Bài giảng Hóa hữu cơ 1: Chương 5 - Hóa học lập thể

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa hữu cơ 1" Chương 5 - Hóa học lập thể, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Đối phân (enantiomer) và carbon tứ diện; Nguyên nhân của tính thủ tính trong phân tử (chirality); Tính quang hoạt (optical activity); Tính chất của hai đối phân; Quy tắc để xác định cấu hình. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa hữu cơ 1: Chương 5 - Hóa học lập thể

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa – Bộ môn Hóa Học Hữu cơ HÓA HỮU CƠ 1 1
2. Đồng phân trong hóa hữu cơ Đồng phân (Isomer) Các đồng phân có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về cấu trúc và tính chất. Đồng phân cấu tạo Đồng phân lập thể (Constitutional isomer) (Stereoisomer) Cùng CTPT nhưng khác Cùng CTPT và cách nối nhưng khác nhau nhau về cách nối các nguyên về cách sắp xếp các nhóm trong không gian tử trong phân tử. ba chiều. Xuyên lập thể phân Đối phân (Enantiomer) (Diastereomer) Những đồng phân lập thể này là Là những đồng phân lập thể hình ảnh của nhau qua gương mà không phải là đối phân. phẳng và chúng không thể đặt (Ví dụ: đồng phân cis-trans) trùng khít lên nhau 2
Chương 5: Hóa học lập thể 1. Đối phân (enantiomer) và carbon tứ diện Không đối xứng gương (thủ tính): một vật không trùng với hình ảnh của nó qua gương phẳng thì vật đó được gọi là không đối xứng gương (chiral). Phân tử thủ tính 3
1. Đối phân (enantiomer) và carbon tứ diện Đối phân (enantiomer): khi có 2 hợp chất cùng CTPT, mang những nhóm định chức hóa học giống nhau, vị trí các nhóm chức này gắn vào carbon giống nhau, và giữa chúng có mối liên quan là ‘’hợp chất này là hình ảnh của hợp chất kia qua gương phẳng và ngược lại’’ và chúng không thể đặt trùng khít lên nhau thì được gọi là hai đối phân. Hiện diện trong sữa chua, Hiện diện trong sữa chua. trong màng cơ bắp. 4
2. Nguyên nhân của tính thủ tính trong phân tử (chirality) Tính thủ tính có liên quan đến sự vắng mặt các yếu tố về tính đối xứng. Trong hầu hết các trường hợp, các phân tử không đối xứng gương là phân tử không có mặt phẳng đối xứng và cũng không có tâm đối xứng. 5
2. Nguyên nhân của tính thủ tính trong phân tử (chirality) Thông thường (ko phải duy nhất), hợp chất có tính thủ tính thường chứa một nguyên tử C mang 4 nhóm thế khác nhau. C này được gọi là tâm thủ tính (chiral center, stereocenter, asymmetric center, hay stereogenic center). 6
3. Tính quang hoạt (optical activity) Khi cho một tia sáng phân cực phẳng (plane-polarized light) chiếu qua một dung dịch chứa hợp chất hữu cơ nào đó, nếu hợp chất này làm quay mặt phẳng ánh sáng một góc có giá trị + hay -, thì hợp chất đó được cho rằng có tính quang hoạt (optically active). Góc quay  được đo bằng triền quang kế (polarimeter). Nếu kính quay về bên phải (theo chiều kim đồng hồ), hợp chất có tính hữu triền (dextrorotatory), và ghi dấu (+). Nếu kính quay về bên trái (ngược chiều kim đồng hồ), hợp chất có tính tả triền (levorotatory), và ghi dấu (-). Sơ đồ triền quang kế 7
3. Tính quang hoạt (optical activity) Đo năng lực triền quang []D: năng lực triền quang hay độ quay riêng (ko có đơn vị) t =  : góc quay đọc được (độ) [] D c: nồng độ của dung dịch đo (g/mL) lxc (nếu là chất lỏng tinh chất, là tỷ trọng d (g/mL)) l: chiều dài ống đo (dm) t: nhiệt độ lúc đo (oC) D: ánh sáng vàng của đèn sodium (=589.6 nm, ở 25 oC) 8
4. Tính chất của hai đối phân • Hai đối phân có khác biệt khi cho tác dụng lên ánh sáng phân cực phẳng. Mỗi đối phân làm ánh sáng phân cực phẳng quay một góc  bằng nhau nhưng chiều quay ngược nhau. • Hai đối phân cho cùng loại phổ hồng ngoại (IR), phổ tử ngoại (UV), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)…. • Hai đối phân có cùng: nhiệt độ nóng chảy (hoặc nhiệt độ sôi), chỉ số khúc xạ, độ hoà tan vào các dung môi thông thường trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, hỗn hợp của hai đối phân sẽ có tính chất vật lý khác với một đơn chất đối phân. Đồng phân Nhiệt độ Năng lực Tỉ trọng Độ hoà tan nóng chảy (C) triền quang []D (g/mL) (g/100 mL H2O) (+)-Tartric acid 168–170 + 12 1.7598 139.0 (-)-Tartric acid 168–170 – 12 1.7598 139.0 meso-Tartric acid 168–170 0 1.6660 125.0 ()-Tartric acid 210–212 0 1.7880 20.6 9
4. Tính chất của hai đối phân • Hai đối phân cho cùng vận tốc phản ứng với tác chất không có tính thủ tính. • Hai đối phân sẽ có vận tốc phản ứng khác nhau với tác chất có tính thủ tính.[1,2] * (−)-menthol ()-mandelic acid [1] Marckwald, W.; McKenzie, A. (1899). Ber. Deut. Chem. Gel. 32 (2): 2130–2136. [2] Roger, R.; Read, J. (1952). Obituary Notices of Fellows of the Royal Society. 8 (21): 206–228.
5. Quy tắc để xác định cấu hình. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog Xác định cấu hình R, S (R : rectus, phải ; S : sinister, trái) Đồng phân quang học có chứa C thủ tính : C*abde • Xếp các phối tử a, b, d, e theo thứ tự ưu tiên dựa vào quy tắc chuỗi (a  b  d  e) • Nhìn C* theo chiều từ C* đến phối tử có độ ưu tiên thấp nhất (C*e) • Xác định chiều đi từ a đến b rồi đến d. Nếu chiều quay theo chiều kim đồng hồ: R ngược chiều kim đồng hồ: S b d e e a a d b R S 11
5. Quy tắc để xác định cấu hình. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog Quy tắc Cahn, Ingold, Prelog (CIP) xác định độ ưu tiên các nhóm thế 1. Nguyên tử số hiệu nguyên tử cao ưu tiên hơn nguyên tử số hiệu nguyên tử thấp -I > -Br > -Cl > -SH > -OH > -NH2 > -CH3 > -H >  (đôi điện tử) Đồng vị có khối lượng lớn thì ưu tiên hơn: 18O > 17O > 16O T>D>H 2. Nếu hai nguyên tử cùng nối vào C* giống nhau, áp dụng các quy tắc trên cho nguyên tử kế tiếp để xếp hạng nhóm đó. [2] (R) [4] [1] [3] 12
Quy tắc Cahn, Ingold, Prelog, xác định độ ưu tiên các nhóm thế 3. Các nối đa được xem như những nối đơn tương ứng. [2] (R) [4] [1] [3] 4. cis > trans Z>E R>S R,R hay S,S > R,S hay S,R 13
BT: Xác định độ ưu tiên và cấu hình của tâm thủ tính Xác định cấu hình và gọi tên các hợp chất sau đây [2] [1] Cách 1: đọc trực tiếp (S) (R) [2] [3] [4] [4] [1] [3] (S)-3-iodohexane (R)-4-bromo-2-butanol Cách 2: đổi nhóm có độ ưu tiên thấp nhất ra sau mặt phẳng tờ giấy 14
Hiện tượng đồng phân trong alkene Danh pháp cis – trans cis: hai phối tử giống nhau cùng nằm một bên mặt phẳng tham chiếu. trans: hai phối tử giống nhau nằm ở hai bên mặt phẳng tham chiếu. Danh pháp E - Z [1] [1] [1] [2] [2] [2] [2] [1] (Z)-1-bromo-1-chloro (E)-1-bromo-1-chloro -2-fluoroethene -2-fluoroethene 15
BT: Xác định cấu hình của alkene Xác định cấu hình và gọi tên các hợp chất sau đây. (Z)-1,2-dichloro-3-ethyl (E)-2-chloro-3-ethyl-4-(fluoromethyl) -4-methylpent-2-ene -5-methylhex-3-ene 16
6. Xuyên lập thể phân (diastereomer) Hợp chất có 2 carbon thủ tính Xuyên lập thể phân (diastereomer): Là những đồng phân lập thể mà không phải là đối phân (nghĩa là chúng ko phải hình ảnh qua gương của nhau). VD: đồng phân (2R,3R) và (2R, 3S); đồng phân (2R,3R) và (2S, 3R); đồng phân (2S,3S) và (2S, 3R); hoặc đồng phân (2S,3S) và (2R, 3S).
6. Xuyên lập thể phân (diastereomer) Hợp chất có 2 carbon thủ tính Diastereomer Enantiomer Enantiomer Diastereomer Diastereomer Diastereomer 18
6. Xuyên lập thể phân (diastereomer) Epimer • Trong 2 xuyên lập thể phân, một số C thủ tính có cấu hình giống nhau và số còn lại có cấu hình ngược nhau. • Epimer: khi 2 xuyên lập thể phân có nhiều tâm lập thể, nhưng chỉ khác nhau tại một tâm thì gọi là đồng phân epimer. 19
6. Xuyên lập thể phân (diastereomer) Hợp chất có n carbon thủ tính Phân tử có n yếu tố lập thể (stereogenic unit) (C thủ tính, trục thủ tính, EZ…), sẽ có tối đa 2n đồng phân lập thể. BT: Các hợp chất sau có bao nhiêu đồng phân lập thể. a) Pentane-2,3-diol b) Pent-3-en-2-ol c) 4-Ethylhepta-2,5-diene 20