Giáo trình Hóa hữu cơ (Dành cho cao đẳng dược)

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

 

GIÁO TRÌNH

HĨA HỮU CƠ
Đối tượng: Dược cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)

Năm học: 2018 – 2019


MỤC LỤC
Trang

Bài 1. CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ ......................................................... 1
Bài 2. ĐỒNG PHÂN HỌC ............................................................................. 4
Bài 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ HỢP CHẤT HỮU CƠ................... 24
Bài 4. HYDROCARBON MẠCH HỞ ........................................................... 30
BÀI 5. HYDROCARBONCYCLANIC VÀ DẪN XUẤT............................... 54
BÀI 6. HỢP CHẤT AMIN ........................................................................... 58
BÀI 7. ALCOL – PHENOL .......................................................................... 68
BÀI 8. ALDEHYD – CETON – QUINON..................................................... 79
BÀI 9. ACID CARBOXYLIC VÀ DẪN XUẤT ............................................ 91
BÀI 10. HỢP CHẤT DỊ VÒNG .................................................................. 101
PHẦN THỰC HÀNH ................................................................................. 121


Bài 1.

CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ
1. Cách biểu diễn công thức cấu tạo hợp chất hữu cơ
Công thức cấu tạo phẳng biểu diễn cấu trúc của phân tử quy ước trên một mặt
phẳng, thường là mặt phẳng giấy.
1.1. Công thức Lewis
Công thức Lewis biểu diễn các liên kết giữa các phân tử hay số electron hoá trị
của mỗi nguyên tử bằng số electron. Số electron là bằng tổng electron của các nguyên
tử đóng góp vào và các nguyên tử có xu hướng tạo trạng thái electron lớn nhất có thể
có để có vịng electron bền vững của khí trơ.
Ví dụ:

Các cơng thức có thể mang điện tích, thường gọi là điện tích hình thức hay quy
ước:

Khi những tiểu phân khơng có đủ vịng bát tử thì thường đó là những tiểu phân
trung gian khơng bền, có khả năng phản ứng cao và trong phản ứng có xu hướng
nhanh tạo thành cấu trúc electron bát tử.

Ưu điểm: Dễ kí hiệu, cho thấy được bản chất của q trình phân tích.
Nhược điểm: Phức tạp cho quá trình biểu diễn, dễ gây sai sót. Trong một số
trường hợp khơng biểu diễn được.
1.2. Công thức Kekule
Để đơn giản trong cách biểu diễn của Lewis, người ta quy ước biểu diễn các
liên kết trong phân tử bằng vạch ngang thay cho cặp electron liên kết.

1


Ví dụ:

Trong các hợp chất có mang điện tích cũng có thể thay thế kiên kết bằng mũi
tên từ chất cho tới chất nhận:

Để đơn giản trong cách biểu diễn cơng thức, có thể ẩn các gạch liên kết, ẩn một
phần hay toàn phần tuỳ thuộc vào yêu cầu cách biểu diễn, đồng thời cũng bỏ qua các
cặp electron không liên kết, gọi là công thức rút gọn:
CH3CH2 CH3 , CH3 – CH2 – CH3 , CH3CH2CH2 – H
Ngoài ra, một chất có thể biểu diễn dưới nhiều dạng cơng thức, chẳng hạn:

Ưu điểm: Khắc phục nhược điểm của công thức Lewis, đơn giản và phản ánh
thật bản chất của liên kết.
Nhược điểm: Khơng thấy sự góp chung electron. Trong trường hợp phân cắt dị
ly thì khơng thấy được hiện tượng.
Chú ý: Trong một số trường hợp đặc biệt các hợp chất hữu cơ mạch vịng, người
ta thường khơng biểu diễn kí hiệu của các nguyên tử cacbon và hidro.
2. Danh pháp hợp chất hữu cơ
Có 4 loại danh pháp chủ yếu:
2.1. Danh pháp thông thường
Là tên được gọi theo nguồn gốc thu nhận được chất đó, theo tên của người tìm ra
nó hay ý muốn của người tìm ra nó, theo phương pháp thu nhận được chất đó.
Ví dụ: Axit fomic: HCOOH (Fomica: Kiến)
Axit axetic: CH3COOH (Acetus: Giấm)
Mentol: C10 H20 O (Mentha piperita: Bạc hà)
2


2.2. Danh pháp hợp lý
Lấy tên của một hợp chất hữu cơ làm tên gọi đầu sau đó gọi tên của các hợp chất
hữu cơ khác tương tự theo tên của các chất hữu cơ đầu.
Ví dụ:

Nhược điểm: Đối với các hợp chất phức tạp thì khơng thể gọi tên được.
2.3. Danh pháp thương mại
Là tên của các hợp chất hoá học hữu cơ được sử dụng trên thị trường do các hãng
sản xuất đặt tên.
Ví dụ: Các loại thuốc nhộm: Rongalit C (NaHSO2.CH2 O.2H2O): dùng để in
hoa Rongal P (Dẫn xuất của axit sunfonic): dùng để nhuộm huyền phù.
2.4. Danh pháp IUPAC (Hiệp hội hoá học quốc tế: International Union
Pine And Applycation Chemistry)
Tên gốc - chức
TÊN PHẦN GỐC

TÊN PHẦN ĐỊNH CHỨC

Ví dụ:
CH3 CH2 –
Cl clorua
Etyl
Tên thay thế

CH3 CH2 –O– COCH3
Etyl axetat

CH3CH2 –O– CH3
Etyl metyl ete

- Tên không đầy đủ:
TÊN
THẾ

PHẦN

TÊN MẠCH CACBON CHÍNH

TÊN PHẦN ĐỊNH CHỨC

(bắt buộc phải có)

(bắt buộc phải có)

(có thể khơng có)

Ví dụ:
H3C – CH3
Etan

H3C – CH2 Cl
Cloetan

H2C= CH2
Etan

3


- Tên nhóm thế:
Các nguyên tử của các nguyên tố thì gọi tên theo từng nguyên tố:
-OH

:

Hiđroxyl

-OR

:

Ancoxyl

CH3 O-

:

Metoxyl

C6H5O-

:

Phenolxyl

CH3 CO-

:

Axetyl

C6H5-

:

Phenyl

C6H5CH2- :

Benzyl

-NO2

:

Nitro

-NH2

:

Anmino

-CN

:

Nitryl

-SH

:

Mecaptan

-SO3 H

:

Sunfonic

R-

:

Ankyl

2.4.1. Chọn mạch chính:
Chọn mạch cacbon dài nhất chứa các nguyên tử cacbon liên kết cacbon làm mạch
chính. Chọn một nhóm chức có độ ưu tiên nhất làm nhóm chức chính, các chức cịn
lại là phần thế.
Độ ưu tiên nhóm chức:
-COOH > -COO- > -CHO > -CO- >-OH >-NH2 > -O2.4.2. Đánh số thứ tự:
Ta đánh số thứ tự từ bên phải sang bên trái hoặc trái qua sao cho tổng các chỉ số
của các nhóm thế là nhỏ nhất. Trường hợp khi đánh số từ đầu này đến đầu kia mà thu
được một số dãy chỉ số của các nhóm mạch nhánh khác nhau thì phải sắp xếp chúng
lại theo thứ tự tăng dần. Dãy có tổng các chỉ số nhỏ nhất được xem là dãy có chỉ số
đầu nhỏ nhất.
Ví dụ:

* Tên phần định chức: An, en, in, ol, al, on, oic…
4

 Tên đầy đủ: Cấu hình + dấu quang hoạt + tên gọi không đầy đủ
Để gọi tên hợp chất hữu cơ, cần thuộc tên các số đếm và tên mạch cacbon như sau:
SỐ ĐẾM
1: mono

MẠCH CACBON CHÍNH
C

met

2: đi
3: tri
4: tetra
5: penta
6: hexa

C–C
C–C–C
C–C–C–C
C–C–C–C–C
C – C –C – C – C – C

et
prop
but
pent
hex

7: hepta
C–C–C–C–C–C–C

8: octa
C–C–C–C–C–C–C–C
9: nona
C–C–C–C–C–C–C–C–C
10: deca
C–C–C–C–C–C–C–C–C–C
3. Phân loại các hợp chất hữu cơ

hep
oct
non
dek

Hợp chất hữu cơ được phân thành hidrocacbon và dẫn xuất
hidrocacbon.

của

- Hidrocacbon là những hợp chất được tạo thành từ hai nguyên tố C và H.
Gồm 3 loại:
+ Hidrocabon no (Ankan): CH4, C2H6
+ Hidrocacbon không no gồm anken: C2 H4 và ankin: C2H2
+ Hidrocacbon thơm (Aren): C6H6
- Dẫn xuất của hidrocacbon là những hợp chất mà trong phân tử ngồi C, H ra
cịn có một hay nhiều ngun tử của các nguyên tố khác như O, N, S, halogen…bao
gồm: dẫn xuất halogen như CH3Cl, ancol như: CH3OH, axit như: CH3COOH,…

5

Bài 2.

ĐỒNG PHÂN HỌC
Các hợp chất hữu cơ được cấu tạo theo một trật tự xác định. Công thức phân tử
cho biết thành phần và số lượng nguyên tử có trong một phân tử. Công thức cấu tạo
phản ảnh bản chất và thứ tự sắp xếp các liên kết trong phân tử. Một cơng thức phân tử
có thể có nhiều công thức cấu tạo khác nhau hoặc những chất khác nhau.
Hiện tượng một công thức phân tử ứng với hai hoặc nhiều công thức cấu tạo
khác nhau được gọi là hiện tượng đồng phân (isomery).
Thuật ngữ isomery xuất phát từ tiếng Hy Lạp "isos" có nghĩa là "cùng" và
"meros"có nghĩa là "phần".
Dựa vào đặc điểm cấu trúc người ta chia thành 2 loại đồng phân: đồng phân
phẳng và đồng phân lập thể (đồng phân không gian)
1. ĐỒNG PHÂN PHẲNG
Các nguyên tử và nhóm nguyên tử trong phân tử chất hữu cơ đều cùng nằm trong
một mặt phẳng. Các đồng phân chỉ khác nhau về vị trí và thứ tự liên kết giữa các
nguyên tử tạo thành phân tử. Đồng phân phẳng có các loại sau:
1.1. Đồng phân mạch carbon
Có mạch carbon sắp xếp khác nhau. Mạch thẳng hoặc phân nhánh.

1.2. Đồng phân vị trí nhóm định chức
Nhóm định chức trên mạch carbon ở các vị trí khác nhau. Dùng các chữ số chỉ vị
trí nhóm chức trên mạch chính của mạch carbon.

6


1.3. Đồng phân nhóm chức
Có nhóm chức khác nhau.

1.4. Đồng phân liên kết
Các nguyên tử trong phân tử có cách liên kết khác nhau

2. ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ - ĐỒNG PHÂN KHƠNG GIAN
Đồng phân lập thể hay cịn gọi là đồng phân khơng gian có cùng cơng thức cấu
tạo nhưng khác nhau về sự phân bố không gian (phân bố lập thể) của các nguyên tử
hay nhóm nguyên tử trong phân tử. Tính chất và phản ứng của các chất hữu cơ liên
quan chặt chẽ với sự phân bố không gian của các nguyên tử trong cấu trúc của chúng.
Có các loại đồng phân khơng gian:
Đồng phân hình học
Đồng phân quang học
Đồng phân cấu dạng
2.1. Đồng phân hình học
2.1.1. Cấu tạo và danh pháp đồng phân hình học
Có thể biểu diễn công thức của ethylen theo dạng không gian:

7


Sự phân bố của các nguyên tử hydro nằm về 2 phía của mặt phẳng chứa liên kết
π (mặt phẳng π). Các nguyên tử carbon không thể quay tự do xung quanh liên kết δ
được vì sự cản trở của mặt phẳng π. Nếu thay thế các nguyên tử hydro của etylen bằng
các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau thì sự phân bố khơng gian của chúng
so với mặt phẳng π sẽ khác nhau.
Sự phân bố về 2 phía của mặt phẳng cũng thường gặp trong hợp chất vịng.

Sự phân bố khơng gian của các ngun tử hay nhóm ngun tử về 2 phía của mặt
phẳng π hay mặt phẳng của vòng làm xuất hiện một loại đồng phân. Đó là đồng phân
hình học.
Đồng phân hình học là những hợp chất có cùng cơng thức phân tử nhưng có vị

trí khơng gian của các ngun tử hay nhóm nguyên tử khác nhau đối với mặt phẳng π
hoặc mặt phẳng của vịng.
2.1.2. Phân loại đồng phân hình học
− Có 2 loại đồng phân hình học: Đồng phân cis và đồng phân trans.
+ Dạng cis để chỉ đồng phân có 2 nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử giống nhau ở
cùng một phía đối với mặt phẳng π hay mặt phẳng vịng.
+ Dạng trans chỉ đồng phân có 2 ngun tử hoặc nhóm ngun tử ở khác phía với
mặt phẳng π hay mặt phẳng vịng.
Có cơng thức tổng qt sau: abC=Cab, abC=Cac (a ≠ b, a>b)

Cis

Trans

Cis

Trans
8


Ví dụ:

Cis

trans

Acid maleic

Acid fumaric

Cis

trans

Trường hợp hợp chất có dạng tổng qt abC =Ccd cũng có đồng phân hình
học với a,b,c, d là những ngun tử hay nhóm thế hồn tồn khác nhau về " độ lớn ".
− Sự phân bố khơng gian các nhóm thế lớn về một phía ta có đồng phân Z và
khác phía ta có đồng phân E. Z và E là những chữ đầu của Zusammen (cùng phía) và
Eintgegen (khác phía).Nếu a > b, c > d.

Z

E

Ví dụ:
1-bromo 1-iodo 2-cloro ethylen

Z

E
I > Br > Cl > H Vì thế I > Br ; Cl > E

− Nguyên tắc xác định “độ lớn” của nguyên tử và nhóm nguyên tử:
+ Nguyên tử có số thứ tự trong bảng tuần hồn càng lớn thì độ lớn của nó
càng lớn
9


I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H
-CH2Cl > -CH2OH > -CH2CH3

+ Nếu trong một nhóm nguyên tử có một ngun tử liên kết với nối đơi, nối ba
thì xem như nguyên tử đó có 2 lần, 3 lần liên kết với nguyên tử kia.
Cho nên:

-COOCH3 > -COOH > -CONH2 > -COCH3 > -CHO
-C≡N > -C6H5 > -C≡CH > -CH=CH2
Số đồng phân hình học tăng lên nếu phân tử có nhiều liên kết đơi
Ví dụ: Phân tử 1,4-diphenyl-1, 3-butadien có 3 đồng phân hình học

Trans, cis

Trans, Trans

Cis, cis

Cis, trans

10


Đồng phân hình học trong các hợp chất vịng

− Các trường hợp khác về đồng phân hình học.
Đồng phân hình học trong hệ thống ethylen phức tạp

Đồng phân hình học trong hợp chất có nối đơi C=N và N =N

Chú ý: Các thuật ngữ trans, cis, E, Z, anti và syn là các hệ thống danh pháp để
gọi tên các đồng phân hình học.
2.1.3. Tính chất của các đồng phân hình học

Do sự khác nhau về khoảng cách giữa nhóm thế và mức độ án ngữ không gian,
hai đồng phân hình học có nhiều tính chất lý -hóa khác nhau.
• Tính chất vật lý
− Nhiệt độ nóng chảy (t°nc) : Đồng phân trans (E, anti ) có nhiệt độ nóng chảy
cao hơn đồng phân cis (Z, syn).
− Nhiệt độ sôi (t°s): Đồng phân trans (E, anti ) có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ
sôi của đồng phân cis (Z, syn) .
− Momen lưỡng cực: Tuỳ thuộc vào bản chất của các nhóm thế phân bố chung
quanh liên kết đơi hoặc vịng, momen lưỡng cực các đồng phân hình học có khác nhau.
Nếu hợp chất có dạng aCH =CHa thì momen lưỡng cực của đồng phân E (trans) bằng
không àE = 0 và momen lưỡng cực của đồng phân Z (cis) lớn hơn không àZ > 0.
11


Hợp chất có dạng aCH =CHb : Nếu a và b cùng có bản chất điện tử (nghĩa là a và
b đều cùng hút hoặc cùng đẩy điện tử thì àZ > àE Nếu a và b khác nhau về bản chất
điện tử (a hút điện tử còn b đẩy điện tử hoặc ngược lại) thì àE > àZ.
Chú ý: Xác định momen lưỡng cực theo nguyên tắc hình bình hành có thể minh
họa như sau:

Bảng 3.1. Tính chất vật lý của một số đồng phân hình học

Nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ sôi

Momen lưỡng cực

Trans (E
)

Cis (Z)

Trans(E
)

Cis (Z)

Trans(E
)

Cis (Z)

-500 C

-80,5 0C

48,4 0C

60,2 0C

0D

2,95D

68,0 0C

134 0C

p-O2NC6 H5CH=CHNO2

0,5D

7,4D

CH3CH=CHCl

2,0D

1,7D

Hợp chất

ClCH=CHCl
PhCH=CHCOOH

+ Độ bền:
Đồng phân trans bền hơn đồng phân cis về nhiệt độ. Dưới tác dụng của nhiệt độ
đồng phân cis có thể chuyển thành đồng phân trans.
Sự chuyển đổi cis → trans

12


Các giá trị phổ tử ngoại, phổ hồng ngoại của các đồng phân hình học cũng khác
nhau.
• Tính chất hóa học
Đồng phân cis dễ tham gia một số phản ứng loại nước, tạo vòng

2.2. Đồng phân quang học

Đồng phân quang học là những chất hóa học có tác dụng quay mặt phẳng ánh
sáng phân cực.
Chất có tác dụng với ánh sáng phân cực là chất quang hoạt
• Ánh sáng tự nhiên
Theo lý thuyết về ánh sáng thì ánh sáng tự nhiên gồm nhiều sóng điện từ có
vectơ điện trường hướng theo tất cả các hướng trong không gian và thẳng góc với
phương truyền sóng.

Ánh sáng phân cực, mặt phẳng ánh sáng phân cực
Khi cho ánh sáng tự nhiên đi qua lăng kính Nicon hoặc một chất phân cực nào đó
(như HgS, KClO3....) thì các vectơ điện trường sẽ hướng theo một phương dao động
xác định và vng góc với phương truyền sóng. Ánh sáng đi ra khỏi chất phân cực gọi
là ánh sáng phân cực. Mặt phẳng ánh sáng phân cực (mặt phẳng phân cực) là mặt
phẳng vng góc với phương dao động của ánh sáng phân cực.

13


• Chất quang hoạt (chất hoạt động quang học)
Khi cho ánh sáng phân cực qua dung dịch chất hữu cơ hoặc một chất nào đó, nếu
chất này làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực một góc có giá trị +α hoặc - α thì gọi
chất đó là chất quang hoạt (chất hoạt động quang học).

Để đặc trưng khả năng quang hoạt của một hợp chất quang hoạt người ta dùng
đại lượng quay cực riêng hay còn gọi là năng suất quay cực riêng và ký hiệu là [α].

Trong đó:
α là góc quay cực xác định trên máy phân cực kế, có thể có 2 giá trị ± α
Gía trị +α chỉ mặt phẳng phân cực quay phải.
Gía trị -α chỉ mặt phẳng phân cực quay trái.

L bề dày lớp chất quang hoạt mà ánh sáng phân cực đi qua đơn vị tính là dm.
C là số gam chất hịa tan trong 100ml dung mơi.
ở là bước sóng của ánh sáng.
t° là nhiệt độ đo.
Như vậy tính quang hoạt của một chất là tính chất của phân tử gắn liền với cấu
trúc phân tử. Sự phân bố không gian làm cho cấu tạo phân tử trở thành không đối xứng
là nguyên nhân chủ yếu gây ra đồng phân quang học.
2.2.1. Phân tử có ngun tử carbon khơng đối xứng
2.2.1.1. Phân tử có nguyên tử carbon bất đối xứng
Nếu nguyên tử carbon liên kết trực tiếp với 4 nguyên tử hoặc 4 nhóm ngun tử
hồn tồn khác nhau thì gọi là carbon không đối xứng (bất đối xứng, phi đối xứng).
14


a,b,c, d là các nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác nhau. Carbon không đối xứng ký
hiệu là C*. Phân tử có carbon khơng đối xứng thì khơng có các yếu tố đối xứng (mặt
phẳng đối xứng, tâm đối xứng và trục đối xứng) và phân tử có đồng phân quang học.
Ví dụ: Acid lactic có một carbon bất đối xứng CH3*CH(OH)COOH.
Nếu xem mơ hình tứ diện của acid lactic là một vật thật thì ảnh của nó qua gương
là một vật thể thứ hai. Vật và ảnh không bao giờ trùng khít lên nhau khi quay vật hay
ảnh chung quanh mặt phẳng một góc 180°.

ảnh và gương là hai đồng phân quang học của nhau, có cấu tạo hồn toàn giống
nhau, chỉ khác nhau là nếu vật quay mặt phẳng ánh sáng phân cực một góc +α thì ảnh
quay mặt phẳng phân cực một góc -α .
Quan hệ giữa phân tử (vật) và ảnh gương của nó như bàn tay phải và bàn tay trái.
Vật và ảnh không trùng lên nhau (chirality).
Hai đồng phân vật và ảnh là 2 đối quang (2 chất nghịch quang).
2.2.1.2. Phân tử có một nguyên tử carbon bất đối xứng
Các đồng phân đối quang (enantiomer, gốc từ tiếng Hy Lạp enantio là ngược

chiều) có khoảng cách giữa các nguyên tử trong phân tử như nhau. Chúng đồng nhất
về các tính chất vật lý, chỉ khác nhau về sự tương tác với ánh sáng phân cực.
Hợp chất có một ngun tử carbon khơng đối xứng có 2 đồng phân quang học.
Một đồng phân quay mặt phẳng phân cực bên phải với góc (+α) gọi là đồng phân
quay phải (+) hay là đồng phân hữu tuyền (còn gọi là đồng phân d =dextrogyre).
Một đồng phân quay mặt phẳng phân cực về bên trái (-α) gọi là đồng phân quay
trái (-) hay là đồng phân tả tuyền (trước đây gọi là đồng phân l = levogyre).

15


Nếu trộn những lượng bằng nhau của 2 chất đối quang (50% đồng phân quay
phải và 50% đồng phân quay trái) sẽ được một hỗn hợp khơng có khả năng quay mặt
phẳng ánh sáng phân cực. Hỗn hợp đó gọi là biến thể racemic ký hiệu là ( ± ).
Để thuận tiện khi biểu diễn các đồng phân quang học, người ta biểu diễn cơng
thức theo hình chiếu Fischer (xem mục đồng phân cấu dạng) như sau:
Các đồng phân quang học của acid lactic
2.2.1.3. Phân tử có nhiều nguyên tử carbon bất đối xứng
Hợp chất có nhiều carbon bất đối xứng thì số dồng phân quang học tăng lên.
Trong phân tử, các nguyên tử carbon bất đối xứng có cấu tạo khác nhau thì số
đồng phân quang học là 2n ; n là số nguyên tử carbon bất đối xứng.
Ví dụ: Monosachcarid C6H12O6 với 4 nguyên tử carbon bất đối xứng có 24 = 16
đồng phân quang học . D - Glucose là một trong 16 đối quang đó.

Phân tử acid 2,3-dihydroxybutyric có 2 nguyên tử carbon bất đối xứng nên có 4
đồng phân quang học. Có thể minh họa các đồng phân đó như sau:
Các đồng phân quang học của 2,3- dihydroxybutyric

I và II là 2 đối quang, III và IV là 2 đối quang với nhau.
Còn I và III, I và IV, II và III, II và IV là các cặp đồng phân quang học không đối

quang với nhau (diastereoisomer).

16


Trong phân tử, những nguyên tử carbon có cấu tạo giống nhau (tương đương
nhau) làm cho phân tử có mặt phẳng đối xứng trong phân tử thì số đồng phân quang
học sẽ ít hơn 2n và có thêm đồng phân meso.
Ví dụ: Phân tử acid tartaric có 2 ngun tử carbon bất đối xứng giống nhau nên
chỉ có 2 đồng phân quang học và một đồng phân meso. Có thể minh họa như sau:

Trong đó:
I và II là 2 đối quang (2 đồng quang học). III và IV có mặt phẳng đối xứng trong
phân tử nên chúng không quay mặt phẳng phân cực, chúng khơng có tính quang hoạt.
Người ta gọi đó là đồng phân meso.
Chú ý: III và IV chỉ là một cơng thức.
Có thể giải thích số đồng phân trong các trường hợp số carbon bất đối xứng có
cấu tạo khác nhau và giống nhau như sau: Carbon bất đối xứng có cấu tạo khác nhau
thì góc quay mặt phẳng phân cực khác nhau. Trong trường hợp acid 2,3dihydroxybutyric, giả sử góc quay của mỗi carbon bất đối là a và b, a>b. Acid tartaric
có 2 carbon bất đối với cấu tạo giống nhau, góc quay mặt phẳng phân cực của mỗi
carbon bất đối giống nhau (a= b).
Góc quay mặt phẳng phân cực là tổng giá trị góc quay của tất cả carbon bất đối
trong phân tử.
Có các trường hợp:

Kết quả: Acid 2,3 –dihydroxybutyric có 4 đồng phân quang học và acid tartaric
chỉ có 2 đồng phân quang học và 1 đồng phân meso.
17

2.2.2. Danh pháp đồng phân quang học
Danh pháp này dùng để ký hiệu cấu hình của nguyên tử carbon bất đối.
Có 2 loại danh pháp: Danh pháp D, L và danh pháp R,S
2.2.2.1. Danh pháp D,L
Người ta chia các chất quang hoạt thành hai dãy: dãy D và dãy L. Loại danh pháp
này có tính chất so sánh, nghĩa là người ta lấy cấu hình khơng gian của aldehyd
glyceric CHOHCHOHCHO để làm chuẩn so sánh.
Aldehyd glyceric có một carbon bất đối xứng có 2 đồng phân quang học. Cấu
hình của chúng được mơ tả dưới đây:
Cấu hình chuẩn của aldehyd glyceric

Trong cơng thức I nhóm OH ở bên phải người ta quy ước nó có cấu hình D.
Trong cơng thức II nhóm OH ở bên trái, quyy ước nó có cấu hình L.
Những hợp chất quang hoạt có carbon bất đối xứng với số thứ tự cao nhất có cấu
hình giống cấu hình của D - aldehyd glyceric thì chúng thuộc dãy D.
Những hợp chất quang hoạt có carbon bất đối xứng với số thứ tự cao nhất có cấu
hình giống cấu hình của L - aldehyd glyceric thì chúng thuộc dãy L .
Ví dụ: D- Glucose và L - Glucose có cấu hình như sau:
Trong phân tử glucose carbon bất đối xứng số 5 (số thứ tự cao nhất của C *) có
cấu hình giống D - aldehyd glyceric được gọi là D - Glucose và giống L –aldehyd
glyceric là L -Glucose.
Cấu hình của D - Glucose và L – Glucose

18


2.2.2.2. Danh pháp R, S (danh pháp Cahn - Ingold-Prelog ).
R từ chữ Rectus (phải), S từ chữ Sinister (trái).
Danh pháp D, L có nhiều hạn chế là khơng chỉ rõ hết cấu hình của các nguyên tử
carbon trong phân tử và có tính chất so sánh. Danh pháp R, S khắc phục điều đó. Theo

hệ danh pháp này thì 4 nhóm thế chung quanh nguyên tử carbon bất đối xứng được sắp
xếp theo thứ tự giảm dần về “độ lớn" .
Ví dụ: C*abcd a > b > c > d
Xét sự phân bố các nhóm thế a,b,d,c chung quanh carbon bất đối xứng của vật và
ảnh trên hình tứ diện sao cho nhóm thế nhỏ nhất d ở vào đỉnh tứ diện xa nhất so với
mắt người nhìn và ba nhóm thế a,b,c cịn lại chiếm 3 góc của đáy tứ diện. Nếu theo thứ
tự " độ lớn " của 3 nhóm thế a,b, c theo chiều quay kim đồng hồ ta có cấu hình R, nếu
thứ tự đó ngược chiều kim đồng hồ ta có cấu hình S.

19


Đối với các hợp chất có nhiều carbon bất đối xứng để có danh pháp theo hệ
thống R, S người ta lần lượt xác định cấu hình của từng carbon bất đối.
Ví dụ: Đối với acid tartaric HOOC –CHOH-CHOH-COOH ta có các đồng phân:
acid (2R, 3R )-tartaric
acid (2S, 3S )-tartaric
acid (2R, 3S )-tartaric (aid mesotartaric ).
• Phương pháp xác định cấu hình R,S
− Chuyển cơng thức dạng tứ diện về hình chiếu Fischer.
− Xét lần lượt từng carbon bất đối xứng với 4 nhóm thế có độ lớn khác nhau.
Theo qui tắc:
− Nếu thay đổi ví trí nhóm thế 1 lần thì cấu hình thay đổi.
− Nếu thay đổi vị trí nhóm thế 2 lần thì khơng thay đổi cấu hình.
(Chú ý thay đổi sao cho nhóm thế bé nhất về phía dưới).
− Xét chiều theo thứ tự giảm dần độ lớn của các nhóm thế.
Ví dụ: Xét cấu hình của aldehyd D − Glyceric

HOCH2 _ C*HOH _ CHO.

Có một carbon bất đối và 4 nhóm thế chung quanh
C* là HO > CHO > CH2OH > H

Từ công thứ tứ diện chuyển về cơng thức chiếu Fischer (I). Cấu hình I là cấu hình của
aldehyd D -glyceric. Từ (I) thay đổi vị trí lần 1 thu được (II). Đổi vị trí tiếp tục lần 2 ta được
(III). Cho H là nhóm thế bé nhất về phía dưới. Cấu hình của (III) là cấu hình của (I)
Xét chiều quay của 3 nhóm thế OH, CHO, CH2OH. Ta có OH → CHO → CH2OH
theo chiều kim đồng hồ. (III) có cấu hình R và suy ra (I) phải có cấu hình R.
Vậy D - aldehyd glyceric là R - aldehyd glyceric .

20


2.2.2.3. Danh pháp Erythro và Threo
Để phân biệt các đồng phân quang học không đối quang của các hợp chất quang hoạt
có 2 nguyên tử carbon bất đối xứng người ta gọi tên theo danh pháp erythro và threo.
Dạng erythro là dạng trong đó 2 đơi nhóm thế tương tự nhau có thể đưa về vị trí che
khuất, cịn dạng threo chỉ có một đơi nhóm thế tương tự nhau có thể ở vị trí che khuất.
Ví dụ: 2-Phenyl -2-butanol có dạng đồng phân erythro và threo như sau:

2.2.3. Các đồng phân quang học khơng có carbon bất đối xứng
Có một số hợp chất trong phân tử khơng có carbon bất đối xứng, nhưng do sự
cản quay làm cho phân tử trở thành bất đối xứng nên phân tử có tính quang hoạt (có
đồng phân quang học). Các hợp chất thuộc dãy allen, diphenyl, paracyclophan, thuộc
loại chất quang hoạt không có carbon bất đối xứng.

2.3. Đồng phân cấu dạng
Cấu dạng hay cịn gọi là hình thể (Conformation) của một phân tử dùng để chỉ
các dạng cấu trúc khơng gian có thể hình thành khi các nhóm thế quay tự do chung
quanh liên kết đơn.Một chất hữu cơ có thể được trình bày theo các dạng cơng thức sau:

Cơng thức tứ diện
Cơng thức chiếu Fischer
Cơng thức phối cảnh
Cơng thức Newman
Ví dụ: Phân tử etan có thể được trình bày các dạng công thức:

21


Công thức phối cảnh và công thức Newman thường được dùng để biểu diễn cấu
dạng các chất hữu cơ.
Công thức phối cảnh được mô tả trong không gian 3 chiều, liên kết giữa 2
nguyên tử carbon hướng theo đường chéo từ trái sang phải và xa dần người quan sát.
Có 2 loại công thức phối cảnh là dạng xen kẽ và dạng che khuất.

a,b,c là những nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử phân bố chung quanh nguyên tử
carbon. Cũng có thể mô tả theo đờng đậm nét (
), đường chấm chấm ( .....)và
đường nhạt (__). Đường đậm nét chỉ rõ liên kết hướng về phía trước mặt phẳng.
Đường chấm chấm hướng về phía sau mặt phẳng. Đường nét nhạt nằm trong mặt
phẳng.

Cấu dạng xen kẽ có năng lượng thấp hơn (bền hơn) cấu dạng che khuất (kém
bền). Từ công thức phối cảnh có thể mơ tả theo cơng thức Newman bằng cách nhìn
phân tử theo dọc trục liên kết C1 − C2. Ta biểu diễn C2 bị che khuất bằng vòng tròn,
còn C1 ở tâm vòng tròn. Ba liên kết xuất phát từ mỗi nguyên tử carbon tạo nên những
góc 120° trên mặt phẳng giấy.

22

Trong các hợp chất vịng các ngun tử khơng phân bố trên cùng mặt phẳng.
Chúng có các cấu dạng khác nhau. Phân tử cyclohexan có hai loại cấu dạng: cấu
dạng ghế và cấu dạng thuyền.

Ở dạng ghế các nguyên tử hydro trên 2 carbon cạnh nhau phân bố theo cách xen
kẽ. Còn ở dạng thuyền các nguyên tử hydro trên 2 carbon cạnh nhau phân bố theo cách
che khuất. Vì vậy cấu dạng ghế bền hơn cấu dạng thuyền (xem ở phần cycloalkan).
2.4. Tác dụng sinh học của các đồng phân quang học
Các đồng phân quang học đóng vai trị quan trọng trong đời sống tự nhiên của
con người và thế giới sinh vật. Các chất chuyển hóa, các chất men là những hệ thống
hợp chất quang hoạt. Thay đổi các dạng đối quang dẫn đến sự thay đổi quá trình và cơ
chế của sự chuyển hóa.
Acid Lactic tồn tại (+) Lactic, (-)Lactic và L (±) Lactic (racemic). Chúng có các
tác dụng sinh học khác nhau. D -(+)-glucose là đ−ờng có tác dụng sinh học làm chất
tiêm truyền. Ngược lại L -(-)-glucose hồn tồn khơng có tính chất đó ...

23