Giáo trình Hóa hữu cơ

123 trang vanle 5150

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hóa hữu cơ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_hoa_huu_co.pdf

Nội dung text: Giáo trình Hóa hữu cơ

 GIÁO TRÌNH HÓA HỮU CƠ
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CH ƯƠ NG 1: ĐẠI C ƯƠ NG VỀ HOÁ H ỮU C Ơ 1.1. Đối t ượng c ủa hoá h ọc h ữu c ơ - Hoá h ọc h ữu c ơ là môn khoa h ọc nghiên c ứu thành ph ần và tính ch ất các h ợp ch ất c ủa cacbon. - Trong thành ph ần c ủa các h ợp ch ất h ữu c ơ, ngoài cacbon còn ch ứa nhi ều nguyên tố khác nh ư: H, O, N, S, P, halogen Nh ưng cacbon được coi là nguyên t ố c ơ b ản cấu t ạo nên các h ợp ch ất h ữu c ơ. - Hoá h ọc h ữu c ơ nhanh chóng tr ở thành m ột ngành khoa h ọc riêng vì các nguyên nhân d ưới đây: + S ố l ượng các h ợp ch ất h ữu c ơ t ăng lên nhanh chóng và đạt t ới con s ố kh ổng l ồ kho ảng 5 tri ệu ch ất, trong đó có nh ững ch ất đóng vai trò vô cùng quan tr ọng đố i với s ự s ống nh ư protein, axit nucleoic, hocmon và nói chung, nó làm cho hoá hữu c ơ đóng vai trò to l ớn và ứng d ụng phong phú trong kinh t ế, qu ốc phòng và đời s ống. + Nguyên nhân d ẫn đế n s ự t ồn t ại m ột s ố l ượng r ất l ớn các h ợp ch ất h ữu c ơ là ở ch ỗ các nguyên t ử cacbon có kh ả n ăng đặ c bi ệt là v ừa có th ể liên k ết v ới các nguyên t ử c ủa các nguyên t ố khác và v ừa có th ể liên k ết v ới nhau thành m ạch cacbon các ki ểu khác nhau. Do đó, ở các h ợp ch ất h ữu c ơ xu ất hi ện các hi ện t ượng đồng đẳ ng, đồ ng phân, h ỗ bi ến và nh ững bi ểu hi ện phong phú v ề hoá l ập th ể. + Các liên k ết ch ủ y ếu trong hoá h ữu c ơ là liên k ết c ộng hoá tr ị, nên có tính ch ất lý học và hoá h ọc khác các h ợp ch ấy vô cơ. Các h ợp ch ất h ữu c ơ m ẫn c ảm v ới nhi ệt hơn, không b ền ở nhi ệt độ cao, đa s ố cháy được, ít tan trong n ước, s ố tan được th ường ít ho ặc không phân li thành ion. Các ph ản ứng th ường ch ậm, thu ận ngh ịch và theo nhi ều h ướng. 1.2. S ơ l ược l ịch s ử phát tri ển c ủa hoá h ọc h ữu c ơ - Từ th ời xa x ưa, ng ười ta đã bi ết điều ch ế và s ử d ụng m ột s ố ch ất h ữu c ơ trong đời s ống nh ư gi ấm, m ột s ố ch ất màu h ữu c ơ, r ượu etylic, Th ời k ỳ gi ả kim thu ật, các nhà hoá h ọc đã bi ết điều ch ế m ột s ố ch ất h ữu c ơ nh ư ete etylic, urê - Vào cuối th ế k ỷ XVIII, đầ u th ế k ỷ XIX, các nhà hoá h ọc đã chi ết tách được t ừ động, th ực v ật nhi ều axit h ữu c ơ nh ư axit oxalic, axit xitric, axit lactic và m ột s ố baz ơ h ữu c ơ. N ăm 1806, l ần đầ u tiên Berzelius đã dùng danh t ừ hoá h ọc h ữu c ơ để ch ỉ ngành hoá h ọc nghiên c ứu các h ợp ch ất có ngu ồn g ốc độ ng, th ực v ật. Th ời điểm này có th ể xem nh ư điểm m ốc đánh d ấu s ự ra đờ i c ủa môn hoá h ọc h ữu c ơ. - N ăm 1815, Berzelius đã đư a ra thuy ết “l ực s ống”, m ột lu ận thuy ết duy tâm, cho rằng các h ợp ch ất h ữu c ơ ch ỉ có th ể t ạo ra trong c ơ th ế độ ng, th ực v ật nh ờ m ột “l ực s ống” đặ c bi ệt mà bàn tay con ng ười không th ể điều ch ế được chúng trong các bình, l ọ, ống nghi ệm nh ư đối v ới các ch ất vô c ơ. - Thuy ết “l ực s ống” đã th ống tr ị hoá h ọc h ữu c ơ trong nhi ều n ăm. Sau đó thuy ết này d ần d ần b ị đánh đổ nh ờ các công trình t ổng h ợp các ch ất h ữu c ơ t ừ các ch ất vô cơ. 1
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - N ăm 1824, Wohler đã t ổng h ợp được axit oxalic, m ột axit h ữu c ơ điển hình (b ằng cách thu ỷ phân dixian là m ột ch ất vô c ơ). N ăm 1828, c ũng chính Wohler đã tổng h ợp được ure (v ốn có trong n ước ti ểu độ ng v ật) t ừ amoni xyanat, c ũng là m ột ch ất vô c ơ: NH 4CNO H 2N – CO – NH 2 Chính phát minh này đã làm s ụp đổ b ức t ường ng ăn cách tr ước đó gi ữa hoá học vô c ơ và hoá h ọc h ữu c ơ, làm cho các nhà hóa h ọc tin r ằng có th ể t ự t ổng h ợp được các ch ất h ữu c ơ trong phòng thí nghi ệm mà không c ần có s ự tham gia c ủa một “l ực s ống” nào c ả. - Ti ếp theo đó, Bectôlê đã t ổng h ợp được ch ất béo (1854) và Bulerôp đã t ổng h ợp được đường glucoza t ừ formalin (1861). - Cho đến nay, hàng tri ệu ch ất h ữu c ơ đã được t ổng h ợp trong các phòng thí nghi ệm và trong công nghi ệp. Không nh ững con ng ười đã b ắt ch ước được thiên nhiên trong nhi ều l ĩnh v ực mà con ng ười còn sáng t ạo ra được nhi ều v ật li ệu h ữu cơ, nhi ều ch ất h ữu c ơ c ực k ỳ quan tr ọng, quí giá không có trong t ự nhiên. - Tuy nhiên, tên g ọi “h ợp ch ất h ữu c ơ” v ẫn được duy trì, nh ưng không ph ải v ới ngh ĩa nh ư tr ước đây là các ch ất có ngu ồn g ốc độ ng, th ực v ật mà nó đã mang m ột nội dung m ới, đó là các h ợp ch ất c ủa cacbon. 1.3. Nh ững quan điểm v ề c ấu t ạo c ủa h ợp ch ất h ữu c ơ Cấu t ạo c ủa h ợp ch ất h ữu c ơ là s ự phân b ố c ủa các nguyên t ử ho ặc nhóm nguyên t ử trong không gian c ủa m ột phân t ử. 1.3.1. Thuy ết g ốc (Radial, ký hi ệu R) Thuy ết c ấu t ạo hoá h ọc c ủa các h ợp ch ất h ữu c ơ được phát tri ển m ạnh ở đầu th ế k ỷ XIX. T ừ nh ững công trình hoá h ọc c ủa Lavoisier, Berzelius, Wohler, Liebig cho th ấy trong nh ững ph ản ứng h ữu c ơ có nh ững ph ần ch ất có c ấu trúc không thay đổi chuy ển t ừ ch ất đầ u sang ch ất cu ối g ọi là g ốc. Quan ni ệm này đã cho ra đời thuy ết c ấu t ạo hoá h ọc đầ u tiên là thuy ết g ốc. Thuyết g ốc cho r ằng, phân t ử h ữu c ơ g ồm 2 ph ần: - G ốc là ph ần không bi ến đổ i trong các quá trình chuy ển hóa hóa h ọc. Ví d ụ: G ốc axetyl: CH 3CO- G ốc benzoyl: C 6H5CO- - Ph ần k ết h ợp v ới g ốc đó là các nguyên t ử hay nhóm nguyên t ử khác nhau. *Ưu điểm: Phân lo ại được m ột s ố các h ợp ch ất hóa h ọc h ữu c ơ theo g ốc c ấu tạo. T ừ đó có th ể d ự đoán được tính ch ất c ủa các nhóm h ữu c ơ. *Nh ược điểm: Ch ỉ phân bi ệt được nh ững h ợp ch ất đơn gi ản, không có ý ngh ĩa đố i v ới các h ợp ch ất ph ức t ạp. Do đó ph ạm vi ứng d ụng bé. 1.3.2. Thuy ết ki ểu Thuy ết “ki ểu” c ủa Dumas ra đờ i chia ra làm hai d ạng: - D ạng hoá h ọc g ồm nh ững ch ất có tính ch ất hoá h ọc gi ống nhau nh ư axit axetic và axit cloaxetic. 2
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - D ạng c ơ h ọc g ồm nh ững ch ất có cùng s ố nguyên t ử nh ư nhau nh ưng tính ch ất khác nhau như axit axetic và r ượu etylic. Theo thuy ết “ki ểu” này, ng ười ta đã thi ết l ập được nhi ều “ki ểu” h ợp ch ất h ữu c ơ nh ư: - Ki ểu n ước c ủa Williamson: H CH CH O 3 3 O O H H CH3 - Ki ểu amin c ủa Wurtz và Hofmanm: H H N H - Ki ểu clorua hi đro c ủa Gerhardt: H CH3 C2H5 C2H3O Cl Cl Cl Cl hy®r«clorua mª tylclorua ª tylclorua axª tylclorua Trong đó quan tr ọng nh ất là ki ểu metan c ủa Kêkulê: H H C H H Ng ười ta xác đị nh được r ằng, các h ợp ch ất h ữu c ơ được đặ c tr ưng b ằng nh ững ph ản ứng “ki ểu” xác đị nh. * Ưu điểm: + Thuy ết “ki ểu” đã có đóng góp to l ớn vào vi ệc phân lo ại các h ợp ch ất h ữu c ơ, thu ận l ợi cho vi ệc tìm ki ếm. + Nghiên cứu nh ững ph ần không thay đổ i trong các chuy ển hoá hoá học và c ũng gi ải thích được ph ần nào s ự thay đổ i đó. * Nh ược điểm: + Do s ố ki ểu nhi ều nên r ất ph ức t ạp trong v ấn đề phân lo ại, h ạn ch ế trong vi ệc s ử d ụng. + Có nh ững h ợp ch ất h ữu c ơ không th ể s ắp x ếp theo m ột ki ểu nào cả. 1.3.3. Thuy ết Butlerop (Ông t ổ c ủa hoá h ọc h ữu c ơ) Nội dung c ủa thuy ết c ấu t ạo hoá h ọc c ủa Butlerop bao g ồm các lu ận điểm: - T ất c ả các nguyên t ử trong h ợp ch ất h ữu c ơ k ết h ợp v ới nhau theo m ột tr ật tự xác định. Trong vi ệc k ết h ợp đó, các nguyên t ử đã tiêu phí m ột ph ần ái l ực hoá học c ủa mình. Tr ật t ự k ết h ợp c ủa các nguyên t ử và đặc tính c ủa các liên k ết trong phân t ử là c ấu t ạo hoá h ọc. 3
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Nguyên t ử c ủa các nguyên t ố t ạo nên phân t ử liên k ết v ới nhau theo đúng hoá tr ị c ủa mình. Trong phân t ử ch ất h ữu c ơ, cacbon bao gi ờ c ũng có hoá tr ị 4. Các nguyên t ử cacbon ch ẳng nh ững có th ể liên k ết v ới các nguyên t ử c ủa các nguyên t ố khác mà còn có th ể liên k ết v ới nhau thành m ạch. - Tính ch ất c ủa các ch ất không ch ỉ ph ụ thu ộc vào thành ph ần và s ố l ượng nguyên t ử c ủa các nguyên t ố mà còn ph ụ thu ộc vào c ấu t ạo hoá h ọc c ủa h ợp ch ất. - C ấu t ạo hoá h ọc c ủa các ch ất có th ể xác đị nh được khi nghiên c ứu tính ch ất c ủa chúng. C ấu t ạo hoá h ọc c ủa m ỗi ch ất có th ể bi ểu di ễn b ằng m ột công th ức xác định là công th ức c ấu t ạo. Công th ức c ấu t ạo v ừa ph ản ánh c ấu t ạo hoá h ọc của phân t ử v ừa th ể hi ện nh ững tính ch ất c ơ b ản c ủa h ợp ch ất. - Tính ch ất hoá h ọc c ủa m ỗi nguyên t ử và nhóm nguyên t ử trong phân t ử không ph ải là b ất bi ến mà thay đổi tu ỳ thu ộc vào các nguyên t ử và nhóm nguyên tử liên k ết tr ực ti ếp v ới nhau m ạnh h ơn ảnh h ưởng gián ti ếp. Th ử thách qua th ời gian, thuy ết c ấu t ạo hoá h ọc t ỏ ra đúng đắ n và sâu s ắc. Từ nh ững lu ận điểm s ơ gi ản ấy, ngày nay đã phát tri ển thành nh ững thuy ết hi ện đại v ề c ấu t ạo và liên k ết, v ề hi ệu ứng, v ề hoá h ọc l ập th ể, 1.4. Cách bi ểu di ễn công th ức c ấu t ạo h ợp ch ất h ữu c ơ Công th ức c ấu t ạo ph ẳng bi ểu di ễn c ấu trúc c ủa phân t ử quy ước trên m ột mặt ph ẳng, th ường là m ặt ph ẳng gi ấy. 1.4.1. Công th ức Lewis Công th ức Lewis bi ểu di ễn các liên k ết gi ữa các phân t ử hay s ố electron hoá tr ị c ủa m ỗi nguyên t ử b ằng s ố electron. S ố electron là b ằng t ổng electron c ủa các nguyên t ử đóng góp vào và các nguyên t ử có xu h ướng t ạo tr ạng thái electron lớn nh ất có th ể có để có vòng electron b ền v ững c ủa khí tr ơ. Ví d ụ: H H H H C H C C O C O H H H Các công th ức có th ể mang điện tích, th ường g ọi là điện tích hình th ức hay quy ước: H H H N+ H H C O H H Ion amoni Ion metoxit Khi nh ững ti ểu phân không có đủ vòng bát t ử thì th ường đó là nh ững ti ểu phân trung gian không b ền, có kh ả n ăng ph ản ứng cao và trong ph ản ứng có xu hướng nhanh t ạo thành c ấu trúc electron bát t ử: 4
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - H H H C+ H H C H Cation metyl Gốc metyl * Ưu điểm: Dễ kí hi ệu, cho th ấy được b ản ch ất c ủa quá trình phân tích. * Nh ược điểm: Ph ức t ạp cho quá trình bi ểu di ễn, d ễ gây sai sót. Trong m ột số tr ường h ợp không bi ểu di ễn được. 1.4.2. Công th ức Kekulê Để đơn gi ản trong cách bi ểu di ễn c ủa Lewis, ng ười ta quy ước bi ểu di ễn các liên k ết trong phân t ử b ằng v ạch ngang thay cho c ặp electron liên k ết. Ví d ụ: H H H H H N H H C O H C H H C H H H Trong các h ợp ch ất có mang điện tích c ũng có th ể thay th ế kiên k ết b ằng mũi tên t ừ ch ất cho t ới ch ất nh ận: H O N OHHay O N O O O Để đơn gi ản trong cách bi ểu di ễn công th ức, có th ể ẩn các g ạch liên k ết, ẩn một ph ần hay toàn ph ần tu ỳ thu ộc vào yêu c ầu cách bi ểu di ễn, đồ ng th ời c ũng b ỏ qua các c ặp electron không liên k ết, g ọi là công th ức rút g ọn: CH 3CH 2CH 3 , CH 3 – CH 2 – CH 3 , CH 3CH 2CH 2 – H Ngoài ra, m ột ch ất có th ể bi ểu di ễn d ưới nhi ều d ạng công th ức, ch ẳng h ạn: CH3 CH CH 3 2 CH3 CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 * Ưu điểm: Kh ắc ph ục nh ược điểm c ủa công th ức Lewis, đơ n gi ản và ph ản ánh th ật b ản ch ất c ủa liên k ết. * Nh ược điểm: Không th ấy s ự góp chung electron. Trong tr ường h ợp phân cắt d ị ly thì không th ấy được hi ện t ượng. Chú ý: Trong m ột s ố tr ường h ợp đặ c bi ệt các h ợp ch ất h ữu c ơ m ạch vòng, ng ười ta th ường không bi ểu di ễn kí hi ệu c ủa các nguyên t ử cacbon và hidro. 1.5. Danh pháp h ợp ch ất h ữu c ơ Có 4 lo ại danh pháp ch ủ y ếu: 1.5.1. Danh pháp thông th ường 5
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Là tên được g ọi theo ngu ồn g ốc thu nh ận được ch ất đó, theo tên c ủa ng ười tìm ra nó hay ý mu ốn c ủa ng ười tìm ra nó, theo ph ươ ng pháp thu nh ận được ch ất đó. Ví d ụ: Axit fomic: HCOOH (Fomica: Ki ến) Axit axetic: CH 3COOH (Acetus: Gi ấm) Mentol: C 10 H20 O (Mentha piperita: B ạc hà) 1.5.2. Danh pháp h ợp lý (Thu ần ch ủng) Lấy tên c ủa m ột h ợp ch ất hữu c ơ làm tên g ọi đầ u sau đó g ọi tên c ủa các h ợp ch ất h ữu c ơ khác t ươ ng t ự theo tên c ủa các ch ất h ữu c ơ đầu. Ví dụ: H H H H C OH H C OH C6H5 C OH H CH3 CH3 Cacbinol Metyl Cacbinol Metyl Phenyl Cacbinol Nh ược điểm: Đối v ới các h ợp ch ất ph ức t ạp thì không th ể g ọi tên được. 1.5.3. Danh pháp th ươ ng m ại Là tên c ủa các h ợp ch ất hoá h ọc h ữu c ơ được s ử d ụng trên th ị tr ường do các hãng s ản xu ất đặt tên. Ví d ụ: Các lo ại thu ốc nh ộm: Rongalit C (NaHSO 2.CH 2O.2H 2O): dùng để in hoa Rongal P ( D ẫn xu ất c ủa axit sunfonic): dùng để nhu ộm huy ền phù. 1.5.4. Danh pháp IUPAC (Hi ệp h ội hoá h ọc qu ốc t ế: International Union Pine And Applycation Chemistry) 1.5.4.1. Tên g ốc - ch ức TÊN PH ẦN G ỐC TÊN PH ẦN ĐỊNH CH ỨC Ví d ụ: CH 3CH 2 – Cl CH 3CH 2 – O – COCH 3 CH 3CH 2 – O – CH 3 Etyl clorua Etyl axetat Etyl metyl ete 1.5.4.2. Tên thay th ế Tên không đầy đủ : TÊN PH ẦN TH Ế TÊN M ẠCH CACBON CHÍNH TÊN PH ẦN ĐỊNH CH ỨC (có th ể không có) (b ắt bu ộc ph ải có) (b ắt bu ộc ph ải có) Ví d ụ: H 3C – CH 3 H 3C – CH 2Cl H 2C = CH 2 Etan Cloetan Etan 6
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - * Tên nhóm th ế: Các nguyên t ử c ủa các nguyên t ố thì g ọi tên theo t ừng nguyên t ố  OH : Hi đrôxyl  OR : Ancoxyl CH 3O  : Mêtoxyl C6H5O  : Phenolxyl CH 3CO  : Axetyl C6H5  : Phenyl C6H5CH 2  : Benzyl  NO 2 : Nitro  NH 2 : Amino  CN : Nitryl  SH : Mêcaptan  SO 3H : Sunfonic R - : Ankyl * Ch ọn m ạch chính: Ch ọn m ạch cacbon dài nh ất ch ứa các nguyên t ử cacbon liên k ết cacbon làm m ạch chính. Ch ọn m ột nhóm ch ức có độ ưu tiên nh ất làm nhóm ch ức chính, các ch ức còn l ại là ph ần th ế. Độ ưu tiên nhóm ch ức chính: -COOH > -COO- > -CHO > -CO- >-OH >- NH 2 > -O- * Đánh s ố th ứ t ự: Ta đánh s ố th ứ t ự t ừ bên ph ải sang bên trái ho ặc trái qua sao cho t ổng các ch ỉ s ố c ủa các nhóm th ế là nh ỏ nh ất. Tr ường h ợp khi đánh s ố t ừ đầ u này đến đầ u kia mà thu được m ột s ố dãy ch ỉ s ố c ủa các nhóm m ạch nhánh khác nhau thì ph ải sắp x ếp chúng l ại theo th ứ t ự t ăng d ần. Dãy có t ổng các ch ỉ s ố nh ỏ nh ất được xem là dãy có ch ỉ s ố đầ u nh ỏ nh ất. Ví d ụ: CH CH CH CH CH CH 3 CH 2 CH 2 3 3 CH CH 2 2 3 CH 3 CH 3 3-Metyl pentan 2-Metyl pentan * Tên ph ần đị nh ch ức:An, en, in, ol, al, on, oic Tên đầy đủ : C ấu hình + d ấu quang ho ạt + tên g ọi không đầ y đủ Để g ọi tên h ợp ch ất h ữu c ơ, c ần thu ộc tên các s ố đế m và tên m ạch cacbon nh ư sau: 7
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - SỐ ĐẾ M MẠCH CACBON CHÍNH 1: mono C met 2: đi C – C et 3: tri C – C – C prop 4: tetra C – C – C – C but 5: penta C – C – C – C – C pent 6: hexa C – C –C – C – C – C hex 7: hepta C – C – C – C – C – C – C hep 8: octa C – C – C – C – C – C – C – C oct 9: nona C – C – C – C – C – C – C – C – C non 10: deca C – C – C – C – C – C – C – C – C – C dek 1.6. Phân lo ại các h ợp ch ất h ữu c ơ Hợp ch ất h ữu c ơ được phân thành hidrocacbon và d ẫn xu ất c ủa hidrocacbon. Hidrocacbon là nh ững h ợp ch ất được t ạo thành t ừ hai nguyên t ố C và H. G ồm 3 lo ại: Hidrocabon no (Ankan): CH 4, C 2H6 Hidrocacbon không no g ồm anken: C 2H4 và ankin: C 2H2 Hidrocacbon th ơm (Aren): C 6H6 D ẫn xu ất c ủa hidrocacbon là nh ững h ợp ch ất mà trong phân t ử ngoài C, H ra còn có m ột hay nhi ều nguyên t ử c ủa các nguyên t ố khác nh ư O, N, S, halogen bao g ồm: d ẫn xu ất halogen nh ư CH 3Cl, ancol nh ư: CH 3OH, axit nh ư: CH 3COOH, 8
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CH ƯƠ NG 2: C ẤU TRÚC KHÔNG GIAN PHÂN T Ử H ỢP CH ẤT H ỮU C Ơ 2.1. Chi ết tách và tinh ch ế h ợp ch ất h ữu c ơ Các h ợp ch ất h ữu c ơ khi m ới điều ch ế được ho ặc tách t ừ độ ng th ực v ật, th ường ở d ạng h ỗn h ợp không tinh khi ết. Vì v ậy mu ốn nghiên c ứu chúng, mu ốn phân tích định tính hay đị nh l ượng chúng thì nhi ệm v ụ tr ước tiên là ph ải tách chúng thành t ừng ch ất riêng bi ệt, ở d ạng t ươ ng đối nguyên ch ất. 2.1.1. Tinh ch ế ch ất rắn 2.1.1.1. Ph ươ ng pháp k ết tinh a. Khái ni ệm Kết tinh là m ột quá trình bi ến đổ i pha c ủa m ột ch ất t ừ r ắn sang l ỏng khi hoà tan ch ất r ắn trong m ột dung d ịch bão hoà, sau đó làm l ạnh dung d ịch bão hoà đó thu được ch ất r ắn k ết tinh Chú ý: Ch ất r ắn k ết tinh khác k ết t ủa: + Ch ắt r ắn k ết tinh: Có sự s ắp x ếp l ại các phân t ử và có c ấu trúc m ạng tinh th ể. + K ết t ủa: K ết t ủa tinh th ể và k ết t ủa vô đị nh hình. b. C ơ s ở lý thuy ết Ph ươ ng pháp k ết tinh được dùng để tách và tinh ch ế các ch ất h ữu c ơ r ắn, dựa trên nguyên t ắc là các ch ất khác nhau có độ hoà tan khác nhau trong cùng m ột dung môi. Dung môi thích h ợp được l ựa ch ọn th ường là dung môi trong đó độ hoà tan của ch ất c ần tinh ch ế t ăng khá nhanh theo nhi ệt độ , tan kém ở nhi ệt độ th ường. Dung môi không tan trong t ạp ch ất, dung môi không có l ực t ươ ng tác v ề m ặt hoá học đố i v ới ch ất kết tinh. Dung môi sau khi k ết tinh l ại ph ải d ễ bay h ơi. Dung môi lựa ch ọn ph ải d ễ ki ếm, r ẻ ti ền. Bằng cách t ạo dung d ịch bão hoà ở nhi ệt độ cao (th ường là nhi ệt độ sôi c ủa dung môi), sau đó để ngu ội dung d ịch thu được, ch ất c ần tinh ch ế s ẽ l ắng xu ống đáy bình (hay đáy c ốc), các t ạp ch ất s ẽ ở l ại trong dung d ịch. B ằng cách k ết tinh lại m ột s ố l ần trong cùng m ột dung môi, ho ặc trong các dung môi khác nhau, ng ười ta có th ể thu được tinh th ể ch ất c ần tinh ch ế ở d ạng khá tinh khi ết. Cũng có khi ng ười ta dùng một dung môi có độ hoà tan v ới t ạp ch ất nhi ều hơn để lo ại t ạp ch ất kh ỏi ch ất r ắn c ần tinh ch ế. Dung môi th ường dùng là n ước, alcol etylic, ancol metylic hay m ột alcol thích h ợp khác, axeton, axit axetic, ete, benzen, cloroform, etyl axetat ho ặc đôi khi h ỗn h ợp gi ữa chúng. Khi c ần tách hai hay nhi ều ch ất có ch ứa trong h ỗn h ợp v ới nh ững l ượng tươ ng đươ ng nhau, ng ười ta dùng ph ươ ng pháp k ết tinh phân đoạn. Ch ất k ết tinh l ại có h ạt đề u và tr ắng. 9
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Khi đã có ch ất r ắn k ết tinh, ta c ần xác đị nh nhi ệt độ nóng ch ảy c ủa nó b ằng ống mao qu ản g ắn v ới nhi ệt k ế nhúng trong m ột dung môi có nhi ệ độ sôi cao, ho ặc cách không khí, ho ặc nh ờ m ột máy chuyên dùng r ồi đố i chi ếu v ới h ằng s ố v ật lý của ch ất đã cho, để bi ết được ch ất đó tinh khi ết hoàn toàn ch ưa. 2.1.1.2. Ph ươ ng pháp th ăng hoa a. Khái ni ệm Th ăng hoa là m ột quá trình bi ến đổ i pha c ủa m ột ch ất t ừ tr ạng thái r ắn sang tr ạng thái h ơi mà không thông qua tr ạng thái l ỏng. b. C ơ s ở lý thuy ết Một s ố ch ất nh ư i ốt, long não, naphtalen, menton, clorua s ắt (II), có kh ả năng th ăng hoa, vì v ậy ng ười ta có th ể dùng ph ươ ng pháp th ăng hoa ở áp su ất th ường ho ặc áp su ất th ấp để tinh ch ế chúng. Ph ươ ng pháp ti ến hành: Gia nhi ệt m ột ch ất r ắn để bay h ơi, làm l ạnh h ơi c ủa ch ất r ắn đó thì ta s ẽ thu được ch ất r ắn k ết tinh có độ tinh khi ết cao, còn t ạp ch ất không th ăng hoa thì n ằm l ại ở đáy bình. * Ưu điểm: Công ngh ệ đơn gi ản, th ời gian ng ắn, độ tinh khi ết cao, giá thành r ẻ. * Nh ược điểm: Trong th ực t ế không có nhi ều ch ất th ăng hoa. 2.1.2. Tinh ch ế ch ất l ỏng 2.1.2.1. Ph ươ ng pháp ch ưng c ất a. Khái ni ệm Ch ưng c ất là quá trình làm bay h ơi ch ất l ỏng, sau đó là l ạnh và thu ch ất lỏng có độ tinh khi ết cao h ơn. b. Các ph ươ ng pháp ch ưng c ất - Ch ưng c ất đơn gi ản Trong tr ường h ợp c ần tinh ch ế m ột ch ất l ỏng, tách nó ra kh ỏi t ạp ch ất r ắn không bay h ơi, ta ch ỉ c ần ti ến hành ch ưng c ất đơn gi ản, ngh ĩa là chuy ển nó sang pha h ơi trong m ột bình c ất có nhánh r ồi ng ưng t ụ h ơi c ủa nó b ằng ống sinh hàn vào m ột bình h ứng khác. - Ch ưng c ất phân đoạn Ph ươ ng pháp ch ưng c ất phân đoạn dùng để tách hai hay nhi ều ch ất l ỏng có nhi ệt độ sôi khác nhau tan l ẫn hoàn toàn trong nhau d ựa trên nguyên t ắc có s ự phân b ố khác nhau v ề thành ph ần các c ấu t ử gi ữa pha l ỏng và pha h ơi ở tr ạng thái cân b ằng ( ở cùng nhi ệt độ ) Nếu hai ch ất l ỏng không t ươ ng tác v ới nhau, có th ể bi ểu di ễn s ự ph ụ thu ộc của nhi ệt độ sôi c ủa ch ất l ỏng và nhi ệt độ ng ưng t ụ c ủa h ơi ph ụ thu ộc vào thành ph ần h ỗn h ợp hai ch ất đó (hình 2.1) 10
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - T0 T2 T0 T1 TA Thành ph ần Hình 2.1 A ’ ’ B X2 X1 X1 Qua hình 2.1 nh ận th ấy r ằng, b ằng cách l ặp đi l ặp l ại nhi ều l ần quá trình bay h ơi - ng ưng t ụ, bay hơi - ng ưng t ụ l ại, ta d ần d ần có th ể thu được c ấu t ử A có nhi ệt độ sôi th ấp h ơn ở d ạng g ần nh ư tinh khi ết. Vì v ậy, ng ười ta dùng ph ươ ng pháp tinh luy ện b ằng cách l ắp trên bình ng ưng m ột c ột cao có nhi ều đĩ a giúp cho vi ệc tái t ạo quá trình bay h ơi - ng ưng t ụ trên. Nh ờ v ậy, ch ất l ỏng A d ễ bay h ơi d ần dần thoát lên trên ở tr ạng thái ngày càng tinh khi ết, còn ch ất l ỏng B có nhi ệt độ sôi cao h ơn, ng ưng t ụ tr ở l ại bình c ất. Có th ể dùng lo ại c ột l ắp đầ y các ống thu ỷ tinh hay s ứ thay cho c ột đã nói trên và hi ệu qu ả c ủa c ột được tính b ằng “s ố đĩ a lý thuy ết”. Trong tr ường h ợp có t ươ ng tác y ếu gi ữa hai ch ất l ỏng (solvat hoá hay t ổ hợp) thì thu được hai d ạng đồ th ị bi ểu di ễn s ự ph ụ thu ộc nhi ệt độ sôi và ng ưng t ụ vào thành ph ần h ỗn h ợp: m ột d ạng v ới nhi ệt độ sôi c ủa h ỗn h ợp đẳ ng phí c ựcti ểu (hình 2.2a) và m ột d ạng v ới nhi ệt độ sôi c ực đạ i (hình 2.2b). C t t B t tB tA C tA A X0 B A X0 B Thành ph ần Thành ph ần Hình 2.2a Hình 2.2b 11
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong tr ường h ợp h ỗn h ợp đẳ ng phí có nhi ệt độ sôi c ực ti ểu (th ấp h ơn hai cấu t ử ban đầ u), càng lên phía trên c ủa c ột c ất, h ỗn h ợp h ơi và l ỏng càng g ần thành ph ần c ủa h ỗn h ợp đẳ ng phí, trong bình c ất s ẽ còn l ại ch ất A hay B nguyên ch ất tu ỳ theo ta xu ất phát t ừ h ỗn h ợp có thành ph ần phía bên trái hay bên ph ải hình 2.2a. Trong h ỗn h ợp đẳ ng phí có nhi ệt độ sôi c ực đạ i, càng lên phía trên c ủa c ột c ất thì càng giàu c ấu t ử A ho ặc B, còn l ại trong bình s ẽ là h ỗn h ợp càng g ần v ới thang ph ần c ủa h ỗn h ợp đẳ ng phí (hình 2.2b). - Ch ưng c ất chân không (hay gi ảm áp) Khi c ần ch ưng c ất m ột ch ất l ỏng d ễ b ị phân hu ỷ ở nhi ệt độ cao, ng ười ta ph ải dùng ph ươ ng pháp c ất chân không, t ức là dùng b ơm hút để gi ảm áp su ất trên bề m ặt ch ất l ỏng. Vì ch ất l ỏng s ẽ sôi khi áp su ất h ơi riêng ph ần đạ t đế n áp su ất khí quy ển, nên b ằng ph ươ ng pháp này, ng ười ta có th ể gi ảm được nhi ệt độ sôi c ủa nó một cách đáng k ể, tránh hi ện t ượng phân hu ỷ hay cháy n ổ. Nh ờ ph ươ ng trình Clapayron - clausius, ng ười ta có th ể tính được s ự ph ụ thu ộc c ủa áp su ất h ơi m ột ch ất vào nhi ệt độ . Tuy nhiên, có th ể áp d ụng qui lu ật th ực nghi ệm g ần đúng nh ư sau: Khi áp su ất khí quy ển trên b ề m ặt m ột ch ất l ỏng gi ảm đi m ột n ửa, nhi ệt độ sôi của nó b ọ h ạ th ấp đi kho ảng 15 0C. - Cất lôi cu ốn h ơi n ước Ta c ũng có th ể tinh ch ế m ột ch ất l ỏng không hoà tan trong n ước, b ằng ph ươ ng pháp c ất lôi cu ốn theo h ơi n ước để h ạ điểm sôi c ủa nó. Ph ươ ng pháp này d ựa trên nguyên t ắc: Khi hai hay nhi ều ch ất l ỏng không tr ộn l ẫn v ới nhau n ằm trong m ột h ỗn h ợp, áp su ất chung p c ủa chúng b ằng t ổng áp su ất riêng ph ần p 1+p 2, ngh ĩa là nó luôn luôn l ớn h ơn áp su ất h ơi riêng ph ần c ủa từng c ấu t ử b ất k ỳ nào. Do đó, nhi ệt độ sôi c ủa h ỗn h ợp s ẽ th ấp h ơn nhi ệt h ơn nhi ệt độ sôi c ủa c ấu t ử sôi th ấp nh ất. T ỷ l ệ h ơi c ất sang bình ng ưng (v ề s ố mol) s ẽ bằng t ỷ l ệ áp su ất h ơi riêng ph ần c ủa chúng ở nhi ệt độ sôi c ủa h ỗn h ợp. Nh ờ v ậy ta có th ể tính toán được l ượng n ước c ần thi ết để lôi cu ốn h ết ch ất c ần tinh ch ế. Sau khi đã dùng ph ươ ng pháp c ất lôi cu ốn theo h ơi n ước, th ường ta ph ải chi ết tách các ch ất c ần tinh ch ế ra kh ỏi n ước b ằng m ột dung môi thích h ợp, r ồi l ại ti ến hành c ất phân đoạn để tách dung môi. Cu ối cùng ch ưng l ấy ch ất tinh khi ết bằng bình c ất có g ắn nhi ệt k ế d ưới áp su ất th ường hay gi ảm áp, v ới s ự ki ểm tra nhi ệt độ c ủa ch ất c ần tinh ch ế. - Ph ươ ng pháp chi ết Chi ết là dùng m ột dung môi thích h ợp có kh ả n ăng hoà tan ch ất đang c ần tách và tinh ch ế để tách ch ất đó ra kh ỏi môi tr ường r ắn ho ặc l ỏng khác. Th ường ng ười ta dùng m ột dung môi sôi th ấp và ít tan trong n ước nh ư ete, cloroform để chi ết tách ch ất h ữu c ơ t ừ môi tr ường n ước (các ch ất h ữu c ơ c ần tinh ch ế này th ường tan ít trong n ước ho ặc ở d ạng nh ũ t ươ ng l ẫn v ới n ước). Sau khi l ắc dung môi v ới h ỗn h ợp ch ất c ần tinh ch ế và n ước, ch ất đó s ẽ chuy ển ph ần l ớn lên dung môi và ta có th ể dùng ph ễu chi ết để tách riêng dung d ịch thu được kh ỏi n ước. Bằng cách l ặp l ại vi ệc chi ết m ột s ố l ần, ta có th ể tách được hoàn toàn ch ất cần tinh ch ế vào dung môi đã ch ọn, sau đó c ất lo ại dung môi và c ất l ấy ch ất tinh khi ết ở nhi ệt độ và áp su ất thích h ợp. 12
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ng ười ta c ũng th ường chi ết m ột ch ất t ừ h ỗn h ợp r ắn b ằng m ột dung môi ho ặc h ỗn h ợp dung môi v ới m ột d ụng c ụ chuyên dùng đặc bi ệt g ọi là bình ch ứa Soxhlet. Dung môi được đun nóng, cho bay h ơi liên t ục ch ảy vào bình ch ứa h ỗn hợp c ần chi ết tách (th ường được gói b ằng gi ấy l ọc), nó s ẽ hoà tan ch ất r ắn c ần tinh ch ế và nh ờ m ột ống xiphông, dung d ịch ch ảy xu ống bình c ầu bên d ưới, dung môi nguyên ch ất l ại ti ếp t ục được c ất lên. Quá trình được ti ếp t ục cho đế n khi s ự chi ết tách được hoàn toàn. Ph ươ ng pháp này ti ết ki ệm được dung môi và đạt hi ệu qu ả t ươ ng đối cao. 2.1.3. Ph ươ ng pháp s ắc ký 2.1.3.1. Khái ni ệm Ph ươ ng pháp s ắc ký được Xvét phát minh ra để tách các ch ất b ằng h ấp ph ụ từ đầ u th ế k ỷ này (1903), đến nay đã tr ở thành m ột ph ươ ng pháp tinh ch ế, đị nh tính, định l ượng r ất quan tr ọng trong hoá h ọc h ữu c ơ, được phát tri ển r ất m ạnh và được s ử d ụng r ộng rãi trong h ầu h ết các phòng thí nghi ệm hi ện đạ i. Nguyên t ắc chung c ủa ph ươ ng pháp s ắc ký nh ư sau: h ỗn h ợp ch ất nghiên cứu ở pha l ỏng (dung d ịch) hay pha khí được cho đi qua b ề m ặt ch ất h ấp ph ụ ở pha r ắn hay pha l ỏng khó bay h ơi. Do kh ả n ăng t ươ ng tác v ới pha tính khác nhau nên các ch ất khác nhau trong h ỗn h ợp nghiên c ứu chuy ển độ ng v ới v ận t ốc khác nhauvà d ần được phân tách ra t ưng c ấu t ử riêng bi ệt. Ng ười ta phân chia ra thành các lo ại s ắc ký khác nhau. 2.1.3.2. Sắc ký c ột (s ắc ký h ấp ph ụ) Trong ph ươ ng pháp s ắc ký c ột, ng ười ta dùng các c ột thu ỷ tinh hay đôi khi bằng kim lo ại, có kích th ước thông thưòng là 15x1; 25x2; 40x3 ho ặc 60x4 cm; dùng các ch ất h ấp ph ụ ở d ạng b ột , th ường là nhôm oxyt, silicagel, tinh b ột, bari sunfat ho ặc m ột ch ất b ất k ỳ khác không t ươ ng tác v ới ch ất nghiên c ứu và dung môi. H ỗn h ợp ch ất nghiên c ứu được hoà tan trong m ột dung môi tr ơ thích h ợp và cho ch ảy qua c ột. Các ch ất trong h ỗn h ợp nghiên c ứu d ần d ần tách kh ỏi nhau và chúng chi ếm các v ị trí khác nhau trên c ột h ấp ph ụ. Vì lúc đầu ng ười ta ti ến hành trên c ột thí nghi ệm v ới các ch ất màu, khi chúng ta tách ra t ạo thành các khoanh màu khác nhau trên ống h ấp ph ụ nên ph ươ ng pháp này được g ọi là ph ươ ng pháp sắc ký. Sau đó ng ười ta tách riêng t ừng ch ất ho ặc b ằng cách c ắt c ột h ấp ph ụ thành tưng đoạn ứng v ới t ừng ch ất, ho ặc liên t ục đổ thêm dung môi, các ch ất s ẽ l ần l ượt được r ửa trôi và thoát ra bình h ứng ở các th ời điểm khác nhau. Có th ể dùng ph ươ ng pháp này để tách các ch ất không có màu, nh ưng ph ải dùng các ch ất ch ỉ th ị hay thu ốc th ử thích h ợp để nh ận bi ết khi nào chúng b ắt đầ u thoát ra bình h ứng. 2.1.3.3. Sắc ký gi ấy Sắc ký gi ấy là m ột d ạng đặ c bi ệt c ủa s ắc ký phân b ố do Consden, Gordon và Martin phát minh n ăm 1944. Pha t ĩnh ở đây là n ước th ấm trên gi ấy l ọc đặ c bi ệt (xenlulôza tinh khi ết). Dung d ịch ch ất nghiên c ứu được ch ấm trên m ột đầ u c ủa dải gi ấy (cách mép gi ấy ch ừng 2,5cm) và m ỗi gi ọt cách nhau ch ừng 2cm. Ng ười ta th ường nh ỏ đồ ng th ời c ả dung d ịch m ẫu đã bi ết để so sánh. Sau đó đầ u gi ấy l ọc 13
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - được nhúng trong m ột dung môi hay h ỗn h ợp dung môi thích h ợp đã bão hoà nước. Do l ực mao d ẫn, dung môi s ẽ th ấm d ần lên gi ấy s ắc ký, kéo theo ch ất nghiên c ứu chuy ển độ ng lên phía trên và t ạo v ết trên gi ấy mà ng ười ta có th ể nh ận bi ết được b ằng m ắt th ường ho ặc b ằng ch ất ch ỉ th ị. T ỷ s ố R t gi ữa độ d ịch chuy ển của ch ất nghiên c ứu và dung môi được g ọi là h ằng s ố s ắc ký, h ằng s ố này là đại lượng quan tr ọng đặ c trung cho t ừng ch ất. Để thu được k ết qu ả tách t ốt h ơn, ng ười ta có th ể l ặp l ại thao tác trên v ới một dung môi khác và theo chi ều th ẳng góc v ới chi ều ch ạy l ần tr ước (s ắc ký phân bố hai chi ều). Sắc ký gi ấy th ường dùng để đị nh tích các ch ất, nh ưng c ũng có th ể dùng để định l ượng s ơ b ộ d ựa vào độ đậ m và ti ết di ện c ủa v ết ch ất nghiên c ứu. 2.1.3.4. S ắc ký l ớp m ỏng Ph ươ ng pháp này được Izmailop và Schreiber đề ngh ị t ừ n ăm 1938, được Stan phát tri ển và hoàn thi ện (1955), khi ến nó có ứng d ụng r ất rộng rãi. Ng ười ta tráng m ột l ớp m ỏng ch ất h ấp ph ụ (Al 2O3, silicagen) lên m ột t ấm kính kích th ước kho ảng 10x12 cm ho ặc 20x20 cm, ch ấm m ột gi ọt ch ất nghiên c ứu lên m ột đầ u b ản (cách mép kho ảng 2cm) r ồi cho dung môi ch ạy nh ư s ắc ký gi ấy. Ph ươ ng pháp s ắc ký l ớp m ỏng th ường cho hi ệu qu ả tách cao, th ời gian ng ắn, l ượng ch ất ít, th ường được dùng để đị nh tính và tách các h ợp ch ất thiên nhiên. Nó c ũng được các nhà hoá h ọc t ổng h ợp s ử d ụng th ường xuyên để nhanh chóng phân tách các ch ất thu được trong ph ản ứng. 2.1.3.5. S ắc ký khí l ỏng Nh ững n ăm g ần đây s ắc ký khí l ỏng (s ắc ký khí) được phát tri ển m ạnh m ẽ, mở ra kh ả n ăng l ớn trong phân tích và tách các h ợp ch ất d ễ bay h ơi. Ph ươ ng pháp thông th ường là cho vài microlit ch ất l ỏng phân tích vào thi ết b ị bay h ơi r ồi dùng dòng khí mang (th ường là He) lôi cu ốn h ơi c ủa chúng qua m ột ống dài nung nóng nạp đầ y m ột ch ất r ắn x ốp (g ạch ch ịu l ửa tán nh ỏ, nhôm oxyt, silicagel, than ho ạt tính ) được t ẩm b ằng ch ất l ỏng khó bay h ơi nh ư d ầu silicon, polyetylen glycol, các este sôi cao Khi đó x ảy ra sự phân b ố các ch ất gi ữa pha l ỏng và pha khí, đồng th ời ch ỉ c ần có s ự khác nhau nh ỏ trong s ự phân b ố này gi ữa các c ấu t ử trong h ỗn hợp c ũng đủ để phân tách hoàn toàn các ch ất l ỏng trong h ỗn h ợp, vì nó được l ặp đi lặp l ại nhi ều l ần trong ống dài. Ng ười ta th ường nh ận bi ết t ừng ch ất thoát ra ở cu ối ống b ằng cách đo s ự thay đổ i độ d ẫn nhi ệt c ủa khí thoát ra. Tuy nhiên vi ệc phát hi ện m ột pic trong s ơ đồ s ắc ký khí m ới là điều ki ện c ần, nh ưng ch ưa đủ v ề độ tinh khi ết c ủa m ột ch ất, ph ươ ng pháp s ắc ký khí v ẫn r ất h ữu ích khi phân tích m ột lượng nh ỏ h ỗn h ợp c ũng nh ư để tách và tinh ch ế các ch ất. Cần nh ấn m ạnh r ằng, trong ph ươ ng pháp s ắc ký, nói chung c ấu trúc phân t ử của các h ợp ch ất có ảnh h ưởng l ớn đế n cân b ằng h ấp ph ụ, c ũng nh ư h ệ s ố phân b ố của chúng gi ữa các pha, do đó liên quan ch ặt ch ẽ đế n h ằng s ố R t. Vì v ậy k ết qu ả phân tích s ắc ký c ũng cho ta th ấy nh ững thông tin b ổ ích v ề c ấu trúc c ủa h ợp ch ất. 14
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Sau quá trình tinh ch ế, ta c ần ki ểm tra độ tinh khi ết c ủa h ợp ch ất thu được bằng cách đo nhi ệt độ nóng ch ảy ( đố i v ới ch ất r ắn) ho ặc nhi ệt độ sôi ( đố i v ới ch ất lỏng) ho ặc đo t ỷ kh ối, ch ỉ s ố khúc x ạ, ch ụp ph ổ Một ch ất được coi là tinh khi ết n ếu qua nhi ều l ần tinh ch ế, các h ằng s ố v ật lý c ủa nó không thay đổ i. 2.2. Công th ức phân t ử h ợp ch ất h ữu c ơ Để xác định được công th ức phân t ử các ch ất h ữu c ơ, ng ười ta ti ến hành xác định các thành ph ần nguyên t ố và kh ối l ượng phân t ử c ủa chúng. 2.2.1. Phân tích nguyên t ố Các ch ất h ữu c ơ ngoài cacbon còn th ường có hydro, oxy, nit ơ, halogen, l ưu hu ỳnh, Để xác đị nh s ự có m ặt và hàm l ượng c ủa chúng, ng ười ta s ử d ụng các ph ươ ng pháp định tính và định l ượng riêng. 2.2.1.1. Xác định cacbon và hydro Sự có m ặt c ủa cacbon và hydro trong m ột h ợp ch ất th ường được xác đị nh bằng cách đố t cháy h ợp ch ất đó trong oxi, v ới xúc tác là CuO: CxHyOz + (x + y/4 - z/2) O 2 x CO 2 + y/2 H 2O CO 2 thoát ra được nh ận bi ết b ằng ph ản ứng làm đục n ước vôi trong: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2O H2O được nh ận bi ết b ằng cách ng ưng t ụ trên ph ần l ạnh c ủa ống đố t hay b ằng CuSO 4 khan. Để định l ượng cacbon và hydro, ng ười ta đố t cháy m ột l ượng cân chính xác ch ất nghiên c ứu b ằng dòng oxy có m ặt CuO trong ống th ạch anh, r ồi h ấp th ụ h ơi nước thoát ra b ằng perclorat magie (MgClO 4); CO 2 h ấp th ụ b ằng t ẩm sút (NaOH). Các ch ất h ấp th ụ này đựng trong ống ch ữ U và kh ối l ượng c ủa chúng được cân chính xác tr ước và sau khi thí nghi ệm k ết thúc. Hi ệu s ố kh ối l ượng gi ữa hai l ần cân cho ta bi ết kh ối l ượng H 2O và CO 2 b ị h ấp th ụ. Nếu trong thành ph ần ch ất nghiên c ứu có halogen, l ưu hu ỳnh, nit ơ, chúng có th ể t ạo ra các oxit c ủa nit ơ, c ủa l ưu hu ỳnh, halogen và các oxit halogen hydric và chúng có thêr ảnh h ưởng đế n k ết qu ả cân các ống h ấp th ụ. Để lo ại tr ừ chúng, trong ống nung ở ph ần cu ối, ng ười ta dùng các s ợi b ạc để gi ữ halogen và oxit l ưu hu ỳnh, dùng P 2O5 để phân hu ỷ oxit nit ơ. 2.2.1.2. Xác định nit ơ Để xác đị nh s ự có m ặt c ủa nit ơ trong h ợp ch ất nghiên c ứu, ta có th ể đố t nóng m ẫu th ử v ới natri kim lo ại, nit ơ cùng cacbon trong m ẫu th ử s ẽ chuy ển thành NaCN, hoà tan s ản ph ẩm t ạo thành trong n ước c ất, l ọc l ấy dung dịch; thêm l ần lượt các ion Fe 2+ , Fe 3+ , axit hoá s ẽ t ạo thành k ết t ủa màu xanh: - 2+ 4- 6CN + Fe [Fe(CN) 6 ] 3+ 4- 4Fe + 3[Fe(CN) 6 ] Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 màu xanh Để đị nh l ượng nit ơ, ng ười ta dùng ph ươ ng pháp Dumas ho ặc Kjeldahl. Nguyên lý c ủa ph ươ ng pháp Dumus là oxy hoá h ợp ch ất h ữu c ơ b ằng CuO rồi lôi cu ốn s ản ph ẩm b ằng m ột dòng CO 2 tinh khi ết. Nit ơ trong ch ất h ữu c ơ s ẽ chuy ển thành N 2 t ự do. Ta có th ể thu N 2 thoát ra b ằng m ột buret úp ng ược trong 15
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ch ậu ch ứa dunh d ịch KOH đậ m đặc. H 2O s ẽ ng ưng t ụ trong dunh d ịch; CO 2 hoàn toàn b ị h ấp th ụ b ởi KOH; N 2 thoát lên được và ta có th ể đo đươ ch th ể tích c ủa nó một cách d ễ dàng. Ph ươ ng pháp Kjeldahl tuy không ph ổ bi ến b ằng ph ươ ng pháp Dumus song trong nhi ều tr ường h ợp c ũng r ất thu ận ti ện, nó cho phép xác đị nh nhanh hàm lượng nit ơ trong m ẫu th ử. B ằng cách vô c ơ hoá h ợp ch ất nghiên c ứu khi nung nóng trong H 2SO 4 đậm đặ c có xúc tác selen (khi c ần có th ể thêm ch ất oxy hoá) ta chuy ển nit ơ thành mu ối amon sunfat, sau đó ki ềm hoá dung d ịch thu được r ồi lôi cu ốn NH 3 theo h ơi n ước sang m ột bình khác và chu ẩn độ l ượng NH 3 t ạo thành. 2.2.1.3. Xác định halogen Sự có m ặt c ủa halogen trong h ợp ch ất h ưu c ơ được xác đị nh b ằng cách t ẩm mẫu gi ấy vào s ợi dây đồ ng r ồi đố t, n ếu h ợp ch ất có ch ứa halogen s ẽ tạo ra ng ọn lửa màu xanh l ục. Ng ười ta đị nh l ượng halogen b ằng cách oxy hoá m ẫu ch ất trong bình ch ứa oxy nguyên ch ất, có xúc tác Pt, khi đó s ẽ t ạo halogen hydric, h ấp th ụ b ằng dung dịch HNO 3 và sau đó xác định b ằng ph ản ứng nitrat b ạc: AgNO 3 + HX AgX + HNO 3 Bằng cách so độ đụ c ho ặc chu ẩn độ l ượng Ag + d ư, ng ười ta tính được hàm lượng halogen trong m ẫu ch ất nghiên c ứu. 2.2.1.4. Xác định l ưu hu ỳnh Khi đun ch ảy h ợp ch ất h ưu c ơ v ới kim lo ại, l ưu hu ỳnh s ẽ chuy ển thành Na 2S, sau đó ta có th ể d ễ dàng nh ận bi ết được b ằng cách ph ản ứng t ạo k ết t ủa PbS hay Ag 2S: Pb(NO 3)2+ Na 2S PbS + 2NaNO 3 Để đị nh l ượng l ưu hu ỳnh, ng ười ta oxy hoá m ẫu ch ất h ưu c ơ b ằng HNO 3 bốc khói trong ống hàn kín ở 200 ÷ 300 oC, sau vài gi ờ l ưu hu ỳnh trong m ẫu ch ất sẽ chuy ển hoá thành H 2SO 4, ta có th ể đị nh b ằng ph ản ứng v ớiBaCl 2, r ồi xác đị nh lượng BaSO 4 b ằng ph ươ ng pháp tr ọng l ượng: H2SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2HCl 2.2.1.5. Xác định các nguyên t ố khác Ngoài các nguyên t ố k ể trên, trong m ột s ố tr ường h ợp ch ấy h ữu c ơ có th ể còn ch ứa P, Si, một s ố kim lo ại khác Ta c ũng oxy hoá h ợp ch ất h ữu c ơ b ằng HNO 3 b ốc khói trong ống hàn kín ho ặc nung ch ảy nó v ới h ỗn h ợp NaNO 3 và Na 2CO 3. Các nguyên t ố nói trên s ẽ chuy ển hoá thành các h ợp ch ất vô c ơ t ươ ng ứng (th ường v ới hoá tr ị d ươ ng cao nh ất), sau đó ta định l ượng chúng b ằng các ph ươ ng pháp vô c ơ thông th ường. 2.2.1.6. Xác định oxy Hàm l ượng oxy trong các h ợp ch ất th ường được xác đị nh m ột cách gián ti ếp, t ức là ta l ấy kh ối l ượng m ẫu đem đố t tr ừ đi kh ối l ượng t ổng các nguyên t ố vừa xác đị nh theo các phươ ng pháp trên, ho ặc l ấy 100% tr ừ đi h ợp ph ần c ủa các nguyên t ố khác. 16
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ta c ũng có th ể xác đị nh m ột cách tr ực ti ếp b ằng cách chuy ển oxy trong h ợp ch ất h ữu c ơ thành CO r ồi oxy hoá b ằng I 2O5: 5CO +I 2O5 5CO 2 + I 2 Chu ẩn độ l ượng I 2, CO 2 được gi ải phóng ra ho ặc chu ẩn độ l ượng I 2O5 d ư, ta tính được l ượng CO hình thành. Tóm l ại, nh ờ nh ững phân tích ch ế t ạo c ực k ỳ chính xác, nh ờ nh ững thi ết b ị phân tích ngày càng hoàn thi ện, ng ười ta có th ể ti ến hành phân tích vi l ượng ho ặc bán vi l ượng, v ới nh ững ch ất nh ỏ (vài mg) c ũng đủ cho ta k ết qu ả đáng tin c ậy. T ừ nh ững n ăm 60, ng ười ta đã phát hi ện và s ử d ụng các ph ướng pháp siêu vi l ượng, ch ỉ c ần cân m ẫu ch ất (trên cân điện t ử t ự độ ng) còn các s ản ph ẩm đố t cháy được xác định b ằng nh ững thi ết b ị tinh vi trên c ơ s ở đo độ d ẫn nhi ệt c ủa các ch ất khí nh ờ b ộ phát điện Đetect ơ. V ới ph ươ ng pháp này, ng ười ta có th ể xác đị nh đồ ng th ời C, H, N hoàn toàn t ự độ ng trong vòng 10 phút, l ượng m ẫu ch ỉ c ần kho ảng 1 mg. 2.2.2. Thi ết l ập công th ức t ổng quát c ủa h ợp ch ất Sau khi xác định thành ph ần kh ối l ượng (ho ặc thành ph ần tr ăm kh ối l ượng) của t ừng nguyên t ố trong ch ất nghiên c ứu, b ằng cách chia cho nguyên t ử l ượng của các nguyên t ố t ươ ng ứng, ta s ẽ được t ỷ l ệ gi ữa s ố nguyên t ử t ừng nguyên t ố trong phân t ử, t ừ đó thi ết l ập được công th ức t ổng quát c ủa các ch ất đã cho d ưới dạng (C xHyOzNt)n Ví d ụ: Đố t cháy 1,5 mg m ột ch ất A t ạo thành 0,9 mg H 2O; 1,76 mg CO 2 và 0,224 ml N 2 (đktc). Ta tính kh ối l ượng t ừng nguyên t ố trong m ẫu ch ất nh ư sau: 0,9 mg H 2O ≈ 0,0009/ 18 ptg ≈ (0,0009/18) x 2 = 0,0001g H = 0,1 mg H 1.76 mg CO 2 ≈ 0,00176/44 ptg ≈ (0,00176/44) x 12 = 0,00048 g C = 0,48 mg C 0,224 ml N 2 ≈ 0,224/22,4 ptg ≈ (0,224/22,4) x 28 = 0,28 mg N Lượng oxy: m O = 1,5 -(0,48+0,1+0,28) = 0,64 mg Ta có: CxHyOzNt + (x+y/4-z/2) O 2 xCO 2 +y/2 H 2O + t/2 N 2 Và x : y : z : t = 0,48/12 : 0,1/1 : 0,64/16 : 0,28/14 = 2 : 5 : 2 : 1 Vậy công th ức t ổng quát c ủa ch ất nghiên c ứu là (C 2H5O2N) n. Để xác đị nh n ta ph ải xác đị nh kh ối l ượng phân t ử ch ất đã cho ho ặc đôi khi không th ực hi ện được trong điều ki ện đó thì ph ải biện lu ận. 2.2.3. Xác định kh ối l ượng phân t ử c ủa m ột ch ất Để tìm được công th ức nguyên (công th ức phân t ử) c ủa m ột h ợp ch ất, ta ph ải xác đị nh kh ối l ượng phân t ử, hay nói chính xác h ơn là xác định phân t ử gam của ch ất nghiên c ứu. Có nhi ều ph ươ ng pháp xác định phân t ử l ượng. a. Nếu m ẫu ch ất nghiên c ứu là ch ất l ỏng d ễ bay h ơi, ta cho bay h ơi ở nhi ệt độ thích h ợp, đo th ể tích h ơi ở điều ki ện đó r ồi tính phân t ử l ượng c ủa nó theo ph ươ ng trình: pV = nRT = (m/M)RT ptg: M = mRT/pV Trong đó : p - áp su ất; 17
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - V - th ể tích h ơi ch ất nghiên c ứu; m - kh ối l ượng ch ất bay h ơi; T - nhi ệt độ tuy ệt đố i; R - h ằng s ố khí. b. N ếu đo được t ỷ kh ối h ơi c ủa ch ất đã cho đối v ới m ột ch ất khí nào đó, ta có th ể tính được phân t ử gam c ủa nó m ột cách d ễ dàng. Ví d ụ, h ơi ch ất A n ặng g ấp 25 l ần H 2 thì phân t ử l ượng c ủa nó ph ải là M = 25 x 2 = 50. c. D ựa vào định lu ật Raoult Dung d ịch m ột ch ất khó bay h ơi trong m ột dung môi nào đó có luôn có nhi ệt độ sôi cao h ơn, nhi ệt độ đông đặ c th ấp h ơn so v ới dung môi nguyên ch ất và độ t ăng điểm sôi hay độ h ạ điểm k ết tinh luôn t ỷ l ệ v ới n ồng độ ch ất tan. t = KC K - h ệ s ố t ỷ l ệ, đươ c g ọi là h ằng s ố nghi ệm sôi hay nghi ệm l ạnh, đặ c tr ưng cho t ừng loai dung môi; C - n ồng độ mol/l hay ptg/1000 g dung môi Bằng cách đo m ức t ăng nhi ệt độ sôi (ph ươ ng pháp nghi ệm sôi) ho ặc m ức hạ điểm k ết tinh (ph ươ ng pháp nghi ệm l ạnh) c ủa dung d ịch ch ất nghiên c ứu trong dung môi ch ất thích h ợp, ta d ễ dàng xác định được n ồng độ ch ất tan và do đó xác định được phân t ử gam c ủa chúng. Ng ười ta hay dùng campho làm dung môi, vì h ằng s ố nghi ệm l ạnh c ủa nó khá cao (khi hoà tan m ột phân t ử gam ch ất tan trong 1000 g campho, điểm đông đặc h ạ đi t =37,7 oC. d. Các ph ươ ng pháp khác Bằng cách t ươ ng t ự, ng ười ta c ũng có th ể đo áp su ất th ẩm th ấu c ủa dung dịch ch ất tan, đo độ nh ớt c ủa dung d ịch ho ặc b ằng ph ươ ng pháp kh ối ph ổ, t ừ đó xác định được kh ối l ượng phân t ử ch ất đã cho. N ếu bi ết rõ s ố nhóm ch ức trong một phân t ử ch ất nghiên c ứu, b ằng cách xác đị nh s ố nhóm ch ức c ũng cho phép xá định phân t ử l ượng c ủa chúng. Ví d ụ, 0,92 g m ột alcol đơn ch ức tác d ụng v ới m ột l ượng d ư Na cho 0,224 l H2 ( đktc) thì phân t ử l ượng c ủa alcol ph ải là: 0,92/ (0,224 x 2)/22,4 = 46 2.2.4. Thi ết l ập công th ức nguyên c ủa m ột h ợp ch ất Sau khi xác định được công th ức t ổng quát c ủa ch ất nghiên c ứu kh ối l ượng phân t ử c ủa nó, ta d ễ dàng tìm ra được tr ị s ố c ủa n và do đó thi ết l ập công th ức nguyên c ủa h ợp ch ất. Ví d ụ, đã l ập được công th ức t ổng quát c ủa ch ất A d ưới d ạng (C 2H5O2N) n nh ư ví d ụ ở trên, đồng th ời b ằng m ột trong các ph ươ ng pháp v ừa nêu ta xác định được phân t ử l ượng c ủa ch ất A là 75, ta tính được: (2 x 12+5 x 1+2 x 16+1 x 14)n = 75 75n = 75 n = 1 Vậy công th ức nguyên c ủa A ph ải là C 2H5O2N. 18
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Tuy v ậy, nhi ều khi trong điều ki ện th ực nghi ệm không cho phép ta th ực hi ện t ất c ả các b ước trên, có ngh ĩa là ph ải gi ải bài toán tìm công th ức nguyên khi số ph ươ ng trình toán h ọc l ập được it h ơn s ố ẩn s ố, trong khi tr ường h ợp này ta ph ải bi ện lu ận. Ph ươ ng pháp bi ện lu ận ph ải d ựa vào đặc điểm c ủa h ợp ch ất đã cho để xác đị nh tr ị s ố n trong công th ức t ổng quát, ho ặc d ựa vào các b ất ph ươ ng trình ph ản ánh m ối t ươ ng quan gi ữa s ố nguyeen t ử c ủa các nguyên t ố c ơ b ản. Ví d ụ, m ột hydrocacbon có t ỷ kh ối đố i v ới hydro là 21. Hãy tìm công th ức của nó. Ta có kh ối l ượng phân t ử là 21x2 = 42. N ếu g ọi công th ức c ủa hydrocacbon đó là C xHy, ta có: 12x + y = 42 Suy ra: 12x < 42 Hay : x < 3,5 Mặt khác C xHy là hydrocacbon nên s ố nguyên t ử H trong phân t ử không vượt quá 2x + 2, ngh ĩa là: y ≤ 2x + 2 42-12x ≤ 2x + 2 40 ≤ 14x 2,8 ≤ x Kết h ợp v ới l ập lu ận trên, ta có 2,8 ≤ x <3,5 mà x ch ỉ ti ếp nh ận giá tr ị nguyên, v ậy x = 3, suy ra y = 6. Ch ất đã cho công th ức C 3H6 2.3. C ấu trúc phân t ử h ợp ch ất h ữu c ơ 2.3.1. Đồng phân 2.3.1.1. Khái ni ệm: là m ột khái ni ệm bi ểu th ị s ự phân b ố khác nhau c ủa các nguyên t ử ho ặc là nhóm nguyên t ử c ủa m ột phân t ử ở trong không gian. Là nh ững hợp ch ất h ữu c ơ có cùng công th ức phân t ử nh ưng khác nhau v ề c ấu trúc, do đó tính ch ất v ật lý và hoá h ọc khác nhau. 2.3.1.2. Phân lo ại: có 3 lo ại - Đồng phân c ấu t ạo - Đồng phân hình h ọc - Đồng phân không gian a. Đồng phân c ấu t ạo ( đồ ng phân ph ẳng) * Khái ni ệm: N ếu các ch ất đồ ng phân khác nhau v ề c ấu trúc ph ẳng (S ự phân b ố các nguyên t ử ho ặc nhóm nguyên t ử khác nhau trong m ặt phẳng) g ọi là đồng phân ph ẳng. * Phân lo ại: Lo ại đồ ng phân này th ường g ặp các d ạng sau: - Đồng phân v ề m ạch cacbon, ngh ĩa là ch ỉ khác nhau v ề cách s ắp x ếp m ạch cacbon: CH3CH2CH2CH2OH CH3CHCH2OH CH3 ancol n - butylic ancol isobutylic 19
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Đồng phân v ề v ị trí c ủa nhóm ch ức. Các h ợp ch ất này có cùng nhóm ch ức nh ưng khác nhau v ề s ự phân b ố v ị trí c ủa nhóm ch ức: CH3CHCH2CH3 CH3CH2CH2CH2OH OH 1-Butanol 2-Butanol - Đồng phân v ề nhóm ch ức: CH3CH2-O-CH3 CH3CH2CH2CH2OH ete ancol - Đồng phân v ề cách chia đoạn m ạch c ủa nhóm ch ức: CH3C-O-CH2CH2CH3 CH3-O-C-CH2CH2CH3 O O axetat n - propyl butyrat metyl Hai chất đề u thu ộc este, nh ưng xu ất phát t ừ hai c ặp axit và ancol khác nhau, axetat n - propyl hình thành t ừ CH 3COOH + CH 3CH 2CH 2OH, còn este butyrat metyl hình thành t ừ CH 3CH 2CH 2COOH + CH 3OH. b. Đồng phân hình h ọc * Khái ni ệm: Là đồng phân c ấu hình do s ự s ắp x ếp khác nhau c ủa các nhóm th ế ở 2 bên n ối đôi hay m ặt ph ẳng vòng no. S ự s ắp x ếp các nhóm th ế ở hai bên n ối đôi th ực ch ất là hai bên m ặt ph ẳng π . M ặt ph ẳng π và m ặt ph ẳng vòng là nh ững m ặt ph ẳng c ố đị nh. Nếu hai nhóm th ế gi ống nhau hay g ần gi ống nhau ở cùng phía c ủa m ặt ph ẳng g ọi là đồng phân cis , khác phía là đồng phân trans . Ví d ụ: H3C H3C CH3 H C C C C H H H CH3 cis-2-buten trans-2-buten Cl Cl H Cl H H H H Cl H H H cis-diclopropan trans-diclopropan 20
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Cách qui định v ị trí hai nhóm th ế gi ống nhau trên đây ch ỉ là trường h ợp đặ c bi ệt trong cách qui đị nh t ổng quát v ề v ị trí c ủa 2 nhóm th ế trong m ạch chính, ví dụ: H3C C2H5 H3C CH3 > H CH3 C C C C C2H5 > CH3 H H H C2H5 * Điều ki ện c ần và đủ để xu ất hi ện đồ ng phân hình h ọc Điều ki ện c ần: Phân t ử ph ải có n ối đôi hay vòng no n ằm trên m ột m ặt ph ẳng. Điều ki ện đủ : 2 nhóm th ế ở m ỗi cacbon ở n ối đôi hay ở vòng no ph ải khác nhau. a c a ≠ b C C c ≠ d b d * Phân lo ại: có 3 lo ại - Đồng phân cis - trans - Đồng phân syn - anti - Đồng phân E - Z Trong tr ường h ợp không dùng được danh pháp cis - trans thì dùng danh pháp chung g ọi là danh pháp E-Z. Danh pháp E-Z d ựa trên tính h ơn c ấp c ủa nguyên t ố đính v ới cacbon. Nhóm th ế có nguyên t ố có s ố th ứ t ự nguyên t ố cao h ơn (hay có kh ối l ượng nguyên t ử ho ặc phân t ử l ớn h ơn) thì có tính h ơn c ấp cao h ơn. N ếu hai nhóm th ế có tính h ơn cấp ở cùng phía c ủa m ặt ph ẳng g ọi là đồng phân Z, khác phía là đồng phân E. Ví d ụ: Br NO2 Br H C C C C H C H 3 H3C NO2 Br > CH3 , NO2 > H (Z)-2-Brom-1-nitropropen (E)-2-Brom-1-nitropropen C Y Danh pháp Syn-anti: Dùng cho n ối đôi có m ột c ặp điện t ử không phân chia. (syn-: cùng phía, anti-: khác phía). 21
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ví d ụ: CH 3 - CH = N - OH OH H H C N C N H3C OH H3C anti- Syn- * Tính ch ất khác nhau c ủa đồ ng phân hình h ọc Các đồng phân hình h ọc có nhi ều tính ch ất khác nhau rõ r ệt, ví d ụ ở 1,2- đicloetilen. cis trans Kho ảng cách 2 Cl 3,7A 0 4,7A 0 µ 1,89D 0,0D t0nc -80,5 0C -50 0C t0s 60 0C 48 0C * Ý ngh ĩa: Gi ải thích t ại sao có 2 nguyên t ử cacbon và hidro mà t ạo nên vô s ố các phân t ử h ợp ch ất h ữu c ơ. c. Đồng phân không gian * Đồng phân quang h ọc a, Khái ni ệm: Nh ững h ợp ch ất có c ấu trúc và tính ch ất v ật lý, hoá h ọc gi ống nhau nh ưng khác nhau v ề kh ả n ăng quay m ặt ph ẳng ánh sáng phân c ực g ọi là đồng phân quang h ọc. Ánh sáng là dao động sóng c ủa tr ường điện và t ừ. Khi m ột electron t ươ ng tác v ới ánh sáng thì có dao động theo t ần s ố c ủa ánh sáng theo h ướng c ủa tr ường điện. Ánh sáng th ường có vect ơ tr ường điện c ủa sóng ánh sáng trong t ất c ả các hướng c ủa m ặt ph ẳng. Ánh sáng phân c ực có vect ơ c ủa tr ường điện c ủa t ất c ả các sóng ánh sáng trong cùng m ột m ặt ph ẳng, g ọi là m ặt ph ẳng phân c ực. Ánh sáng th ường Ánh sáng phân c ực Ánh sáng phân c ực thu được khi cho ánh sáng th ường đi qua l ăng kính phân c ực: Phân cực k ế 22 Ánh sáng th ường Ánh sáng phân c ực
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Có m ột s ố ch ất h ữu c ơ (và c ả m ột s ố ch ất vô c ơ) có kh ả n ăng làm quay m ặt ph ẳng phân c ực khi cho ánh sáng phân c ực đi qua. Kh ả n ăng đó g ọi là tính quang ho ạt, còn nh ững ch ất có kh ả n ăng đó g ọi là ch ất quang ho ạt. Trong s ố nh ững ch ất quang ho ạt có m ột s ố không nhi ều l ắm ch ỉ th ể hi ện kh ả n ăng làm quay m ặt ph ẳng phân c ực khi còn ở tr ạng thái tinh th ể (tinh th ể b ất đố i), ví d ụ: tinh th ể c ủa các ch ất NaCl, ZnSO 4. Còn m ột s ố l ớn ch ất khác l ại có tính quang ho ạt khi ở th ể h ơi hay trong dung d ịch. Ở lo ại ch ất quang ho ạt v ừa nói, tính quang ho ạt không ph ải do cấu trúc tinh th ể mà do c ấu trúc c ủa nh ững phân t ử riêng r ẽ. Để đo kh ả n ăng làm quay m ặt ph ẳng phân c ực ( độ quay c ực) c ủa các ch ất quang ho ạt ng ười ta dùng phân c ực k ế ghi l ấy góc quay α . Đối v ới m ột ch ất quang ho ạt ng ười ta th ường dùng đại l ượng độ quay c ực riêng [ α ]. Độ quay c ực riêng c ủa m ột ch ất trong dung d ịch được tính theo công th ức sau: t0 α.V []α λ = L.a Trong đó: α : Góc quay quan sát được đố i v ới m ột dung d ịch có b ề dày để ánh sáng đi qua là d (dm) ch ứa a (g) ch ất quang ho ạt trong V (ml) dung d ịch. Vi ệc đó th ực hi ện ở t 0, với ánh sáng có độ dài sóng λ . Góc quay c ủa m ột ch ất quang ho ạt không nh ững ph ụ thu ộc vào b ản ch ất hoá h ọc c ủa ch ất đó, b ước sóng c ủa ánh sáng phân c ực, b ề dày c ủa dung d ịch ch ất quang ho ạt, nhi ệt độ khi đo, mà còn ph ụ thu ộc vào n ồng độ và b ản ch ất dung môi. Cho nên khi vi ết độ quay c ực riêng ph ải gi c ụ th ể. Ví d ụ: [α ]25 = − 0 D 18 (C = 15 n ước) Nh ư th ế có ngh ĩa là độ quay c ực riêng c ủa ch ất quay v ề bên trái 18 0, ở n ồng độ 15g trong 100 ml dung d ịch n ước, nhi ệt độ khi đo là 25 0, b ề dày dung d ịch 1dm, ánh sáng được dùng là ánh sáng D c ủa natri v ới b ước sóng 589nm. 23
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - b, Điều ki ện xu ất hi ện đồ ng phân quang h ọc - Điều ki ện c ần: Ph ải có trung tâm b ất đố i (Nguyên t ử b ất đố i, phân t ử b ất đố i hay tinh th ể b ất đố i) - Điều ki ện đủ : Ph ải được phân b ố theo công th ức chi ếu Fis ơ. Điều ki ện c ần và đủ để xu ất hi ện tính quang ho ạt là khi ph ản chi ếu mô hình c ủa h ợp ch ất qua m ột m ặt ph ẳng ta được mô hình khác không đồng nh ất v ơi nó, ngh ĩa là không th ể ch ỉ b ằng chuy ển độ ng t ịnh ti ến và quay mà có th ể đưa được hai mô hình đó l ồng khít vào nhau được. Nói cách khác, để xu ất hi ện được hi ện tượng quang ho ạt, phân t ử ph ải không l ồng khít được v ới ảnh g ươ ng c ủa nó, t ươ ng tự nh ư quan h ệ gi ữa hai bàn tay c ủa m ột ng ười bình th ường. Tính ch ất đó được g ọi là tính không trùng v ật - ảnh (chirality). Khi có hi ện t ượng không trùng v ật - ảnh, sẽ xu ất hi ện hai d ạng đồ ng phân đố i x ứng nhau, không l ồng khít vào nhau được nh ư hình a.1 a a b b d d c c Mặt ph ẳng g ươ ng Hình a.1: Hai dạng đồ ng phân đố i x ứng nhau Hai đồng phân này có kh ả n ăng làm quay m ặt ph ẳng ánh sáng phân c ực nh ững góc có tr ị số nh ư nhau nh ưng theo chi ều ng ược nhau. Đó là hai ch ất đố i quang. Nguyên t ử cacbon b ất đố i Trong m ột hình t ứ di ện đề u có m ột tâm đố i x ứng, b ốn tr ục đố i x ứng và sáu mặt ph ẳng đố i x ứng. Nếu ta thay th ế t ất c ả b ốn nguyên t ử hydro trong phân t ử CH 4 b ằng b ốn nguyên t ử hay nhóm nguyên t ử gi ống h ệt nhau thì các y ếu t ố đố i x ứng v ẫn còn nguyên v ẹn. Nh ưng n ếu thay th ế m ột hay nhi ều nguyên t ử hydro trong CH 4 b ằng nh ững nguyên t ử hay nhóm nguyên t ử khác nhau thì các y ếu t ố đố i x ứng s ẽ b ị vi ph ạm. Ví d ụ: Th ế m ột nguyên t ử H b ằng Br thì ch ỉ còn m ột tr ục đố i x ứng và ba mặt ph ẳng đố i x ứng, th ế 3 nguyên t ử H b ằng 3 nguyên t ử khác nhau thì s ẽ không còn m ột y ếu t ố đố i x ứng nào c ả. Khi trong phân t ử có nguyên t ử C đính v ới 4 nguyên t ử hay nhóm nguyên tử khác nhau Cabcd s ẽ xu ất hi ện hai d ạng đồ ng phân đố i x ứng nhau qua m ặt ph ẳng nh ư v ật v ới ảnh trong gu ơng (hình a.1) và có tính quang ho ạt. Nguyên t ử C gọi là nguyên t ử C b ất đố i, phân t ử Cabcd là phân t ử b ất đố i. 24
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ví d ụ: a H H F * * * * b C d H3C C COOH Cl C SO3H Cl C I c OH I Br Trong tr ường h ợp hai nguyên t ử đồ ng v ị đính vào m ột nguyên t ử C cùng với hai nhóm nguyên t ử khác n ữa, nguyên t ử C đó c ũng là C b ất đố i, cho nên nh ững h ợp ch ất nh ư trong ví d ụ d ưới đây c ũng có th ể là nh ững ch ất quang ho ạt: H H * * CD C6H5 C CH3 H3C C 3 D OH Để bi ểu di ễn nguyên t ử cacbon t ứ di ện trong các phân t ử ki ểu Cabcd ta có th ể dùng các công th ức khác nhau ở hình a.2. Đó là các công th ức t ứ di ện (1), Fis ơ (2) và (3), ph ối c ảnh (4) và ph ối c ảnh k ết h ợp v ới Fis ơ (5). Trong các công th ức đó, nét li ền bi ểu di ễn liên k ết n ằm trên m ặt ph ẳng gi ấy, nh ững đường ch ấm nh ỏ ho ặc đường g ạch ng ắn d ần dùng để ch ỉ nh ững liên k ết hay đường n ối h ướng v ề phía d ưới m ặt ph ẳng gi ấy ( đi xa phía ng ười quan sát), còn các đường đậ m hình tam giác để ch ỉ nh ững liên k ết h ướng t ừ m ặt ph ẳng gi ấy v ề phía ng ười quan sát ( đi gần phía ng ười quan sát) : c c c a b a b a b d d d (1) (2) (3) 25
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - c c a a b b d d (4) (5) Quy t ắc chi ếu Fis ơ M ạch chính bi ểu di ễn ở c ạnh n ằm d ọc. Nguyên t ử ho ặc nhóm nguyên t ử có s ố oxi hoá cao thì được bi ểu di ễn ở phía trên, ng ược l ại thì biểu di ễn ở phía d ưới. Qui ước: Các nhóm nguyên t ử ở đường k ẻ ngang (a và b) ở phía g ần ng ười quan sát, còn các nhóm nguyên t ử ở đường d ọc (c và d) ở phía xa h ơn. Mu ốn chuy ển công th ức hình t ứ di ện sang công th ức Fis ơ ta dùng ph ươ ng pháp chi ếu các nhóm nguyên t ử c ủa t ứ di ện lên m ặt ph ẳng gi ấy. Khi ấy c ần chú ý là t ứ di ện ph ải được phân b ố nh ư th ế nào đó để m ột c ạnh n ằm ngang c ủa t ứ di ện ở g ần ng ười c quan sát: c c b a a b d ≡ a b d d -3 * +1 Ví d ụ: CH3 CHOH CHO CHO CHO H OH H OH CH 3 CH 3 Ta có th ể bi ến đổ i công th ức Fis ơ theo các cách khác nhau, khi ấy tu ỳ t ừng tr ường h ợp mà c ấu hình v ẫn được b ảo toàn hay b ị ngh ịch đả o (quay c ấu hình). Đổi ch ỗ b ất k ỳ hai nhóm th ế nào ở C c ũng làm quay c ấu hình và nh ư v ậy sẽ sinh ra m ột d ạng khác c ủa phân t ử ban đầu. 26
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ví d ụ: CHO CHO OH H OH OH H OCH H CH OH CH OH CH OH 2 2 2 Dạng D Dạng L Dạng D N ếu d ịch chuy ển đồ ng th ời ba nhóm th ế theo chi ều kim đồ ng h ồ ho ặc theo chi ều ng ược l ại thì công th ức Fis ơ v ẫn gi ữ nguyên ý ngh ĩa, t ức là c ấu hình được b ảo toàn. Ví d ụ: CHO CHO H OH CH OH ≡ OH 2 CH 2OH H Dạng D Dạng D Không được đưa công th ức Fis ơ ra kh ỏi m ặt ph ẳng gi ấy, c ũng không được quay công th ức trên m ặt ph ẳng nh ững góc 90 0 hay 270 0 (vì s ẽ quay c ấu hình) nh ưng có th ể quay 180 0 (c ấu hình không đổi). Ví d ụ: CHO H CHO 0 H OH Quay 90 HOCH 2 CHO ≡ HO H CH 2OH OH CH 2OH Dạng D Dạng L CHO CH 2OH 0 Quay 180 H H OH HO CH 2OH CHO Dạng D Dạng D 27
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Để bi ểu di ễn hai hay nhi ều nguyên t ử cacbon t ứ di ện k ế ti ếp nhau ta c ũng có dùng công th ức t ứ di ện hay công th ức Fis ơ Ví d ụ: Vi ết đồ ng phân quang h ọc c ủa : HOOC-CHOH-CHOH-COOH COOH COOH COOH COOH H OH HO H H OH HO H H OH HO H HO H H OH COOH COOH COOH COOH Đồng phân mêzô Hai đồng phân đối quang Hai đồng phân không đối quang c. Phân lo ại đồ ng phân quang h ọc Cặp đố i quang : Ví d ụ: Andehit glixeric HOCH 2-CHOH-CH=O CHO CHO H OH OH H CH 2OH CH 2OH Andehit D (+) glixeric Andehit L (-) glixeric Tính ch ất c ủa m ột c ặp đố i quang Gi ống nhau: Hai ch ất đố i quang có các tính ch ất v ật lý và hoá h ọc bình th ường gi ống h ệt nhau. Khác nhau: Chúng khác nhau ở d ấu c ủa n ăng su ất quay c ực ( ϕ = +: quay sang ph ải; ϕ = - : quay sang trái) và ở ho ạt tính sinh h ọc ( ở t ươ ng tác v ới tác nhân có tính quang ho ạt). Nh ững s ự khác nhau này b ắt ngu ồn t ừ s ự khác nhau v ề cấu hình. 28
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Cặp không đố i quang ( đồng phân l ập th ể đia): Tính ch ất c ủa c ặp đồ ng phân quang h ọc không đố i quang Gi ống nhau: Có tính ch ất v ật lý và hoá h ọc bình th ường gi ống h ệt nhau. Khác nhau: Giá tr ị góc quay c ực khác nhau nh ưng có th ể giióng nhau ho ặc khác nhau v ề d ấu. Đồng phân mêzô Là đồng phân có y ếu t ố đố i x ứng n ội phân t ử, có đặ c điểm góc quay c ực riêng = 0. Là đồng phân l ập th ể không quang ho ạt (do s ự bù tr ừ n ội phân t ử). Ví d ụ: COOH COOH H OH HO H ≡ H OH HO H COOH COOH Axit mêzôtactric Bi ến th ể Raxêmic Ví d ụ: CN CN H OH HO H CH 3 CH 3 Th ường th ường trong t ự nhiên c ũng nh ư trong các quá trình hóc h ọc, ng ười ta hay g ặp hai ch ất đố i quang c ủa m ột ch ất t ồn t ại ở d ạng t ập h ợp đẳ ng phân t ử (c ấu t ạo c ủa t ập h ợp ch ưa th ật rõ ràng) g ọi là bi ến th ể raxêmic. Ký hi ệu b ằng d ấu ( ± ) hay ch ữ D, L ho ặc d, l. Ví d ụ : andehyt ( ± ) glyxêric. T ất nhiên ph ải hi ểu r ằng khái ni ệm bi ến th ể raxêmic là m ột khái ni ệm có tích cách th ống kê, không dùng để ch ỉ các phân t ử riêng r ẽ mà để ch ỉ m ột t ập h ợp l ớn các phân t ử. Bi ến th ể raxêmic không có tính quang ho ạt vì ở đây có s ự bù tr ừ nhau v ề năng su ất quay c ực gi ữa hai ch ất đố i quang ( ϕ = 0). Thông th ường ở các tr ạng thái khí, l ỏng hay dung d ịch, bi ến th ể raxêmic có th ể được coi là h ỗn h ợp đẳ ng phân t ử g ần nh ư lý t ưởng c ủa hai ch ất đố i quang cho nên nó có tính ch ất v ật lý gi ống nh ư các ch ất đố i quang t ạo nên nó nh ư t 0s, t ỷ kh ối, chi ết su ất, quang ph ổ h ồng ngo ại ở tr ạng thái l ỏng hay dung d ịch, 29
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Chú ý: Hệ th ống kí hi ệu D-L có nh ững h ạn ch ế nh ất đị nh nên hi ện nay ng ười ta dùng ph ổ bi ến h ệ th ống R-S để ch ỉ c ấu hình Số đồ ng phân quang h ọc c ủa m ột h ợp ch ất là: N = 2 n trong đó n là s ố nguyên t ử C b ất đố i. Tuy nhiên đối v ới các ch ất có s ự đố i x ứng riêng trong phân t ử thì s ố đồ ng phân l ập th ể ít h ơn 2 n. * Đồng phân c ấu d ạng a. Khái ni ệm - C ấu d ạng là nh ững d ạng c ấu trúc không gian sinh ra do s ự quay xung quanh m ột hay vài liên k ết đơn mà không làm đứt nh ững liên k ết này. - Đồng phân c ấu d ạng ( đồng phân quay) là nh ững c ấu d ạng tươ ng đối b ền c ủa phân t ử. b. Điều ki ện có đồ ng phân c ấu d ạng Điều ki ện c ần: Có liên k ết đơn C - C. Điều ki ện đủ : Ph ải được mô t ả b ằng công th ức Niumen ho ặc biểu di ễn d ưới dạng ph ối c ảnh. c. Phân lo ại C ấu d ạng c ủa etan và các h ợp ch ất ki ểu X 3C - CX 3 Dạng che khu ất: D ạng có th ế n ăng cao nh ất, c ấu d ạng này không b ền. H H H H H H H H H H H H Dạng xen k ẽ: D ạng có th ế n ăng th ấp nh ất, c ấu d ạng này b ền. H H H H H H H H H H H H 360 0 Số đồ ng phân c ấu d ạng: N = v ới n là góc quay. Nh ư v ậy ta s ẽ được n vô vàn d ạng hình h ọc khác nhau, trong đó có hai d ạng t ới h ạn là d ạng che khu ất và dạng xen k ẽ. 30
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Bi ểu di ễn th ế n ăng theo góc nh ị di ện ( n = 60 0) ta s ẽ được gi ản đồ th ế n ăng: E (kcal/mol) 3 2 1 Góc quay độ 0 60 120 180 240 300 360 H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H Gi ản đồ trên có d ạng hình syn, v ới 3 c ực đạ i b ằng nhau và 3 c ực ti ểu b ằng nhau ứng v ới độ chênh l ệch v ề n ăng l ượng là 2,8 kcal/mol. Cấu d ạng và gi ản đồ th ế n ăng c ủa các h ợp ch ất khác ki ểu X 3C - CX 3 t ươ ng tự etan. Butan và các h ợp ch ất ki ểu XCH 2 – CH 2Y Đối v ới phõn t ử n-butan CH 3-CH 2-CH 2-CH 3 khi quanh quanh liên k ết C-C xu ất hi ện 2 c ực đạ i n ăng l ượng ứng v ới hai d ạng che khu ất: che khu ất toàn ph ần và che khu ất 1 ph ần và 2 lo ại c ực ti ểu n ăng l ượng ứng v ới 2 d ạng xen k ẻ. Ng ười ta phõn bi ệt 2 d ạng xen k ẻ: anti (hay transoit) và syn (cisoit). D ạng anti t ươ ng đối bền h ơn d ạng syn, ch ờnh l ệch nhau kho ảng 0,7 kcal/mol. T ươ ng t ỏc gi ữa 2 nhúm CH 3- làm cho d ạng syn k ộm b ền, g ọi là t ươ ng t ỏc syn. Ở nhi ệt độ th ường, d ạng anti chi ếm t ỉ l ệ g ấp đụ i d ạng syn. CH 3 CH 3 H H H CH 3 Dạng anti Dạng syn H H H H H CH 3 Đối v ới d ẫn xu ất 1,2-dihalogen c ủa etan nh ư: 1,2-diclo etan; 1,2-dibrom etan .Ta c ũng th ấy hi ện t ượng t ươ ng t ự nh ư n-butan. K ết qu ả nghiên c ứu cho 0 th ấy r ằng trong dung d ịch CCl 4 ở 25 C, 1,2-diclo etan t ồn t ại t ới 70% ở d ạng anti 31
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - và 30% ở d ạng syn. Trong điều ki ện t ươ ng t ự 1,2-dibrom etan ch ứa 89% d ạng anti và 11% d ạng syn. N ếu d ạng syn c ủa XCH 2-CH 2Y có liên k ết hidro thì s ẽ khác th ậm chí d ạng syn b ền h ơn d ạng anti. Các c ấu d ạng t ươ ng đối b ền c ủa m ột ch ất là nh ững đồ ng phân c ấu d ạng c ủa nhau. C ấu d ạng c ủa h ợp ch ất không no Trong phân tử nh ững h ợp ch ất lo ại này nguyên t ử ho ặc nhóm nguyên t ử mang n ối đôi th ường ở v ị trí che khu ất đố i v ới nguyên t ử H hay các nhóm th ế nh ư Cl, CH 3 H H H : : : : : : : : : : : : C C O O C O O O H2 C H CH 3 CH 3 Axit fomic Etyl fomiat Metyl vinyl ete Cấu d ạng b ền c ủa một s ố phân t ử có n ối đôi Đáng chú ý là các h ợp ch ất có 2 n ối đôi liên h ợp nh ư: butadien-1,3; 1,3- dicrolein có hai d ạng th ẳng b ền ch ỉ khác nhau v ề v ị trí nhóm chưa no so v ới n ối đơ n ở gi ữa. Vì có s ự t ươ ng t ự v ới đồ ng phân hình h ọc nên ở đây ng ười ta phân bi ệt nh ững d ạng đó là δ -cis và δ -trans. Đối v ới butadien-1,3, d ạng s-trans b ền hơn d ạng s-cis là 2,3 kcal/mol H C H 2 CH2 CH2 CC CC H H H2C H δ δ -cis -trans C ấu d ạng c ủa các h ợp ch ất vòng no 1. Nh ững y ếu t ố làm giảm độ b ền và bi ến d ạng vòng no a. S ức c ăng Baye: (1885) Đó là s ức ép ho ặc tr ươ ng góc hoá tr ị CCˆC so v ới góc hoá t ị bình th ường 109 028’. Sức c ăng càng l ớn thì vòng càng kém b ền. M ức độ s ức c ăng đó là n ửa hi ệu s ố gi ữa góc hoá tr ị c ủa vòng ph ẳng và góc hoá tr ị bình th ường, t ức là độ sai l ệch α c ủa góc hoá tr ị tiêu chu ẩn. n (s ố nguyên t ử cacbon c ủa vòng) 3 4 5 6 7 α ( độ sai l ệch v ề góc) 24 064’ 9044’ -5016’ -9033’ -12 046’ Nh ư th ế, theo các tr ị s ố đặ c tr ưng cho s ức c ăng Baye thì vòng no b ền nh ất là xiclopentan còn nh ững vòng no kém b ền là xiclopropan và nh ững vòng l ớn. Tuy v ậy, nh ững tài li ệu tích lu ỹ cho đế n nay cho r ằng k ết lu ận c ủa Baye ch ỉ áp d ụng đúng cho nh ững vòng 5 c ạnh tr ở xu ống mà thôi. Ng ười ta đã t ổng h ợp nh ững vòng l ớn th ấy r ằng: nh ững vòng này đặc bi ệt là xiclohexan có độ b ền l ớn 32
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - hơn d ự ki ến c ủa Baye nhi ều. Xét theo thiêu nhi ệt tính cho m ột đơn v ị m ắt xích CH 2 c ủa vòng trong b ảng sau: n H H-157,4 n H H-157,4 2* 168,7 11,3 9 158,8 1,4 3 166,6 9,2 10 158,6 1,2 4 164,0 6,5 11 157,4 1 5 158,7 1,3 12 157,7 0,3 6 157,4 0 13 157,4 0 7 158,3 0,9 16 157,5 0,1 8 158,6 1,2 17 157,2 0,2 Ng ười ta c ũng th ấy n ăng l ượng c ủa các vòng l ớn t ừ xiclopentan tr ở lên đều nh ư nhau, mà theo quan điểm c ủa Baye thì n ăng l ượng ph ải t ăng theo s ố c ạnh c ủa vòng. b. S ức c ăng Pitz ơ: Th ực ra các vòng no (tr ừ xiclopropan) không ph ải là vòng ph ẳng. Trong m ột vòng, ngoài s ức c ăng Baye còn có s ức c ăng do ch ỗ các nguyên t ử H ở tr ạng thái che khu ất m ột ph ần hay toàn ph ần gây nên. Do đó, m ột vài nguyên t ử c ủa vòng b ị l ệch ra kh ỏi m ặt ph ẳng c ủa vòng. S ức c ăng đó g ọi là sức c ăng Pitze. 2. C ấu d ạng c ủa các vòng no a. Xiclopropan ch ỉ có th ể ở trên m ột m ặt ph ẳng. Các nguyên t ử H ở tr ạng thái che khu ất. Còn các liên k ết C-C b ị bi ến d ạng. Do đó vòng này ít b ền. b. Xiclobutan ch ỉ có th ể ở trên m ặt ph ẳng c ủa 3 nguyên t ử còn l ại. Điều này được xác đị nh b ởi các k ết qu ả nghiên c ứu quang ph ổ c ũng nh ư ph ươ ng pháp nhi ễu xạ electron. c. Trong xiclopentan h ầu nh ư không có s ức c ăng góc nh ưng s ức đẩ y l ại l ớn. Do đó trong tr ạng thái b ền c ủa xiclopentan có m ột nguyên t ử C b ị ch ệch ra kh ỏi o mặt ph ẳng c ủa vòng 0,5 A : H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H HH H H xiclopropan xiclobutan xiclopentan d. C ấu d ạng c ủa xiclohexan: d1: Hình d ạng c ủa vòng xiclohexan Xiclohexan c ũng có c ấu trúc không ph ẳng. Để đả m b ảo cho góc hoá tr ị bình th ường, xiclohexan c ũng có nhi ều d ạng khác nhau: d ạng thuy ền, d ạng xo ắn, dạng gh ế: 33
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trên các d ạng trên, d ạng gh ế là d ạng b ền vì v ậy tuy ệt đai đa s ố các h ợp ch ất có vòng xiclohexan các phân t ử t ồn t ại h ầu nh ư ch ỉ ở d ạng gh ế. Ở nhi ệt độ phòng, trong xiclohexan có t ới 99,9% phân t ử t ồn t ại ở d ạng gh ế. Hai d ạng đáng chú ý h ơn c ả là d ạng gh ế và d ạng thuy ền.C ả 2 d ạng này không có s ức c ăng Baye vì các góc hoá tr ị c ủa cacbon đề u bình th ường (109 028’). Ở d ạng gh ế không có s ức c ăng Pitze nên b ền h ơn d ạng thuy ền. Th ật v ậy, ta có th ể coi phân t ử xiclohexan nh ư t ổ h ợp c ủa 6 h ệ th ống C-C gi ống n-butan. Ở d ạng gh ế t ất c ả 6 h ệ th ống này đều theo c ấu d ạng xen k ẻ t ươ ng tự syn-butan qu ảng cách gi ữa các nt H ở 2 nt C k ề nhau hay không k ề nhau đề u lớn. Trong khi đó, ở d ạng thuy ền ch ỉ có 4 h ệ th ống: C 1-C2; C 3-C4; C 4-C5; C 6-C1 có c ấu d ạng xen k ẻ còn 2 h ệ th ống còn l ại (C 2-C3, C 5-C6) có c ấu d ạng che khu ất tươ ng t ự c ấu d ạng che khu ất c ủa n-butan. Không nh ững th ế kho ảng cách các nt 0 0 C2-C4 ch ỉ cách nhau 1,81 A (so với t ổng bán kính VanderWalls 2,4 A ) nên chúng đẩy nhau, k ết qu ả d ạng thuy ền kém b ền h ơn d ạng gh ế kho ảng 7 kcal/mol. H H 1 3 5 H H 2 H 6 4 0 H H 2,49 A 3 6 4 H 2 H H 0 A H H 1 H3C H CH H 3 H C 3 H CH H 2 3 H H Ở d ạng gh ế so sánh v ới c ặp syn-butan 34
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Cấu d ạng gh ế c ủa xiclohexan t ồn t ại gi ữa tr ạng thái cân b ằng gi ữa 2 d ạng khác nhau: H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H Qúa trình chuy ển hoá x ảy ra r ất nhanh (10 6 l ần/s) ph ải đi qua nh ững d ạng kém b ền là d ạng n ửa gh ế, d ạng thuy ền và d ạng xo ắn. D ạng xo ắn b ền h ơn d ạng thuy ền kho ảng 1,4 kcal/mol, còn d ạng n ửa gh ế kém b ền nh ất (kém d ạng thuy ền 4 kcal/mol) d2: Liên k ết tr ục và liên k ết biên Ở d ạng gh ế 6 nt cacbon được phân b ố trên hai m ặt ph ẳng song song và cách 0 nhau 0,5 A ( m ỗi m ặt ph ẳng ch ứa 3 nt cacbon ở v ị trí luân phiên nhau. Tr ục đố i xứng b ậc ba c ủa nt th ẳng góc v ới m ặt ph ẳng đó. Sáu liên k ết C-C song song v ới tr ục đố i x ứng được g ọi là liên k ết tr ục, kí hi ệu a; còn sáu liên k ết C-C h ướng ra ngo ại biên c ủa phân t ử và t ạo v ới tr ục đố i x ứng nh ững góc 109 028’, g ọi là liên k ết biên, kí hi ệu e a a a a a a 3 e e e e e 2 a 4 e e e a e a a e a 6 a e e Các liên k ết a và e trong xiclohexan (a: axial; e: equatorial) e. D ẫn xu ất th ế c ủa xiclohexan Vì có 2 ki ểu liên k ết a và e nên ở các d ẫn xu ất th ế m ột l ần c ủa xiclohexan có 2 c ấu d ạng: d ạng a và d ạng e. CH3 a e CH3 35
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hai d ạng a và e chuy ển hoá v ới nhau r ất nhanh nên không th ể tách riêng chúng v ới nhau được, s ự có m ặt chúng trong cân b ằng trên đã được ch ứng minh bằng ph ươ ng pháp v ật lí. K ết qu ả kh ảo sát lí thuy ết và th ực nghi ệm cho th ấy r ằng cấu t ạo d ạng e b ền h ơn d ạng a kho ảng 1,7 kcal/mol. Ở nhi ệt độ phòng, e- metylxiclohexan chi ếm 95%, còn d ạng a-metylxiclohexan chi ếm 5% trong h ỗn hợp cân b ằng. Sự kém b ền của c ấu d ạng a so v ới d ạng e do có t ươ ng tác syn gi ữa nhóm th ế CH 3 v ới C 6, m ặt khác nhóm th ế CH 3 t ươ ng tác đẩy v ới C 3 và C 5. (nhóm nhóm th ế e không gây hi ện t ượng này) CH e 3 3 2 2 a 4 4 6 6 CH Tươ ng tác anti Tươ ng tác syn Tươ ng tác syn không nh ững ở a-metylxiclohexan mà còn th ấy các d ạng axial m ột l ần th ế khác n ữa. Tu ỳ theo b ản ch ất và kích th ước c ủa nhóm th ế X trong xiclohexan mà s ự chênh l ệch v ề n ăng l ượng c ủa c ấu d ạng a và e khác nhau. Đối v ới d ẫn xu ất th ế 2 l ần c ủa xiclohexan, 2 nhóm th ế có th ể ở v ị trí 1,1; 1,2; 1,3 ho ặc 1,4. Trong tr ường hợp d ẫn xu ất th ế 1,1, n ếu 2 nhóm th ế đồ ng nh ất thì ch ỉ có m ột d ạng gh ế. N ếu 2 nhóm th ế không đồ ng nh ất s ẽ có 2 c ấu d ạng gh ế, trong đó có m ột c ấu d ạng ưu tiên đó là c ấu d ạng có nhóm th ế l ứn ở v ị trí e. Ví d ụ: CH3 C H 2 5 CH3 F Các c ấu d ạng 1,2; 1,3; 1,4 có th ể t ồn t ại d ạng cis-trans. Đồng phân cis-1,2 có nhóm thê phân b ố theo ki ếu a,e ho ặc e,a còn đồng phân trans-1,2 hai nhóm th ế là a,a ho ặc e,e. 36
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 6 6 R 5 R 4 5 1 1 5 R 4 R 3 2 6 2 R 3 3 1 4 R 2 cis-1,2 R 5 6 1 5 R 5 R 1 4 1 6 6 3 3 4 3 2 4 2 R 2 R R trans-1,2 Hai c ấu d ạng cis-1,2 (a,e) và (e,a) là đồng nh ất n ếu 2 nhóm R là đồng nh ất. Cấu d ạng này có 3 t ươ ng tác syn làm gi ảm độ b ền đó là: R-C1-C2-R; R-C1-C6-C5; và R-C2-C3-C4. C ấu d ạng trans-1,2 (a,a) có 4 t ươ ng tác syn ở các h ệ: R-C1-C2-C3; R-C1-C6-C5; R-C2-C6-C4. Trong khi đó, c ấu d ạng trans-1,2 (e,e) ch ỉ có m ột t ươ ng tác ở h ệ R-C1-C2-R, vì v ậy c ấu d ạng này b ền h ơn c ả. Ở nhi ệt độ phòng, trans-1,2- dimetylxiclohexan t ồn t ại d ạng e t ới 99%. Đồng phân cis c ủa các d ẫn xu ất 1,3 hai l ần th ế g ồm 2 d ạng a,a và e,e còn đồng phân trans t ồn t ại d ưới d ạng a,e và e,a (hai c ấu d ạng này là đồng nh ất v ới 2 nhóm th ế là đồng nh ất). 6 R 5 4 1 5 6 R 5 R 6 4 R 1 2 R 4 3 3 R 2 3 1 cis-1,3 2 6 R 4 5 1 5 6 R 5 6 2 4 1 3 3 1 4 R 3 R 2 R 2 R trans-1,3 Số t ươ ng tác syn ở m ỗi c ấu d ạng là cis-1,3 (a,a) là 2; cis-1,3 (e,e) là 0; trans-1,3 (e,a) ho ặc trans-1,3 (a,e) là 2. Vì v ậy, cis-1,3 (e,e) là c ấu d ạng b ền nh ất. Quan h ệ c ấu d ạng c ủa các d ẫn xu ất 2 l ần th ế: đồ ng phân trans-1,4 có 2 c ấu dạng a,a (4 t ươ ng tác syn) và e,e không có t ươ ng tác syn, b ền nh ất; đồ ng phân cis- 1,4 có th ể là a,e ho ặc e,a (2 t ươ ng tác syn). 37
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong nh ững tr ường h ợp có 2 nhóm R không đồ ng nh ất ở các d ẫn xu ất 1,4 cũng nh ư d ẫn xu ất 2 l ần th ế khác, các cân b ằng gi ữa 2 c ấu d ạng a,e ho ặc e,a s ẽ lệch v ề phía c ấu d ạng nào có nhóm th ế có kích th ước l ớn ở v ị trí e. Trong nh ững d ẫn xu ất 6 l ần th ế ở 6 cacbon khác nhau c ủa xiclohexan C6H6X6 đáng chú ý h ơn c ả là hexacloxiclohexxan (X=Cl), hexahidroxylxiclohexxan (inozit-X=OH). Nh ững d ẫn xu ất đó có th ể có 8 c ấu d ạng khác nhau: cis ( ℓ ) η θ allo ( ) êpi ( ) Sillo ( β ) muco ( γ ) neo ( ε ) Trong đó, có m ột c ấu d ạng là bi(-)ế n th ể raxemic d,l. M ỗi c ấu d ạng có kí hi ệu riêng b(+)ằng chmiloữ cái( δ ) Hi-L ạp (cho C 6H6Cl 6) ho ặc ch ữ cái La-tinh (cho inozit C6H6(OH) 6) d,l-(α) g. C ấu d ạng tetrahidropiran Tươ ng t ự xiclohexan, d ạng gh ế tetrahidropiran là d ạng b ền. Vì có d ị t ử oxi nên có 2 d ạng gh ế 1C và C1 ( C: chair); chúng ở tr ạng thái cân b ằng và đối x ứng nhau qua m ặt ph ẳng g ươ ng: O O O C1 1C 38
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Các hexôpiranozo C 6H12 O6 có 16 đồng phân quang h ọc m ỗi đồ ng phân quang học m ỗi đồ ng phân đó có th ể t ồn t ại ở d ạng α hay β. M ỗi d ạng anome này lại có hai d ạng b ền là C1 và 1C. Thí d ụ α-glucopinarozo g ồm 2 d ạng 1C và C1 nh ư sau: CH 2OH OH H C OH 2 HO H O O O OH HO OH 1C C1 OH OH Đối v ới ph ần l ớn các d ạng pinarozo d ạng C1 b ền h ơn 1C. Có nhi ều y ếu t ố làm monosaccarit chuy ển t ừ d ạng này sang d ạng khác g ọi là các y ếu t ố không b ền. Đó là s ự có m ặt c ủa nhóm OH axial, nhóm CH 2OH axial và nhóm OH axial cùng phía (hi ệu ứng Hatxenotta); nhóm OH axial ở C 2 (hi ệu ứng delta 2) nhóm OH equatorial ở C 1 ( hi ệu ứng anome) 2.3.2. Đồng đẳ ng 2.3.2.1. Khái ni ệm Nh ững h ợp ch ất có tính ch ất v ật lý và hoá h ọc g ần gi ống nhau nh ưng khác nhau m ột hay nhi ều nhóm metylen (-CH 2-) n ằm trong m ột dãy đồng đẳ ng. Nh ững ch ất n ằm trong dãy đó g ọi là ch ất đồ ng đẳ ng. M ột dãy đồng đẳ ng có CTTQ chung. 2.3.2.2. Tính ch ất Các h ợp ch ất trong dãy đồng đẳ ng có tính ch ất v ật lý nh ư nhi ệt độ sôi, nhi ệt độ nóng ch ảy t ăng khi t ăng s ố nhóm metylen, ngh ĩa là t ăng kh ối l ượng phân t ử do tăng thêm chi ều dài m ạch cacbon. Khái ni ệm đồ ng đẳ ng th ường dùng để d ự đoán s ự thay đổi tính ch ất v ật lý khi thay đổi thành ph ần nhóm metylen. Các ch ất trong dãy đồng đẳ ng c ần ph ải có cùng c ấu trúc m ạch cacbon. Ví d ụ: CH 3CH 2CH 2CH 3 và CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3 là hai đồng đẳ ng c ủa nhau. (CH 3)2CHCH 3 và (CH 3)2CHCH 2CH 3 là hai đồng đẳ ng c ủa nhau. CH 3CH 2CH 2CH 3 và (CH 3)2CHCH 2CH 3 không ph ải là đồng đẳ ng c ủa nhau mà n ằm trong hai dãy đồng đẳ ng n - ankan và isoankan. Hi ện nay, th ường ch ỉ nói đế n dãy đồng đẳ ng c ủa metan, etylen, axetylen và nh ững dãy đồng đẳ ng cuae ancol metylic, andehit fomic, axit fomic, ngh ĩa là nh ững h ợp ch ất có m ạch cacbon không nhánh nh ư n-ankan, n-anken, n-ankin hay n-ancol, n-axit, 2.3.3. Đồng c ấp 2.3.3.1. Khái niêm: Là nh ững h ợp ch ất có cùng s ố nguyên t ử cacbon nh ưng khác nhau m ột b ội 2n nguyên t ử hidro. Ví d ụ: CH ≡CH, CH 2=CH 2, CH 3-CH 3: Đồng c ấp 2.3.3.2. Phân lo ại 39
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - * Cùng v ị trí liên k ết Ví d ụ: CH 3-CH 2-CH 2-CH 3 , CH 2=CH-CH 2-CH 3, CH ≡C-CH 2-CH 3 * Không cùng v ị trí liên k ết Ví d ụ: CH 2=CH-CH 2-CH 3, CH 2-C ≡CH-CH 3 2.3.4. C ấu hình 2.3.4.1. Khái ni ệm: Là m ột s ự qui ước để t ừ đó có th ể bi ết được cách th ức phân b ố của các nguyên t ử ho ặc nhóm nguyên t ử c ủa m ột phân t ử trong không gian. 2.3.4.2. Phân lo ại C ấu hình hình h ọc C ấu hình quang h ọc C ấu hình c ấu d ạng 2.3.4.3. C ấu hình hình h ọc g ồm 3 lo ại: C ấu hình cis-trans C ấu hình syn-anti C ấu hình E-Z 2.3.4.4. C ấu hình quang h ọc g ồm 2 lo ại: C ấu hình D-L Để xét c ấu hình D, L ph ải có nguyên t ử cacbon b ất đố i và ph ải bi ểu di ễn công th ức c ấu t ạo c ủa nó d ưới d ạng Fis ơ. Nếu nguyên t ử ho ặc nhóm nguyên t ử d ị t ố c ủa nguyên t ử C * n ằm v ề phía bên ph ải thì đó là c ấu hình D và ng ược l ại. Ví d ụ: CHO - CH 2OH - CH 2OH CHO CHO H OH OH H CH 2OH CH 2OH Andehit D (+) glixeric Andehit L (-) glixeric Trong tr ường h ợp nhi ều nguyên t ử C *, xét ở nguyên t ử C * nào n ằm g ần nguyên t ử C có s ố oxi hoá th ấp nh ất. Ví d ụ: HOOC - CHCl - CHOH - CH 3 COOH COOH COOH COOH H Cl Cl H Cl H H Cl H OH HO H H OH HO H CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 D L D L 40
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - C ấu hình R-S: Do 3 nhà bác h ọc phát minh ra đó là: Cahn - Ingold - Prelog. Cấu hình R-S được xác đị nh theo tính h ơn c ấp c ủa trung tâm chiral (C *) theo th ứ t ự a > b > c > d, ch ủ y ếu c ăn c ứ vào s ố th ứ t ự (ho ặc kh ối l ượng nguyên tử) của các nguyên t ử n ối v ới C*. Ví d ụ: Br > Cl > SH > OH > NH 2 > CH 3 > H OH > COOH > CHO > CH 2OH > CH 3 Nếu các nguyên t ử n ối tr ực ti ếp v ới C * là đồng nh ất thì c ần xét thêm nguyên t ử ti ếp theo, khi ấy c ần chú ý nhân đôi ho ặc ba đố i v ới nguyên t ử mang n ối đôi ho ặc n ối ba. Bi ểu di ễn công th ức d ưới d ạng công th ức ph ối c ảnh: Đặ t t ứ di ện sao cho liên k ết v ới nguyên t ử ho ặc nhóm nguyên t ử tr ẻ nh ất (c ấp nh ỏ nh ất) đi xa phía ng ười quan sát thì th ứ t ự phân b ố ba nhóm th ế còn l ại s ẽ n ằm trên m ột m ặt ph ẳng ở phía g ần ng ười quan sát sẽ xác định c ấu hình. N ếu s ự gi ảm tính h ơn c ấp c ủa các nhóm th ế đó theo chi ếu kim đồ ng h ồ thì trung tâm chiral đó có c ấu hình R (rectus - quay ph ải), n ếu theo chi ều ng ược kim đồ ng h ồ thì trung tâm đó có c ấu hình S (sinister - quay trái). c c d d a a b b R S HOH C CH2OH 2 H H OH HO CHO CHO ANDEHIT R-GLIXERIC ANDEHIT S-GLIXERIC Có th ể hình dung các nhóm th ế a, b, c t ạo nên hình tam giác và nhóm d nh ỏ nh ất n ằm ở phía sau hình tam giác đó: a a c d b d b c R S Cấu hình R-S và Fischer không có t ươ ng quan tr ực ti ếp. 41
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong các h ợp ch ất lo ại andehit glyxeric có s ự trùng h ợp c ấu hình D - andehit glyxeric là (R)-andehit glyxeric, còn L - andehit glyxeric là (S)-andehit glyxeric. CHO CHO OH OH H OH H C CH 2OH CH2OH HOH2C CHO (D) (R) OH CHO OH OHC H HO H C CH2OH HOH2C CHO CH 2OH (S) (L) 2.3.4.5. C ấu hình c ấu d ạng: (a, e) ch ỉ có ý ngh ĩa đố i v ới xiclohexan mà thôi. 42
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CH ƯƠ NG 3: LIÊN K ẾT TRONG HOÁ H ỮU C Ơ Nếu trong hoá vô c ơ ta hay g ặp liên k ết ion (còn g ọi là liên k ết điện hoá tr ị) thì trong hoá h ữu c ơ, liên k ết c ộng hoá tr ị là liên k ết bao trùm và quan tr ọng h ơn cả, sau đó là liên k ết ph ối trí và liên k ết hidro xu ất hi ện trong m ột s ố tr ường h ợp. 3.1. Liên k ết c ộng hoá tr ị 3.1.1. Theo thuy ết c ổ điển Thuy ết liên k ết c ổ điển cho r ằng, khi hai nguyên t ử k ết h ợp v ới nhau, m ỗi nguyên t ử góp chung vào m ột electron hoá tr ị c ủa mình. Các electron này ch ạy trên cùng m ột qu ỹ đạ o v ới các electron c ũ t ạo nên l ớp v ỏ khí tr ơ ở m ỗi nguyên t ử. Ví d ụ: H H C H H Quan ni ệm hi ện đạ i th ống nh ất v ới quan ni ệm c ổ điển là khi t ạo nên liên k ết cộng hoá tr ị, 2 nguyên t ử góp chung điện t ử, nh ưng khác v ề cách góp chung: do s ự xen ph ủ c ủa 2 obitan. 3.1.2. Quan ni ệm hi ện đạ i 3.1.2.1. Obitan nguyên t ử Theo c ơ h ọc l ượng t ử, các h ạt c ơ b ản nh ư electron, prôtn có b ản ch ất nh ị nguyên: v ừa có tính ch ất h ạt, v ừa có tính ch ất sóng. Sroding ơ đã thi ết l ập phu ơng trình t ổng quát v ề quan h ệ gi ữa n ăng l ượng của electron và hàm sóng ψ xác định tr ạng thái c ủa electron trong nguyên t ử: Hψ = E ψ (H là toán t ử Haminton) Khi ph ươ ng trình tho ả mãn m ột s ố điều ki ện nh ất đị nh thì hàm s ố sóng ψ là nghi ệm c ủa ph ươ ng trình và được g ọi là hàm sóng obitan nguyên t ử g ọi t ắt là obitan nguyên t ử. Theo nh ững k ết qu ả tính toán, các obitan c ủa các electron các mức có hình d ạng r ất khác nhau: obitan s luôn luôn có d ạng đố i x ứng c ầu. Các obitan p có d ạng hình s ố 8 n ổi. Các obitan p khác nhau v ề h ướng: y z y y z x x x x S P 43
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - S ự lai hoá Nguyên t ử cacbon t ự do ở tr ạng thái c ơ b ản có c ấu hình electron 1s 2, 2 1 1 2s 2p x 2p y . Để gi ải thích hoá tr ị 4 c ủa cacbon ng ười ta cho r ằng có m ột electron 2s chuy ển sang obitan 2p còn tr ống, khi ấy nguyên t ử cacbon có c ấu hình 2 1 1 1 1 1s 2s 2p x 2p y 2p z . Khi t ạo liên k ết, obitan 2s và m ột s ố obitan 2p có th ể t ổ h ợp l ại t ạo thành các obtian có d ạng khác, d ạng s ố 8 l ệch n ối, có kh ả n ăng xen ph ủ cao h ơn, g ọi là các obitan lai hoá. K ết qu ả tính toán cho th ấy, n ếu coi s ự xen ph ủ c ủa obitan 2s là 1, 2p là 3 thì các obitan lai hoá sp là x ấp x ỉ 2: 1 1,73 2 obitan 2s obitan 2p obitan lai hoa sp Tu ỳ theo khuynh h ướng t ạo ra các liên k ết ở phân t ử no hay không no mà 2 3 có s ự lai hoá sp (2s + 2p x), sp (2s + 2p x + 2p y) và sp (2s + 2p x + 2p y + 2p z). Sự phân b ố c ủa các obitan ( đám mây) lai hoá trên khác nhau. Hai đám mây lai hoá sp phân b ố trên cùng m ột tr ục, 3 đám mây lai hoá sp 2 h ướng ra 3 đỉ nh c ủa tam giác đều, còn 4 đám mây lai hoá sp 3 h ướng ra 4 đỉ nh c ủa t ứ di ện đề u: 1800 109028 1200 2 3 sp sp sp 3.1.2.2. Obitan phân t ử liên k ết Theo ph ươ ng pháp s ơ đồ hoá tr ị c ũng nh ư theo phu ơng pháp MO, liên k ết cộng hoá tr ị được hình thành do s ự xen ph ủ các obtian nguyên t ử thành obitan phân t ử liên k ết. Khuynh h ướng c ủa s ự xen ph ủ là ti ến t ới c ực đạ i theo nguyên lý xen ph ủ c ực đạ i.  Liên k ết δ Trong sự xen phủ theo tr ục, obitan phân t ử liên k ết có tr ục đố i x ứng là đuờng th ẳng n ối hai h ạt nhân, g ọi là obitan δ . Đặc điểm chung c ủa obitan δ là có tính đối x ứng đố i v ới tr ục liên k ết và các ti ểu phân (nguyên t ử, nhóm nguyên t ử) 44
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - có th ể quay t ươ ng đối t ự do quanh tr ục mà n ăng lu ợng t ươ ng tác không thay đổi. trong hoá h ữu c ơ, ta hay g ặp 2 ki ểu xen ph ủ t ạo liên k ết δ sau đây: sp - sp sp - s * Đặc điểm c ủa liên k ết σ: - Có s ự đố i x ứng theo tr ục liên k ết. - Năng l ượng liên k ết σ tươ ng đối l ớn (~83 kcal/mol) nên liên k ết này khá b ền vững. - Các nguyên t ử hay các nhóm nguyên t ử ở hai đầ u liên k ết σ có kh ả n ăng quay t ự do xung quanh tr ục liên k ết đó mà không làm m ất s ự xen ph ủ (thí d ụ H-H, H 3C- CH 3), do đó xu ất hi ện v ấn đề c ấu d ạng ở h ợp ch ất h ữu c ơ.  Liên k ết π Khi các obitan xen ph ủ v ới nhau v ề c ả 2 phía mà tr ục obitan v ẫn song song với nhau g ọi là s ự xen ph ủ bên ta được obitan phân t ử π , liên k ết được t ạo thành là liên k ết π . S ự xen ph ủ nh ư v ậy không sâu nên kém b ền. Hai tr ục c ủa 2 obitan song song, n ằm trong m ặt ph ẳng π : Tuy nhiên các ti ểu phân không th ể t ự quay quanh tr ục liên k ết vì n ếu quay là phá v ỡ xen ph ủ, phá v ỡ liên k ết. * Đặc điểm c ủa liên k ết π: - Không có tính đối x ứng tr ục. - Các tr ục obitan p song song nhau t ạo thành m ặt ph ẳng g ọi là m ặt phẳng π. - Năng l ượng liên k ết π tươ ng đối nh ỏ (~60 kcal/mol) nên kém b ền h ơn liên k ết σ, nó d ễ b ị phân c ực hóa h ơn liên k ết σ. - Các nguyên t ử hay các nhóm nguyên t ử ở hai đầ u liên k ết σ không có kh ả n ăng quay t ự do nh ư đối v ới liên k ết σ vì khi quay nh ư th ế s ẽ vi ph ạm s ự xen ph ủ c ực đại c ủa hai AO, phá v ỡ liên k ết; do đó có kh ả n ăng xu ất hi ện đồ ng phân hình h ọc ở các h ợp ch ất có n ối đôi C=C, n ối ba C ≡N. . . 3.1.3. Đặc điểm c ủa liên k ết c ộng hoá tr ị - B ền và r ất b ền (kim c ươ ng). - Các liên k ết c ộng hoá tr ị có độ dài xác định. Độ dài liên k ết c ủa cacbon v ới các nguyên t ử m ột phân nhóm t ăng khi s ố th ứ t ự t ăng, v ới các nguyên t ử c ủa m ột chu kì thì gi ảm khi s ố th ứ t ự t ăng, sau n ữa là khi độ ghép t ăng thì độ dài liên k ết gi ảm. 45
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - H ướng không gian c ủa các liên k ết là xác định và liên k ết c ộng hoá tr ị có tính bão hoà. - H ợp chất có liên k ết c ộng hoá tr ị th ường t ạo m ạng tinh th ể phân t ử. - Độ phân c ực c ủa liên k ết nh ỏ, th ường < 1,6D. - Tan ít ho ặc không tan trong n ước, dung d ịch d ẫn điện kém. 3.1.4. Các liên k ết đơn, đôi, ba, h ệ liên h ợp 3.1.4.1. Liên k ết đơn Trong các phân t ử metan và etan ch ỉ có liên k ết đơn, đó là các liên k ết δ ki ểu sp - s và sp - sp. Nguyên t ử cacbon ở tr ạng thái lai hoá sp 3. Các liên k ết δ trong phân t ử metan và etan được mô t ả nh ư sau: etan metan 3.1.4.2. Liên k ết đôi Trong phân t ử etilen, liên k ết đôi C=C g ồm m ột liên k ết δ ki ểu sp - sp và một liên kết π . Hai nguyên tử cacbon ở tr ạng thái lai hoá sp 2. Các obitan xen ph ủ tạo nên n ăm liên k ết δ . Tr ục c ủa n ăm liên k ết này cùng n ằm trên m ột m ặt ph ẳng δ . Còn l ại hai obitan p chúng s ẽ xen ph ủ v ới nhau t ạo thành liên k ết π . Tr ục c ủa hai obitan này song song v ới nhau, cùng n ằm trong m ột m ặt ph ẳng π giao nhau ở tr ục liên k ết C - C và vuông góc v ới nhau. H H C C H H 3.1.4.3. Liên k ết ba Liên k ết ba trong phân t ử axetilen g ồm có m ột liên k ết δ và hai liên k ết π . Hai nguyên t ử cacbon ở tr ạng thái lai hoá sp. Các obitan lai hoá sp xen ph ủ t ạo nên ba liên k ết δ , có tr ục n ằm trên m ột đường th ẳng. Còn hai obitan p y và p z xen ph ủ với nhau t ạo hai liên k ết π có m ặt ph ẳng b ổ d ọc vuông góc v ới nhau và c ắt nhau ở tr ục liên k ết C-C: 46
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - H C C H 3.1.4.4. H ệ liên h ợp Hệ liên h ợp là h ệ có nhi ều n ối đôi xen k ẽ đề u đặ n v ới n ối đôi nh ư buta-1,3- dien hay vòng benzen. T ươ ng t ự nh ư etilen, các nguyên t ử cacbon trong các h ệ đó đều ở tr ạng thái lai hoá sp 2 và h ệ các liên k ết δ là m ột h ệ ph ẳng. Các obitan p xen ph ủ v ới nhau t ừng đôi m ột t ạo ra hai liên k ết π nh ư trong buta-1,3-dien ho ặc xen ph ủ v ề c ả hai phía tạo obitan phân t ử các liên k ết π vòng kín nh ư trong benzen: H H H H H H buta-1,3-dien benzen Tính th ơm, ph ản th ơm Tính th ơm - H ợp ch ất th ơm là nh ững h ợp ch ất vòng ch ưa no mà t ất c ả nh ững nguyên tử m ặt vòng đều tham gia t ạo thành m ột h ệ liên h ợp th ống nh ất, trong đó các electron π c ủa h ệ t ạo nên m ột vòng electron kín. Nh ững h ợp ch ất th ơm có nh ững đặc tính mà ng ười ta g ọi là tính th ơm. - Các điều ki ện c ủa tính th ơm: 47
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - + H ệ liên h ợp π − π ho ặc π − p nằm trong h ợp ch ất vòng kín v ới s ố electron π là 4n+2 (b ền ở tr ạng thái c ơ b ản): g ọi là quy t ắc th ơm 4n+2 do Hucken tìm ra t ừ n ăm 1932. Theo quy t ắc này thì các polyen vòng v ới 4n+2 electron π ph ải b ền v ững và có tính th ơm. + Các liên k ết ph ải n ằm trên cùng m ột m ặt ph ẳng (vòng th ơm ph ải có c ấu trúc ph ẳng). Vòng đó không nh ất thi ết ph ải gi ống benzen mà có th ể là vòng cacboxylic khác benzen, d ị vòng ho ặc vòng vô c ơ thu ần tuý. + N ăng l ượng c ủa h ợp ch ất th ơm th ấp h ơn n ăng l ượng c ủa h ợp ch ất có cùng liên hợp m ạch h ở. Ví d ụ: H ợp ch ất có tính th ơm là: N benzen piridin naphtalen Hợp ch ất không th ơm là: N O H H N O H H Tính ph ản th ơm Là nh ững h ợp ch ất có đầ y đủ 2 y ếu t ố (1), (2) nh ưng có n ăng l ượng t ồn t ại ho ặc là b ằng ho ặc là l ớn h ơn n ăng l ượng h ợp ch ất m ạch h ở có cùng liên h ợp. Ví d ụ: xiclo butadien pentalen 3.2. Liên k ết ph ối trí Liên k ết cộng hóa tr ị ph ối trí (còn được bi ết đế n nh ư là liên k ết c ộng hóa tr ị cho nhận) là m ột d ạng đặ c bi ệt c ủa k ết được t ạo thành, độ b ền c ủa nó không khác gì so v ới liên k ết c ộng hóa tr ị. Các liên k ết c ộng hóa tr ị ph ối h ợp được t ạo thành khi m ột baz ơ Lewis (ch ất cung c ấp điện t ử) cung c ấp m ột c ặp điện t ử cho axit Lewis (ch ất nh ận điện t ử) và hợp ch ất t ạo thành sau đó được g ọi là adduct . Các liên k ết ph ối trí có th ể tìm th ấy trong nhi ều ch ất khác nhau, ch ẳng h ạn nh ư trong các phân t ử đơn gi ản nh ư monoxit cacbon (CO), trong đó có m ột liên kết ph ối trí và hai liên k ết c ộng hóa tr ị thông th ường gi ữa nguyên t ử cacbon và 48
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - + nguyên t ử oxi, hay trong ion amoni (NH 4 ), trong đó liên k ết ph ối trí được t ạo thành gi ữa proton (ion H +) và nguyên t ử nit ơ. Các liên k ết ph ối trí c ũng được t ạo ra trong các h ợp ch ất thi ếu điện t ử, ch ẳng hạn nh ư trong clorua berili rắn (BeCl 2), trong đó m ỗi nguyên t ử berili được liên kết t ới b ốn nguyên t ử clo, hai v ới liên k ết c ộng hóa tr ị thông th ường và hai v ới liên kết ph ối trí, điều này s ẽ t ạo cho nó m ột c ặp tám ( octet ) ổn đị nh c ủa các electron. Các liên k ết ph ối trí c ũng có th ể tìm th ấy trong các ph ức ch ất ph ối trí có s ự tham gia c ủa các ion kim lo ại, đặ c bi ệt n ếu chúng là các ion kim lo ại chuy ển ti ếp. Trong các ph ức ch ất này, các ch ất trong dung d ịch ho ạt độ ng nh ư các baz ơ Lewis và cung c ấp các c ặp electron t ự do c ủa chúng cho ion kim lo ại, trong l ượt nó ho ạt động nh ư các axit Lewis và nh ận các electron. Các liên k ết ph ối trí t ạo ra các h ợp ch ất g ọi là ph ức ch ất ph ối trí, trong khi ch ất cung c ấp electron được g ọi là các ph ối t ử. Có r ất nhi ều ch ất v ới các nguyên t ử có các c ặp electron cô độ c, ch ẳng h ạn oxi, lưu hu ỳnh, nit ơ và các halogen hay các ion halogenua, mà trong dung d ịch có th ể cung c ấp các c ặp electron để tr ở thành các ph ối t ử. M ột ph ối t ử thông th ường là nước (H 2O), nó s ẽ t ạo thành các ph ức ch ất ph ối trí v ới b ất k ỳ ion kim lo ại ng ậm 2+ 2+ nước nào. Ch ẳng h ạn Cu , để t ạo ra [Cu(H 2O)6] trong dung d ịch n ước. Các ph ối - - tử đơn gi ản khác là amoniac (NH 3), các ion florua (F ), clorua (Cl ) và xianua (CN). Liên k ết ph ối trí là m ột lo ại liên k ết c ộng hoá tr ị mà c ả c ặp electron liên k ết do m ột nguyên t ử cung c ấp, nh ư liên k ết N-O ho ặc S-O trong triankylamin oxit cũng nh ư trong diankyl sunfoxit: R R R N O S O R R Liên k ết ph ối trí c ũng có th ể hình thành gi ữa hai phân t ử nh ư: H3N: + B(CH 3)3 H3N B(CH 3)3 3.3. Các lo ại liên k ết y ếu 3.3.1. Liên k ết hydro 3.3.1.1. B ản ch ất c ủa liên k ết hydro Liên k ết hydro là liên k ết hình thành gi ữa hai nguyên t ử có tính âm điện qua nguyên t ử hidro. Ở đây, nguyên t ử hidro đóng vai trò c ầu n ối. Liên k ết hydro có b ản ch ất t ĩnh điện và theo m ột s ố d ữ ki ện m ới, ng ười ta th ấy nó có ph ần do t ạo ph ức cho nh ận, ví d ụ: H-F H-F. Liên k ết hydro là liên k ết y ếu, ch ỉ vào kho ảng 5kcal/mol Mu ốn có liên k ết hydro X-H Y, X và Y ph ải là các nguyên t ử có độ âm điện l ớn và kích th ước nh ỏ, X có liên k ết c ộng hoá tr ị v ới H và Y ph ải có đôi điện 49
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - tử ch ưa liên k ết. Nói cách khác, X-H là axit y ếu và Y là baz ơ y ếu, vì n ếu không nh ư v ậy s ẽ t ạo ra liên k ết ph ối trí ho ặc không liên k ết. Liên k ết hydro có th ể hình thành là liên k ết liên phân t ử (A) và liên k ết hydro n ội phân t ử (B) (Chú ý đến điều ki ện không gian: Phân t ử ph ải có c ấu hình nh ư th ế nào đó để cho t ươ ng tác n ội phân t ử (t ạo ra liên k ết hydro) d ẫn đế n s ự hình thành nh ững vòng n ăm, sáu c ạnh v ới hi ệu ứng n ăng l ượng cao nh ất. Chính vì v ậy, hầu nh ư ch ỉ có đồ ng phân octo m ới có liên k ết hydro n ội phân t ử. Các α - glycol, α - aminôancol, α - xetôancol có liên k ết hydro n ộ phân t ử nh ưng t ươ ng đối kém bền. N ếu trong m ột ch ất có liên k ết hydro n ội phân t ử y ếu (ví d ụ trong o – clo – phenol ) thì khi hoà tan ch ất đó vào dung môi có kh ả n ăng nh ường e - cao (axeton, đioxan) thì liên k ết hydro b ị đứ t ra và xu ất hi ện liên k ết hydro m ới gi ữa ch ất tan và dung môi): O HO C H O - H O - H O - H O O R R R A B Với các điều ki ện đó, X và Y th ường là O, N, F. Quy lu ật: Liên k ết hydro t ăng t ừ trái qua ph ải theo chu kì và t ăng t ừ d ưới lên trên theo nhóm. 3.3.1.2. Tính ch ất c ủa các h ợp ch ất có kh ả n ăng t ạo nên liên k ết hydro Liên k ết hydro ảnh h ưởng đáng k ể đế n tính ch ất c ủa h ợp ch ất. - Nhi ệt độ sôi và nhi ệt độ nóng ch ảy c ủa h ợp ch ất có liên k ết hydro liên phân t ử tăng nhi ều nh ư so sánh nhi ệt độ sôi c ủa r ượu metylic CH 3OH và r ượu thiometylic 0 0 CH 3SH là 66 C và 6 C vì các phân t ử trong ch ất đó đã b ị r ằng bu ộc v ới nhau thành nh ững phân t ử l ớn h ơn. N ước, ancol, phenol, amoniac, amin b ậc m ột, amin b ậc hai, axit cacboxylic là nh ững ch ất ch ịu s ự chi ph ối c ủa quy lu ật này. C ần l ưu ý là trong khi liên két hydro gi ữa các phân t ử làm t ăng nhi ệt độ sôi và nhi ệt độ nóng ch ảy c ủa ch ất thì liên k ết hydro n ội phân t ử l ại không gây được ảnh h ưởng nh ư vậy. Ví d ụ các d ẫn xu ất hai l ần th ế c ủa benzen, n ếu hai nhóm th ế trong vòng không có kh ả n ăng liên k ết hydro v ới nhau thì hai đồng phân ôct và para nói chung có nhi ệt độ sôi g ần nh ư nhau nh ưng n ếu hai nhóm th ế đó liên k ết hydro v ới nhau được thì đồng phân octo (liên k ết hydro n ội phân t ử) luôn sôi ở nhi ệt độ th ấp hơn nhi ều so v ới đồ ng phân para (có liên k ết hydro liên phân t ử). - Độ tan c ủa các ch ất có kh ả năng t ạo liên k ết hydro v ới dung môi t ăng lên nh ư ancol etylic tan vô h ọc trong n ước còn etan tan r ất ít (4,7%). Vì v ậy các r ượu, amin, axit th ấp c ũng nh ư các ch ất có phân t ử l ượng không nh ỏ nh ư glucoz ơ, sacaroz ơ, polyvinylancol, đều tan t ốt trong n ước. Tinh b ột và protit tuy có phân tử l ượng r ất cao nh ưng nh ờ có liên k ết hydro nên có th ể t ạo ra nh ững dung d ịch 50
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - keo. Các ancol, amin, axit cacboxylic tan trong n ước có th ể đóng vai trò ch ất cho hay nh ận prôton khi t ạo thành liên k ết hydro. Nh ững h ợp ch ất khác nh ư andehyt, xêton, ete, este khi ấy ch ỉ có th ể là ch ất nh ận prôton mà thôi. Độ tan c ủa các ch ất trong n ước còn ph ụ thu ộc vào kích th ước c ủa g ốc hydrocacon liên k ết v ới các nhóm ch ức. G ốc đó càng l ớn thì độ tan càng gi ảm. Đáng chú ý là độ tan c ủa các hợp ch ất th ơm có hai nhóm th ế và có kh ả n ăng lien k ết hydro, trong khi các đồng phân meta và para th ường d ễ tan so v ới đồ ng phân octo trong các dung môi mà chúng có th ể t ạo ra liên k ết hydro liên phân t ử nh ư n ước, r ượu. Các đồ ng phân octo v ới liên k ết hydro n ội phân t ử l ại d ễ tan tong các dung môi không phân c ực nhi ều h ơn. - Liên k ết hydro còn ảnh h ưởng t ới độ b ền các đồ ng phân (s ự có m ặt c ủa liên k ết hydro n ội phân t ử nh ất là khi liên k ết hydro đó tham gia vào m ột h ệ liên h ợp vòng (có n ăng l ượng liên k ết cao h ơn) có th ể làm cho m ột đồ ng phân c ủa ch ất h ữu c ơ tr ở nên b ền v ững h ơn) và tính ch ất axit, baz ơ c ủa phân t ử. 3.3.1.3. Ý ngh ĩa c ủa liên k ết hydro - Dùng để gi ải thích tính ch ất b ất th ườngv ề v ật lý và hoá h ọc c ủa h ợp ch ất. - Là n ền t ảng c ơ b ản c ủa s ự s ống (liên k ết peptit). - Có ý ngh ĩa quan tr ọng trong các công tình xây d ựng. - Liên k ết không b ền nh ưng quan tr ọng. 3.3.2. Liên k ết Vandecvan 3.3.2.1. Khái ni ệm: Là liên k ết được hình thành gi ữa các phân t ử v ới nhau b ằng độ có c ực c ủa chúng. Liên k ết này có tác dụng gi ữ các phân t ử c ộng hoá tr ị l ại v ới nhau để t ập h ợp chúng trong m ột tr ạng thái nào đó c ủa v ật ch ất: L ỏng, r ắn, khí. - Liên k ết Vandecvan (V) có b ản ch ất t ĩnh điện, liên k ết V không có b ản ch ất hoá học mà có b ản ch ất v ật lý. - Liên k ết V y ếu h ơn liên kết hydro (E LK = 2 ÷ 10kJ/mol). E liên k ết n ằm trong kho ảng là do tu ỳ thu ộc vào s ự hình thành c ủa các nguyên t ử. - Bán kính V (r V) là 1/2 kho ảng cách gi ữa hai nhân c ủa hai nguyên t ử thu ộc hai phân t ử tham gia liên k ết. - Nh ờ có liên k ết V mà con ng ười gi ải thích được m ột s ố hi ện t ượng nh ư m ưa, 3.3.2.2. N ăng l ượng c ủa liên k ết Vandecvan 3.3.2.2.1. B ản ch ất c ủa l ực V Ngu ồn g ốc c ủa liên k ết V ch ưa được gi ải thích hoàn toàn đầy đủ tuy nhiên theo V thì liên k ết V có b ản ch ất t ĩnh điện bao g ồm l ực hút và l ực đẩy. 3.3.2.2.1.1. L ực hút: Khi kho ảng cách gi ữa các phân t ử đạt đến giá tr ị cân b ằng thì tạo ra liên k ết V có ngh ĩa là xu ất hi ện l ực hút. Tuy nhiên trong t ừng tr ường h ợp thì lực hút có nh ững b ản ch ất khác nhau. L ực hút bao g ồm: L ực định h ướng Đối v ới nh ững phân t ử có c ực ( µ ≠ 0), gi ữa các phân t ử l ưỡng c ực, có l ực tươ ng tác t ĩnh điện Coulomb. Ngoài l ực hút, gi ữa các l ưỡng c ực còn có các l ực đẩy t ươ ng h ỗ. Tuy nhiên, vì phân t ử có khuynh h ướng định h ướng sao cho h ệ th ống là thu ận l ợi nh ất v ề m ặt n ăng l ượng ứng v ới m ột tr ạng thái v ững b ền nh ất, ngh ĩa là có khuynh h ướng định h ướng ng ược chi ều nhau nên l ực hút gi ữa các phân 51
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - tử l ưỡng c ực s ẽ chi ếm ưu th ế. Do v ậy, hi ệu ứng trên được g ọi là hi ệu ứng định hướng. Hi ệu ứng định h ướng càng l ớn khi momen l ưỡng c ực c ủa phân t ử càng l ớn. Ng ược l ại, hi ệu ứng định h ướng gi ảm khi nhi ệt độ t ăng vì chuy ển động nhi ệt c ản tr ở s ự định h ướng t ươ ng h ỗ c ủa các phân t ử. Ngoài ra l ực hút l ần nhau gi ữa các phân t ử có c ực s ẽ gi ảm nhanh khi kho ảng cách gi ữa chúng t ăng. Hệ th ức n ăng l ượng: − 2µ 4 Uđh = 3r 6kT Trong đó: Uđh: N ăng l ượng t ươ ng tác c ủa hai phân t ử có momen l ưỡng c ực là µ . R: Kho ảng cách gi ữa hai phân t ử. T: Nhi ệt độ tuy ệt đối. k: H ằng s ố Boltzman L ực c ảm ứng Nh ững phân t ử không có c ực c ũng b ị phân c ực hoá d ưới tác d ụng c ủa điện tr ường c ủa các phân t ử có c ực hay c ủa các ion lân c ận, s ự phân c ực này g ọi là s ự phân c ực hoá c ảm ứng và t ươ ng tác gi ữa các phân t ử do hi ện t ượng phân c ực hoá cảm ứng trên g ọi là hi ệu ứng c ảm ứng. Hi ệu ứng c ảm ứng càng m ạnh n ếu h ệ s ố phân c ực hoá α và momen l ưỡng cực µ c ủa phân t ử càng l ớn. Ng ược l ại, hi ệu ứng c ảm ứng gi ảm nhanh khi kho ảng cách gi ữa các phân t ử t ăng. Hi ệu ứng định h ướng không ph ụ thu ộc vào nhi ệt độ. Hi ệu ứng c ảm ứng được Đêbai nghiên c ứu, theo ông, n ăng l ượng t ươ ng tác cảm ứng t ức là n ăng l ượng t ươ ng tác gi ữa m ột l ưỡng c ực v ĩnh c ửu và m ột l ưỡng cực c ảm ứng xu ất hi ện trong phân t ử lân c ận được tính theo h ệ th ức: 2αµ 2 Ucư = - r 6 L ực khu ếch tán Với hai hi ệu ứng trên, ng ười ta v ẫn ch ưa gi ải thích được l ực hút t ươ ng h ỗ gi ữa các phân t ử, nguyên t ử không có mômen l ưỡng c ực v ĩnh c ửu, đặc bi ệt là gi ữa các khí tr ơ. Tươ ng tác V còn được gi ải thích b ằng hi ệu ứng này trên c ơ s ở c ủa c ơ h ọc lượng t ử được London xây d ựng n ăm 1930. Theo thuy ết này, vì các h ạt c ấu t ạo nên phân t ử, nguyên t ử luôn ở tr ạng thái chuy ển động liên t ục nên trong quá trình chuy ển động này, s ự phân b ố điện tích tr ở nên b ất đối x ứng, do đó làm xu ất hi ện nh ững l ưỡng c ực t ức th ời và s ự t ươ ng tác gi ữa các l ưỡng c ực này là nguyên nhân th ứ ba c ủa t ươ ng tác V. Hi ệu ứng này gọi là hi ệu ứng khu ếch tán. Hi ệu ứng khu ếch tán được gi ải thích b ằng s ự phân c ực động c ủa phân t ử hay nguyên t ử. N ăng l ượng này được xác định m ột cách g ần đúng theo h ệ th ức: ν α 2 3h 0 Ukt = - 4r 6 52
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong đó: ν h 0 ν : T ần s ố dao động ứng v ới n ăng l ượng ở điểm không, E 0 = . 0 2 Năng l ượng khu ếch tán t ỉ l ệ ngh ịch với r 6 và không ph ụ thu ộc vào nhi ệt độ. Hi ệu ứng khu ếch tán t ồn t ại ở m ọi h ệ điện t ử ngh ĩa là ở m ọi phân t ử, nguyên t ử có c ực hay không có c ực. Tóm l ại: trong tr ường h ợp chung đối v ới nh ững phân t ử có momen l ưỡng c ực v ĩnh cửu µ và h ệ số phân c ực hoá α , n ăng l ượng t ươ ng tác (hút) V được xác định theo hệ th ức:  µ 4 α 2 ν  1 2 2 3 h 0 Uh = -  + 2αµ +  r 6 3kT 4  3.3.2.2.1.2. L ực đẩy: Xu ất hi ện khi kho ảng cách gi ữa các phân t ử m. r 6 3.4. M ột s ố lo ại liên k ết không mang b ản ch ất hoá h ọc 3.4.1. Liên k ết b ọc Clatrat - Là liên k ết t ạo thành do s ự l ồng ch ập nh ững phân t ử lo ại này vào kho ảng không gian c ủa nh ững phân t ử lo ại khác mà không t ạo ra liên k ết hoá h ọc bình th ường. Nh ư v ậy, trong h ợp ch ất b ọc ph ải có hai thành ph ần chính: + Phân t ử làm l ồng ch ứa được g ọi là phân t ử ch ủ. + Phân t ử n ằm trong l ồng được g ọi là phân t ử khách. - L ực tác d ụng trong h ợp ch ất b ọc là nh ững l ực liên k ết y ếu, trong đó có th ể có l ực V, t ươ ng tác l ưỡng c ực định h ướng, s ự bao b ọc đơ n gi ản, v.v M ặt khác nh ững lực đó còn ph ụ thu ộc t ứng lo ại thành ph ần c ủa h ợp ch ất b ọc. Ví d ụ: H ợp ch ất b ọc c ủa urê + Urê là phân t ử ch ủ. + Hidrocacbon là phân t ử khách. 53