Hiện tượng đồng phân

HIỆN TƯỢNG ĐỒNG PHÂN ĐỒNG PHÂN ĐỒNG PHÂN PHẲNG ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ Đồng phân không đối quang Đồng phân đối quang Đồng phân Cis-trans Đồng phân Cấu trạng Sự quay xung quanh một liên kết s là được phép ĐỒNG PHÂN CẤU TRẠNG ĐỒNG PHÂN CẤU TRẠNG  Có thể có nhiều cách sắp xếp trong không gian khác nhau của các nguyên tử trong phân tử H2O2  Cấu trạng (Conformation): Là bất kỳ cách sắp xếp trong không gian 3 chiều của các nguyên tử trong phân tử có được do sự quay xung quanh một liên kết đơn ALKANE ALKANE Công thức chiếu Newman Công thức chiếu Newman PHÉP CHIẾU NEWMAN Công thức phối cảnh Công thức phối cảnh Vẽ công thức phối cảnh và công thức chiếu Newman của 1,2-dichloroethane ? Cl C C Cl H H H H 1,2-dichloroethane H HH Cl Cl H Cl H H H Cl H Cl H H H Cl H Cl H H H Cl H H HCl H HCl Cl H H HCl H Cl H H HCl H Cl H H H HCl Cấu trúc alkane ? GÓC NHỊ DIỆN (Dihedral angle, Torsion angle)  Là góc tạo bởi mặt phẳng H-C-C và mặt phẳng C-C-H  Dễ dàng quan sát từ công thức Newman ETHANE Cấu trạng lệch Cấu trạng che khuất  Tồn tại vô số cấu trạng khác nhau  Hai cấu trạng giới hạn: Che khuất và Lệch Bền nhất Kém bền nhất ETHANE ETHANE SỨC CĂNG NHỊ DIỆN (Torsional strain) • Sự khác nhau về năng lượng giữa cấu trạng lệch và cấu trạng che khuất: Khoảng 3 kcal/mol • Sức căng nhị diện: sức căng do sự tiến đến gần nhau của các nguyên tử hoặc các nhóm nguyên tử từ cấu trạng lệch đến cấu trạng che khuất. BUTHANE Sự quay xung quanh liên kết C1-C2 Cấu trạng lệch Cấu trạng che khuất BUTHANE: Cấu trạng do sự quay chung quanh C2-C3 Cấu trạng bán lệch, θ = 60° (gauche conformation) BUTHANE: Cấu trạng do sự quay chung quanh C2-C3 Cấu trạng lệch hoàn toàn, θ = 180° (anti conformation) BUTHANE: Liên kết C2-C3 SỨC CĂNG GÓC (Angle strain)  Xuất hiện khi góc liên kết trong phân tử trở nên nhỏ hơn hoặc lớn hơn so với bình thường  Hoặc xuất hiện khi một liên kết trở nên ngắn hơn hay dài hơn so với độ dài bình thường của liên kết đó  Xuất hiện do tương tác giữa các liên kết Tương tác lập thể (Steric strain)  Là năng lượng thêm vào phân tử khi các nguyên tử hoặc các nhóm nguyên tử ở quá gần nhau trong không gian → tăng lực đẩy Van der Waals giữa các đám mây điện tử  Xuất hiện do tương tác giữa các nhóm CẤU TRẠNG CỦA PENTANE  Mạch carbon thẳng: Cấu trạng bền nhất tương ứng với tất cả các liên kết C-C đều ở cấu trạng anti  Khung carbon sắp xếp theo kiểu zigzag CẤU TRẠNG CỦA HEXANE CYCLOALKANE: SỨC CĂNG VÒNG Hợp chất vòng 5 hoặc 6 carbon hiện diện rất nhiều trong tự nhiên trong khi hợp chất vòng 4 hoặc 3 carbon rất ít: Do sức căng vòng ? Cyclopropane “phẳng” Góc liên kết = 60° Cyclopentane “phẳng” Góc liên kết = 108° (Góc liên kết trong tứ diện = 109°5) CYCLOPROPANE: SỨC CĂNG VÒNG Xen phủ sp3-sp3 kém hiệu quả Sự xen phủ kém hiệu quả Sự xen phủ hiệu quả Ngoài sức căng vòng, vòng cyclopropane còn chịu sức căng nhị diện (torsional strain) do các liên kết đều bị che khuất CYCLOPROPANE: SỨC CĂNG NHỊ DIỆN CYCLOBUTANE CYCLOHEXANE CYCLOALKANE CYCLOPENTANE CYCLOHEXANE: CẤU TRẠNG GHẾ CYCLOHEXANE: CẤU TRẠNG THUYỀN CYCLOHEXANE CYCLOHEXANE CYCLOHEXANE ► Tại sao nhóm methyl ở vị trí xích đạo bền hơn? CYCLOHEXANE MANG MỘT NHÓM THẾ CYCLOHEXANE MANG MỘT NHÓM THẾ Sự khác nhau về năng lượng: 7 kJ/mol CYCLOHEXANE 1. Methyl (hướng xuống) ở C-6: trục hay xích đạo? 2. Methyl (hướng lên) ở C-1 bền hơn hay kém bền hơn methyl (hướng lên) ở C-4? 3. Đặt methyl ở C-3 theo hướng bền nhất? (hướng lên hay xuống?) 1. Methyl (hướng xuống) ở C-6: trục hay xích đạo? 2. Methyl (hướng lên) ở C-1 bền hơn hay kém bền hơn methyl (hướng lên) ở C-4? 3. Đặt methyl ở C-3 theo hướng bền nhất? Hướng lên hay xuống? Nhóm alkyl bền nhất khi ở vị trí xích đạo CYCLOHEXANE MANG MỘT NHÓM THẾ CYCLOHEXANE MANG MỘT NHÓM THẾ Cấu trạng bền nhất của 1-tert-butyl-1-methylcyclohexane ? Nhóm tert-butyl lớn hơn nhóm methyl CYCLOALKANE MANG 2 NHÓM THẾ: ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ Đồng phân trans bền hơn CYCLOPROPANE MANG 2 NHÓM THẾ • Sự quay tự do quanh liên kết C-C là không thực hiện được. • Không thể hiệu chỉnh cấu trạng để giảm tương tác lập thể. • Đồng phân trans bền hơn cis. ► Đồng phân trans có năng lượng thấp hơn (bền hơn) đồng phân cis 7 kJ/mol CYCLOHEXANE 1,4-HAI LẦN THẾ 1,4-DISUBSTITUTED CYCLOHEXANE 1,2-DISUBSTITUTED CYCLOHEXANE Trans-1,2-Dimethylcyclohexane 1,2-DISUBSTITUTED CYCLOHEXANE 1,3-DISUBSTITUTED CYCLOHEXANE Cấu trúc bền ? 1. trans-1-tert-Butyl-3-methylcyclohexane 2. cis-1-tert-Butyl-3-methylcyclohexane 3. trans-1-tert-Butyl-4-methylcyclohexane 4. cis-1-tert-Butyl-4-methylcyclohexane trans-1-tert-butyl-3-methylcyclohexane  Nhóm tert-butyl lớn: vị trí xích đạo  Thêm nhóm methyl: ở vị trí trans đối với nhóm tert-butyl cis-1-tert-Butyl-3-methylcyclohexane trans-1-tert-Butyl-4-methylcyclohexane cis-1-tert-Butyl-4-methylcyclohexane