1.7)

c o s ỏ HÓA HỌC HỬU CO 23

Hình 1.8 Mô hình chu tuyến (a) và phối cảnh (h) của ohitan sp.

Sự la i h đ a o b ita n chỉ xảy ra khi h ai o b ita n cố n ă n g lượ ng g ầ n giống n h a u , tạ o n ên

h ai o b ita n lai h đ a cố n ă n g lư ợ n g th ấ p h ơ n o b ita n b a n đ ầ u th eo quy tắ c bảo to à n o b itan

C ấu trú c o b ita n lai h o a cố m ậ t độ e le c tro n lớn ở th ù y lớn củ a o b ita n đ ể th a m gia tạ o liên kết, còn th ù y n h ỏ cố m ậ t độ e le c tro n g ầ n b à n g không, k h ô n g th a m gia x en p h ủ với o b itan khác, th ư ờ n g gọi là th ù y trố n g h ay p h ả n liên kết, chỉ đ ố n g vai trò n hỏ tro n g m ộ t số p h ả n

ứng C ác o b ita n lai h ó a sp th a m g ia tạ o liên k ết ơ với độ xen p h ủ lớn hơn, n ê n tạ o được

T a x é t sự la i h đ a c ủ a ngu y ên tử cacb o n khi th a m gia liên kết

N g u y ên tử c cđ c ấu h ìn h e le c tro n l s 22 s22 p 2, khi h ìn h th à n h hợp c h ấ t h ữ u cơ cố bốn

e lec tro n h đ a t r ị th a m gia tạ o th à n h bốn liên k ết cố giá tr ị n h ư n h a u c ũ n g p h ải đi q u a

tr ạ n g th á i lai h ó a k h ác n h a u

Khi th a m g ia liên k ết, cacbon c h u y ể n q u a tr ạ n g th á i kích th ích :

c ờ trạng thái CO' bản c ờ trạng thái kích thích

C acbon cố bón e le c tro n tự do ở trê n o b ita n 2s và 2p khác n h a u về n ă n g lượng.

C ác o b ita n n à y cđ th ể trộ n lẫ n với n h a u đ ể th à n h các o b itan lai h đ a th eo các cách

O b ita n lai h đ a s p 3 tổ hợp bởi m ộ t o b ita n 2s v à b a o b ita n 2p ì n g h ĩa là o b ita n n à y cố 1/4 (23%) là b ả n c h ấ t s v à 3/4 (77%) là b ả n c h ấ t p.

Bốn o b ita n lai h đ a s p 3 được p h â n bố tro n g k h ô n g g ian th eo h ìn h tứ d iện đ ề u tạ o n ê n

c ấu trú c k h ô n g g ian và tín h h ìn h học c ủ a các hợp c h ấ t chứ a cacbon

'Ì

c lai hóa sp

Hình 1.9 Cấu trúc chu tuyến và không gian ba chiều của ohỉtan sp

C ác o b ita n n à y tư ơ n g tá c với o b ita n ls c ủ a H tạo n ê n o b itan p h â n tử C —H p h â n bố

tro n g k h ô n g g ia n dưới góc 109°5, n h ư cấu trú c p h â n tử m e ta n C H 4.

c o s ò HÓA HỌC HỮU c o 25

Hình 1.10 Mô hình ohitan phân tỉr C -H và phan tỉr metan.

N ếu m ột o b ita n 2s tư ơ n g tá c với h ai o b itan 2p sẽ tạo th à n h ba o b ita n lai hoá, gọi là hai hoá sp2 Mỗi o b itan lai h o á s p 2 chiếm 1/3 (33%) b ả n c h ấ t s và 2/3 (67%) b ả n c h ấ t p.

C ác o b ita n n à y được p h â n bố tro n g m ặ t p h ẳn g , dưới gđc 120° là cấu trú c h ìn h học

b ề n n h ấ t do tư ơ n g tá c cực tiể u của các cặp e le c tro n h đ a trị C ác o b ita n lai h đ a sp 2 tư ơ n g

tá c với các o b ita n k h á c tạ o th à n h liên k ế t ơ.

C h ẳ n g h ạ n tro n g tiể u p h â n CH^-, n g u y ên tử cacbon lai h ó a sp 2 lian k ế t với o b itan 1 s

c ủ a b a H tạo n ê n o b ita n p h â n tử n ằ m trê n m ộ t m ặ t p h ản g :

Hình 1.13 Cấu trúc obitan của CH^*.

T ư ơ n g tự n h ư vậy, cacbon cố tr ạ n g th á i lai h ò a sp. C ấu trú c c ủ a o b ita n sp c ủ a cacbon

*p 2P

c ờ trạng thái kích thích c lai hóa sp

C ấu trú c củ a c lai h đ a $p có hai

o b ita n sp n ằ m tr ê n đ ư ờ ng th ẳ n g đi

q u a n h â n , còn h ai o b ita n p n ằ m tr ê n

h a i m ặt' p h ẳ n g th ẳ n g go'c với n h au

Các cacbon la i h đ a sp2 hay sp có

các o b ita n lai h đ a th a m gia tạo th à n h

liê n k ế t ơ, còn các o b ita n p th u ầ n tú y

o b ita n lai hốa

Hình 1.14 Cấu trúc của c laỉ hóa sp.

Các o b ita n lai h đ a s p 3, sp2v à sp có cấu trú c giống n h a u , đều là h ìn h số 8 k h ô n g đều,

cđ đ ầ u lớ n th a m gia x e n p h ủ tạ o liên k ế t ơ n h ư n g , do tỷ lệ b ả n c h ấ t s và p khác n h a u

n ê n cấu trú c và k h ả n ă n g th a m g ia liê n k ế t cđ k h ác n h a u N ếu n h ư tro n g o b ita n lai h đ a

tỷ lệ s c à n g lớn th ì cấu trú c o b itan cố xu h ư ớ n g đi về h ìn h c ầu hơii, ngược lại b ả n c h ấ t

p lớn th ì o b ita n cố ch iều h ư ớ n g kéo dài hơn Do đố, độ dài c ủ a o b ita n sp3 >sp2 >sp, còn

c o s ò HÓA HỌC HỮU c o 27

độ rộ n g c ủ a th ù y o b ita n c ủ a s p 3 < s p 2 < sp Đ iều này cho thấy, khi th a m gia liên kết,

ch ẳn g h ạ n với o b ita n s củ a H, chiều dài liên k ế t c 3 — H > c 2 — H > CSp — H

M ặt k h ác, e le c tro n ở trê n o b itan đo' cũ n g co' n ă n g lượng khác n h au E le c tro n trê n

ob itan s co' n ă n g lượ ng th ấ p hơn o b itan p n ê n liên k ế t co' b ản c h ấ t s c àn g lớn th ì co' xu

hướng c à n g b ền hơn và chiều dài liên k ế t n g á n hơn

Liên k ế t ơ v à 71 là hai liên k ế t cộng hóa tr ị đặc trư n g cho hợp c h ấ t hữu cơ.

L iên k ế t ơ co' tín h đối x ứ n g trụ c , co' xen p h ủ cực đại n ê n co' n ă n g lượng lớn, co' m ặ t

p h ả n g đối x ứ n g đi q u a n h â n và m ặ t p h ả n g đối x ứ n g th ẳ n g go'c với trụ c liên kết, co' k h ả

n ă n g q u a y x u n g q u a n h trụ c m à liên kết vẫn bảo to àn T h ư ờ n g gặp các liên k ế t ơ: — C —H,

C - C , C - O , C - N , C - C l, C - P ,

L iên k ế t 71 co' độ xen phủ yếu hơn n ê n n ă n g lư ợ n g liên k ế t th ấ p hơn, co' m ặ t p h ẳ n g

đối x ứ n g th ẳ n g go'c với trụ c đi q u a n h â n , co' m ặ t p h ẳ n g b ấ t đối x ứ n g đi q u a trụ c liên kết, kim h ã m sự q u a y x u n g q u a n h trụ c liên kết T h ư ờ n g gặp các liên kết: c = c , c = o ,

c = N ,

N goài n g u y ê n tố cacbon, các nguyên tố đ a ho'a trị k h ác c ũ n g lai ho'a đ ể tạ o liên k ế t tro n g hợp c h ấ t h ữ u cơ n h ư 0 , s , p , N, Si

1.6 TÍNH HÌNH HỌC CỦA PHÂN TỬ

T ín h h ìn h học củ a p h â n tử hữ u cơ p hụ th u ộ c vào chiều dài liên kết, go'c giữa hai liên

k ết và tư ơ n g tá c giữ a các cặp e lec tro n ho'a trị

1.6.1 C h iề u d à i liê n k ế t

C hiều d ài liên k ế t được x ác đ ịnh b ằ n g p h â n tích R ö n tg en , so n g th ự c t ế th ư ờ n g xác

đ ịnh b ằ n g tổ n g b á n k ín h ho'a tr ị củ a hai n g u y ên tố tạo n ên liên kết B án k ín h ho'a trị được xác đ ịn h b ằ n g n ử a chiều d ài liên k ế t của p h â n tử đối xứng C h ẳn g h ạ n ch iều dài liên k ết c ủ a H —Cl:

*H -C1 ~ (r H + rcv “ 2 ^ H “ H + 2 ^ C1-Ci

C hiều d ài c ủ a m ỗi loại liên k ết no'i c h u n g k h ô n g k h ác n h a u bao n h iê u , c h ẳ n g h ạ n như liên k ết 0 - H tro n g các hợp c h ấ t k h ác n h a u chỉ n ằ m tro n g k h o ản g 0,96 0,97 Ả:

Họp chất Chiều dài liên kết, Ẵ

C hiều dài liên k ế t p h ụ th u ộ c vào b ả n c h ấ t của các nguyên tố tạ o n ê n liên kết, trạ n g

th á i lai h ổ a c ủ a các n g u y ên tổ v à số liên k ết g iữ a h a i nguyên tố L iên k ế t b a cố chiều dài liên k ế t n g ắ n h ơ n liên k ế t đôi v à n g ắ n hơn liên k ế t đơn

Bàng 10.1 Bán kính van der Waals

Nguyên tử hay nhóm nguyên tử Bán kính van đer Waals

Bàng 1.2 Chiều dàỉ liên kết trung bình, A

c o s ò HÓA HỌC HỮU c o 29

A - B -> A # + B #

T ro n g h đ a học h ữ u cơ k h ô n g th ể x ác đ ịn h được n ả n g lượ ng củ a từ n g liên k ế t riên g ,

m à chỉ tìm đ ư ợ c giá trị n ă n g lượng tru n g bình, vì vậy khi nđi tới n ă n g lư ợ n g liên k ế t th i

đđ là giá t r ị tr u n g bìn h

C h ẳ n g h ạ n , n ă n g lượng của liên k ế t C —H tro n g m e ta n là tr u n g b ìn h c ủ a bốn n ă n g

lư ợ n g p h â n ly c ủ a bốn g iai đo ạn ph ân ly k h ác n h a u :

G iá tr ị t r u n g b ìn h c ủ a liên k ế t C - H th ư ờ n g lấy là 99 kcal/m ol

Bảng 1.3 Năng lượng phân ly lỉên kết, kcaỉ/mol

T ín h b ề n cù a liên k ế t tă n g khi n ã n g lư ợ n g tạo th à n h liên k ế t lớn N ă n g lư ợ n g liên

k ế t kép cao h ơ n n ă n g lư ợ n g liên kết đơn

C hú ý rằ n g , n ă n g lư ợ n g c ủ a liên k ế t tro n g h ó a vô cơ phụ th u ộ c vào độ â m điện củ a

n g u y ên tố, còn tro n g h đ a h ữ u cơ, khô n g n h ữ n g p h ụ th u ộ c vào độ âm đ iệ n m à còn p hụ

th u ộ c vào tín h đối x ứ n g hay tín h h ình học c ủ a p h â n tử , h ay nđi c h u n g là p h ụ th u ộ c vào

độ x e n p h ủ cự c đại của o b ita n liên kết, sự xen p h ủ c à n g lớn, n ă n g lư ợ n g liên k ế t c à n g

cao, liên k ế t c à n g bền.

1.6 3 G ó c l i ê n k ế t

Các liên k ế t tro n g p h â n tử h ữ u cơ cố vị t r í x á c đ ịn h tro n g k h ô n g gian Gốc giữa h a i liên k ế t gọi là gđc h đ a trị

Gốc h đ a tr ị p h ụ th u ộ c vào c ấu h ìn h o b ita n củ a c ác liê n k ế t và th a y đổi th e o lực đ ẩ y

g iữ a các cặp e le c tro n h đ a trị, k ể cả cặp e le c tro n cặp đôi k h ô n g liên k ế t, gọi là cặp e le c tro n

n.

N ội d u n g th u y ế t đố là: các cặp e lec tro n h ổ a tr ị tr ê n đ á m m ây h đ a tr ị c ủ a n guyên tử

sẽ đẩy n h a u và sẽ p h â n bố n h ư th ế nào đ ể g iả m lực đ ẩ y đố Đ iều n à y h iể u được tại sao gđc h đ a tr ị củ a nối b a là 180°, củ a nối đôi là 120°

ì 0 9 , 5 °

T h ê ’ fleh cặp n > câp e le cỉro n h ên hếft

C ác cặp e le c tro n n có th ể tíc h lớn h ơn do chỉ ch ịu ả n h h ư ở n g củ a m ộ t h ạ t n h ân , còn cặp e le c tro n liên k ế t n ằ m giữa h a i h ạ t n h â n , n ê n tư ơ n g tá c đ ấy g iữ a h ai cặp e lec tro n n lớn hơn củ a c ặp n với cặp e le c tro n liên k ế t v à lớn h ơ n g iữ a h a i cặp e le c tro n liên kết, do

k h ả n ă n g q u y ế t đ ịn h tín h c h ấ t h ố a học c ủ a a n k e n là liên k ế t đôi, tro n g k h i đố a n k a n chỉ gồm cđ c v à H, với liên k ết c - H và c - c b ề n n ê n k h ô n g cđ n h đ m chức đ ặ c trư n g

Sự p h â n loại các hợp c h ấ t h ữ u cơ c ũ n g dự a vào n h đ m chức, th ư ờ n g cố các loại hợp

c h ấ t v à n h đ m chức ở b ả n g 1.5

N - CH.

ch3 - c - h

T ro n g p h â n tử , ng o ài n h ổ m chức, p h ầ n còn lại gọi là gốc Q u a n n iệm về gốc ở đây

x u ấ t p h á t từ q u a n n iệm củ a th u y ế t gốc là p h ầ n p h â n tử k h ô n g th a y đổi khi c h u y ển từ

c h ấ t b a n đ ầ u s a n g s ả n p h ẩ m m à k h ô n g th a y đổi cấu trú c cơ bản

C h ẳn g h ạ n , tro n g p h â n tử C H3C H2 - O H , n h ổ m - O H là n h ò m chức an co l, gốc là

C H3C H2 — m à k h i tá c d ụ n g với H C1 cho C H3C H2—C1, n g h ĩa là gốc dã chuyến

từ ph ân tử ancol sa n g p h â n tử s ả n phẩm

C ần p h â n b iệ t rõ với gốc tự do, m à cố khi gọi tắ t là gốc, là tiể u p h â n có c h ứ a electro n

tự do k h ô n g cặp đôi, cố k h ả n â n g p h ả n ứ n g r ấ t cao tro n g các p h ả n ứ n g h ữ u cơ gọi là

p h ả n ứ n g gốc h ay gốc chuỗi

1.8 CẤU TRÚC KHỔNG GIAN CỦA PHÂN TỬ HỮU c ơ

T rê n cơ sở th u y ế t cấu tạ o tứ d iện củ a Ja c o b u s H e n d ric u s v a n ’t H o ff v à Joseph

A chille Le Bei (1874) cũ n g n h ư mô h ìn h to á n học lai h đ a ở trê n , p h â n tử h ữ u cơ cổ một

t r ậ t tự s ắ p xếp x ác đ ịn h các nguyên tử hay n h ó m n g u y ê n tử tro n g k h ô n g g ia n b a chiều

C ác p h â n tử cố c ù n g công th ứ c p h â n tử n h ư n g có cách p h â n bố tro n g k h ô n g g ian khác

n h a u gây r a h iệ n tư ợ n g đ ò n g p h â n gọi là đồng p h â n lập th ể h a y đ ò n g p h â n k h ô n g gian

C ấu trú c k h ô n g g ian th ư ờ n g được b iểu diễn b ằ n g n h ữ n g cô n g th ứ c quy ước hay bằng các m ô h ìn h p h â n tử

được b iể u diễn ở d ạ n g khai

tr iể n th e o chiều ngườ i q u a n s á t ch ẳn g h ạn :

— đ ư ờ n g m ũ i tê n đ ậm ở p h ía trư ớ c m ặ t p h ả n g giấy

hay ở g ầ n người q u a n sát

- đ ư ờ n g h a y m ũ i tê n chấm chấm ở p h ía sau m ặ t

p h ả n g giấy hay ở x a người q u a n sát

— đ ư ờ n g n é t th ư ờ n g n ằ m trê n m ặ t p h ẳ n g giấy

Đ ể đơn g iản cho cách b iể u diễn công th ứ c tứ diện,

người ta h ay d ù n g công th ứ c chiếu F isch er, là công th ứ c

k h ô n g g ian ba ch iều được quy ước b iểu diễn tro n g tọ a độ

h ai chiều

H

T ừ cô n g th ứ c tứ d iệ n c h u y ển s a n g cô n g th ứ c

F isch er, người ta chiếu các n h d m th ế ở p h ía trư ớ c m ặ t p h ẳ n g giấy vào đ ư ờ n g n g a n g đi

q u a tr u n g tâ m cacbon, các n h d m th ế n ằm p h ía sa u được chiếu vào trụ c đ ứ n g đi q u a tru n g

H - ệ - H

I

H

T ừ m ộ t công th ứ c tứ diện cd th ể b iểu diễn được n h iề u d ạ n g công th ứ c chiếu F isc h er phụ th u ộ c vào vị t r í người q u a n sát C h ẳn g hạn:

c ) tro n g m â ĩ p h à n g 3r-C -Cl

Cl

BrCHj—Ị - H

CL CH,

Br —|—CL H

Đối với hợp c h ấ t có n h iề u cacbon, trụ c th ẳ n g đ ứ n g là trụ c cacbon, n h ó m chứ c có b ậ c oxi hóa cao hơn ở p h ía trê n , các nhoTn th ế ở trụ c ngang:

COOH

C - Ũ H

H3C/ \ H

HO ^ 0Ç

Công thửc chiếu Fischer

C ông th ứ c k h a i tr iể n n ày th ư ờ n g d ù n g cho các tru n g tâ m cacbon đ ín h với b ố n n h ổ m

th ế khác n h au hay p h ân tử cđ nhiều cacbon Công thức biểu diễn theo trụ c liên k ết c - c từ

g ầ n tới xa, còn gọi là công th ứ c b à n cư a h ay phối cản h (h ìn h 1.15)

Hình 1.15 Công thức phối cảnh của etan: dạng che khuất (a) và antỉ (b).

N goài r a cd th ể b iể u diễn dưới d ạ n g công th ứ c chiếu N ew m an , c h ủ y ếu đ ể b iể u diễn cấu h ìn h của m ộ t liên k ế t C - C , tro n g đổ cacbon g ầ n người q u a n s á t là giao đ iể m của các n h đ m th ế, cacbon s a u bị che k h u ấ t bởi cacbon trư ớ c b iểu d iễn b ằ n g h ìn h tr ò n với các liên k ế t ở n g o ài v ò n g trò n

Hình 1.16 Công thức Newman (dạng che khuất).

M ột c h ấ t co th ể b iể u d iễn được

n h iề u cô n g th ứ c p hối c ả n h hay

N e w m an đối với m ộ t liên k ế t cụ th ể

Sự k h ác n h a u g iữ a các công th ứ c

phối c ả n h h a y g iữ a các cô n g th ứ c

N e w m a n c ủ a m ộ t liê n k ế t là gổc

g iữ a h a i m ặ t p h ẳ n g liên k ết, gọi là

gđc n h ị d iện X (xem h ìn h bên)

co sò HÓA HỌC HỮU co 35

N ếu n h ư góc n h ị diện

ĩ b ằ n g k h ô n g th ỉ có d ạn g

che k h u ấ t, n ế u b ằ n g 180°

gọi là dạng xen kè a n ti hay

trans, nếu bàng (30° gọi là

xen kẽ ke (hình 1.17)

C ấu tr ú c k h ô n g gian

th ư ờ n g được m ô tả b ằn g ^

m ô h ìn h , th ư ờ n g dưới

d ạ n g mô h ìn h tứ diện hay

phối c àn h (hoặc b à n cưa) (hình 1.18)

Công thức Newman (dạng anti hay trans).

Hình 1.18 Mô hình cấu trúc của metan.

C hú ý rằ n g , n ế u th a y đổi vị tr í c ủ a hai n h ổ m th ế b ấ t kỳ c ạ n h n h a u tro n g m ộ t công

th ứ c tứ d iện th ì sẽ th u được đối q u a n g củ a ná:

Còn tro n g cô n g th ứ c chiếu F isch er, nếu q u ay tro n g m ặ t p h ả n g giấy m ột góc 90° h ay

270° th ì th u được đối quang, còn nếu q uay m ộ t go'c 180° th ì lại th u được c h ín h no' C h ẳn g

O H C — C — C H70 H

XH( - ) - anđehit glyxeric

T ro n g c ấu h ìn h tư ơ n g đối, các hợp c h ấ t cđ c ù n g cấu h ìn h tư ơ n g đối n ế u tr u n g t â m

k h ô n g tr ù n g ả n h v ậ t cổ b a n h ổ m th ế đ ịn h h ư ớ n g g iố n g n h a u đối với m ộ t n h ổ m th ứ tư

C h ẳn g h ạ n , các hợp c h ấ t sau cố cù n g c ấu h ìn h tư ơ n g đối:

Còn d ấ u q u a y c ủ a cấu h ìn h khô n g cđ q u a n hệ với cấu h ìn h , hai hợp c h ấ t cổ c ù n g c ấ u

h ìn h n h ư n g lại cđ gđc q u ay ngược lại, h ai hợp c h ấ t có góc q u a y giống n h a u lại cđ t h ể cđ

C ác hợp c h ấ t tro n g dãy đồng đ ẳ n g có tín h c h ấ t v ậ t lý n h ư n h iệ t độ sôi, n h iệ t độ n ó n g

ch ảy tă n g k h i tă n g só n h ổ m m ety len , n g h ỉa là tă n g khối lư ợ n g p h â n tử do tà n g th ê m chiều dài m ạ ch cacbon Do đố, k h á i n iệm đ ồ n g đ ẳ n g th ư ờ n g d ù n g đ ể dự đ o á n sự th a y đổi tín h c h ấ t v ậ t lỹ k h i th a y đổi th à n h p h ầ n n h đ m m ety len , n ê n nđi c h u n g ít được n g h iê n

cứu S ong ở đ ây c ầ n ch ú ý rằ n g , các c h ấ t tro n g d ãy đ ồ n g đ ẳ n g c ần p h ả i có cù n g cấu trú c

m ạ ch cacbon C h ẳn g h ạn :

C H3C H2C H2C H3 và C H3C H2C H2C H2C H3 là h a i đ ồ n g đ ẳ n g c ủ a n h a u , c ũ n g n h ư (C H3)2C H C H3 v à (C H3)2C H C H2CH3 là h a i đ ồ n g đ ẳ n g c ủ a n h a u , so n g g iữ a

C H3C H2C H2C H3 v à (C H3)2C H C H2C H3 cổ k h ác n h a u m ộ t n h ổ m m e ty le n n h ư n g k h ô n g

p h ả i là đ ồ n g đ ẳ n g c ủ a n h a u m à n ằ m tro n g hai dãy đ ồ n g đ ẳ n g t t - a n k a n v à iso an k a n

H iện nay, th ư ờ n g chí nối đến dãy đồng đ ẳ n g c ủ a m e ta n , ety len , a x e ty le n và n h ữ n g

d ãy đ ồ n g đ ẳ n g c ủ a an co ỉ m etylic, a n đ e h it fom ic, a x it fom ic, n g h ĩa là n h ữ n g hợp c h ấ t

cố m ạ ch cacbon k h ô n g n h á n h n h ư f t - a n k a n , 7Z —a n k e n , n - a n k y n hay n - ancol, n — ax it,

axetat n - propyl butyrat metyl

H a i c h ấ t đ ề u th u ộ c loại este, n h ư n g x u ấ t p h á t từ hai cặp a x it v à ancol k h ác n h a u ,

a x e ta t 71 —p ro p y l h ìn h th à n h từ C H 3C O O H + C H3C H2C H2O Ii, còn e ste b u ty r a t m ety l

h ìn h th à n h từ C H3C H2C H 2CO O H + C H3OH

1.10.2 Đ ồn g p h ân k h ôn g gian hay dồn g p h â n lập th ể

N h ữ n g hợp c h ấ t h ữ u cơ có cù n g công thức p h â n tử n h ư n g có tín h c h ấ t k h ác n h a u do

p h â n bô các n h ó m th e tro n g không gian k h ác n h a u gọi là đồng p h â n khô n g gian hay lập thể

N h ữ n g dồng p h â n không gian có sự sáp xếp k h ác n h a u tro n g k h ô n g gian gọi là đồng

p h â n cấu h ìn h gồm h a i loại sau:

1 Đ ông p h ả n h ìn h học

N ếu sự p h â n bố k h ác n h a u đối với m ộ t m ặ t p h ẳ n g , m ặ t p h ẳ n g 71 h ay m ặ t p h ẳ n g vòng

gọi là đ ò n g p h â n h ìn h học

Theo d a n h p h á p c is-tra ris, n ế u hai nhóm th ế giông n h a u hay g ần giống n h a u ỏ cùng

p h ía của m ặ t p h ẩ n g gọi là đồng p h â n C LS, khác p h ía là dồng p h â n Irans.

H ,c CH H CH

H3c

ô s -2 -b u te n(Z )-2 -b u ten

tram- 2 - buten (£ )-2 -b u te n

HHcts-đỉclopropan

HH/rữm-đỉclopropan

Theo d a n h p h áp E - z, nhất là trong trường hợp không (lùng dược (lanh p h á p cis - trails thì

d ù n g (lanh pháp c h u n g gọi là (lanh p h á p E - z Danh p h áp E - z (lựa iro n t í n h hơn cap của nguyên tổ' dính với cacbon Nhỏm th ố có nguyên ti) cỏ số' t hứ t ự nguyôn t ố cao hơn thì cỏ t ính hơn cấp cao hơn Nếu hai nhóm thỏ có tín h hơn cấp cao hơn ơ hai ( ’ ớ cù n g p h ía của m ặ t p h a n g gọi là

dồng phân Vi, kh ác p h ía là dong p h â n \ủ:

s á n g th ư ờ n g cố vectơ trư ờ n g đ iệ n c ủ a sd n g á n h s á n g tro n g t ấ t c à các h ư ớ n g c ủ a m ặ t

p h ẳ n g Á n h s á n g p h â n cực co vectơ c ủ a trư ờ n g điện c ủ a t ấ t cả các s o n g á n h s á n g tro n g

C ố s ỏ HÓA HỌC HỮU c ồ 39

Á n h s á n g p h â n cực th u được khi cho á n h s á n g th ư ờ n g đi q u a lă n g k ín h p h â n cực:

Phân cực k ế

Ánh sáng thường Phân cực kế Ánh sáng phân cực

K hi cho á n h s á n g p h â n cực đi q u a m ộ t c h ấ t, c h ẳ n g h ạ n n h ư 2 - i o t b u t a n , người q u a n

s á t th ấ y m ặ t p h ẳ n g á n h s á n g p h â n cực qu ay đi m ộ t gđc, c h ấ t đố cđ tín h h o ạ t động q u a n g học, h a y c h ấ t đố cổ m ộ t tr u n g tâ m b ấ t đối x ứ n g h a y tr u n g tâ m k h ô n g tr ù n g ả n h v ậ t (tru n g tâ m c h ira l):

K hi n g h iê n cứu m ẫ u 2 - i o t b u t a n cho th ấ y có hai c h ấ t cố n ă n g s u ấ t q u ay cực với chiều

q u a y ngược n h a u : m ộ t c h ấ t cổ gốc q u ay cực d ư ơ n g (+ ) [a]j=j4 = + 1 5 ,9 ° v à m ộ t c h ấ t cđ gốc q u ay cực â m ( —) [ a ] ^ = - 1 5 ,9 °

H a i c h ấ t n à y co c ù n g tr ị số gđc q u ay cực n h ư n g ch iều q u a y ngược n h a u gọi là hai

c h ấ t n g h ịch q u a n g (đối q u an g ) h ay đ ồ n g p h â n e n a n tio m e , tạ o n ê n m ộ t cặp nghịch q u a n g

h a y m ộ t cặp e n a n tio m e

N g uyên n h â n gây r a tín h h o ạ t đ ộ n g q u a n g học là do p h â n tử k h ô n g cố yếu tố đối

x ứ n g n ào tr o n g p h â n tử (trụ c, tâ m hay m ặ t p h ẳ n g đối xứng, ) M ột tr u n g tâ m cacbon liên k ế t với b ố n n h ó m th ế khác n h a u , gọi là cacbon b ấ t đối c* (theo Lew is) h ay là tru n g

tâ m k h ô n g tr ù n g ả n h v ậ t hay tr u n g tâ m chiral.

M ột tr u n g tâ m k h ô n g trù n g ả n h v ậ t cđ hai cấu trú c đồng p h â n đối x ứ n g với n h a u

q u a m ộ t m ặ t p h ẳ n g gương, n ên gọi là đ ồ n g p h â n gương V ậ t và ả n h tro n g g ư ơ ng c ủ a nổ

k h ô n g cố k h ả n ă n g ch ồ n g k h ít từ n g n h đ m t h ế với n h a u , n h ư là h ai b à n ta y trá i và phải

C h ẳ n g h ạ n , p h â n tử 2—io tb u ta n cố c là tr u n g tâ m c h ira l do đ ín h với bốn n h đ m t h ế k h ác

n h a u (C2H 5, I, C H 3, H) là tru n g tâ m lập th ể cố hai đ ồ n g ph ân :