Đồng Phân Hình Học Là Gì? Điều Kiện Để Có Đồng Phân Hình Học

Đồng phân là những hợp chất có cấu tạo khác nhau nhưng lại có chung một công thức phân tử. Chúng mang đặc điểm và tính chất riêng do khác nhau về cấu trúc hóa học. Trong lĩnh vực này, chúng ta có đồng phân hình học và đồng phân cấu trúc. Bài viết này tập trung vào đồng phân hình học, một loại đồng phân đặc biệt có sự hạn chế trong các phân tử có vòng quay.

Đồng phân hình học là gì?

Đồng phân hình học là những hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng có sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử trong không gian. Thông thường, đồng phân hình học được phân thành hai loại: cis-trans và E-Z.

Bạn đang xem: Đồng Phân Hình Học Là Gì? Điều Kiện Để Có Đồng Phân Hình Học

Trong đồng phân cis, các nguyên tử cùng một loại nằm cùng phía của phân tử. Trái lại, trong đồng phân trans, các nguyên tử cùng một loại nằm phía đối diện nhau trên phân tử.

Sự khác nhau giữa đồng phân hình học và đồng phân cấu trúc là ở cấu trúc ba chiều trong không gian. Trên thực tế, một phân tử có thể có nhiều đồng phân cấu tạo, tuy nhiên, chỉ có một số đồng phân hình học phù hợp với các điều kiện nêu trên.

Việc định vị và viết công thức cho các đồng phân hình học đòi hỏi tính chính xác và kỹ năng trong việc biểu diễn không gian. Bài tập về đồng phân hình học có thể giúp bạn rèn luyện kỹ năng này.

Cách xác định và viết đồng phân hình học

1. Cách xác định số đồng phân

Để xác định số đồng phân của một hợp chất, chúng ta cần biết công thức phân tử và áp dụng các quy tắc tính số đồng phân cho từng loại hợp chất.

a. Cách tính số đồng phân: Ankan

• Ankan là những hợp chất hidrocacbon no, mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn C-C hoặc C-H.
• Công thức chung: CnH2n+2 (với n ≥ 1).
• Ankan chỉ có đồng phân mạch và số đồng phân tại C4 trở lên.

Áp dụng quy tắc trên, ta có thể tính số đồng phân ankan C4H10 mà không cần phải vẽ tất cả các đồng phân.

Đồng phân ankan C4H10: (2n-4) + 1 (với 3 < n < 7)
Khi n = 4, ta có 2(4) - 4 + 1 = 2 đồng phân ankan.
Khi n = 5, ta có 2(5) - 4 + 1 = 3 đồng phân ankan.

b. Cách tính số đồng phân: Anken

• Anken là những hợp chất hidrocacbon không no, mạch hở, chỉ chứa một liên kết đôi C=C.
• Công thức chung: CnH2n (với n ≥ 2).
• Anken có đồng phân mạch, liên quan đến vị trí nối đôi và đồng phân hình học.

Áp dụng quy tắc trên, ta có thể tính số đồng phân anken một cách nhanh chóng. Ví dụ với C4H8:

C4H8 có 3 đồng phân cấu tạo (mạch hở) và 4 đồng phân anken:
- CH2=CH-CH2-CH3
- CH3-CH=CH-CH3 (có đồng phân hình học)
- CH2=C(CH3)-CH3
- (CH3)2C=CH-CH3

Xem thêm : NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

c. Cách tính số đồng phân: Ankin

• Ankin là những hợp chất hidrocacbon không no, mạch hở, chứa một liên kết ba C≡C.
• Công thức chung: CnH2n-2 (với n ≥ 2).
• Ankin có đồng phân mạch, liên quan đến vị trí nối ba và không có đồng phân hình học.

Ví dụ với C4H6:

C4H6 có 2 đồng phân ankin:
- CH2=CH-CH2-CH3
- CH3-CH=CH-CH3

d. Cách tính số đồng phân: Benzen và đồng đẳng

• Đồng đẳng benzen là những hợp chất hidrocacbon thơm có một vòng benzen trong phân tử.
• Công thức chung: CnH2n-6 (với n ≥ 6).
• Công thức tính số đồng phân: (n – 6)^2 (với 7 ≤ n ≤ 9).

Ví dụ tính số đồng phân của các hợp chất thơm sau: C7H8, C8H10, C9H12.

Khi n = 7, ta có (7 - 6)^2 = 1 đồng phân.
Khi n = 8, ta có (8 - 6)^2 = 4 đồng phân.
Khi n = 9, ta có (9 - 6)^2 = 9 đồng phân.

e. Cách tính số đồng phân: Ancol

• Ancol là các hợp chất hữu cơ có nhóm -OH gắn trực tiếp với C no trong phân tử.
• Công thức chung: CnH2n+1OH hoặc CnH2n+2O (với n ≥ 1).
• Ancol có đồng phân mạch và liên quan đến vị trí của nhóm OH.
• Công thức tính số đồng phân: 2n – 2 (với n < 6).

Ví dụ tính số đồng phân ancol như sau:

C3H7OH có (2(3) - 2) = 2 đồng phân.
C4H9OH có (2(4) - 2) = 4 đồng phân.
C5H11OH có (2(5) - 2) = 8 đồng phân.

f. Cách tính số đồng phân: Ete

• Ete là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nguyên tử oxi liên kết với 2 nhóm ankyl.
• Công thức chung: CnH2n+2O (với 2 < n < 5).
• Công thức tính số đồng phân: 2(2n – 3) (với 3 < n < 7).

Ví dụ tính số đồng phân ete như sau:

Với n = 3, ta có công thức C3H8O, số đồng phân là 2(2(3) - 3) = 6.
Với n = 4, ta có công thức C4H10O, số đồng phân là 2(2(4) - 3) = 10.

g. Cách tính số đồng phân: Phenol

• Phenol là những hợp chất hữu cơ có nhóm -OH liên kết trực tiếp với C thơm trong phân tử.
• Công thức chung: CnH2n-6O (với n ≥ 6).
• Công thức tính số đồng phân: (n – 6)^2 (với 7 ≤ n ≤ 9).

Ví dụ tính số đồng phân phenol như sau:

Với n = 7, ta có (7 - 6)^2 = 1 đồng phân.
Với n = 8, ta có (8 - 6)^2 = 4 đồng phân.
Với n = 9, ta có (9 - 6)^2 = 9 đồng phân.

h. Cách tính số đồng phân: Anđehit

• Anđehit là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm -CH=O liên kết trực tiếp với nguyên tử Cacbon hoặc H.
• Công thức chung: CnH2nO (với n ≥ 1), trong phân tử có chứa một liên kết đôi ở vị trí nhóm chức -CH=O.
• Công thức tính số đồng phân: 2n – 3 (với n < 7).

Xem thêm : What is the Reaction Between Copper Oxide and Sulphuric Acid?

Ví dụ tính số đồng phân anđehit như sau:

Với C3H6O, số đồng phân là 2(3) - 3 = 3 đồng phân.
Với C4H8O, số đồng phân là 2(4) - 3 = 5 đồng phân.

i. Cách tính số đồng phân: Xeton

• Xeton là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm C = O liên kết trực tiếp với hai nguyên tử C.
• Công thức chung: CnH2nO (với n ≥ 3), trong phân tử có chứa một liên kết đôi ở vị trí nhóm chức CO.
• Công thức tính số đồng phân: 2n – 3 (với 3 < n < 7).

Ví dụ tính số đồng phân xeton như sau:

Với C5H10O, số đồng phân là 2(5) - 3 = 7 đồng phân.

k. Cách tính số đồng phân: Axit

• Axit cacboxylic là những hợp chất hidrocacbon trong phân tử có nhóm -COOH liên kết trực tiếp với nguyên tử Cacbon hoặc H.
• Công thức chung: CnH2nO2 (với n ≥ 1), trong phân tử có chứa một liên kết đôi ở vị trí nhóm chức COOH.
• Công thức tính số đồng phân: 2n – 3 (với n < 7).

Ví dụ tính số đồng phân axit như sau:

Với C4H8O2, số đồng phân là 2(4) - 3 = 5 đồng phân.

2. Các bước viết đồng phân

Để viết công thức của đồng phân, chúng ta cần xác định số liên kết π và số vòng trong phân tử. Sau đó, ta viết mạch C chính và gắn các nhóm chức hoặc liên kết bội dựa trên sự di chuyển và tính đối xứng để tránh trùng lặp. Cuối cùng, ta điền các nguyên tử H để đảm bảo hóa trị trong phân tử.

2.1. Cách xác định số đồng phân

• Tính số liên kết π và số vòng trong phân tử: p + v = (2 . số C – số H) / 2.
• Dựa vào công thức phân tử, ta tính được số liên kết π + v nhằm chọn ra loại chất phù hợp. Thông thường, đề bài sẽ cho viết đồng phân của những hợp chất cụ thể.
• Viết mạch C chính:
  • Mạch hở: không phân nhánh, 1 nhánh, 2 nhánh, …
  • Mạch vòng: vòng không nhánh, vòng có nhánh, …
• Gắn vào mạch nếu có nhóm chức hoặc liên kết bội. Sau đó, di chuyển các nhóm chức hoặc các liên kết bội nhằm thay đổi vị trí. Cần xét cả tính đối xứng để tránh sự trùng lặp.
• Điền H vào để đảm bảo hóa trị trong các nguyên tố.

Điều kiện để có đồng phân hình học

Để một hợp chất có đồng phân hình học, cần phải thỏa mãn các điều kiện sau:

• Phân tử của đồng phân hình học phải có một bộ phận cứng nhắc và nguyên tử.
• Các nguyên tử trong bộ phận cứng nhắc phải có nối đôi C=C, vòng no, nối đôi C=N hoặc N=N. Các nối đôi này có thể được xem là bộ phận cứng nhắc.

Đồng phân hình học của C4H8 (trans-but-2-en)

Cyclobutan hoặc C4H8 là một cycloankan bao gồm 4 nguyên tử C, trong đó tất cả các nguyên tử C được liên kết với nhau tạo thành vòng. Một trong số các đồng phân của C4H8 là trans-but-2-en.

Đồng phân cis và trans của trans-but-2-en là hai dạng sắp xếp khác nhau của các nguyên tử trong không gian.

Đồng phân hình học của C5H10

C5H10 là một hợp chất có sự hạn chế trong các phân tử có liên kết đôi C=C. Có 6 đồng phân cấu tạo cho C5H10, trong đó có một số đồng phân là đồng phân hình học cis-trans.

Bài tập trắc nghiệm về đồng phân hình học

Với những kiến thức về đồng phân hình học đã trình bày, giờ đây hãy thử sức với những bài tập để nâng cao hiểu biết và kỹ năng của bạn. Hãy chắc chắn kiểm tra đáp án để rút kinh nghiệm và cải thiện sự hiểu biết của mình.

• Câu 1: Ứng với CTPT C5H8 có tất cả bao nhiêu đồng phân anken là đồng phân của nhau?
• Câu 2: Chất có CTPT C5H10 có số anken đồng phân cấu tạo là bao nhiêu?
• Câu 3: Số đồng phân ứng với CTPT C4H10 là bao nhiêu?
• Câu 4: Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo của hợp chất C5H10 mạch hở?
• Câu 5: Có bao nhiêu đồng phân của anken với C5H10?
• Câu 6: Chất trong các dạng sau, chất nào có đồng phân hình học (đồng phân cis-trans)?
• Câu 7: Trong các hợp chất sau, chất nào là đồng phân của nhau?
• Câu 8: Hãy chọn mệnh đề đúng trong các phát biểu sau?
• Câu 9: Trong những hợp chất dưới đây, hợp chất nào có đồng phân hình học (đồng phân cis-trans)?
• Câu 10: Hãy chọn mệnh đề đúng.

Đồng phân hình học là một phần quan trọng trong nghiên cứu hóa học. Việc hiểu và áp dụng các quy tắc và công thức sẽ giúp bạn giải quyết các bài tập đồng phân một cách hiệu quả. Nhớ kiểm tra các đáp án để đạt kết quả tốt nhất trong việc rèn luyện kiến thức của bạn!

Nguồn: https://saugiohanhchinh.vn
Danh mục: Giáo Dục