Hóa học Hữu cơ 1 bài giảng dành cho sinh viên ĐH, CĐ

Y BAN NHÂN DÂN T NH QU NG NGẩI
TR
NG Đ I H C PH M VĂN Đ NG
---------00--------V

NG C M H

NG

BẨI GI NG
HịA H C H U C

Qu ng Ngãi, 11/2013

0

1


L IM

Đ U

Bài giảng Hóa học hữu cơ 1 được biên soạn theo chương trình chi tiết
Hóa học hữu cơ 1 của ngành sư phạm, bậc cao đẳng (gọi tắt là CĐSP);
chương trình chi tiết của môn học này đã được Bộ môn Hóa học thuộc khoa
Cơ bản Trường Đại học Phạm Văn Đồng phát hành. Nội dung cô đọng của
bài giảng được chọn lọc từ nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo và phù hợp
với đối tượng sinh viên CĐSP.
Để tạo điều kiện cho sinh viên CĐSP tăng cường việc tự học, tự
nghiên cứu, trong mỗi chương của bài giảng có những bài tập và câu hỏi ôn

tập. Tuy nhiên, ở mức độ là một bài giảng với những nội dung chính nên
không thể có đủ các phần đọc thêm, mở rộng kiến thức. Vì vậy, khi nghiên
cứu, tự học sinh viên nên kết hợp với các giáo trình khác để mở rộng kiến
thức.
Bài giảng dung cho sinh viên các ngành Hóa, Hóa - Sinh, Hóa - Lí,
Hóa - Địa các trường CĐSP đồng thời cũng là tài liệu tham khảo cho giáo
viên Hóa học các trường THCS.
Rất mong được sự góp ý của đồng nghiệp để bài giảng được hoàn
thiện hơn nhằm phục vụ hữu hiệu việc học tập, nghiên cứu của sinh viên.
Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạoTrường, Khoa, Bộ môn Hóa học đã
tạo điều kiện bài giảng này được lên website của trường.
Tác giả

1


Ch

ng 1. Đ I C

NG

1.1. H p ch t h u c vƠ hóa h c h u c
1.1.1. Đ nh nghĩa vƠ đ i t

ng nghiên c u c a hóa h c h u c

Trong số gần 110 nguyên tố hóa học đã có tên chính th c trong b ng tuần hoàn, cacbon
là một nguyên tố rất đặc biệt

chỗ: các nguyên tử cacbon có thể kết hợp với nhau và với

nguyên tử c a các nguyên tố khác t o nên kho ng hơn hai mươi triệu hợp chất khác nhau,
đấy là những hợp chất c a cacbon. Trong khi đó, tất c nguyên tố còn l i chỉ có thể t o nên
được hơn một triệu hợp chất không ch a cacbon.
Các hợp chất c a cacbon được gọi là hợp chất hữu cơ, trừ một số ít hợp chất đơn gi n
như các oxit c a cacbon, các muối cacbonat và cacbua kim lo i.
Ngành hóa học chuyên nghiên c u các hợp chất hữu cơ, t c là các hợp chất c a
cacbon, được gọi là Hóa học hữu cơ.
Vì các hợp chất hữu cơ gồm hai lo i chính là hiđrocacbon và các dẫn xuất c a chúng,
nên cũng có thể coi Hóa học hữu cơ là ngành hóa học chuyên nghiên c u hiđrocacbon và
các dẫn xuất c a hiđrocacbon.
Vậy đối tượng nghiên c u c a Hóa học hữu cơ là các hợp chất c a cacbon, bao gồm
hiđrocacbon và các dẫn xuất c a chúng.
1.1.2. Đặc điểm chung c a các h p ch t h u c
1.1.2.1. Cấu t o
- Ch a C, ngoài ra còn H, O, N, halogen, S, P và các nguyên tố khác.
- Liên kết: thư ng là liên kết cộng hoá trị, ít có liên kết ion.
- Nguyên tử C liên kết với nhau và liên kết với các nguyên tố khác nên t o thành m ch
h hoặc m ch vòng.
1.1.2.2. Tính chất vật lý
- Dễ nóng ch y và dễ bay hơi.
- Thư ng không tan hoặc tan rất ít trong nước nhưng dễ tan trong các dung môi hữu cơ.
1.1.2.3. Tính chất hoá học
- Kém bền nhiệt nên dễ bị phân huỷ b i nhiệt, đa số cháy khi bị đốt.
- Ph n ng: thư ng diễn ra chậm, không hoàn toàn, và không theo một hướng nhất
định do đó t o nhiều s n phẩm phụ.

2

1.1.3. Phơn lo i các h p ch t h u c
1.1.3.1. Phân lo i theo nhóm ch c
Các hợp chất hữu cơ có thể được phân chia thành hai lo i chính là hiđrocacbon (phân
tử chỉ cấu thành chỉ b i hai nguyên tố C và H) và các dẫn xuất c a hiđrocacbon (một hay
nhiều nguyên tử H trong phân tử hiđrocacbon được thay thế bằng một hay nhiều nguyên tử
hoặc nhóm nguyên tử khác).
Các dẫn xuất c a hiđrocacbon là những hợp chất có nhóm đặc trưng hay nhóm ch c;
hiđrocacbon cũng có thể có nhóm ch c. Nhóm ch c là nhóm nguyên tử hoặc nguyên tử
quyết định đặc tính hóa học c a phân tử hữu cơ. Sau đây là một số nhóm ch c chính:
- Nằm trong m ch C: anken (C = C); ankin (C ≡ C)
- Ch a oxi: ancol (-OH); ete (C-O-C); andehit (-CH = O); axit (- COOH)
- Ch a nitơ: amin (-NH2) ; nitrin (-C ≡ N)
- Ch a c oxi và nitơ: amit (-CO-NH2); nitro (-NO2)
- Ch a lưu huỳnh: thiol (-SH); thioete (-S-)
- Ch a nguyên tử halogen: dẫn xuất clo (-Cl); dẫn xuất brom (-Br)
1.1.3.2. Phân lo i theo m ch cacbon
Hợp chất hữu cơ

Hợp chất không vòng

HC no

Hợp chất vòng

HC không no

HC đồng vòng

không thơm

no

không no

3

thơm

HC dị vòng

thơm

Không
thơm


1.2. C u t o phơn t h p ch t h u c
1.2.1. ThƠnh ph n nguyên t vƠ công th c phơn t
Thành phần nguyên tố c a hợp chất hữu cơ được biểu thị bằng các công th c sau:
- Công th c tổng quát: Cho biết thành phần định tính các nguyên tố.
Ví dụ: CxHyOzNt (x, y, z, t là những số nguyên dương) cho biết phân tử có 4 nguyên
tố: C, H, O và N
- Công th c đơn gi n: Cho biết tỉ lệ số lượng các nguyên tố trong phân tử.
Ví dụ: CH2O cho biết tỉ lệ các nguyên tử C : H : O là 1 : 2 : 1
- Công th c phân tử: Cho biết rõ số lượng nguyên tử c a mỗi nguyên tố trong phân tử.
Ví dụ: C2H6: etan
Để xác định thành phần nguyên tố dùng phương pháp phân tích định tính và định
lượng
1.2.1.1. Phân tích định tính các nguyên tố

Xác định các lo i nguyên tố có trong hợp chất hữu cơ dựa trên nguyên tắc chuyển các
nguyên tố cần xác định thành chất vô cơ đơn gi n rồi nhận ra các chất vô cơ này bằng ph n
ng đặc trưng
a. Phân tích C và H
Nung hợp chất hữu cơ với CuO (chất oxi hoá) để chuyển C thành CO2 và H thành H2O
rồi nhận ra CO2 bằng nước vôi trong (khi đó sinh ra kết t a trắng CaCO3) và nhận ra H2O
bằng CuSO4 khan (bột CuSO4 màu trắng chuyển thành CuSO4.5H2O màu xanh):
[C] + 2CuO → CO2 + 2Cu
hợp chất hữu cơ (h.c.h.c)
[2H] + CuO → H2O + Cu
h.c.h.c
CO2
5H2O

+ Ca(OH)2 →
+

CuSO4

→

CaCO3 + H2O
CuSO4.5H2O

b. Phân tích N
Nung hợp chất hữu cơ với Na sinh ra NaCN. Để nhận ra ion CN- (ch a nitơ) ta thêm
Fe2+ và Fe3+ rồi axit hoá nhẹ, ion CN- sẽ cho kết t a màu xanh đậm đặc trưng (gọi là xanh
Bec-lanh hay xanh phổ) c a Fe4[Fe(CN)6]3:

4

Na + [C] + [N] →

NaCN

h.c.h.c
Fe2+ +

6CN(-) →

[Fe(CN)6]4-

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]
c. Phân tích halogen
Đốt cháy một băng giấy lọc

đầu có tẩm ancol etylic (dùng làm nhiên liệu) và một ít

chất hữu cơ ch a halogen (X) sẽ sinh ra hiđro halogenua, s n phẩm này được nhận ra nh
dung dịch AgNO3 (t o kết t a AgX tan được trong amoniac):
[X]

+

→

[H]

HX

h.c.h.c hoặc ancol

h.c.h.c
HX + AgNO3

→

AgX + HNO3

AgX + 3NH3 + H2O →

[Ag(NH3)2]OH + NH4X
(tan)

d. Phân tích lưu huỳnh
Nung hợp chất hữu cơ với Na sẽ sinh ra Na2S; s n phẩm này được nhận ra b i Pb2+
(t o kết t a đen):
[S] + 2Na →

Na2S

h.c.h.c
Pb2+ + S2-

→

PbS

1.2.1.2. Phân tích định lượng các nguyên tố

Phân tích định lượng nhằm xác định thành phần phần trăm về mặt khối lượng c a các
nguyên tố trong phân tử hợp chất hữu cơ. Nguyên tắc chung là chuyển hoàn toàn các nguyên
tố trong một lượng cân nhất định c a chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn gi n, sau đó xác
định khối lượng (hoặc thể tích khí) c a các s n phẩm đó rồi tính thành % các nguyên tố.
a. Phân tích C và H
Nung nóng một lượng cân chính xác a (mg) hợp chất hữu cơ với bột CuO (lấy dư)
trong dòng khí oxi. Khí CO2 và hơi nước sinh ra được hấp thụ hoàn toàn và riêng rẽ b i bình
ch a các chất hấp thụ thích hợp được cân trước và sau thí nghiệm. Ví dụ dùng Mg(ClO4)2 để
hấp thụ nước, dùng amiăng tẩm NaOH để hấp thụ CO2.
Gi sử trong thí nghiệm sinh ra m (mg) CO2 và m' (mg) H2O, ta tính được:

5


mC 

12mCO2
44
2m'H2O

mH 

18

 %C 
 %H 

12mCO2 .100
44a
2m'H2O .100

18a

b. Phân tích N
Nung nóng 1 lượng cân chính xác a (mg) hợp chất hữu cơ với bột CuO (lấy dư) trong
dòng khí CO2 để chuyển hết nitơ trong hợp chất hữu cơ thành khí nitơ. Dẫn khí sinh ra vào
dụng cụ đo khí gọi là “nitơ kế” có ch a dung dịch KOH đậm đặc để hấp thụ hết CO2 và
H2O. Gi sử thu được V (ml) khí nitơ, đo

nhiệt độ t, áp suất khí quyển là p, áp suất hơi

nước là f, ta tính được:

mN2 

%N 

28
p f
1
.V.
.
22.400
760 1  t
273
mN2 .100
a

Việc xác định N, C, H hiện nay đã được tự động hoá bằng cách dẫn khí t o thành vào
máy sắc kí khí, máy cho biết ngay hàm lượng N, C, H
c. Phân tích halogen

Nung nóng chất hữu cơ với axit nitric bốc khói có mặt AgX, đem phân tích bằng
phương pháp cân.
d. Phân tích lưu huỳnh
Nung nóng chất hữu cơ với axit nitric bốc khói, lưu huỳnh trong phân tử hữu cơ được
chuyển thành SO42- t o ra kết t a BaSO4 được phân tích bằng cách cân.
e. Phân tích oxi
Thông thư ng hàm lượng oxi trong hợp chất hữu cơ đợc xác định gián tiếp bằng cách
lấy 100% trừ cho tổng số % c a các nguyên tố khác trong hợp chất. Tuy vậy, khi cần thiết
cũng có thể xác định trực tiếp bằng cách chuyển oxi trong hợp chất hữu cơ thành CO rồi
định lượng CO dựa theo ph n ng:
5CO + I2O5 →

5CO2 + I2

1.2.1.3. Thiết lập công th c phân tử (CTPT)

6


Sau khi phân tích nguyên tố và xác định phân tử khối ta có công th c phân tử dựa vào
1 trong 3 phương pháp phổ biến sau:
a. Lập công th c đơn gi n nhất (công th c nguyên) từ đó lập CTPT
Phân tích định lượng: mH, mC, mO, mN, ...Chia các đ i lượng này cho các khối lượng
mol nguyên tử tương ng, rồi chia cho ước số chung lớn nhất ta thu được tỉ lệ về số lượng
nguyên tử c a các nguyên tố trong phân tử. Từ đó lập công th c đơn gi n nhất.
Ví dụ: Đốt hoàn toàn 0,09g X cho 0,13g CO2 và 0,054g H2O. Tỉ khối hơi c a X so với
hidro là 30. Hãy thiết lập CTPT c a X?

12.0,13
 0,036(g)

44
2.0,054
 0,006(g)
mH 
18
m O  0,09  (0,036  0,006)  0,048(g)
mC 

0,036 0,006 0,048
 1: 2 :1
:
:
12
1
16

C: H : O 

Công th c đơn gi n nhất: CH2O
PTK : MX = 2.30 = 60
Hay (12.1+1.2+16.1)n = 60 → n = 2
Vậy CTPT c a X là (CH2O)2 hay C2H4O2
b. Dựa vào khối lượng các s n phẩm đốt cháy và Mx mà không qua công th c đơn gi n nhất
Đặt CT c a hợp chất X là CxHyOz
Theo sơ đồ
Cx H y OZ  xCO2 

y
H 2O
2

y
44x
2  MX

mCO2
mH2O
a
18

x

M X .mCO2
44a

,y 

M X .mH2O
9a

z được tính từ x, y và Mx dựa theo CxHyOz
Theo ví dụ trên: ta tính được x = 2, y = 4, z = 2.
c. Dựa vào thành phần % các nguyên tố và Mx
Thành phần % các nguyên tố tỉ lệ với khối lượng mỗi nguyên tố trong phân tử:

7


12x 1y 16z 12x  y  16z M X





%C %H %O
100
100
M .%C
M .%H
M .%O
;y  X
;z  X
x X
12.100
100
16.100
1.2.2. Công th c c u t o, thuyết c u t o hóa h c
1.2.2.1. Công th c cấu t o
Nếu như CTPT chỉ cho biết số lượng nguyên tử trong phân tử thì CTCT còn cho biết
trật tự kết hợp và cách liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử, t c thể hiện cấu t o hóa
học c a phân tử hữu cơ
Khi biểu diễn CTCT cần tuân theo 1 số qui định:
- Mỗi liên kết đơn được biểu thị bằng 1 v ch nối, nguyên tố có bao nhiêu hóa trị được
biểu thị bằng bấy nhiêu v ch xung quanh kí hiệu đó.
- H có hóa trị 1, có 1 v ch: -H.
- O có hóa trị 2, có 2 v ch: =O hoặc -O- CTCT:

Tuy nhiên để cho gọn trong CTCT ngư i ta có thể bỏ qua không biểu diễn v ch liên
kết.
Ví dụ: CH3CH2OH hoặc CH2=CH-CH=CH2
Trong nhiều công th c d ng vòng có thể không ghi kí hiệu nguyên tử cacbon, hoặc

nhóm metylen (-CH2-), metin (-C  ), mà hiểu ngầm sự có mặt c a các nhóm đó qua các
v ch hóa trị c a chúng

đỉnh đa giác.

Ví dụ:

Để thiết lập CTCT c a 1 hợp chất hữu , ngư i ta áp dụng các phương pháp thực
nghiệm (phương pháp hóa học và phương pháp vật lí) kết hợp với thuyết cấu t o hóa học.
1.2.2.2. Thuyết cấu t o hóa học

8


Ngày 11/9/1861 t i hội nghị hóa học

Speyer (Đ c) Butlerop đã đọc b n báo cáo khoa

học về cấu t o hóa học c a các chất. Nội dung chính gồm những luận điểm sau:
- Các nguyên tử trong hợp chất hữu cơ kết hợp với nhau theo 1 trật tự xác định và theo
đúng hoá trị c a chúng; sự thay đổi trật đó sẽ có chất mới.
- C trong phân tử hợp chất hữu cơ luôn luôn có hoá trị 4. Các nguyên tử C không
những liên kết với các nguyên tố khác mà còn liên kết với nhau để t o m ch C có d ng khác
nhau (m ch không nhánh, m ch có nhánh, m ch vòng..).
- Tính chất c a hợp chất hữu cơ phụ thuộc vào thành phần phân tử (b n chất và số
lượng các nguyên tử ) và cấu tao hoá học (th tự kết hợp các nguyên tử). Các nguyên tử
trong phân tử có nh hư ng lẫn nhau (thư ng các nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau m nh
hơn gián tiếp).
1.2.3. Khái ni m về đ ng đẳng vƠ đ ng phơn c u t o
1.2.3.1. Đồng đẳng

Là hiện tượng các chất hữu cơ có cấu t o và tính chất tương tự nhau, nhưng thành phần
phân tử sai khác nhau 1 hoặc nhiều nhóm metylen (-CH2-)
1.2.3.2. Đồng phân
Là hiện tượng ng với 1 công th c phân tử có 2 hoặc nhiều hợp chất khác nhau.
Nguyên nhân c a hiện tượng đồng phân là do nhiều chất có cùng một CTPT song cấu
trúc l i khác nhau, cấu trúc gồm cấu t o hóa học lẫn cấu trúc không gian nên có 2 lo i đồng
phân: đồng phân cấu t o và đồng phân không gian
Đồng phân cấu t o (đồng phân phẳng): là những chất có cùng một CTPT nhưng có cấu
t o khác nhau và do đó tính chất khác nhau.Ví dụ:
- Đồng phân cấu t o về m ch cacbon: do sự sắp xếp m ch cacbon khác nhau.
CH3-CH-CH3

CH3-CH2-CH2-CH3

CH3
Butan

Isobutan

- Đồng phân cấu t o về nhóm ch c: do sự khác nhau về lo i nhóm ch c
CH3-CH2-OH

;

CH3-O-CH3

- Đồng phân cấu t o về vị trí: các đồng phân khác nhau về vị trí nhóm ch c, vị trí
nhóm thế, vị trí liên kết bội.
C3H8O: CH3CH2CH2OH

;

CH3CHOHCH3

9


C4H8: CH3-CH=CH-CH3

;

CH2=CH-CH2-CH3

1.3. C u trúc không gian vƠ đ ng phơn l p thể
1.3.1. Khái ni m về c u trúc không gian vƠ công th c mô t c u trúc không gian
1.3.1.1. Thuyết cacbon t diện
Được ch ng minh nh hoá học lượng tử và thí nghiệm lí-hoá học. Năm 1874, Lebel và
Vant’Hoff đã đưa ra thuyết cấu t o t diện c a cacbon. Thuyết này cho rằng nguyên tử C a,
b, c, d được phân bố trong 1 t diện đều, nguyên tử C nằm t i tâm t diện, bốn nhóm a, b, c,
d nằm t i 4 đỉnh c a t diện, thuyết này hoàn toàn phù hợp với thuyết lai hóa C ( tr ng thái
lai hóa sp3 ).

1.3.1.2. Công th c mô t cấu trúc không gian
Công th c mô t cấu trúc không gian gồm có 3 lo i:
a. Công th c phối c nh
Cách 1: Trong công th c phối c nh, các nét g ch liền bình thư ng (-) biểu diễn liên kết
cộng hóa trị có trục nằm trên mặt phẳng giấy, các nét g ch gián đo n mô t liên kết hướng
phía sau t giấy, còn nét đậm chỉ liên kết về phía trước t giấy.
Ca, Cb: nối trên mặt phẳng giấy
Cc: nối trước mặt phẳng giấy

Cd: nối sau mặt phẳng giấy
Cách 2: Công th c phối c nh thư ng chỉ dùng cho các phân tử có liên kết đơn C-C
trung tâm. Theo cách biểu diễn này liên kết C-C được biểu diễn bằng đư ng chéo từ trái qua
ph i và xa dần ngư i quan sát.

b. Công th c Newman

10


Trong công th c Newman, ngư i ta qui ước quan sát việc nhìn thẳng trục liên kết C-C
trung tâm, nguyên tử C th nhất gần ngư i quan sát được biểu diễn bằng 1 chấm t i vòng
0

tròn, 3 liên kết t o góc 120 . Nguyên tử C th 2 bị che khuất.

Ví dụ: D ng meso c a axit tactric có thể biểu diễn bằng công th c Newman như sau:

c. Công th c Fisher
Trong công th c chiếu này, ngư i ta qui ước nguyên tử cacbon t diện như 1 dấu chữ
thập.

- 2 nối nằm ngang được qui ước là 2 nối trước mặt phẳng.
- 2 nối thẳng đ ng

sau mặt phẳng.

Ví dụ: axit lactic CH3CHOHCOOH

Chú ý: Nhóm có m c oxh cao hơn thì được viết phía trên

11


COOH > -CHO > -CH2OH > -CH3
1.3.2. Đ ng phơn hình h c
Đồng phân hình học (đồng phân cis/trans ) là 1 lo i đồng phân không gian (hay đồng
phân lập thể), đồng phân này xuất hiện

nhiều lo i hợp chất đặc biệt là các hợp chất có nối

đôi C=C, C=N, N=N hoặc vòng no (vòng nhỏ) và

mỗi nguyên tử C c a nối đôi hay mắc

vòng ph i có 2 nhóm thế khác nhau.

- a khác b và c khác d.
- Chất có nhóm thế giống nhau hay gần giống nhau

cùng 1 phía gọi là đồng phân cis,

khác phía gọi là đồng phân trans.

Thư ng đồng phân trans bền hơn cis và có nhiệt độ nóng ch y cao hơn nhưng nhiệt độ
sôi và mô men lưỡng cực thấp hơn.
Đối với các hợp chất hữu cơ có nhiều nối đôi liên hợp số đồng phân cis-trans như:

1.3.3. M đ u về đ ng phơn quang h c

12


Đồng phân quang học là những hợp chất có cùng công th c khai triển trong mặt phẳng
nhưng công th c lập thể khác nhau, do đó đưa đến kết qu là hiệu ng c a chúng trên ánh
sáng phân cực phẳng khác nhau.
1.3.3.1. Khái niệm về tính quang ho t và tính không trùng vật nh
Tính chất làm quay mặt phẳng c a ánh sáng phân cực sang bên ph i hoặc sang bên trái
một góc  được gọi là tính quang ho t, còn các chất có ho t động quang học gọi là chất
quang ho t.
Điều kiện xuất hiện tính quang ho t

một chất: là ph i có yếu tố không trùng vật- nh.

Ví dụ như 2 bàn tay đối x ng nhau qua gương phẳng nhưng không chồng khít lên nhau.
Đồng phân quang học có ch a C bất đối, kí hiệu C* là C mang bốn nguyên tử hay
nhóm nguyên tử khác nhau.
C*a,b,c,d với a khác b khác c khác d.
Ví dụ:

Vậy đối với chất hữu cơ hiện tượng đồng phân quang học đặc trưng cho những phân tử
không trùng với hình nh c a chúng

trong gương.

Khi có 1 C* thì có 2 đồng phân quang học, có 2 cấu hình đối x ng nhau qua mặt phẳng
gương, tương tự ngư i và nh qua gương.
Ví dụ: Glixerandehit CH2OH-CHOH-CHO có 1C* vì nối với 1 nguyên tử hay nhóm
nguyên tử khác nhau –H, -OH, -CH2OH, -CHO.

- Hai d ng (+, -) glixerandehit là những đồng phân quang học c a nhau, chúng chỉ khác
nhau về dấu c a độ quay cực riêng nên được gọi là 2 chất đối quang hoặc enantiome.

13


- Hai chất đối quang có cấu t o hóa học giống nhau, kho ng cách giữa các nguyên tử
trong phân tử giống nhau, chúng chỉ khác nhau về sự phân bố các nguyên tử và nhóm
nguyên tử chung quanh C* nên còn gọi là đồng phân cấu hình (vì sự khác nhau về cấu hình)
hay đồng phân không gian.
- Hỗn hợp 2 chất đối quang c a nhau với số mol bằng nhau gọi là biến thể raxemic. Ví
dụ: (+, -) glixerandehit.
Trong công th c Fischer, nhóm OH t i C * đánh số lớn nhất được phân bố
gọi là D-, còn

bên ph i

bên trái gọi là L-. D viết tắt từ Dextrorotatory: quay ph i, L viết tắt từ

Levorotatory: quay trái.
Khi số nguyên tử C* tăng lên, số đồng phân quang học tăng lên nếu có nC* (không
giống nhau) thì có 2n đồng phân quang học.
1.3.4. S l

c về đ ng phơn c u d ng

Là lo i đồng phân sinh ra do sự quay quanh 1 hay nhiều liên kết đơn (trục liên kết) t o
ra nhiều d ng hình học khác nhau, với thế năng khác nhau. Các cấu d ng này có độ bền
khác nhau về mặt năng lượng, cấu d ng bền có m c năng lượng thấp nhất.
Đồng phân cấu d ng được biểu diễn bằng công th c phối c nh hay Newman.

1.3.4.1. Cấu d ng c a hợp chất m ch h
Đặc trưng cấu d ng c a hợp chất m ch h là cấu d ng che khuất và cấu d ng xen kẽ.
Thông thư ng d ng che khuất kém bền hơn d ng xen kẽ vì các nguyên tử H

2 C gần nhau

đẩy nhau.

Ví dụ: với 1,2-dibromoetan
- Cấu d ng xen kẽ (cấu d ng lệch): bao gồm đối lệch (lệch 180o) và bán lệch (lệch
60o).
Công th c phối c nh:

14


Công th c Newman:

- Cấu d ng che khuất: gồm che khuất toàn phần và bán phần.
Công th c phối c nh:

Công th c Newman:

1.3.4.2. Cấu d ng c a hợp chất m ch vòng
Xét cấu d ng c a xiclohexan : gồm cấu d ng bền và cấu d ng không bền
- D ng bền: là d ng ghế (hình gấp khúc như hình ghế)

- D ng không bền: là d ng thuyền và d ng xoắn

15

1.4. C u trúc electron. Liên kết cộng hóa tr vƠ các liên kết yếu
1.4.1. B n ch t vƠ đặc điểm c a liên kết cộng hóa tr
Trong hoá học vô cơ liên kết ch yếu là liên kết ion, thì trong hoá học hữu cơ liên kết
ch yếu là liên kết cộng hoá trị.
Thuyết cổ điển: Cho rằng khi 2 nguyên tử liên kết với nhau thì mỗi nguyên tử góp 1
electron c a mình, các electron ch y trên 1 quĩ đ o với electron cũ làm nên lớp vỏ khí trơ.
Thuyết hiện đ i: Liên kết cộng hoá trị được t o ra do sự xen ph cực đ i các obitan
nguyên tử (AO) t o nên obitan phân tử (MO).
1.4.1.1. Sự xen ph obitan
Có 2 kiểu xen ph chính:
- Xen ph trục: t o thành liên kết  (liên kết đơn).
Liên kết  được hình thành do sự xen ph trục nằm trên trục nối 2 h t nhân c a 2
nguyên tử đó.

- Xen ph bên: t o liên kết  (liên kết đôi, liên kết ba).
Liên kết  được hình thành nh sự xen ph bên c a 2 obitan p c nh nhau và có trục
song song với nhau (thư ng là 2AOpx hoặc 2AOpy).
Liên kết  kém bền hơn liên kết  nên dễ bị đ t ra trong các ph n ng hóa học.

1.4.1.2. Sự lai hóa obitan
Để gi i thích hóa trị 4 c a cacbon, ngư i ta cho rằng

tr ng thái kích thích 1electron

2s chuyển sang obitan trống 2p.
Tr ng thái cơ b n C có cấu hình: 1s22s22p2
Tr ng thái kích thích: 1s22s22p3
Khi ấy x y ra sự tổ hợp 1 obitan 2s với 1 số obitan 2p gọi là sự lai hóa obitan.

16


Có 3 kiểu lai hóa:
- Lai hóa sp3 (lai hóa t diện). Liên kết đơn.
1AO-s

+ 3AO-p = 4AO-sp3 .

Khi 1 obitan s và 3 obitan p tổ hợp với nhau t o thành 4 obitan lai hóa sp 3. Trục các
obitan này t o góc 109028' và hướng về 4 đỉnh c a 1 t diện đều mà tâm là nguyên tử
cacbon.

Trong các phân tử hợp chất hữu cơ các obitan sp3 sẽ xen ph trục với AO các nguyên
tử khác t o nên liên kết  .
Ví dụ: Xét sự hình thành liên kết  trong phân tử etan.

- Lai hóa sp2 (lai hóa tam giác). Liên kết đôi.
1AO-s

+ 2AO-p = 3AO-sp2

Khi 1 obitan s và 2 obitan p tổ hợp với nhau t o thành 3 obitan lai hóa sp2 có trục nằm
trên một mặt phẳng và t o góc 1200 và hướng về 3 đỉnh c a 1 tam giác mà tâm là nguyên tử
cacbon.

Obitan sp2 sẽ xen ph với AO c a nguyên tử khác t o những liên kết  . Khi ấy

mỗi

cacbon sp2 còn một AO-2p chưa lai hoá và có trục thẳng góc với mặt phẳng ch a các trục
c a 3 obital sp3, AO này sẽ xen ph bên với AO-2p c a nguyên tử C khác t o liên kết  .
Tập hợp gồm 1 liên kết  và 1 liên kết  giữa 2 nguyên tử t o thành liên kết đôi.

17


Ví dụ: etylen

- Lai hóa sp (lai hóa đư ng thẳng). Liên kết ba.
1AO-s

+ 1AO-p = 2AO-sp

Khi 1 obitan s và 1 obitan p tổ hợp với nhau t o thành 2 obitan lai hóa sp có trục nằm
trên 1 đư ng thẳng và t o góc 1800

- 2AO-sp xen ph trục với AO c a 2 nguyên tử khác t o liên kết  với góc hoá trị
1800. Còn 2 AO-2p chưa lai hoá có trục thẳng góc với nhau và cùng thẳng góc với trục đối
x ng chung c a 2 AO-sp, sẽ xen ph bên với 2AO chưa lai hoá c a nguyên tử khác t o 2
liên kết  . Tập hợp gồm 2 liên kết  và 1 liên kết  giữa 2 nguyên tử t o thành liên kết ba.
Ví dụ: axetilen

1.4.1.3. Một số đặc điểm c a liên kết cộng hóa trị
a. Năng lượng liên kết
H < 0: To nhiệt : Năng lượng to ra khi hình thành phân tử từ các nguyên tử (t o

liên kết).
H > 0: Thu nhiệt: Phân tử bị phá vỡ (liên kêt bị đ t).

18


Ta phân biệt năng lượng liên kết là những giá trị trung bình không tính đến phần còn
l i c a phân tử sau khi làm đ t 1 liên kết, còn năng lượng phân li liên kết là đ i lượng đặc
trưng cho sự phân cắt 1 liên kết nhất định c a một phân tử cụ thể.
Ví dụ: Metan




CH 4  4H C , H  1659KJ / mol


Năng lượng liên kết C – H là 1659 : 4 = 415 KJ/mol.
Năng lượng phân li liên kết: không bằng nhau

CH 3  H  CH 3  H , H  435KJ / mol
CH 2  H  CH 2  H , H  433KJ / mol
CH  H  C H  H , H  433KJ / mol


C H  C  H  , H  338KJ / mol


b. Độ dài liên kết - dA-B
Kho ng cách giữa 2 h t nhân c a 2 nguyên tử liên kết với nhau được gọi là độ dài liên
kết.
Ví dụ: liên kết

d

C -C

C=C

C

C

1,54A0

1,34A0

1,20A0

- Một cách gần đúng tính dA-B từ các bán kính cộng hoá trị rA và rB : dA-B = rA + rB
- Nhìn chung bậc c a liên kết (đơn, đôi hoặc ba) càng tăng thì liên kết càng ngắn; đối
với liên kết đơn giữa C với nguyên tử khác, d gi m khi tăng tỉ lệ s trong AO lai hoá: sp3 >
sp2 > sp.
1.4.2. Liên kết hiđro
1.4.2.1. Khái niệm
Liên kết hiđro (biểu thị bằng 3 dấu chấm) là một liên kết yếu xuất hiện giữa nguyên tử
H và nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có tính âm điện như O, N, F...trong đó có ít nhất một
nguyên tử có cặp electron chưa sử dụng (tự do) nh tương tác tĩnh điện yếu kho ng 20-25
KJ/mol






X  H ...Y

19


Liên kết cộng

Liên kết hidro

hóa trị phân cực
Trong đó X, Y là O, N, F. Liên kết cộng hóa trị X-H càng phân cực và kh năng
như ng electron c a Y càng lớn thì liên kết hidro càng bền.
1.4.2.2. Phân lo i
- Liên kết hidro liên phân tử : trư ng hợp 2 phân tử riêng lẻ, có thể giống nhau hoặc
khác nhau.

- Liên kết hidro nội phân tử: trong cùng một phân tử

1.4.2.3. nh hư ng c a liên kết hidro đến tính chất vật lý
Sự có mặt c a liên kết hidro nh hư ng đến tính chất vật lý và hoá học như nhiệt độ
nóng ch y, nhiệt độ sôi, mômen lưỡng cực, lực axit bazơ, ...
- Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng ch y: Nếu phân tử có liên kết hidro liên phân tử thì
nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng ch y đều tăng vì các phân tử đó bị ràng buộc với nhau thành
phân tử lớn hơn so với những chất có phân tử khối tương đương mà không có liên kết hidro
hoặc chỉ có liên kết hidro nội phân tử.
- Độ tan: Nếu có liên kết hidro xuất hiện giữa phân tử chất tan với phân tử nước hoặc
dung môi nào khác thì độ tan c a chất đó sẽ lớn hơn nhiều so với chất tương tự mà không
t o liên kết hidro. Ví dụ: glucozo, saccarozo, ...đều tan tốt trong nước.

- Độ bền: Sự có mặt c a liên kết hidro nội phân tử làm cho phân tử bền vững hơn.
1.4.3. Lực hút Vanderwaals

20


Giữa các phân tử cộng hoá trị luôn luôn có lực tương tác, ngay c đối với phân tử
không phân cực, lo i tương tác này là lực hút Vanderwaals.
Những lực Vanderwaals đó xuất hiện do sự chuyển động không ngừng c a các electron
và sự dao động c a các h t nhân gây nên những lưỡng cực nhất th i.
- Lực hút Vanderwaals tăng theo độ lớn c a phân tử (tăng theo phân tử khối M).Trong
1 dãy đồng đẳng, ví dụ ankan, nhiệt độ sôi tăng dần khi số nguyên tử C trong phân tử tăng.
- Lực hút Vanderwaals còn phụ thuộc hình d ng không gian 3 chiều c a phân tử
Ví dụ: Độ phân nhánh càng cao, phân tử càng cồng kềnh và càng gần với d ng cầu nên
m c tiếp giáp nhau gi m nên lực hút giữa các phân tử yếu đi.
1.5. Hi u ng c u trúc
Nh có thuyết cấu t o hóa học, ngư i ta thấy rằng giữa các nguyên tử trong phân tử có
nh hư ng qua l i với nhau, ta phân biệt 2 lo i nh hư ng: trực tiếp và gián tiếp
-

nh hư ng trực tiếp: Do độ âm điện c a các nguyên tử, đó là kh năng hút electron

c a các nguyên tử trong phân tử về phía mình.
-

nh hư ng gián tiếp: Độ âm điện c a nguyên tử không chỉ gây nên sự phân cực c a

nó với nguyên tử bên c nh mà còn gây nên sự phân cực c a các liên kết

xa nó. Đó là nh

hư ng gián tiếp, nh hư ng ấy gọi là hiệu ng electron gồm: hiệu ng c m ng, hiệu ng
liên hợp và hiệu ng siêu liên hợp. Bên c nh các hiệu ng electron là phổ biến, còn có hiệu
ng không gian, mà nguyên nhân là do kích thước tương đối lớn c a nguyên tử hay nhóm
nguyên tử nào đó.
1.5.1. Hi u ng c m ng
1.5.1.1. Khái niệm
Hiệu ng c m ng là sự phân cực các liên kết lan truyền liên tiếp theo trục các liên kết
do tác dụng hút hoặc đẩy electron c a 1 nguyên tử hay nhóm nguyên tử gây ra.
1.5.1.2. Phân lo i và qui luật biến thiên
Tuỳ theo tính chất c a nhóm gây hiệu ng c m ng ngư i ta phân 2 lo i:
- Hiệu ng c m ng âm: -I.
- Hiệu ng c m ng dương: +I.
a. Hiệu ng c m ng âm (–I)
Những nguyên tử có độ âm điện lớn hơn độ âm điện C: khi đính với C đều là những
nhóm hút eletron t c là gây hiệu ng –I.

21


Độ lớn c a hiệu ng c m ng âm -I tăng theo độ âm điện c a nguyên tử hoặc nhóm
nguyên tử gây ra hiệu ng đó. Ví dụ:
-I < -Br < -Cl < -F
-NH2 < -OH < -F
Các nhóm không no đều là các nhóm hút eletron theo hiệu ng c m ng và độ lớn c a
hiệu ng –I cũng tăng theo độ âm điện c a các nhóm đó. Ví dụ:
-C=C < -C=N < -C=O.
- Các nhóm mang điện (+) có hiệu ng –I
b. Hiệu ng c m ng dương (+I)
Hiệu ng + I được gây ra do nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử đẩy eletron. Ví dụ: các

gốc hiđrocacbon no đều có hiệu ng +I, hiệu ng này tăng theo bậc c a gốc đó.
-CH3 < -CH2-CH3 < -CH(CH3)2 < -C(CH3)3
- Các nhóm mang điện (-) có hiệu ng +I.
- Các nhóm có hiệu ng -I sẽ làm tăng lực axit, ngược l i các nhóm có hiệu ng +I sẽ
làm gi m lực axit.
Ví dụ:

H–COOH

CH3-COOH C2H5COOH

Ka (250C) 1,72.10-4

1,76.10-5

1,34.10-5

(CH3)3C-COOH
9,4.10-6

Đặc điểm c a hiệu ng c m ng: gi m rất nhanh khi m ch cacbon truyền hiệu ng đó
kéo dài.
Ví dụ: CH2ClCH2CH2COOH < CH3CHClCH2COOH
Ka

2,96

8,9

1.5.2. Hi u ng liên h p (C)

1.5.2.1. Hệ liên hợp
Là hệ các liên kết đơn xen kẽ liên kết đôi; các electron 
các electron 

liên kết bội này xen ph với

liên kết bội khác thì gọi là sự liên hợp   

Ví dụ: CH2=CH-CH=CH2 : hệ liên hợp   
- Khi 1 liên kết bội

cách 1 AOp (1 nguyên tử còn 1 cặp eletron tự do) thì t o được hệ

liên hợp p-  .
Ví dụ: CH2=CH-CH=CH-N(CH3)2 : hệ liên hợp p- 
Hệ liên hợp khá bền do các eletron gi i to không định cư t i vị trí nhất định.
1.5.2.2. Khái niệm hiệu ng liên hợp

22


Là sự phân cực lan truyền các eletron trong hệ liên hợp khi có sự dịch chuyển eletron
 hoặc e-p nào đó trong hệ.

Ví dụ: CH2=CH-CH=CH-CHO: Nhóm –CHO hút electron  nên làm các liên kết bị
phân cực.
CH2 = CH – CH = CH2: không có hiệu ng liên hợp vì các electron  phân bố đều.
1.5.2.3. Qui luật và phân lo i
a. Hiệu ng liên hợp dương (+C)
Các nhóm gây hiệu

ng +C nói chung đều có cặp eletron tự do trong hệ p- 

tham gia chuyển dịch eletron về phía liên kết  . Các nhóm gây hiệu ng +C thư ng có c I.
Ví dụ:

O,S,  OH,  OR,  SH,  SR,  N H 2 , NH  CO  CH 3
F,Cl,Br, I

- Qui luật:
+ Hiệu ng +C gi m khi độ âm điện tăng: -NH2 > -OH > -F và gi m khi kích thước
nguyên tử tăng: -F > -Cl > -Br > -I.
+ Nguyên tử mang điện tích âm có hiệu ng +C lớn hơn chính nguyên tử đó.
b. Hiệu ng liên hợp âm (-C)
Các nhóm chưa no Z có hiệu ng –C.
Ví dụ: Z: -NO2, -CN, -CHO, -COOH, …
- Quy luật: Hiệu ng -C tăng:
+ Khi độ âm điện tăng: -C=O > -C=NH2>-C=CH2
+ Khi Z mang điện tích dương
+ Khi Z tham gia liên kết bội tăng: -NO2 > -C  N > -C = O > -COOR
ng dụng c a hiệu ng C và I:
- So sánh gi i thích tính axit, bazơ.
- Gi i thích cơ chế ph n ng cộng Markonhicop.
- Định hướng ph n ng thế trên nhân benzen.
1.5.3. Hi u ng siêu liên h p
- Hiệu ng electron do tương tác giữa electron c a liên kết  với electron c a liên kết
 (c a nối đôi hoặc nối 3).

23

- Nhóm –CH3 đã gây hiệu ng siêu liên hợp đẩy electron (hiệu ng siêu liên hợp
dương): +H. Hiệu ng +H sẽ yếu đi khi gi m bớt số liên kết C-H.
-CH3 > -CH2-CH3 > -CH(CH3)2
- Hiệu ng siêu liên hợp âm -H c a các liên kết –C-F. Ví dụ:

1.6. Ph
1.6.1. Ph

ng pháp xác đ nh c u trúc phơn t h p ch t h u c
ng pháp hóa h c

Phương pháp hóa học xác định cấu trúc phân tử hữu cơ gồm ba nội dung chính:
- Phân tích nhóm ch c (định tính và định lượng số nhóm ch c) bằng các ph n ng đặc
trưng.
- Phân cắt gốc hidrocacbon thư ng bằng các ph n ng phá vỡ phân tử thành các phân
tử nhỏ hơn có cấu trúc đã biết, rồi tổ hợp các dữ kiện thu được.
- Tổng hợp hợp chất được kh o sát xuất phát từ các chất quen thuộc.
Thí dụ đơn gi n là etanol C2H6O. Để nhận ra nhóm OH có thể dùng ph n ng với Na
(gi i phóng khí hidro), để định lượng nhóm OH ta cũng có thể dùng ph n ng đó (dựa theo
thể tích khí hidro sinh ra) hoặc ph n ng với anhidrit axetic (theo số mol anhidrit cần dùng)
hoặc suy từ số nguyên tử oxi trong phân tử.
1.6.2. Ph

ng pháp v t lí

Các phương pháp vật lí kh o sát chất hữu cơ có nhiều ưu điểm:
- Có kh năng cung cấp những thông tin phong phú và chính xác về cấu trúc phân tử.
- Cho kết qu nhanh chóng.
- Chỉ tốn lượng rất nhỏ chất mẫu và nhiều khi còn thu hồi được chất mẫu

- Có thể ghi được kết qu nh các thiết bị tự động hóa, ...
Sau đây là một số nhóm phương pháp vật lí:

24