Bài tiểu luận: Các hợp chất quang hoạt và đồng phân quang học

Cơ sở vật lý của vấn đề quang hoạt, đồng phân quang học, các yếu tố đối xứng phân tử, phân tử bất đối có một nguyên tử cacbon bất đối,... là những nội dung chính trong bài tiểu luận Các hợp chất quang hoạt và đồng phân quang học. Mời các bạn cùng tham khảo để có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và làm việc hiệu quả.

C u trúc không gian c a phân t   nh hấ ủ ử ả ưởng đ n tính ch t c a m t ch t. ế ấ ủ ộ ấ Hóa h c l p th  làọ ậ ể   ngành chuyên nghiên c u v  c u trúc không gian c a các phân t ,  nh hứ ề ấ ủ ử ả ưởng không gian c a phân tủ ử 

đ n tính ch t c a các ch t cũng nh  nghiên c u v  hế ấ ủ ấ ư ứ ề ướng không gian trong các ph n  ng hóa h c.ả ứ ọ  

L ch s  phát tri n c a hóa h c l p th  g n li n v i l ch s  phát tri n c a hóa h c h u c  Cácị ử ể ủ ọ ậ ể ắ ề ớ ị ử ể ủ ọ ữ ơ   nghiên c u v  hóa h c l p th  m i đ u ch  gi i h n trong hóa h c l p th  c u hình nh ng sau đóứ ề ọ ậ ể ớ ầ ỉ ớ ạ ọ ậ ể ấ ư   các v n đ  c a hóa h c l p th  ngày càng ph c t p, đ c bi t do s  phát tri n c a h c thuy t v  c uấ ề ủ ọ ậ ể ứ ạ ặ ệ ự ể ủ ọ ế ề ấ  

d ng và phân tích c u d ng, v  hóa h c l p th  c a ph n  ng, v  s  t ng h p đ nh hạ ấ ạ ề ọ ậ ể ủ ả ứ ề ự ổ ợ ị ướng l p thậ ể 

và ch n l a l p th  Tuy nhiên nh  s  xu t hi n các phọ ự ậ ể ờ ự ấ ệ ương pháp v t lý nh  ph  h ng ngo i, phậ ư ổ ồ ạ ổ  phân c c, ph  c ng hự ổ ộ ưởng t  h t nhân, nhi u x  tia X, các nghiên các nghiên c u v  hóa h c l pừ ạ ễ ạ ứ ề ọ ậ  

th  đã cho ta nhi u hi u bi t m i v  s  ph  thu c c a các tính ch t và nh ng đ c tính tinh vi v  sể ề ể ế ớ ề ự ụ ộ ủ ấ ữ ặ ề ự  phân b  không gian c a các nguyên t  trong phân t , trong vi c gi i thích c  ch  c a nhi u ph nố ủ ử ử ệ ả ơ ế ủ ề ả   ng

ứ

Hóa h c l p th  có ý nghĩa th c t  r t l n đ c bi t trong lĩnh v c hóa h c các h p ch t thiênọ ậ ể ự ế ấ ớ ặ ệ ự ọ ợ ấ   nhiên, trong t ng h p các h p ch t quang ho t v i c u hình đ nh s n c n cho y h c và sinh h c, nh tổ ợ ợ ấ ạ ớ ấ ị ẵ ầ ọ ọ ấ  

là nh ng nhóm h p ch t có ho t tính cao nh  prostaglandin, pheromon. Tính ch t c a các ch tữ ợ ấ ạ ư ấ ủ ấ   polime t ng h p ph  thu c r t nhi u vào c u t o không gian c a chúng. Hi n nay vi c đi u ch  cácổ ợ ụ ộ ấ ề ấ ạ ủ ệ ệ ề ế   polime có d ng l p th  xác đ nh là m t trong nh ng phạ ậ ể ị ộ ữ ương pháp quan tr ng nh t đ  tăng ph mọ ấ ể ẩ  

ch t c a các v t li u nhân t o.ấ ủ ậ ệ ạ

S  ti n b  nhanh chóng c a hóa h c l p th  ­ t  vi c t ng h p đự ế ộ ủ ọ ậ ể ừ ệ ổ ợ ược urê c a Wohler nămủ  

1828, đ n các công trình t ng h p c a Kolbe năm 1840; c a Berthelot năm 1850 đã đ t n n t ngế ổ ợ ủ ủ ặ ề ả   khoa h c cho hóa h c h u c  và d n đ n vi c xây d ng m t c  s  lý thuy t cho khoa h c hóa h uọ ọ ữ ơ ẫ ế ệ ự ộ ơ ở ế ọ ữ  

c ơ

Hóa học lập thể, đặc biệt là các đồng phân quang học và các hợp chất quang hoạt có ý nghĩa 

th c t  to l n và đự ế ớ ượ ức  ng d ng trong nhi u lĩnh v c quan tr ng. Vì v y, tôi ch n tìm hi u đ  tài vụ ề ự ọ ậ ọ ể ề ề 

“các h p ch t quang ho t và ợ ấ ạ đ ng phân quang h c ồ ọ ”.

Vì nhi u lý do nên đ  tài ch c còn nhi u thi u sót, mong th y và các b n đ c đóng góp ýề ề ắ ề ế ầ ạ ọ  

ki n, đ  đ  tài c a tôi hoàn ch nh h n.ế ể ề ủ ỉ ơ

Xin chân thành c m  n ả ơ

PH N N I DUNGẦ Ộ

C  s  v t lý c a v n đ  quang ho tơ ở ậ ủ ấ ề ạ

Ánh sáng là m t sĩng đi n t  mà phộ ệ ừ ương dao đ ng luơn th ng gĩc v i phộ ẳ ớ ương truy n sĩng.ề   Các dao đ ng c a ánh sáng thộ ủ ường th ng gĩc v i phẳ ớ ương truy n sĩng và hề ướng ra xung quanh theo 

m i m t ph ng trong khơng gian.  Ánh sáng phân c c ph ng là ánh sáng mà vect  đi n trọ ặ ẳ ự ẳ ơ ệ ường c aủ  

t t c  sĩng ánh sáng đ u hấ ả ề ướng theo m t phộ ương, cĩ nghĩa là cùng n m trên m t m t ph ng, m tằ ộ ặ ẳ ặ  

ph ng này g i là m t ph ng phân c c.ẳ ọ ặ ẳ ự

 

á nh sá ng thường á nh sá ng phân cực phẳ ng

Ánh sáng phân c c ph ng cĩ th  đự ẳ ể ượ ạc t o nên b i ánh sáng thở ường chi u qua m t kính phân ế ộ

c c, ch ng h n kính Nicol.ự ẳ ạ

 

 

 

  Ánh sáng thường  Kính phân cực  Ánh sáng phân cực phẳng 

Cĩ m t s  ch t h u c  cĩ kh  năng làm quay m t ph ng ánh sáng phân c c khi cho ánh sángộ ố ấ ữ ơ ả ặ ẳ ự   phân c c đi qua. Kh  năng đĩ g i là tính quang ho t, cịn nh ng ch t cĩ kh  năng đĩ g i là ch tự ả ọ ạ ữ ấ ả ọ ấ   quang ho t. N u m t ch t làm quay m t ph ng phân c c theo chi u kim đ ng h  đạ ế ộ ấ ặ ẳ ự ề ồ ồ ược g i là ch tọ ấ   quay ph i. N u m t ch t làm quay m t ph ng phân c c ngả ế ộ ấ ặ ẳ ự ược chi u kim đ ng h  đề ồ ồ ược g i là ch tọ ấ   quay trái. Giá tr  đ  quay m t ph ng phân c c đị ộ ặ ẳ ự ược di n t  b ng gĩc quay và d u (+) đ ng trễ ả ằ ấ ứ ướ  c

di n t  chi u quay ph i, d u (­) đ ng trễ ả ề ả ấ ứ ước di n t  chi u quay trái.ễ ả ề

Đ  đo kh  năng làm quay m t ph ng m t ph ng phân c c (đ  quay c c) c a các ch t quangể ả ặ ẳ ặ ẳ ự ộ ự ủ ấ  

ho t ngạ ười ta dùng phân c c k  ghi l y gĩc quay ự ế ấ  Đ c và so sánh giá tr  quay tọ ị ương  ng khi cĩ vàứ   khơng cĩ m u ch t đ ng trong  ng.ẫ ấ ự ố

  Ánh sáng 

đ n sơ ắc 

Lăng kính  Nicol 

ống mẫu 

Lăng kính Nicol đặt trên  đĩa trịn quay 

Đ i v i m t ch t quang ho t ngố ớ ộ ấ ạ ười ta thường dùng đ i lạ ượng đ  quay c c riêng [ ]. Đ  quayộ ự α ộ  

c c riêng c a m t ch t trong dung d ch đự ủ ộ ấ ị ược tính theo cơng th c:ứ

 là gĩc quay quan sát được đ i v i m t dung d ch cĩ b  dày l dm. ố ớ ộ ị ề

 Đ  dài sĩng c a ánh sáng, t nhi t đ  t i th i đi m đo.ộ ủ ệ ộ ạ ờ ể

C u hình tuy t đ i c a m t h p ch t có th  xác đ nh b ng tia X. Trấ ệ ố ủ ộ ợ ấ ể ị ằ ước kia khi bi t đế ượ ấ  c c u hình tuy t đ i c a m t s  ch t ho t đ ng quang h c, c u hình c a m t ch t khác có th  đệ ố ủ ộ ố ấ ạ ộ ọ ấ ủ ộ ấ ể ược xác 

đ nh b ng m i tị ằ ố ương quan hóa h c v i ch t đã bi t c u trúc.ọ ớ ấ ế ấ

Đ ng phân quang h cồ ọ

Đ ng phân quang h c là nh ng h p ch t có công th c c u t o ph ng gi ng nhau nh ng khácồ ọ ữ ợ ấ ứ ấ ạ ẳ ố ư   nhau v  c u trúc không gian do trong phân t  có y u t  không trùng v t  nh, hay phân t  có s  b tề ấ ử ế ố ậ ả ử ự ấ  

đ i x ng. Nh ng đ ng phân này ch  khác nhau v  tính ho t đ ng quang ho t, nghĩa là kh  năng quayố ứ ữ ồ ỉ ề ạ ộ ạ ả  

m t ph ng phân c c khác nhau.ặ ẳ ự

Các y u t  đ i x ng phân tế ố ố ứ ử

Tính ch t c a m t phân t  nào đó có th  đấ ủ ộ ử ể ược xác đ nh b ng s  có m t hay không có nh ngị ằ ự ặ ữ  

y u t  đ i x ng c  b n. Quan tr ng nh t là nh ng y u t  đ i x ng sau:ế ố ố ứ ơ ả ọ ấ ữ ế ố ố ứ

3.1 M t ph ng đ i x ngặ ẳ ố ứ

M t ph ng đ i x ng (thặ ẳ ố ứ ường ký hi u m) là m t ph ng chia v t ra làm hai ph n mà ph n nàyệ ặ ẳ ậ ầ ầ  

là  nh c a ph n kia trong gả ủ ầ ương. Phân t  có m t ph ng đ i x ng n u sau khi chi u vào m t ph ngử ặ ẳ ố ứ ế ế ặ ẳ   thì  nh s  trùng v i nó:ả ẽ ớ

H H Cl

Cl H

H H Cl

Cl H

H

3.2 Tâm đ i x ngố ứ

Tâm đ i x ng (i) là đi m mà trên đố ứ ể ường th ng đi qua đi m đó có th  g p đẳ ể ể ặ ược nh ng đi mữ ể  

tương đương   kho ng cách nh  nhau ho c là đi m mà khi quay phân t  đ i x ng đi m đó thu đở ả ư ặ ể ử ố ứ ể ượ  c

nh trùng v i v t ban đ u

Thường m t v t có th  có nhi u m t ph ng đ i x ng, nh ng thộ ậ ể ề ặ ẳ ố ứ ư ường ch  có m t tâm đ iỉ ộ ố  

x ng.ứ

b

a

a'

b' i

3.3 Tr c đ i x ngụ ố ứ

Tr c đ i x ng (thụ ố ứ ường g i là tr c C) là tr c đi qua v t mà n u quay xung quanh tr c m t gócọ ụ ụ ậ ế ụ ộ   xác đ nh b ngị ằ    thì thu được c u trúc trùng v i c u trúc ban đ u. B c c a tr c ph  thu c vàoấ ớ ấ ầ ậ ủ ụ ụ ộ   giá tr  c a n. Tr c b c 1 khi quay 360ị ủ ụ ậ o, tr c b c 1 v i n = 1, tr c Cụ ậ ớ ụ 2 – 180o v i n = 2,  ớ

Cl H

ClCl

Trong phân t  cĩ tr c liên h p C n u sau khi quay xung quanh tr c r i chi u vào m t ph ngử ụ ợ ế ụ ồ ế ặ ẳ  

th ng gĩc v i tr c thì thu đẳ ớ ụ ược v t trùng v i ch t ban đ u:ậ ớ ấ ầ

H

Cl

Cl

H

Cl

H

H

Cl

H

Cl

Cl

H

Ngồi các y u t  đ i x ng trên cịn dùng nhĩm đ i x ng, trong 15 nhĩm cĩ ba nhĩm quanế ố ố ứ ố ứ  

tr ng cĩ tính khơng trùng v t  nh g i là nhĩm Cọ ậ ả ọ 1, Cn và nhĩm D2. Ta hay g p nhĩm Cặ 1, trong đĩ phân 

t  khơng c  y u t  đ i x ng nào, ch ng h n đ i v i cacbon liên k t v i b n nhĩm th  khác nhau,ử ố ế ố ố ứ ẳ ạ ố ớ ế ớ ố ế   khơng cĩ y u t  đ i x ng nào g i là cacbon b t đ i, ho c nhĩm Cế ố ố ứ ọ ấ ố ặ n trong phân t  cĩ tr c n l  ho cử ụ ẻ ặ  

m t tr c b c n v i vài tr c Cộ ụ ậ ớ ụ 2 và nhĩm D2 dùng trong tính quang h c c a các đ ng phân c u d ng.ọ ủ ồ ấ ạ Phân t  b t đ i cĩ m t nguyên t  cacbon b t đ iử ấ ố ộ ử ấ ố

Trong phân t  cĩ m t nguyên t  C liên k t v i 4 nhĩm th  hồn tồn khác nhau. Hi n nayử ộ ử ế ớ ế ệ   nguyên t  C này đử ược g i là trung tâm l p th ọ ậ ể

4.1 Đ i quang hay enantiomerố

Hai phân t  cĩ c u hình khác nhau mà ch t này là  nh c a ch t kia trong m t ph ng gử ấ ấ ả ủ ấ ặ ẳ ươ  ng

g i là m t c p đ i quang (ngh ch quang) hay enantiomer. Hai ch t này khơng ch ng khít lên nhauọ ộ ặ ố ị ấ ồ  

được tuy chúng cĩ tính ch t v t lý và hĩa h c gi ng nhau. Hai ch t này ch  khác nhau v  c u hình,ấ ậ ọ ố ấ ỉ ề ấ   hai c u hình này ngấ ược nhau:

O

Khá c nhau về cấu dạng, giống nhau về cấu hình không phả i là enantiomer

Khá c nhau về cấu hình là enantiomer

Hai enantiomer hay hay đ i quang là hai đ ng phân l p th  c a nhau, cĩ c u hình ngố ồ ậ ể ủ ấ ược nhau  nên hướng quay m t ph ng ánh sáng phân c c ngặ ẳ ự ược nhau nh ng cĩ cùng giá tr  tuy t đ i (vì cùngư ị ệ ố  

c u trúc c a trung tâm b t đ i x ng). Cịn nh ng đ ng phân l p th  khác cĩ c u hình khác nhau vấ ủ ấ ố ứ ữ ồ ậ ể ấ ề 

nh và v t trong m t ph ng g ng là đ ng phân quang h c c a nhau, khơng ph i là enantiomer c a

nhau mà đ ng phân đi­a c a nhau, thồ ủ ường g p trong nh ng phân t  cĩ hai hay nhi u trung tâm b tặ ữ ử ề ấ  

đ i x ng.ố ứ

4.2 Bi n th  raxemicế ể

Bi n th  raxemic là m t t p h p đ ng phân t  (equimolar) hai ch t đ i quang, tr  s  quay c cế ể ộ ậ ợ ẳ ử ấ ố ị ố ự  

c a t p h p này b ng khơng vì cĩ s  bù tr  nhau gi a hai d ng D và L. Bi n th  raxemic thủ ậ ợ ằ ự ừ ữ ạ ế ể ườ  ng

được ký hi u là DL ho c (ệ ặ ).

4.2.1 S  t o thành bi n th  raxemicự ạ ế ế

Phương pháp tr n l nộ ẫ

Tr n k  các lộ ỹ ượng b ng nhau c a hai ch t đ i quang.ằ ủ ấ ố

Phương pháp t ng h pổ ợ

Phương pháp raxemic hóa

4.2.2 Tính ch t c a các bi n th  raxemicấ ủ ế ể

 tr ng thái khí, l ng cũng nh  dung d ch, bi n th  raxemic là m t h n h p c a nh ng l ng

b ng nhau g n nh  lý tằ ầ ư ưởng c a các phân t  đ i quang. Bi n th  raxemic có cùng nhi t đ  sôi nhủ ử ố ế ể ệ ộ ư 

ch t đ i quang tinh khi t, chi t su t và t  tr ng   tr ng thái l ng là gi ng nhau cũng nh  ph  h ngấ ố ế ế ấ ỉ ọ ở ạ ỏ ố ư ổ ồ   ngo i   tr ng thái l ng và dung d ch là trùng nhau.ạ ở ạ ỏ ị

Tuy nhiên s  đ ng nh t này không th  áp d ng đ i v i tr ng thái r n (tinh th ). Trong bi n thự ồ ấ ể ụ ố ớ ạ ắ ể ế ể  raxemic r n, ngoài l c tắ ự ương tác gi a các phân t  (­) quay trái, gi a các phân t  quay ph i (+) còn cóữ ử ữ ử ả  

l c tự ương tác gi a các phân t  (+) và (­). K t qu  là   tr ng thái r n thữ ử ế ả ở ạ ắ ường g p s  khác bi t vặ ự ệ ề 

m t s  tính ch t gi a bi n th  raxemic và ch t đ i quang tinh khi t. Có 3 trộ ố ấ ữ ế ể ấ ố ế ường h p khác bi t sau:ợ ệ

Các h n h p raxemicỗ ợ : là m t h n h p c  h c tinh th  riêng r  c a các ch t đ i quang cònộ ỗ ợ ơ ọ ể ẽ ủ ấ ố  

g i là conglomerat. Tính ch t c a nó gi ng tính ch t c a các đ i quang tinh khi t. Tuy nhiên, nhi tọ ấ ủ ố ấ ủ ố ế ệ  

đ  nóng ch y c a h n h p raxemic th p h n nhi t đ  nóng ch y c a các ch t đ i quang tinh khi t,ộ ả ủ ỗ ợ ấ ơ ệ ộ ả ủ ấ ố ế   còn đ  tan c a h n h p raxemic l i cao h n. Trên gi n đ  nhi t đ  nóng ch y, đi m  tecti là đi mộ ủ ỗ ợ ạ ơ ả ồ ệ ộ ả ể ơ ể  

ng v i nhi t đ  nóng ch y th p nh t,   đó t  l  gi a hai ch t đ i quang là 50:50

Các h p ch t raxemic: ợ ấ Là trường h p bi n th  raxemic mà ch  có m t lo i tinh th  đợ ế ể ỉ ộ ạ ể ượ ạ  c t o thành t  c  hai d ng ch t đ i quang có s  lừ ả ạ ấ ố ố ượng phân t  b ng nhau. H p ch t raxemic là m t lo iử ằ ợ ấ ộ ạ  

h p ch t riêng bi t, chúng khác bi t v i các đ i quang v  tính ch t v t lý nh  nhi t đ  nóng ch y,ợ ấ ệ ệ ớ ố ề ấ ậ ư ệ ộ ả  

đ  tan. Nhi t đ  nóng ch y c a h p ch t raxemic có th  cao h n ho c th p h n các đ i quang tinhộ ệ ộ ả ủ ợ ấ ể ơ ặ ấ ơ ố   khi t.ế

100% (­) 50% (­) 0% (­)

0% (+) 50% (+) 100% (+)

Đ  tanộ

0% (+) 50% (+) 100% (+) 100% (­) 50% (­) 0% (­)

Nhi t đ  nóng ệ ộ

ch yả

Gi n đ  nhi t đ  nóng ch y và đ  tan c a các h n h p raxemic ả ồ ệ ộ ả ộ ủ ỗ ợ

Các dung d ch raxemic r n: ị ắ Là lo i bi n th  raxemic mà s  phân b  c a các phân t  khôngạ ế ể ự ố ủ ử   theo m t tr t t  s p x p nào t o thành dung d ch raxemic r n. Nh ng dung d ch r n nh  v y v  t tộ ậ ự ắ ế ạ ị ắ ữ ị ắ ư ậ ề ấ  

c  các phả ương di n đ u gi ng ch t đ i quang, k  c  nhi t đ  nóng ch y và đ  tan ho c có s  khácệ ề ố ấ ố ể ả ệ ộ ả ộ ặ ự  

bi t r t ít. ệ ấ

D a vào gi n đ  nóng ch y và đ  tan ta có th  phân bi t ba d ng bi n th  raxemic nói trên. Khiự ả ồ ả ộ ể ệ ạ ế ể   thêm m t trong các đ i quang tinh khi t vào h n h p raxemic thì làm tăng nhi t đ  nóng ch y c aộ ố ế ỗ ợ ệ ộ ả ủ  

h n h p raxemic nh ng trong trỗ ợ ư ường h p các h p ch t raxemic nhi t đ  nóng ch y s  b  gi m khiợ ợ ấ ệ ộ ả ẽ ị ả   thêm ch t đ i quang tinh khi t. Còn đ i v i dung d ch raxemic r n thì ch  làm thay đ i nhi t đ  nóngấ ố ế ố ớ ị ắ ỉ ổ ệ ộ  

ch y m t ít mà thôi.ả ộ

Ngoài ra ta có th  phân bi t các d ng raxemic b ng cách xác đ nh t  bào tinh th  c  b n nhể ệ ạ ằ ị ế ể ơ ả ờ 

ch p  nh b ng tia X. T  bào tinh th  c a h p ch t raxemic có ch a nh ng lụ ả ằ ế ể ủ ợ ấ ứ ữ ượng b ng nhau c a cácằ ủ   phân t  c a hai d ng đ i quang còn t  bào c  b n c a h n h p raxemic ho c dung d ch raxemic r nử ủ ạ ố ế ơ ả ủ ỗ ợ ặ ị ắ  

ch  g m các phân t  c a m t đ i quang mà thôi.ỉ ồ ử ủ ộ ố

4.3 Tính không trùng  nh v t (chirality)ả ậ

Tính không trùng  nh ­ v t là s  không ch ng khít c a  nh và v t c a nó trong m t ph ngả ậ ự ồ ủ ả ậ ủ ặ ẳ  

gương. Hai ch t là không trùng  nh v t khi hai ch t đó   d ng enantiomer v i nhau. Tính khôngấ ả ậ ấ ở ạ ớ   trùng v t ­  nh là đi u ki n c n và đ  cho s  t n t i c a enantiomer.ậ ả ề ệ ầ ủ ự ồ ạ ủ

Phân t  không trùng v t ­  nh (chiral) khi phân t  đó không có y u t  đ i x ng nào nên cònử ậ ả ử ế ố ố ứ  

g i là phân t  b t đ i x ng, ngọ ử ấ ố ứ ượ ạc l i, phân t  có m t y u t  đ i x ng nào đó g i là trùng  nh ­ v tử ộ ế ố ố ứ ọ ả ậ   (achiral) hay đ i x ng.ố ứ

Nguyên t  C lai hóa spử 3 liên k t v i 4 nhóm nguyên t  khác nhau thì s  có đ i quang, phân tế ớ ử ẽ ố ử  không còn y u t  đ i x ng nào nên C là trung tâm không trùng  nh ­ v t (chiral), còn g i là C b t đ iế ố ố ứ ả ậ ọ ấ ố   (C*). Khi có hai hay nhi u nhóm th  gi ng nhau, phân t  có y u t  đ i x ng là trùng  nh ­ v tề ế ố ử ế ố ố ứ ả ậ   (achiral)

H

HO

CF3

CH3

H

OH

CF3

H3C

Chiral

CH2CH3

achiral

Gi n đ  nhi t đ  nóng ch y và đ  tan c a h p ch t  raxemic ả ồ ệ ộ ả ộ ủ ợ ấ

0% (+) 50% (+) 100% (+)

Đ  tanộ

0% (+) 50% (+) 100% (+) 100% (­) 50% (­) 0% (­)

Nhi t đ  nóng ệ ộ

ch yả

100% (­) 50% (­) 0% (­)

4.4 C u hình tấ ương đ i và tuy t đ iố ệ ố

M i ch t ho t đ ng quang h c có m t tr  s  quay c c riêng, chi u quay trái ký hi u b ng d uỗ ấ ạ ộ ọ ộ ị ố ự ề ệ ằ ấ   (­), quay ph i b ng d u (+). D u không có liên quan đ n c u hình c a ch t.ả ằ ấ ấ ế ấ ủ ấ

Có th  bi u di n tính không trùng v t ­  nh b ng c u hình c a chính nó: c u hình tể ể ễ ậ ả ằ ấ ủ ấ ương đ iố  

và tuy t đ i.ệ ố

C u hình tấ ương đ i đố ược xác đ nh theo quy t c Fischer. Quy t c Fischer đã ch n andehitị ắ ắ ọ   glyxeric làm ch t chu n.ấ ẩ

(+) andehit glyxeric có c u hình D, còn đ i quang c a nó có (­) andehit glyxeric có c u hình Lấ ố ủ ấ

CHO C

CH2OH

OH H

CHO

CH2OH

OH H

D (+) - andehit glyxeric

CHO C

CH2OH

H HO

CHO

CH2OH

H HO

L (-) - andehit glyxeric

C u hình tấ ương đ i c a ch t khác d a vào ch t chu n andehit glyxeric.ố ủ ấ ự ấ ẩ

H p ch t dãy D có c u hình gi ng D – andehit glyxeric, còn dãy L gi ng c u hình c a L –ợ ấ ấ ố ố ấ ủ   andehit glyxeric

Ngoài quy t c Fischer ngắ ười ta còn dùng c u hình tuy t đ i Cahn­Ingold­Predlog, còn g i làấ ệ ố ọ  

h  th ng R­S: N u trung tâm b t đ i có 4 nhóm th  a, b, c và d có tính h n c p là a > b > c > d, sệ ố ế ấ ố ế ơ ấ ự  phân b  các nhóm th  nh  th  nào đ  cho nhóm th  nh  nh t d n m   xa ngố ế ư ế ể ế ỏ ấ ằ ở ười quan sát thì th  tứ ự  phân b  ba nhóm th  còn l i (a, b, c) xác đ nh c u hình: N u th  t  gi m d n đ  h n c p c a cácố ế ạ ị ấ ế ứ ự ả ầ ộ ơ ấ ủ   nhóm th  a, b, c theo chi u kim đ ng h  thì ta có c u hình R (rectus, ti ng Latinh nghĩa là bên ph i);ế ề ồ ồ ấ ế ả  

n u ngế ược chi u  kim đ ng h  ta có c u hình S (sinister – nghĩa là bên trái).ề ồ ồ ấ

d a

b c

R

d

a

b c

d a

S

d

a

b c

Các ký hi u c u hình tuy t đ i đệ ấ ệ ố ược đ t trong d u ngo c trặ ấ ặ ước tên h p ch t là (R) hay (S),ợ ấ   còn raxemic là (R,S). C u hình R­S không cho bi t góc quay c c, c n ph i xác đ nh theo th cấ ế ự ầ ả ị ự   nghi m. Danh pháp R­S và Fischer không có liên quan tr c ti p.ệ ự ế

Đ  thu n ti n Epling đ a ra cách g i tên R­S d a vào công th c Fischer mà không c n chuy nể ậ ệ ư ọ ự ứ ầ ể  

v  công th c không gian 3 chi u:ề ứ ề

­ N u nhóm th  nh  nh t n m trên đế ế ỏ ấ ằ ường n m ngang thì th  t  gi m d n đ  h n c p c aằ ứ ự ả ầ ộ ơ ấ ủ   các nhóm th  còn l i theo chi u kim đ ng h  là c u hình S, ngế ạ ề ồ ồ ấ ược chi u kim đ ng h  là c u hình R.ề ồ ồ ấ

­ N u nhóm th  nh  nh t trên đế ế ỏ ấ ường th ng đ ng thì ngẳ ứ ượ ạc l i, theo chi u kim đ ng h  là R,ề ồ ồ  

ngược chi u kim đ ng h  là S.ề ồ ồ

4.5 H p ch t có m t nguyên t  C b t đ iợ ấ ộ ử ấ ố

Do trong phân t  có 4 nhóm th  khác nhau cùng g n tr c ti p v i nguyên t  C nên phân tử ế ắ ự ế ớ ử ử  không còn t n t i các y u t  đ i x ng c a m t t  di n đ u và do v y tr  nên b t đ i x ng, làồ ạ ế ố ố ứ ủ ộ ứ ệ ề ậ ở ấ ố ứ   nguyên nhân gây nên tính quang ho t và làm l ch hạ ệ ướng c a ánh sáng phân c c. Hai d ng  h p ch tủ ự ạ ợ ấ  

có s  s p x p trong không gian đ i x ng nhau nh   nh và v t qua gự ắ ế ố ứ ư ả ậ ương s  t o thành c p đ ngẽ ạ ặ ồ   phân quang h c đ i quang. C p đ i quang này làm quay m t ph ng ánh sáng phân c c m t góc có giáọ ố ặ ố ặ ẳ ự ộ  

tr  nh  nhau nh ng có chi u quay đ i ngh ch nhau. Hi n nay ngị ư ư ề ố ị ệ ười ta có khuynh hướng thay từ 

“cacbon b t đ i” b ng t  “trung tâm l p th ” vì nguyên t  cacbon là trung tâm c a m t t  di nấ ố ằ ừ ậ ể ử ủ ộ ứ ệ   không đ i x ng, còn chính nguyên t  cacbon thì không bao gi  b t đ i c ố ứ ử ờ ấ ố ả

Cách bi u di n: có th  bi u di n b ng công th c t  di n, công th c ph i c nh, công th cể ễ ể ể ễ ằ ứ ứ ệ ứ ố ả ứ   chi u Fischer và có th  g i tên theo danh pháp D­L ho c danh pháp R­S.ế ể ọ ặ

CHO

H

OH

CH2OH

CHO

CH2OH

CHO

CH2OH

CHO

CH2OH

H HO

Caáu hình R D-Glixeraldehit

Caáu hình R

L-Glixeraldehit

Ví duï:

Caáu hình S

Phân t  b t đ i có nhi u nguyên t  C b t đ iử ấ ố ề ử ấ ố

R t nhi u h p ch t t  nhiên nh  gluxit, aminoaxit, steroit, ankaloit, tecpen, mà trong phân tấ ề ợ ấ ự ư ử 

có ch a hai ho c nhi u nguyên t  cacbon b t đ i có nghĩa là có nhi u trung tâm l p th  Vì th  vi cứ ặ ề ử ấ ố ề ậ ể ế ệ   nghiên c u hóa h c l p th  c a lo i h p ch t có nhi u cacbon b t đ i r t quan tr ng do ý nghĩaứ ọ ậ ể ủ ạ ợ ấ ề ấ ố ấ ọ  

th c ti n c a nó.ự ễ ủ

 nh ng h p ch t có nhi u nguyên t  cacbon b t đ i thì s  đ ng phân không gian có th  tăng

lên r t nhanh, n u h p ch t có ch a m t cacbon b t s  đ ng phân quang h c là 2 thì   h p ch t có 2ấ ế ợ ấ ứ ộ ấ ố ồ ọ ở ợ ấ   cacbon b t đ i s  đ ng phân quang h c là 4 và khi có 3 cacbon b t đ i thì s  là 8, ấ ố ố ồ ọ ấ ố ẽ

Ví d : 2­Clo­3­iodobutan có các đ ng phân:ụ ồ

CH3

CH3

CH3

H I

H Cl

CH3

CH3

CH3

CH3

H I

Cl H

cặp đối quang erythro 2-clo-3 - iodobutan

cặp đối quang threo 2-clo-3 - iodobutan

Nhĩm ch c đ c tr ng   C b t đ i cĩ s  th  t  l n nh t   phía bên ph i c a đứ ặ ư ở ấ ố ố ứ ự ớ ấ ở ả ủ ường th ngẳ  

đ ng trên cơng th c chi u Fischer ta g i là D, ngứ ứ ế ọ ượ ạc l i ta cĩ c u hình đ ng phân L.   đây ta th yấ ồ Ở ấ   danh pháp D­L khơng l t t  độ ả ược cách s p x p c a nguyên t  Clo đính   C s  2. Thi u sĩt này cĩắ ế ủ ử ở ố ế  

th  kh c ph c nh  danh pháp c u hình R­S c a Cahn­Ingold­Predlog:ể ắ ụ ờ ấ ủ

CH3

CH3

CH3

CH3

H I

H Cl

CH3

CH3

CH3

CH3

H I

Cl H

(2S,3R)

-2-clo-3 - iodobutan

(2R,3R)

2-clo-3 - iodobutan

(2S,3S)

2-clo-3 - iodobutan

(2R,3S)

-2-clo-3 - iodobutan

­ Đ ng phân điaồ : đ ng phân đia là nh ng đ ng phân quang h c nh ng khơng đ i quang. V iồ ữ ồ ọ ư ố ớ  

ví d : 2­clo­3­iodobutan ta cĩ nh ng đ ng phân đia nh  sau: (2S,3R) và (2S,3S); (2R,3R) và (2S,3R);ụ ữ ồ ư   (2S,3S) và (2R,3S);  

­ Đ ng phân mezoồ : Trường h p ch t cĩ nhi u C b t đ i nh ng trong phân t  v n t n t iợ ấ ề ấ ố ư ử ẫ ồ ạ  

nh ng y u t  đ i x ng, t c là cĩ nh ng C b t đ i gi ng nhau, ch ng h n trữ ế ố ố ứ ứ ữ ấ ố ố ẳ ạ ường h p axit tactric:ợ

COOH

COOH

COOH

COOH

OH H

H HO

COOH

COOH

COOH

COOH

H HO

H HO

Axit (+)-tactric(1) Axit (-)-tactric(2) (3)Axit mezotactric

(4)

Hai cơng th c (3) và (4) là d ng mezo khơng quang ho t, phân t  t n t i hai trung tâm b t đ iứ ạ ạ ử ồ ạ ấ ố  

gi ng nhau nh ng đ i x ng nhau trong phân t  vì v y gây  nh hố ư ố ứ ử ậ ả ưởng gĩc quay c c gi ng nhauự ố  

nh ng trái chi u nhau, kh  năng quay ph i c a C b t đ i th  nh t đư ề ả ả ủ ấ ố ứ ấ ược bù hồn cho kh  năng quayả   trái c a C b t đ i th  hai; vì th  đ ng phân mezo khơng quang ho t. Đ ng phân mezo cĩ nh ng tínhủ ấ ố ứ ế ồ ạ ồ ữ  

ch t khác v i các đ ng phân đ i quang.ấ ớ ồ ố

Ta có th  khái quát hóa cách tính s  đ ng phân l p th  nh  sau:ể ố ồ ậ ể ư

a/ Khi có n nguyên t  C b t đ i n i v i nh ng nhóm th  khác h n nhau, thì s  đ ng phân là:ử ấ ố ố ớ ữ ế ẳ ố ồ     (n: s  nguyên t  C b t đ i).ố ử ấ ố

b/ Khi s  nguyên t  C b t đ i trong phân t  là s  l  và có hai nguyên t  C b t đ i n i v iố ử ấ ố ử ố ẻ ử ấ ố ố ớ  

nh ng nhóm th  gi ng nhau, s  đ ng phân l p th  là:ữ ế ố ố ồ ậ ể

  (n: s  nguyên t  C b t đ i).ố ử ấ ố c/ Khi s  nguyên t  C b t đ i trong phân t  là s  ch n và có hai nguyên t  C b t đ i n i v iố ử ấ ố ử ố ẵ ử ấ ố ố ớ  

nh ng nhòm th  gi ng nhau, s  đ ng phân l p th  là:ữ ế ố ố ồ ậ ể

   (n: s  nguyên t  C b t đ i).ố ử ấ ố

H p ch t vòng no có nhi u C b t đ iợ ấ ề ấ ố

Khi phân t  vòng no có hai ho c nhi u nhóm th  thì các nguyên t  C ch a nhóm th  li n trử ặ ề ế ử ứ ế ề ở  nên b t đ i, phân t  không có tính đ i x ng và nh  th  s  có đ ng phân quang h c.ấ ố ử ố ứ ư ế ẽ ồ ọ

Ví d : ­Vòng có hai nhóm th : 3 đ ng phân quang h cụ ế ồ ọ

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl Cl

mezo 1,2-dicloxiclopentan

N u trong vòng có nhi u nhóm th  thì s  đ ng phân quang h c s  tăng lên. Tùy theo v  trí c aế ề ế ố ồ ọ ẽ ị ủ   các nhóm th  trong phân t  s  t o nên m t s  y u t  đ i x ng và vì th  s  xu t hi n đ ng phânế ử ẽ ạ ộ ố ế ố ố ứ ế ẽ ấ ệ ồ   mezo cho nên s  đ ng phân quang h c b  gi m đi.ố ồ ọ ị ả

H p ch t đa vòng có các bon b t đ iợ ấ ấ ố

Campho là d n xu t Bixyclo xeton quan tr ng nh t c a nhóm Camphan. Campho có hai C b tẫ ấ ọ ấ ủ ấ  

đ i l  ra có th  có 4 đ ng phân quang h c. Nh ng th c t  ch  t n t i   hai d ng (1) và (2) trong đóố ẽ ể ồ ọ ư ự ế ỉ ồ ạ ở ạ   vòng 6 c nh   d ng thuy n, còn vòng 6 c nh   d ng gh  th c t  không t n t i vì s c căng quá l n,ạ ở ạ ề ạ ở ạ ế ự ế ồ ạ ứ ớ   công th c (3) và (4).ứ

O

(3)

O

(4)

Nh  v y   h p ch t vòng no do yêu c u t n t i nh ng c u t o d ng vòng có tính b n mà sư ậ ở ợ ấ ầ ồ ạ ữ ấ ạ ạ ề ố 

đ ng phân quang h c có th  b  gi m đi.ồ ọ ể ị ả

Phân t  b t đ i không có nguyên t  C b t đ iử ấ ố ử ấ ố

Hi n nay ngệ ười ta đã phân bi t đệ ược nhi u d ng đ ng phân l p th  khác nhau đ u mang y uề ạ ộ ậ ể ề ế  

t  không trùng v t­ nh.ố ậ ả