skkn lý thuyết và bài tập về hóa lập thể hợp chất hữu cơ, phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi môn hóa học trung học phổ thông

- Đa số học sinh chuyên hóa khi học môn hóa lập thể đều chưa được rèn luyện tư duy hình học không gian, khả năng tưởng tượng cấu trúc hợp chất hữu cơ chưa tốt.. - Trong các tài liệu hiện

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

BẢN ĐĂNG KÝ SÁNG KIẾN NĂM HỌC 2013 - 2014

I Tên sáng kiến: Lý thuyết và bài tập về hóa lập thể hợp chất hữu cơ, phục vụ

bồi dưỡng học sinh giỏi môn hóa học trung học phổ thông.

II Tác giả sáng kiến:

- Họ tên: Đinh Xuân Quang - Học vị: Thạc sỹ

- Địa chỉ: Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy – Tp Ninh Bình.

- Điện thoại: 0989134836 Email: dinhquanglvt@gmail.com.

III Nội dung sáng kiến

1 Giải pháp cũ thường làm

Ở trường chuyên, việc dạy và học Hóa lập thể thường thực hiện theo cách:

- Giảng dạy theo tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chuyên hóa Tuy nhiên nội dung kiến thức chưa đủ và còn có khoảng cách khá xa so với nội dung chương trình thi Olympic Quốc gia, đặc biệt là Olympic Quốc tế.

- Sử dụng các giáo trình có phần hóa lập thể nhưng là dành cho sinh viên.

Do đó kiến thức nằm rải rác trong các tài liệu khác nhau Học sinh muốn hiểu rõ cần phải trang bị thêm nhiều kiến thức về toán cao cấp và vật lý bậc đại học.

- Đa số học sinh chuyên hóa khi học môn hóa lập thể đều chưa được rèn luyện tư duy hình học không gian, khả năng tưởng tượng cấu trúc hợp chất hữu

cơ chưa tốt Hơn nữa, với đặc thù môn học, các giáo viên tự nghiên cứu để giảng dạy cũng gặp nhiều khó khăn.

- Trong các tài liệu hiện hành, lý thuyết về hóa học lập thể đã tương đối

đầy đủ, nhưng các dạng bài tập thì chưa phong phú và chưa được phân loại rõ

ràng và bó hẹp trong những dạng bài xác định cấu hình, cấu dạng hoặc liên quan tới các kiến thức khác của hóa học hữu cơ ở mức độ đơn giản, chưa đáp ứng yêu cầu nâng cao: Định lượng hóa các thông số cấu trúc, xét cấu trúc không chỉ ở trạng thái tĩnh mà cả trong các phản ứng hóa học

- Với yêu cầu nghiên cứu và giảng dạy hóa lập thể là kỹ năng tưởng tượng không gian thật tốt, nếu không có lời giải và phân tích cách giải thì người đọc khó hiểu rõ bản chất, sẽ giải bài tập một cách máy móc.

2 Giải pháp mới cải tiến

2 Hệ thống bài tập minh họa gồm 50% bài tập tự xây dựng và và 50% sưu tập Các bài tập đều có lời giải rõ ràng, phân tích chi tiết để có thể sử dụng

sử dụng tài liệu làm giáo trình giảng dạy, giáo trình tự học, tự nghiên cứu.

3 Cập nhật một số nội dung nghiên cứu của các trường đại học quốc tế về vấn đề hóa lập thể (vấn đề về tính toán định lượng, hóa lập thể động, tính chất và cấu trúc) Các vấn đề này chưa hề được nêu trong các giáo trình hiện nay.

4 Tiến hành phân loại các bài tập liên quan đến nội dung chính của hóa học lập thể Tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu chuyên sâu về hóa học lập thể b) Tính sáng tạo.

- Bám sát yêu cầu cơ bản của việc nghiên cứu hóa học hữu cơ nâng cao, đó là học sinh cần nắm vững một trong các nền tảng để làm cơ sở nghiên cứu các mảng kiến thức khác

Cụ thể: Từ việc nghiên cứu cấu trúc không gian của chất có thể nắm được ảnh hưởng của cấu trúc đến tính chất của chất hữu cơ Nhiều tính chất hóa-lý của các chất chỉ được giải thích rõ khi đã biết cấu trúc không gian của các chất

- Tài liệu được triển khai theo từng chương, sát các nội dung cơ bản và nâng cao của hóa học lập thể Mỗi phần đều có lý thuyết căn bản được soạn thảo phù hợp với kiến thức nền và khả năng tư duy của học sinh chuyên hóa tại thời điểm bắt đầu nghiên cứu hóa học hữu cơ nâng cao, sau đó là hệ thống các bài tập minh họa từ mức độ đơn giản đến phức tạp Chỉ rõ các vấn đề dễ nhầm lẫn và các kiến thức thu được sau khi giải quyết xong vấn đề nêu ra trong bài tập

- Khai thác hiệu quả các tính năng của phần mềm chemoffice để giải quyết khó khăn về tư duy hình học không gian Các công thức biểu diễn chất hữu cơ được trình bày sao cho trực quan và đảm bảo tính thẩm mỹ.

- Phương pháp giúp khai thác hiệu quả bài tập là phân tích cách giải quyết vấn đề đặt ra trong bài toán theo hướng: nêu ưu, nhược điểm của các cách giải thường được sử dụng và đề xuất cách giải nhanh hơn, giúp rèn luyện tư duy tốt hơn.

IV Hiệu quả kinh tế và xã hội dự kiến đạt được

1 Hiệu quả kinh tế:

- Tài liệu đã được triển khai áp dụng vào giảng dạy lớp 11 chuyên hóa (năm học 2012-2013) và lớp 11 chuyên hóa (năm học 2013-2014), được học sinh sử dụng hiệu quả Đề tài đã tham dự hội nghị khoa học các trường chuyên đồng bằng Bắc Bộ năm 2013 tại Thái Bình, đã được các giáo viên trường chuyên trong khu vực đánh giá cao và đã đạt điểm cao nhất trong tất cả các đề tài dự thi Tài liệu đã được các giáo viên chuyên Hóa các tỉnh miền Bắc sử dụng để giảng dạy học sinh chuyên, bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học.

- Đề tài là tài liệu tham khảo hữu ích cho giáo viên, sinh viên, học sinh khi nghiên cứu hóa học Giúp cho việc học tập môn hóa học lập thể được dễ dàng, hiệu quả; không cần mất thời gian, sức lực, trí óc để tìm và tổng hợp kiến thức.

- Nếu phổ biến đề tài này, giáo viên cần nghiên cứu về hóa lập thể sẽ không mất chi phí mua sách hoặc download những tài liệu cần bản quyền.

Ước tính:

+ Chi phí in và đóng bìa 1 cuốn tài liệu (50 trang A4) là 10.000 đồng.

+ Chi phí mua các giáo trình để có nội dung kiến thức tương tự là 275.000 đồng (gồm giáo trình hóa học hữu cơ- Tác giả Ngô Thị Thuận, giá bìa 150.000 đồng; giáo trình cơ sở lý thuyết hóa học hữu cơ- Tác giả Trần Quốc Sơn, giá bìa 50.000 đồng; Lý thuyết hóa hữu cơ cơ sở-Tác giả Thái Doãn Tĩnh, giá bìa 75.000 đồng)

Như vậy chi phí tiết kiệm được cho mỗi học sinh là: 265.000 đồng.

Tài liệu sử dụng cho các học sinh và giáo viên chuyên hóa Nếu tất cả giáo viên chuyên và học sinh chuyên cả nước đều sử dụng thì chi phí tiết kiệm được cho mỗi khóa học sẽ là:

265.000 x 40 (học sinh + giáo viên) x 64 tỉnh = 678,4 triệu đồng/khóa học.

- Có thể sử dụng đề tài để giảng dạy hóa lập thể ở trường THPT chuyên, giảng dạy cho sinh viên ngành hóa học mà không mất chi phí bản quyền cho người giáo trình.

2 Hiệu quả xã hội:

- Giúp quá trình học tập, giảng dạy hóa lập thể được dễ dàng và hiệu quả Làm nền tảng cho việc tiếp tục nghiên cứu các vấn đề sâu hơn của hóa học hữu cơ.

- Giúp học sinh rèn kỹ năng tự học tự nghiên cứu, rèn khả năng quan sát, tư duy hình học không gian gắn liền với tư duy của môn hóa học

- Rút ngắn khoảng cách giữa chương trình hóa học phổ thông chuyên hiện nay với nội dung hóa hữu cơ trong các kỳ thi học sinh giỏi quốc gia, quốc tế.

V Điều kiện và khả năng áp dụng

- Đề tài có thể triển khai ở tất cả các lớp chuyên hóa THPT, song song với quá trình học hóa học hữu cơ cơ bản

- Quá trình áp dụng đề tài tại trường THPT chuyên Lương Văn Tụy từ năm

2012 và các trường THPT chuyên một số tỉnh đồng bằng Bắc Bộ cho thấy đề tài

dễ dàng áp dụng và mang lại hiệu quả Kinh nghiệm quá trình triển khai đề tài cho thấy để sử dụng hiệu quả đề tài, người học nên sử dụng thêm mô hình phân

tử các loại hợp chất hữu cơ, phần mềm Chemoffice để giúp cho việc tưởng tượng cấu trúc không gian dễ dàng hơn.

- Giáo viên có thể xây dựng thêm các bài tập trên cơ sở sự phân loại bài tập hóa lập thể để làm phong phú thêm kiến thức, tăng cường thêm số lượng bài tập

áp dụng.

Xác nhận của cơ quan, đơn vị Tác giả sáng kiến

ĐINH XUÂN QUANG

I.1.1 Công thức Fischer.

− Chiếu phân tử ở một vị trí quy ước lên mặt phẳng giấy: Các liên kết từ nguyên tửtrung tâm hướng về phía gần người quan sát được biểu diễn trên trục nằm ngang, cácliên kết hướng về phía xa người quan sát được biểu diễn nằm trên trục thẳng đứng;đường này để biểu diễn mạch cacbon chính với nguyên tử cacbon có số oxi hóa caohơn ở phía trên

− Chỉ được xoay công thức Fischer 180O trong mặt phẳng Nếu xoay 90O trong mặtphẳng hoặc 180O ra ngoài mặt phẳng thì công thức tạo ra sẽ là công thức biểu diễn cấutrúc không gian của chất khác (là đồng phân đối quang của chất đang xét)

− Công thức Ficher để biểu diễn cấu hình của C*, không biểu diễn được cấu dạng

I.1.2 Công thức phối cảnh.

a) Công thức phối cảnh loại 1 (Chỉ gồm các nét đều)

Phân tử được mô tả trong không gian ba chiều, liên kết giữa các nguyên tửcacbon được biểu diễn bằng các đường gấp khúc Quy ước: từ các đường chéo từ tráisang phải biểu diễn liên kết C−C hướng ra xa người quan sát

c

c

b a

b a

- Công thức phối cảnh loại 1 biểu diễn được đầy đủ cấu trúc không gian, nhưng cónhược điểm là cồng kềnh

b) Công thức phối cảnh loại 2 (Gồm nét đều, nét đậm, nét đứt).

- Nét đều biểu diễn liên kết nằm trên mặt phẳng giấy, nét đậm biểu diễn liên kết phíagần người quan sát, nét đứt biểu diễn liên kết xa dần người quan sát

I.1.3 Công thức Newman.

Khi nhìn dọc theo một trục liên kết C1−C2, sẽ thấy nguyên tử cacbon C2 ở phíasau bị che khuất, biểu diễn nguyên tử cacbon này bằng 1 vòng tròn, còn nguyên tử C1

nằm ở tâm Các liên kết xuất phát từ mỗi nguyên tử cacbon tạo thành các góc 120O

- Công thức Newman thường dùng để minh họa cấu dạng, thể hiện góc không giangiữa các nhóm nguyên tử một cách định lượng nhất

Muốn chuyển công thức Newman và công thức phối cảnh sang công thức Fiser,cần chiếu công thức ở cấu dạng che khuất hoàn toàn theo quy ước đã nêu

a) A1 và A2 khác nhau ở vị trí nhóm –OH → là đồng phân cấu tạo.

b) B1 và B2 giống nhau ở nguyên tử C phía trước, nhưng khác nhau ở cách sắp xếp cácnhóm ở nguyên tử C phía sau → chúng là đồng phân quang học không đối quang.c) C1 và C2 khác nhau ở vị trí các nguyên tử Cl nhưng lại đối xứng trục → là cùng mộtchất

d) D1 và D2 khác nhau ở cách sắp xếp các nhóm CH3- và C2H5- → là đồng phân hìnhhọc

Bài I.2: (Bài tự xây dựng) Chuyển công thức Fischer sau sang công thức phối cảnh và

công thức Newman

Phân tích:

Cần dựa vào công thức Fischer để biết vị trí tương đối của các nhóm nguyên tử,

từ đó điền vào công thức phối cảnh

- C* thứ nhất (phía trên): Nhóm CH3 ở phía bên phải, sang công thức phối cảnh cũng

ở phía bên phải → hướng nhìn là từ phía trên → nhóm CH2OH phía dưới

- C* thứ hai: ở công thức phối cảnh nhóm C2H5 ở phía trên → hướng nhìn là từ phíadưới, Br ở bên trái trong công thức Fischer thì cũng phải ở phía bên trái so với hướngnhìn → nằm ở đường nét đậm:

Từ công thức phối cảnh, xoay nguyên tử C một góc nào đó cho tương ứng vớicông thức Newman từ đó xác định được vị trí của các nhóm chưa biết:

Bài I.3: Cho các đồng phân sau đây:

Cho biết tương quan lập thể giữa:

(T1) và (T2); (T1) và (T3); (T2) và (T4)

Phân tích:

Không nên xác định cấu hình của các C* Phương pháp đơn giản nhất là so sánhcác nguyên tử C* bằng cách xét theo chiều các nhóm kích thước nhỏ dần (không so sánh độ ưu tiên) Gọi C*1 có C6H5 > CH3 > H; C*2 có COOC2H5 > NH2 > H ta thấy:

C1: T1 ≡ T2 ≡ T3 ≠ T4 C2: T3 ≡ T1 ≡ T4 ≠ T2

→ (T1) và (T2) là đồng phân dia; (T1) và (T3) trùng nhau; (T2) và (T4) là đối quang

Bài I.4: (Bài tự xây dựng) Điền các nhóm CH3 và nguyên tử H

vào công thức phối cảnh sau đây để hoàn chỉnh công thức phối

cảnh của :

a) polipropilen isotartic b) polipropilen syndiotartic

Phân tích:

Polime điều hòa lập thể isotartic hoặc syndiotartic là dạng cấu trúc đều đặn, tất

cả cùng một cấu hình C* ở cùng một dạng xen đều hoặc ở dạng sắp xếp luân phiên Như vậy, có thể điền các nhóm CH3 và nguyên tử H để đảm bảo yêu cầu:

- Điều hòa về mặt cấu tạo

- Các nhóm CH3 ở vị trí giống hệt nhau ở mỗi mắt

xích (dạng isotartic) hoặc khác nhau luân phiên

(syndiotartic)

a)

b)

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH DANH PHÁP CẤU HÌNH

VÀ SỐ ĐỒNG PHÂN CẤU HÌNH II.1 Lý thuyết cơ bản

Các chất khác nhau về cấu hình nhưng giống nhau về cấu tạo được gọi têntheo một quy ước nhất định Đồng phân cấu hình gồm đồng phân quang học vàđồng phân hình học với các hệ thống danh pháp tương ứng Trong phạm vi đề tàinày, chỉ đề cập đến những hệ thống danh pháp phổ biến

II.1.1 Độ ưu tiên của các nhóm nguyên tử.

1 Các nhóm ưu tiên được sắp xếp theo thứ tự giảm dần số điện tích hạt nhân nguyên tử của nguyên tử liên kết trực tiếp với C*

VD: -I > -Br > -Cl > -F

-SO3H > -OH > -NH2 > -CH3

2 Nếu hai nguyên tử gắn trên C* giống nhau thì xét nguyên tử liên kết trực tiếpvới nguyên tử đó Nếu vẫn không chọn được nhóm ưu tiên thì xét tiếp nguyên tử thứba…

VD: -CR3 > -CHR2 > -CH2R > -CH3

-NR2 > -NHR > -NH2

3 Một nguyên tử liên kết đôi hay ba tương đương với hai nối đơn hoặc ba nối đơn vớinguyên tử đó (chỉ có một liên kết thật, liên kết còn lại giả định có ưu tiên thấp hơn).VD: −CH=O  −CH − O> −CH2OH (Vì O  O; O > H)

O

4 Đồng vị có khối lượng lớn hơn được sắp xếp trước:

T > D > H

5 Cấu hình cis ưu tiên hơn trans, R ưu tiên hơn S

II.1.2 Danh pháp đồng phân quang học.

a) Điều kiện xuất hiện đồng phân quang học

− Phân tử có đồng phân quang học phải có yếu tố không trùng vật − ảnh (Vật và ảnhcủa vật tạo ra trong gương phẳng không thể lồng khít vào nhau, tương tự hai bàn taycủa một người bình thường)

− Các yếu tố không trùng vật − ảnh bao gồm:

+ Yếu tố bất đối phân tử: Đồng phân anlen: Dẫn xuất thế của phân tử anlen(CH2=C=CH2) Đồng phân spiran: Hợp chất chứa hai vòng chung đỉnh có nhóm thếkhác nhau Đồng phân cản quay: Hai nửa phân tử liên kết đơn với nhau nhưng khôngquay tự do được vì sự cản trở không gian

+ Yếu tố bất đối nguyên tử: Trong phân tử chứa nguyên tử cacbon bất đối (ký hiệu C*)hoặc các nguyên tử bất đối khác (Si*, S*, N*…) Quan trọng và phổ biến hơn cả làC*abcd (abcd)

VD:

CHO OH H

H HO

OH H

OH H

CH2OH

CHO H HO

OH H

H HO

H HO

a

b c

a

b c a

a

b c C«ng thøc phèi c¶nh

− Nếu nhìn vào công thức Fiser thì cấu hình R có trình tự a,b,c ngược chiều kim đồng

hồ, còn cấu hình S có chiều ngược lại

CHO

CH2OH

OH H

CHO

CH2OH

H HO

anđehit (R) glyxeric và anđehit (S) glyxeric

− Khi phân tử có nhiều C* thì mỗi C* có một ký hiệu R hoặc S tuỳ cấu hình của mỗiC*

II.1.3 Danh pháp đồng phân hình học.

a) Điều kiện xuất hiện đồng phân hình học

− Phân tử có bộ phận cứng nhắc làm cản trở sự quay tự do của hai nguyên tử ở bộphận cứng nhắc đó Hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử ở một nguyên tử của bộ phậncứng nhắc phải khác nhau VD abC = Cab, ab

− Đồng phân hình học có thể xuất hiện trong các trường hợp sau:

+ Hệ có n liên kết đôi abC=Ccd (ab, cd); abC=Nd (ab), aN=Nb (a,b có thể đồngnhất hoặc không) Các hệ này có 2n đồng phân hình học (nếu các liên kết đôi này hoàntoàn khác nhau) hoặc nhỏ hơn (nếu có ≥ 1 cặp liên kết đôi giống nhau)

+ Hệ có số lẻ liên kết C=C liền nhau abC=C=C=Ccd (ab, cd) Hệ cũng chỉ có haiđồng phân hình học

+ Hệ vòng no: ví dụ 1,2 − đimetyl xiclopropan có hai đồng phân

b) Hệ danh pháp cis−trans

Đồng phân có hai nhóm thế (ở hai nguyên tử của bộ phận cứng nhắc) phân bốcùng phía so với bộ phận cứng nhắc được gọi là đồng phân cis (hay đồng phân syn)còn đồng phân kia (khác phía) gọi là đồng phân trans (hay đồng phân anti) Cách gọitên này gặp khó khăn trong nhiều trường hợp mà cả a,b,c,d đều không phải là −H VD: ClBrC=CFI, EtMeC=CetPr…

c) Hệ danh pháp Z, E:

Hệ danh pháp này dựa trên nguyên tắc về “độ ưu tiên” Nếu hai nhóm thế cấpcao hơn cùng phía của bộ phận cứng nhắc gọi là đồng phân Z, nếu khác phía ta cóđồng phân E

Như vậy cis và trans But-2-en được gọi tên tương ứng là (Z)- và (E)- but-2-en;các đồng phân syn và anti CH3CH=NOH lần lượt là (E)- và (Z)- axetoxim

II.2 Bài tập vận dụng

Bài II.1: (Bài tự xây dựng)

a) Viết một công thức cấu tạo cho mỗi công thức phân tử sau đây để chúng có đồngphân quang học:

(A1) C4H8Cl2 (A2) C7H14 (no) (A3) C4H4Cl2 (A4) C12H6Br2I2

b) Viết một công thức cấu tạo cho mỗi công thức phân tử sau đây để chúng có đồngphân hình học:

(B1) C5H8 (mạch hở) (B2) C4H6Br2 (mạch vòng), không có C*.(B3) C8H12 (chứa hai vòng no) (B4) Andehit C4H6O

Phân tích:

Bài tập này chỉ với mục đích để HS nhận ra được sự xuất hiện đồng phân quanghọc và đồng phân hình học Do đó chỉ cần nắm vững các điều kiện xuất hiện mỗi loạiđồng phân để chọn công thức cấu tạo cho phù hợp

a) Mỗi chất có thể là một trong số các công thức:

(A1): Là dẫn xuất của ankan → phải chứa C*

CH3-CH2-CHCl-CH2Cl CH3- CHCl- CHCl-CH3 CH3-CHCl -CH2 -CH2Cl

(A2): Là hợp chất no → có 2 vòng → thuộc loại

đồng phân spiro

(A3): Thuộc loại đồng phân anlen: Cl-CH=C=CH-Cl

(A4): Có độ bất bão hòa lớn → là hợp chất thơm, đồng phân quang học thuộc loại cản quay

b) (B1) Phải thuộc loại ankadien CH2=CH-CH=CH-CH3

(B2) Vòng no, đối xứng để không có C*: Br Br

(B3) Hai vòng no cần ít nhất 3C → còn 2C tạo liên kết đôi: C3H5-CH=CH-C3H5

Hoặc đồng phân hình học xuất hiện ở vòng no: C3H5-C3H4-CH=CH2

(B4) Liên kết đôi tạo đồng phân hình học: CH3-CH=CH-CHO

Bài II.2: (Bài tự xây dựng) Cho các chất hữu cơ sau:

Trong mỗi trường hợp, cần xác định số trung tâm gây đồng phân cấu hình để từ

đó tính được số đồng phân Tuy nhiên GV cần lưu ý thêm cho HS những trường hợplàm thay đổi số đồng phân so với quy luật thông thường:

- Có những C* hoặc liên kết đôi giống nhau

- Vòng cứng nhắc làm khống chế số đồng phân hình học hoặc ràng buộc cấu hình hainguyên tử C*

d)

Br Cl

- Các nhóm nguyên tử giống nhau về cấu tạo nhưng khác nhau về cấu hình → xuấthiện C* hoặc đồng phân hình học.

a) CH3-C*HOH-CH2-C*HCl-CH2-C*HCl-CH3 có 3 nguyên tử C* khác nhau → có 8đồng phân

b) CH3OCH=CHCH2CH=CHOCH3 có hai liên kết đôi giống nhau có đồng phân hìnhhọc → có 3 đồng phân (Z-Z; E-E, Z-E)

c) CH3 CH = CH CHOH CH =CH CH3 có hai liên kết đôi giống nhau có đồng phânhình học và một C* xuất hiện khi hai liên kết đôi có cấu hình khác nhau → có 4 đồngphân cấu hình (Z-Z; E-E, Z-R-E, Z-S-E)

d) Có một vòng no hai nhóm thế, có mặt phẳng đối xứng → chỉ có 1 cặp đồng phânhình học

e) Có một C* và một liên kết đôi có đồng phân hình học → có 4 đồng phân cấu hình.f) Có 2 nguyên tử C* giống nhau → có 3 đồng phân

g) Có hai C* giống nhau và bị ràng buộc qua cầu nối vòng 6 cạnh, 2C* còn lại (chứanhóm -OH) giống nhau vì phân tử có mặt phẳng đối xứng → Có 2.3 = 6 đồng phân.h) Có 4 liên kết đôi giống nhau và có đồng phân hình học → tạo ra 6 đồng phân(ZZZZ, EEEE, ZZEE, ZZZE, EEEZ, ZEZE) riêng trường hợp ZEZE làm xuất hiệnthêm đồng phân hình học ở liên kết đôi ở giữa phân tử → có tất cả 7 đồng phân

i) Có 4 trung tâm đồng phân hình học và một C*(C ở giữa, bên phải) nhưng có haitrung tâm giống nhau → tạo ra 3.2.2.2 = 24 đồng phân Trường hợp C* bên trái, ở giữaxuất hiện khi hai liên kết đôi CH=CH-Cl có cấu hình khác nhau → có thêm 8 trườnghợp nữa

→ Có tất cả 32 đồng phân

Bài II.3: (Bài tự xây dựng) Heđion (ký hiệu H) là tên thường

của một hương liệu dùng để pha chế một số loại nước hoa

nổi tiếng như CK, NO–19, Eausausage, Anais – amais

a) Gọi tên quốc tế của H

b) Thực ra Heđion là hỗn hợp của 2 đồng phân lập thể

– Quan hệ giữa H1 và H2 như thế nào?

– Hỗn hợp đẳng phân tử của H1 và H2 có quang hoạt không?

a) Tên quốc tế: Metyl (2-Butyl-3-oxoxyclopentyl)etanoat

b) H1 và H2 giống nhau ở 1C* và khác nhau ở C* còn lại → Là đồng phân đia

Hỗn hợp H1 và H2 quang hoạt vì không có sự triệt tiêu tính quang hoạt của C* phíatrên

c) Cấu hình: H1: S, R H2: S, S

Bài II.4: Cho hợp chất sau

A, B là hai đồng phân của axit 3,4–đibromoxiclopentan–1,1–đicacboxylic Khi đunnóng A cho hai sản phẩm là đồng phân còn B cho một sản phẩm Viết công thức cấutrúc của A và B Minh họa bằng phương trình phản ứng

Phân tích:

Trước hết, cần giúp HS hiểu được phản ứng decacboxi Đồng thời HS đã biếtđược cách xác định cấu trúc hai đồng phân của axit 3,4–đibromoxiclopentan–1,1–đicacboxylic Trên cơ sở đó, xác định các tình huống có thể xảy ra là một trong hainhóm COOH sẽ bị tách CO2 So sánh sản phẩm tạo thành có thể biết được số sản phẩmsinh ra

COOH COOH Br

Br Br

COOH Br

Br

COOH COOH Br

Br

Br

Bài II.5: (Bài tự xây dựng)

a) Điền ký hiệu *, Z,E, s–cis, s–trans vào vị trí thích hợp.

O

COOH OH

(A)

CH3

OH H

Cấu tạo của C:

Bài II.6: (Bài tự xây dựng) Trong chu trình Krebs (quá trình chuyển hóa háo khí

trong quá trình hô hấp) có chuyển hóa sau: A  B  C Với

A là HOOC–CH2–C(OH)–CH2–COOH B là HOOC–CH2–C=CH–COOH

C là HOOC – CHOH – CH(COOH) – CH2– COOH

a) Gọi tên A,B,C theo danh pháp IUPAC

b) Chất nào có đồng phân cấu hình? Đó là đồng phân loại gì? Số lượng bao nhiêu?Trong mỗi trường hợp, viết công thức cấu trúc một đồng phân và ghi ký hiệu lập thể.c) Cho 1 mol A phản ứng từ từ với 1 mol NaOH sau đó tiếp tục cho 1 mol NaOH nữathu được sản phẩm D Hỏi D có đồng phân cấu hình không Viết công thức các đồngphân đó

Phân tích:

Trong bài tập này, HS chỉ cần lưu ý câu c Phản ứng của NaOH với A sẽ theothứ tự với các nhóm –COOH Và nhóm COOH có tính axit cao nhất sẽ phản ứngtrước Đó là nhóm COOH ở giữa phân tử Sau đó là một trong hai nhóm COOH cònlại với xác suất là như nhau

a) Tên gọi: A: Axit 2-hidroxipropan-1,2,3-tricacboxylic

B: Axit propen-1,2,3-tricacboxylicC: Axit 1-hidroxipropan-1,2,3-tricacboxylicb) B có hai đồng phân hình học C có bốn đồng phân quang học

c) D là HOOC–CH2–C(OH)–CH2–COONa

|

COONa

CHƯƠNG III: CẤU DẠNG.

III.1 Lý thuyết cơ bản

Cấu dạng là những trạng thái cấu trúc không gian khác nhau sinh ra do sự quaymột nhóm nguyên tử này đối với nhóm nguyên tử khác xung quanh liên kết đơn

III-3.1 CẤU DẠNG CỦA HỢP CHẤT MẠCH HỞ.

1) Cấu dạng hợp chất no.

- Liên kết đơn C−C đối xứng trục nên mỗi nguyên tử C có thể quay xung quanh trụcliên kết tạo nên vô số dạng hình học khác nhau, trong số đó dạng xen kẽ là dạng bềnnhất, còn dạng che khuất kém bền nhất

- Trong thực tế C2H6 tồn tại ở dạng xen kẽ

- Đối với các dẫn xuất của C2H6 , ví dụ XCH2−CH2X cấu dạng bền chính là các cấudạng xen kẽ, trong đó cấu dạng anti thường bền vững hơn cấu dạng syn (trừ trườnghợp có liên kết hiđro nội phân tử giữa hai nhóm X) Ví dụ, ở điều kiện thường n-butantồn tại ~ 70% ở cấu dạng anti và ~30% ở cấu dạng syn (hai dạng chênh lệch nhau ~0,7kcal/mol)

2 Cấu dạng của hợp chất không no.

- Các nguyên tử mang liên kết đôi (O, C…) ở vị trí che khuất H, CH3 …

- Các hợp chất có liên kết đôi liên hợp như but-1,3-đien; acrolein … có hai cấu dạngbền có cấu trúc phẳng gọi là cấu dạng s-cis và s−trans S−trans but-1,3-đien bền hơncấu dạng s-cis 2,3 kcal/mol

III-3.2 CẤU DẠNG CỦA CÁC HỢP CHẤT VÒNG NO.

1) Những yếu tố làm giảm độ bền và biến dạng vòng no.

a) Sức căng Bayer: đó là sức ép hoặc trương góc hóa trị CCC so với góc hóa trị bìnhthường là 109,5O

b) Sức căng Pitzer: là lực đẩy tương hỗ giữa hai nguyên tử hiđro vở vị trí che khuất

Hai yếu tố trên làm cho hầu hết các vòng no trở nên không phẳng (để bền hơn dạngphẳng tương ứng)

Các vòng nhỏ, nhất là vòng 3 cạnh, kém bền vì hai sức căng nói trên và còn vìliên kết C−C biến dạng thành xen phủ một bên

2) Cấu dạng vòng xiclohexan.

a) Hình dạng vòng xiclohexan: vòng xiclohexan không phẳng và có thể có nhiều dạng.Điển hình là dạng ghế và dạng thuyền

Cả hai dạng trên đều không có sức căng

Bayer Nhưng dạng ghế bền hơn dạng

thuyền (5,5 kcal/mol) và chiếm tới 99,9%

ở nhiệt độ phòng do dạng ghế không có

sức căng Pitzer; tất cả 6 hệ thống C−C đều

ở cấu dạng xen kẽ tương tự syn-Butan

13

trí syn đối với C3 và C5 (hai tương

tác syn và hai lực đẩy giữa a-CH3

3

5

CH316

35

e-Metylxiclohexan a-Metylxiclohexan

3) Cấu dạng tetrahiđropiran

Tương tự xiclohexan, cấu dạng ghế tetrahiđropiran là dạng bền Vì có dị tử oxi nên cóhai dạng ghế ký hiệu là C1 và 1C (C là viết tắt tiếng Anh “Chair” là ghế); chúng ởtrạng thái cân bằng và đối xứng nhau qua mặt phẳng gương:

O

III.2 Bài tập vận dụng

Bài III.1: (Bài tự xây dựng) Viết công thức Newmen các cấu dạng bền của n–butan

xét theo trục liên kết C2-C3 Hai dạng bền nhất có thế năng chênh lệch là 0,9 Kcal/mol.Tính % tồn tại của của mỗi dạng ở 25OC

a) Thế năng của cấu dạng (A1) cao hơn dạng (B2)

b) Dạng A1 thế năng cao nhưng chiếm tới ~30% các dạng xen kẽ của đồng phân meso trongkhi đó dạng B2 có thế năng thấp hơn nhưng chỉ chiếm ~20% các dạng xen kẽ của đồng phântreo

c) Trong số các cấu dạng xen kẽ của treo 2,3-Đibrombutan, cấu dạng tồn tại chủ yếu là (B)sau đó là cấu dạng (B1), còn cấu dạng (B2) chiếm tỷ lệ thấp nhất