intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng môn Hóa đại cương - Đinh Thanh Tùng

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:156

185
lượt xem
21
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng môn Hóa đại cương trình bày các nội dung về đồng phân, các hiệu ứng điện tử, Hidrocacbon, Ankin, Phenol như định nghĩa, phân loại, hiệu ứng điện tử và các nội dung khác.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng môn Hóa đại cương - Đinh Thanh Tùng

  1. CHƯƠNG IA: ĐỒNG PHÂN  Định nghĩa: nghĩa: là hiện tượng cùng một công thức có nhiều chất khác nhau  Phân loại: loại:  Đồng phân cấu tạo (phẳng): cùng công thức phân phẳng) tử nhưng khác công thức cấu tạo. tạo.  Đồng phân lập thể (không gian): cùng công gian) thức cấu tạo nhưng khác nhau về cách thức sắp xếp các nguyên tử trong không gian. gian. Phân loại đồng phân phẳng Đồng phân phẳng Đồng phân Đồng phân Đồng phân mạch cacbon vị trí nhóm chức CH3 CH CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH3 CH3 CH2 OH CH3 OH CH3 CH2 CH CH2 CH3 CH3 CH2 CH2 CH3 O CH3 CH3 OH  Đồng phân vị trí: tính chất vật lý khác nhau (không trí: nhiều), nhiều), tính chất hóa học tương đồng. đồng.  Đồng phân nhóm chức: tính chất vật lý hóa học hoàn chức: toàn khác nhau. nhau. 1
  2. Phân biệt giữa hỗ biến và đồng phân C C C C C N C N O H OH O H OH Ceton Enol Amid Imid CH C N C C NH CH N O C N OH Imin Enamin Nitroso Oxim  Trong một số trường hợp chất hữu cơ có thể tồn tại cùng một lúc ở hai dạng cân bằng khác nhau. nhau.  Sự hỗ biến có được là do sự dịch chuyển của nguyên tử H từ nguyên tử này sang nguyên tử khác  Hai dạng hỗ biến không thể tách được do chúng chúng chuyển hóa (biến đổi) liên tục qua lại → như vậy hỗ biến không phải hiện đổi) tượng đồng phân. phân. Đồng phân lập thể (không gian)  Đồng phân lập thể (không gian): cùng công thức gian) cấu tạo nhưng khác nhau về cách thức sắp xếp các nguyên tử trong không gian. gian.  Còn có tên là đồng phân cấu hình do cấu hình được định nghĩa là cách thức sắp xếp trong không gian của các nguyên tử trong một phân tử. Ví dụ: phân tử tử. dụ: metan có cấu hình tứ diện đều. đều. H H o C 109 28' H H H H H H 2
  3. MÔ HÌNH PHÂN TỬ  Để biểu diễn (trình bày) cấu hình của một phân bày) tử hợp chất hữu cơ trên mặt phẳng người ta có thể dùng công thức chiếu: chiếu: 1. Công thức phối cảnh 2. Công thức chiếu Newman 3. Công thức chiếu Fisher 3
  4. Công thức phối cảnh  Hai nối trong mặt phẳng được biểu diễn bằng nét liền  Nối nằm phía trước mặt phẳng được biểu diễn bằng nét đậm  Nối nằm sau mặt phẳng được biểu diễn bằng nét đứt = Sai * Biểu diễn công thức phối cảnh cho nhiều cacbon: cacbon: - Nối sang phải hướng ra bên ngoài mặt phẳng - Nối sang trái hướng ra phía sau mặt phẳng - Các nối có vẻ vuông góc nhưng thật ra góc nối là 109o28’ 28’ - Nối C-C ở giữa vẽ dài ra các nhóm thế của 2 tâm C sp3 không chập lên nhau = = 4
  5. Thuyết quay giới hạn của nối đơn s  Nối s có được là do sự xen phủ giữa hai vân đạo theo hướng trục liên nhân. nhân.  Như vậy nối s có tính đối xứng trục nghĩa là khi xoay 2 vân đạo xen phủ, độ xen phủ hay độ bền (năng phủ, lượng) lượng) liên kết không đổi. Do đó, 2 nguyên tử của nối đổi. đó, s có thể xoay quanh liên kết s. sp3 sp3 sp3 s C-H C-C  Dẫn đến hiện tượng phân tử hữu cơ có thể tồn tại dưới nhiều cấu trạng (cấu dạng khác nhau). nhau).  Cấu trạng: là các dạng khác nhau của cấu hình có trạng: được do sự quay quanh nối đơn s. Ví dụ: xét phân tử dụ: n-butan Cấu trạng đối lệch Cấu trạng che khuất bán phần Cấu trạng bán lệch Cấu trạng che khuất toàn phần H H H H H H CH3 H H H H CH3 H H CH3 CH3 CH3 H H H CH3 CH3 H CH3 5
  6.  Cấu trạng lệch bền hơn cấu trạng che khuất rất nhiều, trong đó bền nhất là cấu trạng đối lệch, cấu trạng che khuất toàn phần kém bền nhất. nhất.  Nói là giới hạn vì không phải nối s quay tự do hoàn toàn mà phải quay sao cấu trạng bền chiếm lượng nhiều hơn. hơn.  Sự quay trong phân tử hợp chất hữu cơ là liên tục do đó ta có thể có vô số cấu trạng khác nhau. nhau.  Cần phân biệt rõ giữa hiện tượng cấu trạng và đồng phân. phân. Cấu trạng bền nhất ? 6
  7. Công thức chiếu Newman - Trục C-C được đặt thẳng góc với mặt phẳng chiếu (tờ giấy hoặc tấm bảng). bảng) - C ở xa được biểu diễn bằng đường tròn, C ở gần được biểu diễn tròn, bằng dấu chấm ở tâm đường tròn đó. đó. - Các nối của C ở gần xuất phát từ tâm đường tròn, Các nối của C tròn, ở xa xuất phát từ trên đường tròn. Các nối tạo với nhau góc tròn. 120o. H H H H H H H H CH3 H H CH3 CH3 H CH3 CH3 H CH3 H H H H CH3 H H H H H H H CH3 HCH3 CH3 CH3 Công thức chiếu Fisher - Nối dọc (Bắc-nam) hướng ra phía sau mặt phẳng. Bắc-nam) phẳng. - Nối ngang (Đông-tây) hướng ra phía trước mặt phẳng. Đông-tây) phẳng. - Mạch cacbon được đặt trên trục dọc, các nối viết bình thường. dọc, thường. - Giao điểm giữa đường ngang và đường dọc chính là tâm cacbon. cacbon. C A C C C B A B A B = A B D D D D F E D C A A D C D C G A = F D F E F E G A E C G G 7
  8.  Trong trường hợp nhiều C (từ 2C trở lên), nếu dùng cấu trạng lên), lệch để chiếu thì dù đứng từ phía nào để chiếu thì đều không thỏa mãn công thức chiếu Fisher (không phải tất cả các nối ngang hướng ra phía trước mặt phẳng) do vậy thu được hình phẳng) chiếu sai. sai. C1 A2 A1 C2 A B1 B2 D1 D2 D1 C1 B1 A2 A D2 C2 B2 A1  Như vậy để chiếu công thức chiếu Fisher đúng ngoài việc chọn góc nhìn (hay mặt phẳng chiếu đúng) trong một số trường hợp nếu phân tử ở cấu trạng lệch thì phải xoay về cấu trạng che khất rồi mới chiếu. chiếu. G D C F E D C E F A G A A D C F D G A F E E C G 8
  9. Phân loại đồng phân lập thể Đồng phân lập thể Đồng phân Đồng phân hình học quang học Đồng phân hình học  Định nghĩa: là những hợp chất có cùng CTCT nhưng nghĩa: cách sắp xếp của những nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác nhau đối với một mặt phẳng quy chiếu. chiếu.  Tùy vào mặt phẳng qui chiếu đó là mặt phẳng p (mặt phẳng chứa nối s và p) hay mặt phẳng vòng (xicloankan) mà ta đồng phân hình học tương ứng: xicloankan) ứng: Đồng phân hình học Đồng phân Đồng phân của nối đôi xiclan 9
  10. Đồng phân hình học của nối đôi  Hiện tượng đồng phân có được là do cơ cấu cứng nhắc của nối đôi khác với nối đơn không thể xoay được (nếu không sẽ mất đi sự xen phủ bên của 2 vân đạo p).  Như vậy nếu trên 2 cacbon nối đôi có 2 nhóm thế khác nhau thì ta sẽ có 2 cách sắp xếp các nhóm thế trong không gian (đối với mặt phẳng p - mặt phẳng chứa nối s và p → 2 đồng phân hình học. học. H H H COOH HOOC COOH HOOC H Axit cis-2-butenoic Axit trans-2-butenoic Axit maleic Axit fumaric  Ban đầu người ta sử dụng tên gọi cis-trans, nhưng tên cis-trans, gọi này có nhược điểm là trong trường hợp trên 2 cacbon nối đôi có không có 2 nhóm thế giống nhau được nên không đọc được tên 2 đồng phân quang học có thể có. có. Cl F Cl I Br I Br F  Do đó các nhà hóa học phải đề ra một cách gọi tên khác tốt hơn. Đó là tên gọi E-Z. hơn. 10
  11. Cách gọi tên E-Z  Bước 1: So sánh độ ưu tiên của 2 nhóm thế trên mỗi cacbon nối đôi theo quy tắc Cahn-Ingold-Prelog. Cahn-Ingold-Prelog.  Bước 2: Gọi tên - 2 nhóm thế ưu tiên ở cùng phía → (Z) - 2 nhóm thế ưu tiên ở khác phía → (E) - (E), (Z) được đặt trong dấu ngoặc đơn và đặt trước tên chất bởi dấu gạch ngang (–) - Trong trường hợp có nhiều nối đôi thì ta phải viết kèm theo số thứ tự nối đôi. Ví dụ: (2E,4Z) (theo số đôi. dụ: E,4 thứ tự từ nhỏ đếm lớn). lớn) Quy tắc Cahn-Ingold-Prelog Cahn-Ingold- - Nguyên tử có bậc số nguyên tử lớn hơn thì ưu tiên hơn: hơn: H
  12.  Ví dụ: dụ: CH3 CH3 Cl F Cl I H H Br I Br F H CH3 (Z) (E) (2E,4E) E,4  Lưu ý là tên gọi cis-trans và tên gọi E-Z trong một số cis- trường hợp sẽ không trùng nhau. Ví dụ: nhau. dụ: CH3 Cl CH3 CH3 H CH3 H Cl trans cis (Z) (E) Đồng phân xiclan - Các hợp chất vòng no có thể có 3, 4, 5, 6, 7, 8, … cacbon - Nhưng vòng 3,4 rất kém bền (quá căng), trên thực tế các chất căng), vòng chủ yếu là vòng 5,6 (bền nhất). Vòng 7 trở lên rất ít gặp. nhất) gặp. Moâ hình phaân töû Caáu traïng öu ñaõi thöïc teá Daïng ñôn giaûn Coâng thöùc khai trieån phaúng 12
  13. - Ví dụ: Hợp chất 1-Hidroxi-4-brom-ciclohexan có 2 dụ: Hidroxi- brom- đồng phân hình học được trình bày ở dạng đơn giản và cấu trạng ghế. ghế. OH Br OH H H H H Br cis-1-Hidroxi-4-bromociclohexan trans-1-Hidroxi-4-bromociclohexan Br H H Br OH OH H H Đồng phân quang học  Năm 1815, Jean-Baptiste Biot phát hiện một số chất 1815, Jean- hữu cơ lỏng hoặc dung dịch các hợp chất thiên nhiên như: đường, như: đường, axit tartic (dd), tinh dầu thông (l) có dd), khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực. cực. (trước đây người ta cũng tìm thấy hiện tượng này ở một số tinh thể vô cơ bất đối xứng). xứng) 13
  14. - Những hợp chất này được gọi là những chất có tính triền quang hay có tính quang hoạt. hoạt. - Tính quang hoạt của một số hợp chất hữu cơ được giải thích là do tính bất đối xứng trong phân tử hợp chất đó. đó. - Có một số nguyên nhân dẫn đến tính bất đối xứng nhưng phổ biến nhất là trong phân tử hữu cơ có chứa ít nhất một C phi đối xứng hay còn gọi là C thủ tính (kí hiệu C*). C*). C PĐX BĐX HTQH Tính bất đối xứng  Có nhiều cách để biết (hay định nghĩa) vật nào đối xứng hay bất nghĩa) đối xứng. xứng.  Vật bất đối xứng là vật không có bất kỳ yếu tố đối xứng nào (như tâm đối xứng, trục đối xứng, mặt phẳng đối xứng, …). xứng, xứng, xứng,  Một cách định nghĩa khác, vật đối xứng là là vật trùng với ảnh khác, của nó qua gương. Ngược lại, vật bất đối xứng là vật không gương. lại, trùng với ảnh của nó qua gương. gương. 14
  15. - C phi đối xứng : là C sp3 có chứa bốn nhóm thế khác nhau. nhau. Không C* Có C* 15
  16.  - Ví dụ: Xét phân tử axit lactic dụ: CH3 CH COOH OH - Ứng với một C*, có thể có hai cách sắp xếp 4 nhóm thế trên C đó, hai cách sắp xếp này nếu trình bày đó, trong không gian là hai hình đối xứng với nhau qua gương phẳng và không trùng khít lên nhau. Như vậy, nhau. vậy, chúng không phải là cùng một chất mà là hai chất khác nhau tức hai đồng phân. Trong hóa học người ta phân. gọi chúng là hai đối phân. phân. 16
  17. GỌI TÊN ĐỒNG PHÂN QUANG HỌC – R-S  Bước 1: Dựa trên quy tắc Cahn-Ingold-Prelog sắp xếp thứ tự ưu Cahn-Ingold- tiên 4 nhóm thế trên C phi đối xứng và đánh số 1>2>3>4.  Bước 2: Chọn hướng quan sát ngược với nhóm có độ ưu tiên thấp nhất (4) (tức nhìn từ C phi đối xứng đến (4). Xem xét nhóm 1 → 2 → 3 theo chiều kim đồng hồ hay ngược lại. Nếu lại. cùng chiều kim → cấu hình R, ngược chiều kim đồng hồ → cấu hình S. Thứ tự ưu tiên: a>b>c>d tiên: 17
  18.  Trường hợp có 2 cacbon phi đối xứng, ví dụ xét hợp chất 2-Brom-3- xứng, Brom- clobutan .Ứng với 1 C phi đối xứng ta có 2 cách sắp xếp là R, S. Như vậy ứng với 2 C phi đối xứng ta có thể có 4 cách sắp xếp trong không gian tức có 4 đồng phân quang học. học. CH3 CH3 H Br Br H Đối phân Cl H H Cl CH3 CH3 (2S,3S)-2-Bromo-3-clorobutan ? (2R,3R)-2-Bromo-3-clorobutan CH3 CH3 H Br H Br Đối phân H Cl Cl H CH3 CH3 (2S,3R)-2-Bromo-3-clorobutan (2R,3S)-2-Bromo-3-clorobutan  Khi trình bày 4 đồng phân quang học ở trên dưới dạng công thức chiếu Fisher ta thấy công thức chiếu của hai đối phân cũng đối xứng với nhau qua gương phẳng. phẳng.  Hai đồng phân quang học mà không phải là đối phân của nhau được gọi là hai xuyên lập thể phân. phân.  (1), (2): cấu hình treo; (3), (4): cấu hình eritro treo; 1CH3 CH 3 2 Br H H Br 3 Cl H H Cl (1) 4CH3 Xuyên lập thể phân CH 3 (2) CH3 C H3 H Br Br H H Cl Cl H (3) CH3 C H3 (4) 18
  19.  Như vậy càng nhiều C* ta càng có thể có nhiều đồng phân quang học. học.  Quy tắc Van Hoff: Nếu có nC*, ta sẽ có 2n đồng phân quang học. Hoff: nC*, học.  Nhưng quy tắc Van Hoff trong một số trường hợp lại không đúng. đúng.   Ví dụ: xét hợp chất 2,3-Dibrombutan CH3 CH CH CH3 dụ: Br Br CH3 CH3 CH3 CH3 H Br H Br Br H Br H Hai đối Br H Br H phân treo H Br H Br CH3 CH3 CH3 CH3 (2S,3S)-2,3-Dibromobutan (2R,3R)-2,3-Dibromobutan C H3 CH 3 CH3 CH3 H Br H Br Br H Br H Là một H Br H Br Br H Br H C H3 CH 3 CH3 CH3  Đó là do đồng phân này có một mặt phẳng đối xứng vuông góc với nối C2-C3. Và cũng vì vậy đồng phân này không có tính quang hoạt (không có tính triền quang). Người ta không dùng tên gọi eritro quang). nữa mà gọi đồng phân này là meso. meso. CH3 CH3 H H Br Br CH3 H H Br Br CH3 Meso  Như vậy quy tắc Van Hoff không đúng mà phải phát biểu lại là nếu một chất có nC* thì có thể có tối đa 2n đồng phân quang học. học.  Bất kỳ yếu tố đối xứng nào cũng sẽ làm giảm số đồng phân quang học. học.  Đồng phân quang học nào có chứa ít nhất một yếu tố đối xứng sẽ không có tính quang hoạt (không có tính triền quang). quang). 19
  20.  Lưu ý khi đọc tên eritro, treo, meso cho các hợp chất có 2C*: eritro, treo, C*: - Mạch cacbon chính phải đặt trên trục dọc của công thức chiếu Fisher. Fisher. Đặt C số 1 lên trên cùng. cùng. - Nếu 2 nhóm thế giống nhau ở cùng bên → eritro, khác bên → eritro, treo. treo. Nhưng không phải lúc nào ta cũng đọc được tên eritro, treo. eritro, treo. 1 CH3 Br 2 Br H H Cl H CH 3 H CH3 CH3 Br H Cl 3 H Cl H H CH3 CH 3 Br 4 CH3 Cl CH3 Sai 1 H Cl H CH3 H Cl Br H 3 2 3 2 4 CH3 Br 4 CH3 1 CH3 1 CH3 H Br CH3 CH3 Br H Cl H 2 3 H Cl 4 CH3 Cách gọi tên D,L cho cacbohidrat và amino axit  Đối với những hợp chất hóa sinh quan trọng như cacbohidrat và amino axit (ngay cả trong trường hợp 2C*), để phân biệt các đồng phân quang học người ta không dùng tên gọi eritro, treo, eritro, treo, meso mà dùng tên gọi D,L .  Tên gọi D,L bắt nguồn từ lúc ban đầu khi nghiên cứu glicerandehit, glicerandehit, Hermann Emil Fischer chọn một cách độc đoán hợp chất hữu triền là D-(+)-glicerandehit và hợp chất tả triền là (+)- (L)- (L)-(-)-glicerandehit. glicerandehit. CHO CHO H OH OH H CH2OH CH2OH D-(+)-glicerandehit (L)-(-)-glicerandehit  Dựa theo quy ước này, người ta gọi tên các cacbohidrat khác. này, khác. Như vậy muốn sử dụng tên gọi D,L bắt buộc phải sử dụng công thức chiếu Fisher. Fisher. 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2