TIỂU LUẬN ĐỒNG PHÂN HÌNH học

ĐỒNG PHÂN HÌNH HỌC
I. MỞ ĐẦU
1. Khái niệm
- Đồng phân lập thể là đồng phân xuất hiện do sự khác nhau về vị trí của
nguyên tử hay nhóm nguyên tử trong không gian.
- Đồng phân hình học là đồng phân lập thể trong đó các đồng phân khác
nhau về vị trí không gian của nhóm thế đối với liên kết đôi hoặc đối với mặt
phẳng vòng.
2. Điều kiện để có đồng phân hình học
Điều kiện cần và đủ để một hợp chất có đồng phân hình học là phân tử của
nó phải có một bộ phận cứng nhắc và nguyên tử cacbon ở bộ phận cứng nhắc
đó liên kết với hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác nhau. Bộ phận cứng
nhắc có thể là : nối đôi C=C, vòng no, nối đôi C=N hoặc nối đôi N=N…
II.NỘI DUNG
1. Đồng phân hình học trong hợp chất có nối đôi C=C
Nối đôi C=C làm cho phân tử trở nên cứng nhắc: hai nguyên tử cacbon lai
hóa sp
2
không thể quay tự do xung quanh nối đôi. Khi ấy các nhóm thế có thể
phân bố khác nhau ở hai bên mặt phẳng của nối đôi và do đó có thể xuất hiện
hai dạng hình học khác nhau nếu hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử ở một
nguyên tử cacbon sp
2
không giống nhau.
Ví dụ: Hợp chất abC=Ccd sẽ có 2 dạng đồng phân hình học khác nhau nếu a
≠
b và c
≠
d.
a c a d
C = C C = C

b d b c
1
Thông thường ở mỗi nguyên tử cacbon sp
2
có một nguyên tử hidro và một
nhóm thế . Dạng có hai nhóm thế ở cùng một phía đối với mặt phẳng của nối
đôi được gọi là dạng cis, còn dạng có hai nhóm thế phân bố ở hai phía được gọi
là dạng trans.
Ví dụ: hợp chất CH
3
-CH=CH-CH
3
có hai dạng đồng phân hình học
H H H CH
3
C = C C = C
CH
3
CH
3
CH
3
H
Cis trans
Đối với các anken phức tạp ta phân biệt hai dạng đồng phân dựa vào sự
phân bố các nhóm theo mạch dài nhất có chứa nối đôi.
Ví dụ: hợp chất CH
3
CH
2

(CH
3
)C=C(CH
2
CH
3
)CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
C = C
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
Trans-4-etyl-3-metylhept-3-en

Đối với các hợp chất hữu cơ có nhiều nối đôi liên hợp số đồng phân cis,
trans có nhiều hơn 2.
Ví dụ: hợp chất C
6
H
5
-CH=CH-CH=CH-C
6
H
5
có 3 đồng phân hình học
H H
C = C C
6
H
5
Dạng cis-cis
C
6
H
5
C = C
H H
H H
C = C H Dạng cis-trans
C
6
H
5
C = C

H C
6
H
5

2
C
6
H
5
H
C = C H
H C = C
H C
6
H
5
Dạng trans-trans
Ví dụ: Hợp chất CH
3
-CH=CH-CH=CH-COOH có 4 dạng đồng phân hình
học.
CH
3
H
C = C H
H C = C
H COOH
Dạng trans-trans
CH

3
H
C = C COOH
H C = C
H H
Dạng trans-cis
H H
C = C H
CH
3
C = C
H COOH

Dạng cis-trans
3
H H
C = C COOH
CH
3
C = C
H H
Dạng cis-cis
Đối với hợp chất gồm một số lẻ nối đôi C=C liền nhau thì về hình thức loại
hợp chất này cũng gây nên hiện tượng đồng phân hình học như một nối đôi. Ví
dụ hợp chất m-NO
2
C
6
H
4

(C
6
H
5
)C=C=C=C(C
6
H
5
)C
6
H
4
NO
2
-m có hai dạng:
C
6
H
5
C
6
H
5

C = C = C = C
NO
2
C
6
H

4
C
6
H
4
NO
2
Dạng cis
C
6
H
5
C
6
H
4
NO
2

C = C = C = C
NO
2
C
6
H
4
C
6
H
5

Dạng trans
*Lưu ý: Trong hợp chất abC=Ccd nếu các nhóm thế a
≠
b
≠
c
≠
d thì ta sẽ
không gọi là cis và trans mà gọi là Z và E.
Z: Hai nhóm thế lớn hơn ở cùng phía
E: Hai nhóm thế lớn hơn ở khác phía
Ví dụ: Xét hợp chất abC=Ccd trong đó a
≠
b
≠
c
≠
d và a>b và c>d, ta có
a c a d
C = C C = C
b

d

b c
Z E
4
Tính hơn cấp của các nhóm thế được xác định theo số thứ tự nguyên tử
hay điện tích hạt nhân của nguyên tử đính trực tiếp với cacbon
Nhóm thế có nguyên tử đính trực tiếp với cacbon sp

2
có số thứ tự hai
điện tích hạt nhân lớn hơn sẽ hơn cấp hơn.
Ví dụ: Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H
Nếu các nguyên tử đính trực tiếp với cacbon sp
2
giống nhau thì xét tiếp lớp
thứ hai.
Ví dụ: CH(CH
3
)
2
> CH
2
CH
3
> CH
3
.
Nếu trong nhóm thế có nguyên tố âm điện hơn sẽ ưu tiên hơn, như CH
2
OH sẽ
hơn cấp hơn (CH
3
)
2
OH.
Các nguyên tử chứa liên kết bội được tính bội lần (nối đôi tính gấp đôi)
Ví dụ: HC = O > CH
2

OH C=N > CH
2
NH
2
C
6
H
5
> (CH
3
)
2
CH
Ví dụ: Hợp chất FHC
1
=C
2
ClBr
Trong C
1
: F > H, trong C
2
: Br > Cl nên ta có
F Br F Cl
C = C C = C
H

Cl

H Br

Z E
Ví dụ: Hợp chất ClHC=C(CH
3
)CHO có đồng phân hình học như sau:
Cl CHO Cl CH
3
C = C C = C
H

CH
3
H CHO
Z E
2. Đồng phân hình học trong các hợp chất có nối đôi C = N hoặc nối đôi
N = N.
5
Đối với loại hợp chất andoxim, xetoxim không đối xứng, hydrazon, hợp
chất azo có liên kết C=N, N=N hay cả C=S cũng có đồng phân hình học nhưng
thường dùng danh pháp syn-anti thay cho cis-trans ( syn tương ứng với cis, anti
tương ứng với trans ).
Ví dụ : Hợp chất CH
3
-CH=N-OH có đồng phân hình học là
H H OH
C = N C = N
CH
3
OH

CH

3

anti syn
Ví dụ: Xét hợp chất C
6
H
5
N=NC
6
H
5
có đồng phân hình học là:
C
6
H
5
N = N N = N
C
6
H
5
C
6
H
5
C
6
H
5

Syn anti
3. Đồng phân hình học trong hợp chất vòng no
Ví dụ:
HOOC COOH HOOC H
H H H COOH
Cis trans


4. Đồng phân hình học loại vòng ngưng tụ
6
Hệ vòng ngưng tụ bicyclo có một cạnh chung hai cacbon không có qui tắc gì
mới. Sự kết hợp có thể là cis hay trans, điển hình là trans-cis decalin. Đối với
các vòng nhỏ cấu hình trans quan trọng hơn và có thể có dạng cis.
Ví dụ:

Vòng 3 cạnh ngựng tụ với vòng 4,5,6 cạnh chỉ có đồng phân cis.
Ví dụ:

Vòng 4 cạnh ngưng tụ với vòng 5,6,7 cạnh; vòng 5 cạnh ngưng tụ với
vòng 5,6 cạnh; vòng 6 cạnh ngưng tụ với nhau có đồng phân cis, trans.



5.Đồng phân erythro và threo
Đồng phân erythro và threo cũng là đồng phân hình học của 2 nhóm thế ở
2 cacbon liền nhau, thường là những hợp chất có 2 trung tâm bất đối xứng.
7
Đồng phân erythro có 2 nhóm thế phân bố cùng phía với trục liên kết C-C,
còn threo có 2 nhóm thế ở 2 phía của trục liên kết C-C.
Ví dụ:

Những đồng phân này thường được biểu diễn bằng công thức phối cảnh,
Fisher hay Newman.
III. KẾT LUẬN
Ở các đồng phân hình học, khoảng cách giữa các nguyên tử rất khác nhau
do đó ảnh hưởng qua lại giữa các nguyên tử khác nhau và các tính chất lý, hóa
cũng khác nhau.
8
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS Thái Doãn Tĩnh, Cơ chế và phản ứng hóa học hữu cơ, tập 1,
NXB khoa học và kỹ thuật.
2. Trần Quốc Sơn, Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, tập 1, NXB giáo dục.

9