Bài giảng hóa học lập thể (ts trần Đông tiến)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.26 MB, 89 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

1Huế, 8/2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾKHOA HĨA HỌC

2

I. THƠNG TIN CHUNG VỀ HỌC PHẦN

1. Tên học phần: Hóa học lập thể (Stereochemistry)

2. Khối lượng: 2 tín chỉ (30 tiết). Bao gồm: lý thuyết: 16 tiết; bài tập: 11 tiết; thảo luận: 3tiết.

3. Kiểm tra-đánh giá

- Điểm chuyên cần: chuyên cần, ý thức và thái độ học tập- Kiểm tra định kỳ: 2 bài

Điểm quá trình (40%) = (ĐCC*1 + ĐKT*2)/3

- Thi kết thúc học phần (60%): tự luận

4. Giảng viênTS. Trần Đông Tiến

Khoa Hóa học, Trường ĐHSP, Đại học HuếEmail:

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

3

II. TÀI LIỆU HỌC TẬP

1. Tài liệu bắt buộc

[1] Đỗ Đình Rãng (2013), Hóa học lập thể, NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội.

2. Tài liệu tham khảo

[2] Đặng Như Tại, Ngơ Thị Thuận (2014), Hóa học hữu cơ, Tập 1 (tái bản lần thứ 2), NXBGiáo dục Việt Nam, p. 17-19, 432-464.

[3] Đặng Như Tại (1998), Cơ sở hóa học lập thể, NXB Giáo dục, Hà Nội.

[4] David G. Morris (2002), Stereochemistry, Royal Society of Chemistry, Cambridge,United Kingdom.

4

III. NỘI DUNG CHI TIẾT HỌC PHẦN

Chương 1. Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ (3 tiết)

1.1. Đồng phân cấu tạo1.2. Đồng phân không gian

1.3. Quy tắc độ hơn cấp (hay ưu tiên) của nhóm thế

1.4. Các mơ hình và công thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.5. Các yếu tố đối xứng của một phân tử

Chương 2. Đồng phân hình học (4 tiết)

2.1. Đồng phân hình học

2.2. Cấu hình và danh pháp cấu hình của các đồng phân hình học2.3. Tính chất của các đồng phân hình học

2.4. Sự chuyển hố giữa các đồng phân hình học

Chương 3. Đồng phân quang học (6 tiết)

3.1. Ánh sáng phân cực phẳng và tính quang hoạt3.2. Phân tử bất đối xứng có trung tâm bất đối

3.3. Phân tử bất đối xứng không chứa trung tâm không trùng vật ảnh3.4. Cấu hình và danh pháp cấu hình của các đồng phân quang học3

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

5

III. NỘI DUNG CHI TIẾT HỌC PHẦN

3.5. So sánh tính chất của các đồng phân quang học3.6. Tầm quan trọng của hóa học lập thể

Chương 4. Cấu dạng và đồng phân cấu dạng (4 tiết)

4.1. Khái niệm về cấu dạng và đồng phân cấu dạng4.2. Cấu dạng của các hợp chất không vòng

4.3. Cấu dạng của các hợp chất vòng no

Chương 5. Hóa học lập thể của các hợp chất chứa dị tố và polime (4 tiết)

5.1. Hóa học lập thể của các hợp chất chứa dị tố5.2. Hóa học lập thể của các hợp chất polime

Chương 6. Hoá lập thể một số phản ứng hữu cơ (9 tiết)

6.1. Phản ứng thế nucleophin (SR, SN1, SN2)6.2. Phản ứng cộng electrophin (AE)

6.3. Phản ứng tách loại (E1 và E2)

6.4. Phản ứng cộng nucleophin (AN(CO))

6

V. TIẾN TRÌNH VÀ HÌNH THỨC DẠY-HỌC

Nội dung

Hình thức

Lý thuyết

Bài tập

Thảo luận

Chương 5. Hóa học lập thể của các hợp chất chứa dị tố và polime 2 tiết 0 2 tiết

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Danh pháp cấu tạo:

thay thế, gốc-chức,...

ĐPHH: có lk đơi/ vịng

no nhỏ/TB (3-9C)

ĐPQH: có TTBĐ (1C*, N+) hay yếu tố bất đối phân tử (allen, biphenyl,...)

Danh pháp ĐPHH:

Danh pháp ĐPQH: (CT Cram, CT chiếu Fischer, phối cảnh):- Tương đối: D/L(mơ hình 1C*) hoặc

erythro/threo (2C*),

hay /

- Tuyệt đối: R/S (CIP)

ĐP quay quanh liên kết đơn C-C(CT phối cảnh, CT

chiếu Newman)

- CD của các hợp chất mạch hở và mạch vòng.- 2 CD giới hạn phổ biến: xen kẽ (bền); che khuất (kém bền)- CD vịng 6 cạnh

Hiệu ứng cấu trúc

Hiệu ứng electron và khơng gian (SIvà SII)

 Cảm ứng:

+I, -I Trường: F

Kiểu tấn cơng của tác nhân: syn/anti

(tiến trình lập thể)

Kiểu phản ứng (phân tử số):

- Đơn phân tử → tạo cacbocation trung gian: khả năng đồng phân hóa; sự raxemic hóa

- Lưỡng phân tử → khả năng quay cấu hình sản phẩm

- Tam phân tử và đa phân tử

Chiều hướng phản ứng: SP chính/phụPhản ứng cạnh tranh

Cấu trúc và danh pháp cấu hìnhDanh pháp cấu hình = cấu hình + DP cấu tạo

Các cơ chế phản ứng

HC HỮU CƠ

QUÁ TRÌNH CHUYỂN HĨA HCHC

Cấu trúc và danh pháp

cấu hình

Học phần: Danh pháp hữu cơ

 SI: nhóm lớn, cản trở khả năng phản ứng. SII: nhóm lớn, ảnh hưởng hệ liên hợp.

Kiểu phân cắt lk: đồng ly, dị ly, đồng thờiChiều hướng biến đổi sản phẩm và tác nhân: thế, cộng, tách; oxi hóa-khửĐPCT:

Mạch cacbon, vị trí, nhóm chức, hỗ biến

* Phân loại theo thành phần nguyên tố và nhóm chức

PHÂN LOẠI HỢP CHẤT HỮU CƠ

** Nhóm chức (functional group): là nguyên tử hay nhóm nguyên tử có cấu tạo xác định, quyết

định tính chất đặc trưng của hợp chất hữu cơ. Ví dụ: ancol, ete, anđehit, amin, axit cacboxylic,...

HC đơn chức

(monofunctional compounds): chỉ

chứa một nhóm chức trong

phân tửKhơng no

(unsaturated):

anken, ankin, ankađien,…Hidrocacbon

hợp chất mà phân tử có chứa nhiều nhóm

chức khác loạiThơm

(aromatic):

benzene và cácđồng đẳng,…

HC đa chức

(polyfunctional compounds): là các hợp

chất mà phân tử có chứa nhiều nhóm chức

cùng loại

* Các loại liên kết trong hiđrocacbon cũng có thể được xem là nhóm chức.

Classification according to functional groups7

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

PHÂN LOẠI HỢP CHẤT HỮU CƠ

Trong hóa học hữu cơ, cấu trúc hóa học của phân tử hay cấu trúc hóa học hay cấu trúc(structure) = cấu tạo hóa học + cấu trúc khơng gian.

CẤU TRÚC

Cấu tạo hóa học (Constitution):

Thứ tự và cách thức liên kết các nguyên tử

Cấu trúc không gian (Spatial Structure):

Sự sắp xếp trong không gian của các ntử/nhóm ntử

Cơng thức cấu tạo

(Constitutional Formula)

Cơng thức cấu trúc

(Structural Formula)

Hiện tượng một cơng thức phân tử có thể ứng với hai hay nhiều hợp chất khác nhau có

tính chất vật lý, hoá học và sinh học khác nhau được gọi là hiện tượng đồng phân (isomerism).

Nguyên nhân của hiện tượng đồng phân là do các chất đồng phân cócấu trúckhác nhau.9

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

ĐỒNG PHÂN

Đồng phân cấu tạo (đồng phân phẳng)

(Constitutional Isomers/Structural Isomers):

Có cùng cơng thức phân tử, khác cấu tạo(bản chất và trật tự liên kết các nguyên tử)

Đồng phân lập thể hay đồng phân

không gian (stereoisomers/ spacial isomers):

Có cùng cơng thức phân tử và cấu tạo, khác nhau về sự phân bố trong không gian

Đồng phânquang học

(carbon chain (skelenton)/ skelental isomers)

Đồng phân vị trí (liên kết bội/nhóm

chức) (position isomers/ regioisomers)

Đồng phân nhóm chức

(functional isomers)

Đồng phân hỗ biến (tautomers)Đồng phân liên kết (valence isomers)Đồng phân đồng vị (isopotomers)

+ Cấu tạo: cho biết thứ tự và cách thức liên kết các nguyên tử.

+ Cấu hình: cho biết sự sắp xếp các ngun tử/nhóm ngun tử trong khơng gian xung

quanh trung tâm bất đối hay bộ phận cứng nhắc của phân tử.

+ Cấu dạng: là những cấu trúc không gian (có thế năng khác nhau) sinh ra do sự quay tự

do xung quanh một hay nhiều liên kết đơn C-C của các ngun tử/ nhóm ngun tử màkhơng làm đứt gãy liên kết này.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

1.1. Đồng phân cấu tạo1.1.1. Thuyết cấu tạo hóa học

Do nhà hóa học Nga, A.M. Butlerop đề xuất năm 1861 trên kết quả nghiên cứu của ơngvà các nhà hóa học khác như Couper, Kekuler,… Nội dung cơ bản có 3 luận điểm chính:

1. Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hóa trị vàtheo một trật tự nhất định. Thứ tự liên kết đó được gọi là cấu tạo hóa học. Sự thay đổi thứ tựliên kết đó, tức là sự thay đổi cấu tạo hóa học, sẽ tạo ra hợp chất khác. Ví dụ: CH3-O-CH3 vàCH3-CH2-OH.

2. Trong phân tử hợp chất hữu cơ, cacbon có hóa trị 4. Ngun tử cacbon khơng những cóthể liên kết với nguyên tử của các nguyên tố khác mà còn liên kết với nhau tạo thành mạchcacbon. Ví dụ: mạch khơng phân nhánh, mạch có nhánh và mạch vịng.

3. Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần nguyên tử (bản chất, số lượng cácnguyên tử) và cấu tạo hóa học (bản chất và thứ tự liên kết các nguyên tử). Ví dụ: CH4 vàCCl4; CH3Cl và CHCl3.

 Các đồng phân cấu tạo khác nhau về cấu tạo hóa học, tức bản chất và thứ tự liên kết.

1.1.2. Phân loại đồng phân cấu tạo

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

1.1. Đồng phân cấu tạo

1.1.2. Phân loại đồng phân cấu tạo

Đồng phân hỗ biến proton là loại đồng phân cấu tạo đặc biệt: cùng tồn tại trong một cânbằng. Đồng phân này biến đổi thành đồng phân kia do sự thay đổi vị trí của 1 nguyên tử Hdẫn đến sự thay đổi vị trí của 1 liên kết đôi. Sự biến đổi giữa 2 đồng phân hỗ biến (tautomer)được gọi là sự hỗ biến hoặc cân bằng hỗ biến (tautomerization). Sự hỗ biến giữa hai tautomerthường xảy ra rất nhanh trong dung dịch khi có mặt vết axit, bazơ hay nước. Ví dụ:

1.1. Đồng phân cấu tạo

1.1.3. Cách viết đồng phân cấu tạo

* Xác định độ bất bão hòa k (hay ): k =  + vòng, (k ≥ 0)

Đối với hợp chất CxHyOzNt:

k = [2 + xi(ni– 2)]/2 (xi: số nguyên tử nguyên tố i; ni: hóa trị của nguyên tố i)

k = (2x + t + 2 – y)/2 (y là số nguyên tử/nhóm nguyên tử hóa trị I: H, Cl, Br, -NH2, -NO2,...)- Khi k = 0: khơng , khơng vịng  no, mạch hở;

- Khi k = 1: +  = 1, vòng = 0  không no (C=C/C=O,…), mạch hở;+  = 0, vòng = 1  no, mạch vòng;

- Khi k = 2: +  = 2, vòng = 0  khơng no, mạch hở;+  = 1, vịng = 1  khơng no, mạch vịng;

+  = 0, vịng = 2  no, mạch vòng (chung 1C - spiral; chung ≥ 2C - bixiclo);- Khi k = 3, 4,…

Các hệ quả: do k nguyên và không âm nên: y  2x + t + 2; (t + y) chẵn.

BÀI TẬP: Viết tất cả các đồng phân của: C3H6, C4H8, C3H6O, C4H9Cl, C4H10O, C4H11N,C2H4O2, C4H7Br.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

DANH PHÁP HỢP CHẤT HỮU CƠ

INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY

- Các tiền tố, trung tố và hậu tố 2 không nhất thiết phải ln có.

- Các tiền tố, hậu tố 1, hậu tố 2 thường phải có số chỉ vị trí (locant).

DANH PHÁP HỢP CHẤT HỮU CƠ

DANH PHÁP IUPAC

Danh pháp hệ thống

Danh pháp thường/thông dụngDanh pháp nửa hệ thống/nửa thôngthường

Tên thay thế

Tên trao đổi

Tên gốc-chức

Tên dung hợpTên kết hợpTên cộngTên trừTên nhân

Tên dị vòng Hantzsch-WidmanTên thường được lưu dùng

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

NOMENCLATURE OF ORGANIC COMPOUNDS

IUPAC NOMENCLATURE

Systematic IUPAC name

Common (or trivial) name

DP nửa hệ thống/nửa thông thường

Substitutive Name

Tên trao đổi

Radicofunctional Name

Tên dung hợpTên kết hợpTên cộngTên trừTên nhân

Tên dị vòng Hantzsch-WidmanTên thường được lưu dùng

- The Prefix(es), infix and 2° suffix may or may not be required always.

- The Prefix(es), 1° and 2° suffixes are always followed by locant.

COMPONENTS OF SYSTEMATIC

SUBSTITUTIVE NAMES

=Prefix(es) + Infix + Root word + 1° suffix(es) + 2° suffix

Known as Base nameStereoisomerism +

Substituents + Parent chain + Unsaturation+ Functional groupCONSTITUTIONAL COM.=

DANH PHÁP HỆ THỐNG= Tiền tố + Trung tố + Gốc từ + Hậu tố 1 + Hậu tố 2

Hậutố 1

1 CC -enin

Hậu tố2

axit… OIC

Trung tố

- Các tiền tố được sắp xếp theo trình tự bảng chữ cái của ký tự đầu tiên.- Nhiều tiền tố giống nhau thì được gọi chung kèm tiền tố chỉ độ bội.

NC cũng có thể có têngọi dưới dạng tiền tố.19

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

21SYSTEMATIC NAME= Prefix(es)+ Infix+ Root word+ 1° suffix(es) + 2° suffix

Số CGốc từ

Hậu tố1

C-C-ane1 C=C-ene2 C=C-ađiene1 CC-in2 CC-ađiin1 C=C,

1 CC -enin

Nhóm chứcHậu tố2

axit… OICeste-OAT

Parent chain

Cyclic nature

Spiro compo-

Bicyclic nature

- Locants: the NUMBERS are sometimes called “locators”.

- Các tiền tố được sắp xếp theo trình tự bảng chữ cái của ký tự đầu tiên.- Nhiều tiền tố giống nhau thì được gọi chung kèm tiền tố chỉ độ bội.

NC cũng có thể có têngọi dưới dạng tiền tố.

Principal functional groupParent structure (the

main/longest chain or cycle)Other substituents (functional

groups and/or radicals)

 Greek Root

Hậu tố 2 Order of Precedence (priority or seniority) of Group: When compounds contain

more than one functional group, the order of precedence determines which groups arenamed with prefix or suffix forms. The highest-precedence group takes the suffix, with allothers taking the prefix form. However, double and triple bonds only take suffix form (-eneand -yne) (hậu tố 1) and are used with other suffixes. In general, you will see that the morehighly oxidized the functional group, the higher up the table it appears.

Functional groups listed here from highest to lowest priority (priority increases with

increasing oxidation state, acids always highest priority):

Muối carboxylate >acid> anhydride > ester > acid halide > amide > nitrile > aldehyde >

ketone > alcohol > amine > alkene > alkyne > halide.21

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hậu tố 2

24Summary and Priorities of Functional Groups in Nomenclature

Group A-Functional Groups Indicated By Prefix Or Suffix

Carboxylic acid–COOH

-carboxylic acid-oic acid

Anhydrides acid–(C)OOCO–-oic anhydride

(R) …carboxylate(R) …oate

Acid Halide

(R)oxycarbonyl-(Acyl Halide)

-carbonyl halide-oyl halide

Cyano- or Cyan-SafAldehyde–CHO

Formyl (-CH=O) Oxo (=O)

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

25Summary and Priorities of Functional Groups in Nomenclature

Sulfanyl-(Mercapto- không còn dùng nữa)

Imino-Group B-Functional Imino-Groups Indicated By Suffix Only

Group C-Substituents Indicated by Prefix Only

AlkaneC-C(Parent hydride: -ane)

PARENT NAMES FOR ALKANES

Number of carbon

of alkane

Number ofcarbon

ParentNameof alkane

3C3H8 proppropane 13C13H28 tridectridecane

5C5H12 pentpentane 21C21H44 hen(e)icoshen(e)icosane

7C7H16 heptheptane 23C23H48 tricostricosane8C8H18 octoctane30C30H62 triaconttriacontane9C9H20 nonnonane 31C31H64 hentriacont hentriacontane10C10H22 decdecane100C100H202 hecthectane25

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Rules for Naming Alkanes

Bước 1: Chọn mạch chính (parent chain): dài nhất, chứa nhiều nhánh nhất.

Bước 2: Đánh số trên mạch chính xuất phát từ phía gần nhánh hơn (substituent = alkyl substituent), sao cho tổng số chỉ (locant) của các nhánh là nhỏ nhất, nhánh nào đọc trước sẽnhận số chỉ nhỏ hơn.

Bước 3: Gọi tên ankane theo cú pháp: locant-tên nhánh + parent chaine + ane.

+ Nếu có nhiều nhánh giống nhau: viết liền các locant (cách nhau bởi dấu phẩy) + thêmtiền tố chỉ độ bội (đi-, tri-, tetra-,…) vào trước tên alkyl.

+ Nếu có nhiều nhánh thì tên các nhánh được sắp xếp theo trật tự bảng chữ cái, bất kểtiền tố.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

The most Common Alkyl Substituents and Their Names

CĨ hay KHƠNG có chữ “e” trong tên gọi các hợp chất hữu cơ?

Giải thích: Nguyên tắc: lược bỏ bớt nguyên âm đầu khi hai nguyên âm đi liền nhau

 CyclopentanEcarboxylic acid  Cyclopentanecarboxylic acid (giữ E)

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

31BÀI TẬP:1. Gọi tên thay thế của các chất sau đây:

3.Give the IUPAC name for each of the five constitutional isomers of molecular formulaC6H14.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

CÁC BƯỚC GỌI TÊN THAY THẾ:

Các ví dụ:

Chứa nhóm chức chính→ chứa kiểu mạch chính→ mạch C dài nhất (hay vịngrộng nhất)

→ có nhiều nhánh nhất

Xuất phát từ nhóm chức chính (số 1)→ liên kết bội có số chỉ nhỏ nhất(C=C được ưu tiên hơn CC)→ tổng số chỉ các nhánh nhỏ nhất→ nhánh đọc trước có số chỉ nhỏ hơn

Tên thay thế là một từ theo cúpháp ở trên(khơng có kýtự trắng giữacác thành tố)

2-metylbut + an 2-metylbutan

2,2-đimetylprop + an 2,2-đimetylpropan

3-metylbut + 1-en 3-metylbut-1-en

2-metylprop + an 2-metylpropan33

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Khi nhân thơm có đúng hai nhóm thế: Căn cứ vào vị trí tương đối giữa hai nhóm thế, có

3 đồng phần vị trí: ortho, meta và para.

Khi nhân thơm có hai hay nhiều nhóm thế: Nếu một trong các nhóm thế kết hợp với

nhân tạo thành hợp chất có tên thường thì nhóm đó được ưu tiên đánh số 1.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

z. 7-brom-6-hyđroxyheptan-2,4-đion

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

BÀI TẬP:

3. Gọi tên thay thế của các chất sau đây:

- Các đồng phân lập thể (đồng phân không gian) giống nhau về cấu tạo (bản chất và trậttự liên kết) nhưng khác nhau về sự phân bố không gian của các nguyên tử hoặc nhómnguyên tử trong phân tử.

- Đồng phân lập thể bao gồm đồng phân cấu hình và đồng phân cấu dạng. Đồng phâncấu hình bao gồm đồng phân hình học và đồng phân quang học.

+ Cấu hình: cho biết sự sắp xếp các nguyên tử/nhóm nguyên tử trong không gian xung

quanh trung tâm bất đối hay bộ phận cứng nhắc của phân tử.

+ Cấu dạng: là những cấu trúc khơng gian (có thế năng khác nhau) sinh ra do sự quay tự

do xung quanh một hay nhiều liên kết đơn C–C của các nguyên tử/ nhóm nguyên tử màkhông làm đứt gãy liên kết này.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

1.2. Đồng phân lập thể

1.2.2. Thuyết cấu tạo tứ diện của nguyên tử cacbon (thuyết cacbon tứ diện) và sự lai hóa

- Thuyết cacbon tứ diện: do Jacobus H. Vant’ Hoff và Joseph A. LeBel đề xuất năm 1874.

* Khi tạo thành phân tử metan CH4: C ở trạng thái lai hóa sp3

Cấu hình electron của C ở trạng thái cơ bản

Trộn lẫn 4 obitannguyên tử (1AOs + 3AOp) tạo thành 4

obitan lai hóa sp3

Trạng thái lai hóa sp3của cacbon

Sự tạo thành phân tử metan

Cấu trúc hình học của phân tử metan41

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

1.2. Đồng phân lập thể

1.2.2. Thuyết cấu tạo tứ diện của nguyên tử cacbon (thuyết cacbon tứ diện) và sự lai hóa

1.2. Đồng phân lập thể

* Khi tạo thành phân tử etylen CH2=CH2: C ở trạng thái lai hóa sp2

Cấu hình electron của C ở trạng thái cơ bản

Trộn lẫn 3 obitannguyên tử (1AO-2s

+ 2AO-2p) tạothành 3 obitan lai

hóa sp2

Trạng thái lai hóa sp2của cacbon43

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

1.2. Đồng phân lập thể

* Khi tạo thành phân tử etylen CH2=CH2: C ở trạng thái lai hóa sp2

Sự tạo thành phân tử etylen

Cấu trúc hình học của phân tử etylen

* Khi tạo thành phân tử axetylen CHCH: C ở trạng thái lai hóa sp

Cấu hình electron của C ở trạng thái cơ bản Trạng thái lai hóa sp của cacbon

Trộn lẫn 2 obitan nguyên

tử (1AO-2s + 1AO-2px) tạothành 2 obitan

lai hóa sp

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

1.2. Đồng phân lập thể

* Khi tạo thành phân tử axetylen CHCH: C ở trạng thái lai hóa sp

Sự tạo thành phân tử axetylen

Cấu trúc hình học của phân tử axetylen

 Dẫn xuất allen có đồng phân quang học

 Dẫn xuất cumulen có đồng phân hình học

sp2 spspsp2

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

1.2.3. Phân loại đồng phân lập thể

1.2. Đồng phân lập thể

1.2.3. Phân loại đồng phân lập thể

Đồng phân cấu hình(configurational isomer/ configuration): Sự phân bố khơng gian củacác nguyên tử xung quanh trung tâm hay bộ phận cứng nhắc

Phân tử có liên kết đơi hay vịng (nhỏ hay trungbình; 3-9C) (đảm bảo cả điều kiện cần và đủ)

Phân tử có tính (hay yếu tố) khơng trùng

- Phân tử có nối đơi C=N hay N=N

- Phân tử có vịng phẳng nhỏ hay trung bình (3-9C)

- PT chứa trung tâm bất đối (stereocenter hay

stereogenic): C*, Si, Ge, N+,...

- Phân tử bất đối không chứa trung tâm bấtđối (khơng có yếu tố đối xứng phân tử): allen,spiran, biphenyl, hexahelixen,…

Nghiên cứu ĐPHH của hợp chất chứanối đơi và vịng no.

Chỉ nghiên cứu ĐPQH của hợp chấtchứa một hay nhiều C*.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Còn gọi là quy tắc (hay quy ước) R/S do Cahn-Ingold-Prelog đề xuất năm 1966, tại Hộinghị Buerguenstock ở Thụy Sỹ, trên cơ sở các công bố của Cahn và Ingold năm 1951.

Đây là hệ thống được sử dụng rộng rãi để xác định cấu hình của một trung tâm lập thể(phổ biến là nguyên tử cacbon bất đối) trên cơ sở xác định độ hơn cấp (độ ưu tiên) của bốn

nhóm thế trên trung tâm bất đối theo trình tự các quy tắc (priority rules).

* CÁC QUY TẮC XÁC ĐỊNH ĐỘ HƠN CẤP

1. Nguyên tử có số hiệu nguyên tử càng lớn độ hơn cấp càng cao. Ví dụ:

Độ hơn cấp:Br > Cl > S > P > O > N > C > H

2. Đồng vị có số khối càng lớn thì độ hơn cấp càng cao. Ví dụ: T > D > H

1.3. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog (hay hệ thống CIP, the Cahn-Ingold-Prelog System)

Ref: David G. Morris (2002), Stereochemistry, Royal Society of Chemistry, Cambridge, United Kingdom, p. 26.

Michael B. Smith (2020), March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, Wiley, p. 150.

3. Khi 2 hay nhiều nguyên tử liên kết trực tiếp với cùng C giống nhau, xét số hiệunguyên tử của nguyên tử tiếp theo.

Ví dụ 1: -CH2-I > -CH2-Cl > -CH2-SH > -CH2-OH > -CH2-NH2> -CH2-CH3> -CH2-H

Ví dụ 2:

1.3. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog (hay hệ thống CIP, the Cahn-Ingold-Prelog System)

Ref: David G. Morris (2002), Stereochemistry, Royal Society of Chemistry, Cambridge, United Kingdom, p. 26.

Michael B. Smith (2020), March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, Wiley, p. 150.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

4. Liên kết đôi và ba được xem tương đương với 2 hay 3 liên kết đơn tương ứng.1.3. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog (hay hệ thống CIP, the Cahn-Ingold-Prelog System)

Ref: David G. Morris (2002), Stereochemistry, Royal Society of Chemistry, Cambridge, United Kingdom, p. 26.

Michael B. Smith (2020), March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, Wiley, p. 150.

5. Nhóm có cấu hình cis (hay Z) có độ hơn cấp cao hơn nhóm trans (hay E).

6. Nhóm có cấu hình R có độ hơn cấp cao hơn nhóm có cấu hình S.

7. Cặp có cấu hình R, R hay S, S có độ hơn cấp cao hơn cặp R, S hay S, R.Tương tự: (R, R, R hay S, S, S) có độ hơn cấp cao hơn (R, R, S hay S, R, R),...

8. Cặp electron khơng liên kết (en) có độ hơn cấp bằng 0.

9. Nhóm ở gần có độ hơn cấp cao hơn nhóm ở xa.

1.3. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog (hay hệ thống CIP, the Cahn-Ingold-Prelog System)

Ref: David G. Morris (2002), Stereochemistry, Royal Society of Chemistry, Cambridge, United Kingdom, p. 26.

Michael B. Smith (2020), March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, Wiley, p. 150.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

* XÁC ĐỊNH CẤU HÌNH TUYỆT ĐỐI CỦA TRUNG TÂM LẬP THỂ (hay C*)

Bước 1. Xác định trung tâm lập thể (C*: chiral atom hay asymmetric carbon atom); xác định

và sắp xếp độ hơn cấp của 4 nhóm thế liên kết với nó theo trật tự giảm dần:

Bước 2. Đặt mắt nhìn phân tử từ trung tâm lập thể (C*) đến nhóm thế nhỏ nhất:Bước 3. Nếu độ hơn cấp của 3 nhóm cịn lại: , giảm theo chiều:

+ Kim đồng hồ: C* có cấu hình R (R = rectus, trong tiếng Latinh nghĩa là « phải »)+ Ngược kim đồng hồ: C* có cấu hình S (S = sinister, trong tiếng Latinh nghĩa là « trái »)

Xem phần xác định cấu hình của C* bằng công thức Cram.

1.3. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog (hay hệ thống CIP, the Cahn-Ingold-Prelog System)

Ref: David G. Morris (2002), Stereochemistry, Royal Society of Chemistry, Cambridge, United Kingdom, p. 26.

Michael B. Smith (2020), March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, Wiley, p. 150.

1. Chuyển hố hoặc hình thành chất có cấu hình chưa xác định từ hợp chất có cấu hình đãbiết nhưng không làm ảnh hưởng đến trung tâm lập thể.

2. Chuyển hoá tại trung tâm lập thể bằng một cơ chế phản ứng xác định.3. Các phương pháp sinh hoá.

1.3. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog (hay hệ thống CIP, the Cahn-Ingold-Prelog System)

Ref: Michael B. Smith (2020), March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, Wiley, p. 150.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

8. Dựa vào bộ dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

1.3. Hệ thống Cahn-Ingold-Prelog (hay hệ thống CIP, the Cahn-Ingold-Prelog System)

Ref: Michael B. Smith (2020), March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, Wiley, p. 150.

58Bài tập áp dụng:

1. Nhóm nào trong mỗi trường hợp sau đây có độ hơn cấp cao hơn?

a. -H hay -Brb. -Cl hay -Brc. -CH3hay -CH2CH3 d. -NH2hay -OH

e. -CH2OH hay -CH3 f. -CH2OH hay -CH=O g. -CH=O hay -COCH3 h. -NO hay -NO2i. -CH2CH=CH2hay -CH2C(CH3)3

2. Sắp xếp các nhóm thế sau đây theo chiều giảm dần độ hơn cấp.

1.3. Quy tắc độ hơn cấp (hay ưu tiên) của nhóm thế (priority rules)

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Bài tập áp dụng: Sắp xếp các nhóm nguyên tử trong mỗi dãy sau theo chiều giảm dần về

độ hơn cấp (theo chiều từ trái sang phải).

1. Etyl, fomyl, ankyl cacboxylat, cacboxyl, vinyl, etinyl và hidroximetyl.

2. Phenyl, 2-naphtyl, xiclohexyl và tert-butyl.

3. -COPh, -CHO, -COMe, -CH(OH)2và -COOH.

4. m-Tolyl, o-tolyl, phenyl, benzyl và p-tolyl.

5. Isopropyl, pentyl, allyl, neopentyl và etyl.

1. Ankyl cacboxylat > cacboxyl > fomyl > hidroximetyl > etinyl > vinyl > etyl

2. 2-Naphtyl > phenyl > tert-butyl > xiclohexyl

5. Isopropyl > neopentyl > allyl > pentyl > etyl

4. o-tolyl > m-tolyl > p-tolyl > phenyl > benzyl

3. -COOH > -COPh > -COMe > -CHO > -CH(OH)2

1.3. Quy tắc độ hơn cấp (hay ưu tiên) của nhóm thế (priority rules)

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.1. Các mơ hình: có trên 20 mơ hình, sau đây là các mơ hình phổ biến

c. Mơ hình que (stick hay tube)

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

Một số loại công thức được sử dụng trong hoá học hữu cơ:

- Thành phần nguyên tố (CTTQ) (Elemental Composition)

 CT thực nghiệm (CT nguyên, CT đơn giản nhất) (Empirical Formula) CTPT (Molecular Formula)

 CTCT (Constitution/Connectivity)

 Cấu hình (Configuration: spatial arrangement of substituent groups) Cấu dạng (Conformation: rotation about single bonds)

Ref: Bruno Fosset, Jean-Bernard Baudin, Frédéric Lahitète, Valéry Prévost (2008), Chimie tout-en-un PSI-PSI - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris. pp. 321-350.

Francis A. Carey, Robert M. Giuliano (2017), Organic Chemistry, 10thedition, McGraw-Hill Companies, Inc., New York, p. 957.

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

1.4.2.1. Các công thức biểu diễn cấu tạo (2 chiều)

a. CTCT khai triển hay công thức Kekulé (Displayed or Developed Formula)

b. CTCT bán khai triển (Condensed or Semi-Developed Formula)

Ref: Bruno Fosset, Jean-Bernard Baudin, Frédéric Lahitète, Valéry Prévost (2008), Chimie tout-en-un PSI-PSI - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris. pp. 321-350.

Francis A. Carey, Robert M. Giuliano (2017), Organic Chemistry, 10thedition, McGraw-Hill Companies, Inc., New York, p. 957.61

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

c. Biểu diễn cấu trúc hình học (Skeletal Formula or Topological Representation or Linedrawing, Bond-Line Structure): Biểu diễn ngắn gọn cấu trúc của HCHC dưới dạng chuỗi

đoạn thẳng nối liền zic-zắc (zigzag), trong đó mỗi đỉnh và điểm cuối là vị trí của một nguyêntử cacbon. Các nguyên tử dị tố (không phải H hoặc C) được hiển thị; nguyên tử H chỉ đượchiển thị khi liên kết với nguyên tử dị tố.

Ref: Bruno Fosset, Jean-Bernard Baudin, Frédéric Lahitète, Valéry Prévost (2008), Chimie tout-en-un PSI-PSI - Cours et exercices corrigés, Dunod,

Paris. pp. 321-350.

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

1.4.2.2. Các công thức biểu diễn cấu trúc (3 chiều)

a. Cơng thức Cram (nhà hóa học người Mỹ, D. J. Cram (UCLA), đề xuất năm 1953)

Ref: 1. Bruno Fosset, Jean-Bernard Baudin, Frédéric Lahitète, Valéry Prévost (2008), Chimie tout-en-un PSI-PSI - Cours et exercices corrigés, Dunod,

Paris. pp. 321-350.

2. ước: Nét thường: liên kết nằm trong mặt phẳng.

Nét đậm: liên kết hướng ra phía trước mặt phẳng.Nét nhạt (đứt): liên kết hướng ra phía sau mặt phẳng.Nét lượn sóng: cấu hình khơng xác định.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

1.4.2.2. Các công thức biểu diễn cấu trúc (3 chiều)

Phương pháp xác định cấu hình của nguyên tử C bất đối (C*) trên công thức Cram.

Nguyên tử C bất đối: nguyên tử C liên kết với 4 nhóm thế khác nhau.

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

1.4.2.2. Các cơng thức biểu diễn cấu trúc (3 chiều)

Ví dụ áp dụng: Biểu diễn cấu trúc của các chất sau bằng cơng thức thích hợp, đánh dấu

sao (*) cho (các) ngun tử C bất đối xứng (nếu có).

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

Phương pháp xác định cấu hình của nguyên tử C bất đối (C*) trên công thức Cram.

Bước 1. Xác định độ hơn cấp của các nhóm thế liên kết với C* (giả sử: )

Bước 2. Đặt mắt nhìn phân tử từ C* đến nhóm thế nhỏ nhất

Bước 3. Nếu độ hơn cấp của 3 nhóm cịn lại: , giảm theo chiều:

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

Phương pháp xác định cấu hình của nguyên tử C bất đối (C*) trên công thức Cram.

Các phương pháp khác:

Ref: 1. John E. McMurry, Organic Chemistry, 9thEd, p. 126.2. Leroy G. Wade, Organic Chemistry, 8thEd, p. 183.

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các cơng thức

Ví dụ áp dụng:

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các cơng thức

Ví dụ áp dụng:

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

BÀI TẬP:

1. Xác định cấu hình của C* trong mỗi trường hợp sau:

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các cơng thức

BÀI TẬP:

2. Xác định cấu hình của C* trong mỗi trường hợp sau:

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

1.4. Các mô hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

3. Xác định cấu hình của C* trong mỗi trường hợp sau:

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ

4. Xác định cấu hình của các nguyên tử C* trong mỗi chất sau đây?

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

b. Công thức phối cảnh

1.4. Các mô hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

c. Công thức chiếu Newman (Newman projection)

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

1.4. Các mô hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

c. Công thức chiếu Newman (Newman projection)

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

d. Công thức chiếu Fischer (Fischer projection)

Năm 1891, Emil Fischer đã sử dụng phương pháp này để biểu diễn cấu trúc của aminoaxit (alanin) và một số cacbohiđrat khi nghiên cứu về hóa học lập thể của các chất đường.

Theo mơ hình này, hai liên kết ở phía trước tờ giấy nằm ngang và hai liên kết phía sau tờgiấy là phương thẳng đứng.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

1.4. Các mơ hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

d. Công thức chiếu Fischer (Fischer projection)

- (a), (b) thường là nhóm chức, biểu diễn các liên kết hướng ra phía trước mặt phẳng;- (c)–(d): mạch C chính của phân tử, biểu diễn những liên kết hướng ra sau mặt phẳng;- Nguyên tử C trong nhóm (c) có mức OXH cao hơn trong (d):

–COOH > –CHO > –CH2OH > –CH3,...

- Giữ được quan hệ không gian 3 chiều thựcsự của phân tử: trái-phải, trên-dưới, trước-sau Có thể xoay theo những góc bất kỳ

- Chỉ thấy quan hệ trái-phải, trên-dưới;khơng thấy quan hệ trước-sau

 Không được quay tùy ý

1.4. Các mô hình và cơng thức biểu diễn cấu trúc của phân tử hợp chất hữu cơ1.4.2. Các công thức

So sánh các công thức biểu diễn

</div>