tên đề tài xây dựng hệ thống bài tập danh pháp và hóa lập thể của hidrocacbon vòng no dùng bồi dưỡng đội tuyển thi học sinh giỏi quốc gia, môn hóa học

0
Đề tài: “Xây dựng Hệ thống bài tập Danh pháp và Hóa lập thể của hidrocacbon
vòng no dùng bồi dưỡng ñội tuyển thi học sinh giỏi Quốc gia, môn Hóa học”.

A. MỞ ĐẦU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
I.1. Thực trạng của vấn ñề
Hiện nay nội dung thi học sinh giỏi (HSG) cấp Quốc gia phần Hóa hữu cơ rất
phong phú và phức tạp, tài liệu giảng dạy và học tập các chuyên ñề chuyên sâu Hóa
Hữu cơ cũng không nhiều dẫn ñến giáo viên và học sinh rất khó khăn và mất nhiều
thời gian trong việc bồi dưỡng cũng như tự học. Để ñạt kết quả cao trong kỳ thi
HSG cấp Quốc gia, ñòi hỏi các em phải có kĩ năng giải bài tập Hóa Hữu cơ, một
trong những mảng bài tập này là Danh pháp và Hóa lập thể của Hidrocacbon vòng
no. Đây là mảng kiến thức trọng tâm, cũng là cơ sở ñể nghiên cứu những nội dung
khác, như cơ chế phản ứng hóa hữu cơ, hợp chất tự nhiên, polime, …chính vì lý do
này, tôi chọn ñề tài “Xây dựng hệ thống bài tập Danh pháp và Hóa lập thể của
Hidrocacbon vòng no dùng bồi dưỡng ñội tuyển thi học sinh giỏi Quốc gia, môn
Hóa học”.
I.2. Ý nghĩa và tác dụng của giải pháp
- Góp phần nâng cao năng lực cho giáo viên dạy bồi dưỡng HSG THPT, ñặc
biệt bồi dưỡng ñội tuyển chuẩn bị thi HSG cấp Quốc gia môn Hóa học.
- Giúp giáo viên và học sinh rút ngắn thời gian ôn tập, nâng cao năng lực tự
học cho học sinh thông qua hệ thống bài tập ở mảng kiến thức “Danh pháp và hóa
lập thể của Hidrocacbon vòng no”, tạo cơ sở ñể các em học tập có hiệu quả ở những
kiến thức như: cơ chế phản ứng hóa hữu cơ, hợp chất thiên nhiên, polime….
I.3. Phạm vi nghiên cứu của ñề tài
Nghiên cứu, xây dựng mảng bài tập về Danh pháp và Hóa lập thể của
Hidrocacbon vòng no dùng bồi dưỡng ñội tuyển thi học sinh giỏi Quốc gia, môn
Hóa học.
II. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH
II.1. Cơ sở lý luận và thực tiễn

- Để bồi dưỡng cho học sinh kiến thức về Danh pháp và Hóa lập thể của
Hidrocacbon vòng no chuẩn bị thi HSG cấp Quốc gia, môn Hóa học, tôi ñã nghiên
cứu và xây dựng hệ thống các bài tập về Danh pháp và Hóa lập thể của
Hidrocacbon vòng no từ ñơn giản ñến phức tạp.
1
- Hệ thống bài tập có hướng dẫn giải tạo ñiều kiên cho GV giúp học sinh ôn
tập, hệ thống hóa kiến thức nhanh chóng và ñịnh hướng, phát triển năng lực tự học
của học sinh.
II.2. Biện pháp tiến hành, thời gian tạo ra giải pháp
II.2.1. Các biện pháp tiến hành
- Nghiên cứu tài liệu giáo khoa chuyên Hóa học, lớp 11, 12.
- Nghiên cứu các ñề thi HSG Quốc Gia môn Hóa học
- Xác ñịnh nội dung: “Xây dựng Hệ thống bài tập Danh pháp và Hóa lập thể
của hidrocacbon vòng no”
- Nghiên cứu, dịch các tài liệu liên quan ñể xây dựng nội dung ñã xác ñịnh.
II.2.2. Thời gian tạo ra giải pháp
Năm học 2012-2013
B. NỘI DUNG
I. MỤC TIÊU
Xây dựng hệ thống bài tập Danh pháp và Hóa lập thể của Hidrocacbon vòng
no dùng bồi dưỡng ñội tuyển thi học sinh giỏi Quốc gia, môn Hóa học.
II. MÔ TẢ GIẢI PHÁP
II.1. Thuyết minh tính mới
II.1.1. Xây dựng hệ thống bài tập gồm 3 phần
Phần 1: Tóm tắt cơ sở lý thuyết
Phần 2: Bài tập cơ bản
Phần 3: Bài tập nâng cao và tổng hợp
PHẦN 1: TÓM TẮT CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Khái niệm
1.1.1. Xicloankan

Xicloankan là hiñrocacbon no mạch vòng. Có hai loại: Xicloankan có một
vòng gọi là monoxicloankan và xicloankan có nhiều vòng gọi là polixicloankan.
Công thức chung: Monoxicloankan C
n
H
2n
(n ≥ 3); Polyxicloan C
n
H
2n+2-2k
(n ≥
4, k≥2, k số vòng).
1.1.2. Hóa lập thể
* Đồng phân hình học
- Đồng phân hình học hay còn gọi ñồng phân cis-trans là một ñồng phân
không gian ñược sinh ra do sự phân bố khác nhau của các nguyên tử hoặc nhóm
nguyên tử xung quanh một bộ phận “cứng nhắc” như nối ñôi hay vòng no.
- Điều kiện ñể có ñồng phân hình học:
2
+ Điều kiện cần: Phân tử phải có liên kết ñôi (một liên kết ñôi hoặc một số lẻ
liên kết ñôi liên tiếp) hoặc vòng no (thường là vòng nhỏ) trong phân tử. Coi ñó là bộ
phận cứng nhắc cản trở sự quay tự do của nguyên tử (hay nhóm nguyên tử) ở bộ
phận ñó.
+ Điều kiện ñủ: Ở mỗi nguyên tử C của liên kết ñôi và ít nhất hai nguyên tử C
của vòng no phải có hai nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau.
- Những dạng có hai nhóm thế ñược phân bố cùng một phía ñối với mặt phẳng
của nối ñôi hoặc vòng no thì gọi là cis, nếu khác phía gọi là trans.
Ví dụ: But-2-en có hai ñồng phân hình học:

hoặc 1,2-dimetylxiclopropan có hai ñồng phân hình học

* Đồng phân quang học
- Đồng phân quang học là những hợp chất có công thức cấu tạo phẳng giống
nhau nhưng khác nhau về cấu trúc không gian do có nguyên tử cacbon bất ñôi.
Cacbon bất ñối là nguyên tử cacbon liên kết với các nhóm thế khác nhau. Ví dụ:
Glixeraldehit có hai ñồng phân quang học
CHO
CH
2
OH
OHH
CHO
HO
H
CH
2
OH
C
H
O
CH
2
OH
HOH
CHO
H
HO
CH
2
OH

R-glixerandehit
S-glixerandehit

* Cấu dạng
- Cấu dạng là những dạng cấu trúc không gian khác nhau sinh ra do sự quay
xung quanh liên kết ñơn hoặc xoay chuyển các nguyên tử trong vòng (flipping of
rings).
- Cấu dạng có năng lượng thấp nhất gọi là dạng xen kẽ, cấu dạng có năng
lượng cao nhất gọi là cấu dạng che khuất.
- Thuật ngữ dùng ñể chỉ cấu dạng có năng lượng khác nhau gọi là ñồng phân
cấu dạng (comforomer). Khi tăng nhiệt ñộ, cấu dạng che khuất tăng theo. Ví dụ: với
xiclohexan có các cấu dạng sau:
3

Theo giản ñồ năng lượng trên, ta thấy cấu dạng ghế bền hơn cấu dạng thuyền,
vì nó có thế năng thấp nhất. Nguyên nhân dẫn ñến sự khác nhau về ñộ bền giữa hai
dạng ghế và thuyền là lực ñẩy tương tác giữa các nguyên tử hiñro của vòng. Ở dạng
ghế tất cả ñều ñược phân bố theo hình thể xen kẽ. Trong khi ñó ở dạng thuyền chỉ
có 4 hệ thống (C
1
-C
2
, C
3
-C
4
, C
4
-C
5

và C
6
-C
1
) là phân bố xen kẽ, còn hai hệ thống
còn lại C
2
-C
3
và C
5
-C
6
) thì phân bố che khuất. Hơn nữa nguyên tử H ở C
1
và C
4
chỉ
cách nhau 1,84
0
A
nên nó có một lực ñẩy khoảng 3 kcal/mol. Tổng cộng thế năng
của dạng thuyền lớn hơn dạng ghế 6,8 kcal/mol.



Công thức Newman dạng ghế Công thức Newman dạng thuyền
Trong xiclohexan, sáu nguyên tử cacbon ở dạng ghế ñược phân bố trên hai mặt
phẳng song song. Mặt phẳng thứ nhất chứa C
1

, C
3
và C
5
; mặt phẳng thứ hai chứa
C
2
, C
4
và C
6
. Trục ñối xứng bậc ba của phân tử thẳng góc với hai mặt phẳng. 12 liên
kết C-H ñược chia làm hai nhóm: nhóm thứ nhất gồm 6 nguyên tử H song song với
trục ñối xứng bậc ba (3 liên kết hướng lên và 3 liên kết hướng xuống). Ta gọi ñó là
liên kết trục, ký hiệu là a (axial). Nhóm thứ hai gồm 6 liên kết còn lại, chúng hướng
ra ngoài biên phân tử (tạo với trục ñối xứng một góc 109
0
ñược gọi là liên kết biên,
kí hiệu là e (equatorial).
4

Kết quả khảo sát lý thuyết cũng như thực nghiệm e-metylxiclohexan bền hơn
a-metylxiclohexan. Ở nhiệt ñộ thường e-metylxiclohexan chiếm 95% còn a-
metylxiclohexan chiếm 5%. a-metylxiclohexan kém bền vì có ñến hai tương tác
syn, trong kho ñó e-metylxiclohexan không có tương tác syn nào cả.


e-metylxiclohexan a-metylxiclohexan
1.2. Danh pháp
1.2.1. Monoxicloankan

• Monoxicloankan không có nhóm thế: xiclo + tên ankan tương ứng
Ví dụ:

• Monoxicloankan có một nhóm thế: ankylxicloankan
Ví dụ:

• Monoxicloankan nhiều nhóm thế:
[số chỉ nhóm thế]-[số lượng nhóm thế giống nhau] [tên nhóm thế]
[xicloankan]
Lưu ý: Đánh số sao cho tổng các chỉ số là nhỏ nhất, áp dụng luật alphabe.
Ví dụ:

1.2.2. Polixicloankan
• Hai vòng rời: Lấy vòng lớn làm mạch chính, còn vòng nhỏ làm nhóm thế.
Ví dụ:
5
xiclopentylxiclohexan

• Hai vòng có chung một nguyên tử mắt vòng, kiểu spiro.
Mạch cacbon ñược ñánh số hết vòng nhỏ ñến vòng lớn, bắt ñầu từ một nguyên
tử ở kề nguyên tử chung
Tên của polixicloankan kiểu spiro gồm các bộ phận hợp thành theo trình tự sau
ñây:
Spiro + [các số nguyên tử cacbon riêng (từ số nhỏ ñến số lớn)] + ankan
Ví dụ:

• Hai vòng có chung cầu nối, kiểu bixiclo
Mạch cacbon ñược ñánh số bắt ñầu từ một nguyên tử chung (ở một ñỉnh), ñến
các nguyên tử của cầu nối dài nhất, tiếp ñến các cầu nối ngắn hơn.
Tên của hiñrocacbon kiểu này gồm các bộ phận hợp thành theo thứ tự sau:

Bixiclo + [số nguyên tử C ở các cầu nối (ghi từ số lớn ñến số nhỏ)] + ankan.
Ví dụ:

PHẦN 2: BÀI TẬP CƠ BẢN
2.1. Danh pháp
Bài 1. Cho biết tên của các xicloankan sau:


(a) Xiclopropan (b) Xiclobutan
(c) Xiclopentan (d) Xiclohexen
Bài 2. Cho biết tên của các xicloankan sau:
6


(a) metylxiclopropan (b) metylxiclobutan
(c) metylxiclopentan (d) metylxiclohexan
Bài 3. Cho biết tên của các xicloankan sau:


(a) 1,2-dimetylxiclopropan (b) 1,2-dimetylxiclobutan
(c) 1,3-dimetylxiclopentan (d) 1,4-dimetylxiclohexan
Bài 4. Cho biết tên của các xicloankan sau:


(a) 1,1-dimetylxiclopropan (b) 1,1-dimetylxiclobutan
(c) 1,1-dimetylxiclopentan (d) 1,1-dimetylxiclohexan
Bài 5. Cho biết tên của các xicloankan sau:


(a) 1-etyl-2-metylxiclopropan (b) 1-etyl-2-metylxiclobutan

(c) 1-etyl-3-metylxiclopentan (d) 1-etyl-4-metylxiclohexan
Bài 6. Cho biết tên của các xicloankan sau:


(a) 2-etyl-1,1-dimetylxiclopropan (b) 2-etyl-1,3-dimetylxiclobutan
7
(c) 4-etyl-1,2-metylxiclopentan (d) 4-etyl-1,1-dimetylxiclohexan
Bài 7. Gọi tên các hợp chất có công thức cấu tạo sau ñây:
C
H
3
CH
3
H
3
C
CH
3
(a )
(b )
(c )
(d )
(e )


CH
3
CH
3
H

3
C
CH
3
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
1
2
3
4
5
67
8
9
10
2,6-dimetylspiro[4.5]decan
1,4-dimetylspiro[2.2]pentan
spiro[4.4]nonan
bixiclo[3.2.1]octan
2,3-dimetyl-9-isopropylbixiclo[5.3.0]decan
12
3
4
5
6
7
8

9
10

Bài 8. X là một monoxicloankan, tỉ khối của X so với không khí bằng 1,93. (a) Xác
ñịnh công thức thức phân tử, viết các công thức cấu tạo, ñọc tên.
 Đặt X: C
n
H
2n

Theo ñề M
X
= 1,93×29 = 56
hay 14n = 56 ⇒ n = 4
Công thức phân tử của X là C
4
H
8

Các công thức cấu tạo của X

Bài 9. Y là một monoxicloankan, tỉ khối của Y so với không khí bằng 2,41. (a) Xác
ñịnh công thức thức phân tử, viết các công thức cấu tạo, ñọc tên.
 Đặt Y: C
n
H
2n

Theo ñề M
Y

= 2,41×29 = 70
hay 14n = 70 ⇒ n = 5
Công thức phân tử của Y là C
5
H
8

Các công thức cấu tạo của Y
8

Bài 10. Cho biết tên của các chất cho dưới ñây:


(a) 3-isopropyl-1,1-dimetylxiclohexan
(b) 1-brom-2-cloxiclohexan
(c) 1-xiclopropyl-2-metylxiclopentan
Bài 11. Cho biết tên của các chất cho dưới ñây:


(a) 1,3-dibrom-2-cloxiclohexan
(b) 2,6-dibromspiro[3.3]heptan
(c) 1-metyl-2-methylenxiclopropan
Bài 12. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) Xiclopentan (b) Xiclohexan
(c) Xicloheptan (d) Xiclooctan


Bài 13. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) etylxiclopentan (b) isopropylxiclohexan
9

(c) metylxicloheptan (d) propylxiclooctan


Bài 14. Viết các công thức cấu tạo của bixicloankan có công thức C
5
H
8
mà không
có nhánh ankyl. Đọc tên.


Bài 15. Viết các công thức cấu tạo của bixicloankan có công thức C
6
H
10
mà không
có nhánh ankyl. Đọc tên.


Bài 16. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) bixiclo[3,1,0]hexan (b) bixiclo[4,3,0]nonan
(c) bixiclo[1,1,0]butan (d) bixiclo[4,4,0]hexan


Bài 17. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) 2-metylbixiclo[3.1.0]hexan (b) 3,8-dimetylbixiclo[4.2.0]octan
(c) 2-metylbixiclo[1.1.0]butan (d) 2-metylbixiclo[2.2.0]hexan
10


Bài 18. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) spiro[2.3]hexan (b) spiro[3.3]heptan
(c) spiro[3.4]octan (d) spiro[4.5]decan


Bài 19. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) spiro[2.3]hexan (b) spiro[3.3]heptan
(c) spiro[3.4]octan (d) spiro[4.5]decan


Bài 20. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) 1-metylspiro[2.2]pentan (b) 2-metylspiro[3.3]heptan
(c) 1-metylspiro[3.4]octan (d) 2,6-dimetylspiro[4.5]decan


Bài 21. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) bixiclo[1.1.1]pentan (b) bixiclo[2.1.1]hexan
11
(c) bixiclo[2.2.2]octan (d) bixiclo[3.2.1]octan


Bài 22. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau:
(a) 2,2-dimetylbixiclo[1.1.1]pentan
(b) 5-methylbixiclo[2.1.1]hexan
(c) 2-metylbixiclo[2.2.2]octan
(d) 2-metylbixiclo[3.2.1]octan


Bài 23. Hãy gọi tên cho các hợp chất sau
(a)

(b)
(c)
(d)


(a)
(b)
(c)
(d)
xiclopropylxiclopentan
xiclobutylxiclobutan
1-xiclopentyl-4-metylcyclohexan
(3-metylcyclopentyl)xiclohexan

Bài 24. Hãy gọi tên các chất sau
12
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)


(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)

bixiclo[1.1.1]pentan
bixiclo[2.1.1]hexan
bixiclo[2.2.1]heptan
bixiclo[2.2.2]octan
bixiclo[3.1.1]heptan
bixiclo[4.1.1]octan

Bài 25. Gọi tên các hợp chất sau:
(a) (b)

(c)
(d)

(e) (f)



(c)
(d)
spiro[2.4]heptan
spiro[3.4]octan

13
(e) (f)
spiro[4.5]decan
spiro[2.5]octan

Bài 26. Cho biết tên của các chất cho dưới ñây:



(a) bixiclo[3.1.0]hexan (b) bixiclo[3.3.1]nonan
(c) bixiclo[2.2.2]octan (d) bixiclo[3.1.1]heptan
Bài 27. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có tên sau
(a) spiro[2,3]hexan
(b) 1-metylspiro[2.3]hexan
(c) spiro[3.4]octan
(d) 5-etylspiro[3.4]octan
(e) spiro[4.5]decan
(f) 8-ipropylspiro[4.5]decan

(a) spiro[2,3]hexan

(b) 1-metylspiro[2.3]hexan

(c) spiro[3.4]octan

(d) 5-etylspiro[3.4]octan
14

(e) spiro[4.5]decan

(f) 8-ipropylspiro[4.5]decan

Bài 28. Vẽ công thức cấu tạo của các hiñrocacbon hai vòng no sau
(a) Bixiclo[2.2.1]heptan
(b) Bixiclo[5.2.0]nonan
(c) Bixiclo[3.1.1]heptan
(d) Bixiclo[3.3.0]octan


Bài 29. Cho biết công thức cấu tạo của các chất có công thức sau
(a) bixiclobutan
(b) 2-metylbixiclobutan
(c) bixiclo[3.2.1]octan
(d) 8-metylbixiclo[3.2.1]octan
15

(a) bixiclobutan

(b) 2-metylbixiclobutan

(c) bixiclo[3.2.1]octan

(d) 8-metylbixiclo[3.2.1]octan

2.2. Hóa lập thể
2.2.1. Đồng phân hình học
Bài 30. Trong số các ñồng phân cấu tạo của xicloankan có công thức phân tử C
5
H
10
,
có một chất xuất hiện ñồng phân hình học, biểu diễn cấu trúc của hai ñồng phân
hình học ñó. Đọc tên


Bài 31. Biểu diễn các ñồng phân hình học của xicloankan có công thức phân tử
C
6
H

12
. Đọc tên

16




Bài 32. Xác ñịnh cấu trúc của các chất có tên sau
(a) cis-1,2-dimetylxiclohexan
(b) trans-1,2-dimetylxiclohexan
(c) cis-1,4-dimetylxiclohexan
(d) trans-1,4-dimetylxiclohexan


2.2.2. Đồng phân quang học
Bài 33. Xác ñịnh cấu hình R, S của các chất sau:




Bài 34. Khi cho 1,2-dimetylxiclohexan tác dụng với Br
2
(1:1) ñun nóng ñược hỗn
hợp raxemic. Biểu diễn hai ñồng phân quang học ñó.

17

Bài 35. Cho biết sản phẩm khi cho xiclohexen vào dung dịch KMnO
4

loãng.


Bài 36. Cho biết sản phẩm khi cho xiclohexen tác dụng với RCOOOH, sau ñó thủy
phân.


2.2.3. Cấu dạng
Bài 37. Xét cấu dạng sau:
1
2
3
4
5
6

(a) Nhóm metyl gắn phía dưới C-6 là liên kết trục (axial) hay liên kết biên
(equatorial)?
(b) So sánh ñộ bền khi nhóm metyl gắn phía dưới C-1 và C-4.
(c) Khi nhóm metyl gắn vào C3 thì tạo ra cấu dạng bền, vậy nó gắn vào dưới hay
trên?

(a) Nhóm CH
3
là liên kết trục (a)
18
CH
3
6

(b) C-1 kém bền hơn C-4, vì liên kết trục kém bền hơn liên kết biên (e).
CH
3
1
H
3
C
4

(c) Nhóm CH
3
gắn vào C-3 tạo ra cấu dạng bền thì phải là liên kết biên, tương ứng
với vị trí này là gắn vào phía dưới.
H
3
C
H

Bài 38. So sánh tính bền của ñồng phân lập thể 1,3,5-trimetylxiclohexan.
H
CH
3
H CH
3
H
H
3
C
H
CH

3
H
CH
3
H
H
3
C
cis-1,3,5-trimetylxiclohexan
H
CH
3
H
3
C H
H
H
3
C
CH
3
CH
3
H
CH
3
H
H
trans-1,3,5-trimetylxiclohexan

 Tất cả nhóm CH
3
ở biên trong cis-1,3,5-trimetylxiclohexan nên nó bền hơn
trans-1,3,5-trimetylxiclohexan có chứa một nhóm CH
3
ở trục.
Bài 39. Viết cấu trúc phân tử có cấu dạng bền nhất cho mỗi hợp chất sau:
(a) trans-1-tert-butyl-3-metylxiclohexan.
(b) cis-1-tert-butyl-3-metylxiclohexan
(c) trans-1-tert-butyl-4-metylxiclohexan.
(d) cis-1-tert-butyl-4-metylxiclohexan
 Để có ñồng phân cấu dạng bền nhất thì nhóm lớn nằm ở biên
19

H
3
C
H
H
C(CH
3
)
3
cis-1-tert-butyl-3-metylxiclohexan

H
C(CH
3
)
3

trans-1-tert-butyl-4-metylxiclohexan
H
3
C
H

H
C(CH
3
)
3
cis-1-tert-butyl-4-metylxiclohexan
H
CH
3

Bài 40. Nhiệt ñốt cháy của của xicloankan như sau:
Xicloankan 3

4 5 6 7 8
∆H
c

(kJ/mol)
-2090 -2718 -3288 -3918 -
4632
-
53064
(a) Tính ∆H
c

cho mỗi nhóm CH
2
trong các xicloankan ñã cho.
(b) Tính sức căng góc của các xicloankan ñã cho. Biết rằng xiclokankan tượng
trưng co hệ không có có sức căng góc.
(c) Phân loại xicloankan bằng số nguyên tử cacbon trên vòng và sức căng góc.
 (a), (b)
Xicloankan 3

4 5 6 7 8
∆H
c
(kJ/mol)
-2090 -2718 -3288 -3918 -4632 -53064
∆H
c
(CH
2
) (kJ/mol)

-697 -680 -658 -653 -662 -663

-3×653

-4×680

-3×658 -6×653 -7×662 -8×663
Sức căng góc
(kJ/mol)
131 106 23 0 61 80

(c) Vòng nhỏ (C
3
-C
4
) có sức căng lớn, Vòng thông thường (C
5
-C
6
), có sức căng nhỏ
hoặc bằng không. Vòng trung bình (C
7
-C
12
) có sức căng nhỏ. Vòng lớn (>12) sức
căng tự do.
Bài 41. Sức căng Baeyer là gì?
 Xuất phát từ hai tiên ñề là các vòng no có cấu trúc phẳng và góc bình thường của
hiñrocacbon no là 109
0
28’, năm 1885, Baeyer cho rằng sự kéo nhỏ hay trương rộng
các góc của vòng no ñều dẫn ñến một sức căng làm cho tính bền của vòng giảm ñi.
Người ta gọi ñó là sức căng Baeyer. Sức căng càng lớn, vòng tương ứng càng ít bền.
Độ mạnh của sức căng ñược ñánh giá bằng θ. θ ñược tính theo công thức
(
)







×−
−=θ
n
1802n
'28109
2
1
0
ví dụ:
n 3 4 5 6 7 8 9
20
θ

24
0
44’ 9
0
44’ 0
0
44’ -5
0
44’ 9
0
33’ 12
0
46’ -15
0
06’

Bài 42. Vì sao nói liên kết C-C trong xilopropan ñược gọi là “liên kết quả chuối”?
 Xiclopropan là hợp chất vòng no duy nhất có cấu tạo phẳng. Theo quan niệm
hiện ñại, phần xen phủ cực ñại của các ñám mây electron không nằm trên ñường
thẳng nối liền hai nguyên tử cacbon mà có sự uốn cong. Sự uốn cong này làm cho
phần xen phủ ñám mây electron có giảm ñi, nhưng sắp xếp như thế có lợi về mặt
năng lượng. Các liên kết C-C này ñược gọi là “liên kết quả chuối”, nó mang tính
chất trung gian giữa liên kết σ và π bình thường. Do sự uốn cong như vậy, thực tế
góc liên kết của vòng chỉ bằng 106
0
chứ không phải 109
0
28’ và lớn hơn nhiều so
với góc cấu tạo phẳng của tam giác ñều (60
0
). Xiclopropan rất dễ bị mở vòng dưới
tác dụng của hiñrohalogenua, Br
2
và bị hiñro hoá có chất xúc tác.

Bài 43. Thế nào là lực ñẩy Pitze?
 Thực tế, các vòng no (trừ xiclopropan) không phải là những vòng phẳng. Trong
một vòng ngoài sức căng góc Baeyer có có một lực ñẩy nữa ñó là lực ñẩy giữa các
nguyên tử hiñro ở trạng thái che khuất một phần hay toàn phần gây nên, do ñó một
vài nguyên tử cacbon của vòng bị lệch ra khỏi mặt phẳng vòng. Lực ñẩy ñó gọi là
lực ñẩy Pitze.
Bài 44. Nguyên nhân nào ñể xiclobutan tồn tại ở dạng không phẳng?
 Theo quan niệm hiện nay, xiclobutan có cấu tạo không phẳng góc gấp có giá trị
khoảng 20-25
0
. Tính không phẳng của xiclobutan ñược chứng tỏ từ các dữ kiện thực

nghiệm của giản ñồ Rơnghen, giản ñồ electron, momen lưỡng cực, phổ cộng hưởng
từ hạt nhân và một số phương pháp khác. Nguyên nhân chủ yếu ñể xiclobutan tồn
tại dạng không phẳng là ñể giảm sức căng Pitz.

Bài 45. Xiclopentan tồn tại hai cấu dạng không phẳng: dạng “phong bì” và dạng
“nửa ghế”. Hãy vẽ hai cấu dạng này và cho biết dạng nào có tâm ñối xứng, dạng
nào có trục ñối xứng.
21
 Nếu giả sử phân tử xiclopentan nằm trên một mặt phẳng thì góc lệch 0
0
44, do ñó
coi như không có sức căng Baeyer. Nhưng ở ñây 5 liên kết C-C ở dạng che khuất
nên lại xuất hiện sức căng Pitz. Thực tế xiclopentan tồn tại hai cấu dạng không
phẳng là cấu dạng phong bì có mặt phẳng ñối xứng nên còn gọi là cấu dạng C
s -
(hình trái). Cấu dạng nửa ghế có trục ñối xứng bậc hai nên còn gọi là cấu dạng C
2

(hình phải)



Lưu ý: Khi thực hiện phép quay phân tử xung quanh trục ñối xứng C
n
một góc
n
2
π
=ϕ
sao cho phân tử trùng với chính nó. Trục quay C

n
gọi là trục ñối xứng cấp n.
Bài 46. Biểu diễn hai ñồng phân hình học của decaclin

hay

hay

Bài 47. Đọc tên các chất sau:
(a)
(b)
(c)
(d)


22


Bài 48. Xicloankan nào có ñồng phân cis – trans? Vẽ cả hai ñồng phân ñó.
(a) 1,3-dimetylxiclopantan
(b) Etylxiclopantan
(c) 1-etyl-2-metylxiclobutan

(a) 1,3-dimetylxiclopantan. Có ñồng phân cis – trans


(b) Etylxiclopantan. Không có ñồng phân cis-trans.
C
2
H

5
C
2
H
5

Hai chất trên là một.
(c) 1-etyl-2-metylxiclobutan: Có ñồng phân cis-trans

23

Bài 49. Viết các ñồng phân lập thể của 1 – metyl – 2,3 – dicloxiclopropan. (trích ñề
thi olympic sinh viên toàn quốc 2005)
 Các ñồng phân lập thể của 1- metyl – 2,3 – dicloxiclopropan có 4 ñồng phân.
Nếu hai nguyên tử clo ở vị trí trans thì có hai ñối quang, còn nếu hai nguyên tử clo
ở vị trí cis thì tuỳ theo vị trí của nhóm CH
3
- mà chỉ có thêm hai ñồng phân (các
ñồng phân này có ảnh qua gương phẳng trùng với chúng, meso):

PHẦN 3: BÀI TẬP NÂNG CAO VÀ TỔNG HỢP
Bài 50. Hai xicloankan M và N ñều có tỉ khối hơi so với metan bằng 5,25. Khi
monoclo hoá (chiếu sáng) thì M cho 4 hợp chất, N chỉ cho một hợp chất duy nhất.
a. Hãy xác ñịnh công thức cấu tạo của M và N .
b. Gọi tên các sản phẩm tạo thành theo danh pháp IUPAC .
c. Cho biết cấu dạng bền nhất của hợp chất tạo thành từ N, giải thích.
(Trích từ ñề thi HSG quốc gia năm 2000)
a. n=6
CTPT của M (N ): C
6

H
12
.
Theo các dữ kiện ñầu bài, M và N có các CTCT:

M : CH
3
N :
CH
2
Cl
CH
3
Cl
CH
3
Cl
CH
3
Cl
C
l
A
B
C
D
E

b. A : 1-Clo-1-metylxiclopentan
B: (Clometyl)xiclopentan D: 1-Clo-3-metylxiclopentan

24
C : 1-Clo-2-metylxiclopentan E: Cloxiclohexan

c. Cấu dạng bền nhất của N :
Cl

Vì : Dạng ghế bền nhất. Nhóm thế ở vị trí e bền hơn ở vị trí a .
Bài 51. Ứng với công thức C
3
H
4
Cl
2
có bao nhiêu ñồng phân là ñicloxiclopropan?
Viết công thức các ñồng phân ñó. Cho biết ñồng phân nào có tính quang hoạt?
. Các ñồng phân là dicloxiclopropan
Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
C
l
(I)
(II)
(III )
(IV )

Trong các ñồng phân trên, ñồng phân (I) không có C* nên không có tính quang

hoạt. Đồng phân (II) là meso vì có mặt phẳng ñối xứng. Đồng phân (III) và (IV) có
tính quang hoạt.
Bài 52. Vẽ cấu trúc của (1R)(3S)-xiclohexan-1,3-ñiol và cho biết cấu dạng bền của
hợp chất này?
. Cấu trúc của phân tử (1R)(3S)-xiclohexan-1,3-ñiol là
OH
O
H
H
H

Cấu dạng bền của phân tử: dạng ghế với cả hai nhóm OH ñều ở vị trí a ñể hai nhóm
OH có thể tạo liên kết hidro nội phân tử. Còn nếu ở vị trí e sẽ không tạo ñược liên
kết hidro nên kém bền hơn
HO
H
H
OH
OH
O
H
H
H

Bài 53. 2-isopropyl-5-metylxiclohexanol có 4 ñồng phân cis-trans, hãy viết các
ñồng phân ñó, vẽ cấu dạng của các ñồng phân ñón và cho biết ñồng phân nào bền
nhất?
. Công thức cấu tạo của 4 ñồng phân
OH
OH

OH
OH
(I)
(II)
(III)
(IV)

Cấu dạng của các ñồng phân trên: