CƠ SỞ HÓA HỌC LẬP THỂ
PHẦN II

CHƯƠNG I
KHÁI NIỆM VỀ HÓA
LẬP THỂ

I. Đồng Phân Quang Học
I.1 nh sáng phân cực

Khi dọi ánh sáng tự nhiên vào lăng kính Nicol bằng băng lan với sự bố trí
nhất đònh của lăng kính này thì chỉ có ánh sáng phân cưc thẳng đi qua, nghóa
là sự dao động của tia sáng này chỉ xảy ra trong một mặt phẳng xác đònh.

Nhờ có lăng kính Nicol mà người ta có thể xác đònh đươc ở mặt phẳng nào
xảy ra sự dao động của tia sáng phân cực.
I.2. Những chất quang hoạt

Năm 1813 nhà vật lí học người Pháp Bio khi nghiên cứu sự tương tác của
ánh sáng phân cực với chất đã phát hiện thấy:
- Trong thiên nhiên tồn tại 2 dạng tinh thể thạch anh: một dạng làm quay
mặt phẳng của ánh sáng phân cực thẳng sang phải và dạng kia làm quay
sang trái.
- Một số hợp chất cũng có đặc tính tương tự như trên: thủy ngân sunfua, natri
clorua,…
- Đặc tính trên chỉ gắn liền với những chất đó khi tồn tại ở dạng tinh thể.
- Hai dạng tinh thể này đối với nhau như vật và ảnh qua gương.


Năm 1815, Bio lại phát hiện một số hợp chất hữu cơ(dầu thông, đường, axit

tactríc…) ở trạng thái lỏng hoặc trong dung dòch cũng làm quay mặt phẳng dao
động của ánh sáng phân cực thẳng. Do đó ông kết luận rằng:
- Tính chất làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực là tính quang hoạt và
chất tương ứng là chất quang hoạt
- Tính quang hoạt không phài do cấu trúc tinh thể, mà là ở cấu trúc của những
phân tử riêng biệt.
I.3. Phân cực kế và máy quang phổ phân cực
Phân cực kế: độ quay cực của chất quang họat được xác đònh bằng phân cực
kế, gồm 2 bộ phận chính sau:
- Lăng kính Nicol cố đònh để chuyển ánh sáng tự nhiện thành ánh sáng phân cực.
- Lăng kính Nicol phân tích có thể quay được, góc quay có thể tính theo
thang chia độ. Lăng kính này dùng để xác đònh xem chất khảo sát làm quay
mặt phẳng phân cực đi bao nhiêu độ.
Độ quay cực riêng[α]: mỗi chất quang họat, người ta thường dùng đại lượng [α]
để chỉ độ quay cực riêng:
100 *α
[α]
t
λ
=
lc
α là góc đo được trên máy (độ)
λ - độ dài sóng (thường 589nm, độ dài sóng D của
Natri)
l - chiều dài ống dựng chất (dm)
c- nồng độ chất (số gam trong 100ml

20
D
- Góc quay của một chất quang hoạt phụ thuộc vào độ dài sóng λ của ánh sáng

phân cực, chiềudài ống dựng chất l, nhiệt độ đo và nồng độ dung dòch.
- Thí dụ, độ quay cực của dung dòch 20% trong nước của axit (+)-tactric, đo ở
20
0
C với độ quay cực riêng bằng +11,98
0
[α] = +11.980 (nước, c 20)
I.4 Giả thuyết Van Hôp về cacbon tứ diện và những kết luận rút ra
từ giả thuyết này
Khi quan sát hợp chất hữu cơ đơn giản nhất metan và các dẫn xuất thế hai lần
của metan (CH2X2) ở trạng thái phẳng và không gian VanHop và LơBen đã
thiết lập mô hình tứ diện cho nguyên tử cacbon:
X
H
X
H
X
H
X
X
(a) (b)
Hình I.1: Mô hình tứ diện của phân tử CH2X2 (a) và CHX3 (b)

Trong phân tử metan cacbon ở tâm của tứ diện đều, 4 đỉnh là các nguyên tử
hidro và có tính đối xứng cao.

Nếu thay 1H trong metan bằng Cl thì phân tử chỉ còn 1 trục đối xứng và 3 mặt
phẳng đối xứng.

OHH

COOH
CH
3
HHO
C OOH
C H
3
Hình I.2: Các đối quang của acid lactic

Khi phân tử metan mang 3 nhóm thế khác nhau thì trong tứ diện không còn yếu
tố đối xứng. Khi đó Cabcd xuất hiện hai dạng đồng phân đối xứng nhau như vật
và ảnh của nó trong gương. Đó là 2 dạng đồng phân đối quang hay 2 chất đối
quang.
I.4 Công thức chiếu

Đối với hai chất đối quang có công thức tứ diện biểu diển trên mặt phẳng hai
chiều gặp nhiều khó khăn nên Fisơ đã đề nghò dùng công thức chiếu thay cho
công thức tứ diện.
a
b
c
d
a
b
c
d
a
c
b
d

a
c
b
d
a
b
c
d
a
c
b
d
Hình I.3: Chuyển công thức tứ diện sang công thức chiếu Fisơ

HO H
CH
3
COOH
Hình I.4: Mô hình tứ diện của phân tử acid (+)- Lactic
COOH
HHO
CH
3
COOH
OHCH
3
H
OH
CH
3

HOOC
H

Một công thức tứ diện của một đối quang có thể có nhiều công thức chiếu Fisơ.
Hình I.5: Công thức chiếu của axít (+)-lactic


Quy tắc chung về công thức chiếu
- Công thức chiếu chỉ có thể quay trong mặt phẳng (giấy) 1 góc 180
0
.
- Khi quay công thức chiếu một góc 90
0
hay 270
0
, cũng như khi quay với sự
đưa ra ngoài mặt phẳng giấy thì công thức chiếu chuyển thàng công thức
chiếu của đối quang.
- Trong một công thức chiếu bất kì có 1 nguyên tử cacbon bất đối, nếu đổi
chổ 2 nhóm thế nối với cacbon bất đối cho nhau thì nó chuyển thành công
thức chiếu của đối quang.
I.5 Những hợp chất có hai hoặc nhiều nguyên tử cacbon bất đối
trong phân tử

Trong tự nhiên nhiều hợp chất như gluxit, steroit, tecpen, ancaloit,…có từ 2
cacbon bất đối trở lên. Những hợp chất này có số đồng phân không gian tăng lên
rất nhiều. Nếu hợp chất có n nguyên tử cacbon bất đối thì số đồng phân lập thể
là N = 2 .

CH

3
C OHH
C BrH
CH
3
R
C b
a
C
ca
R
,
R
C
a
b
C
ca
R
,
CH
3
C HHO
C BrH
CH
3
Hình I.6: Danh pháp erythro – threo của 3-Bromobutanol-2
H
CH
3

CH3
OH
Br
H
H O
C H
3
C H
3
H
B r
H
Hình I.7: Các công thức phối cảnh của 3-bromobutanol-2

Đồng phân Erythrozơ và threozơ:
Hai tên gọi trên được dùng cho phân tử cacbon có 2 nguyên tử bất đối
- Đồng phân Erythrozơ: hai nhóm thế giống nhau ở cùng một phía đối với
mạch chính.
- Đồng phân threozơ: hai nhóm thế giống nhau ở khác phía đối với mạch
chính.

Công thức phối cảnh: phân tử ở trạng thái 3 chiều
Erythro (một đối quang) threo (một đối quang)
Dạng Erythro (một đối
quang)
Dạng threo (một đối quang)

H
Br
CH

3
O H
CH
3
H
H
Br
C H
3
H
C H
3
HO
erythro (một đối quang) threo (một đối quang)
Hình I.8 : Công thức chiếu Niumen của 3-
Brombutanol-2

Công thức chiếu Niumen
- Trong công thức này phân tử được nhìn dọc theo liên kết nối các nguyên
tử cacbon bất đối.
- Hai nguyên tử cacbon bất đối che khuất nhau.
- Các liên kết, các nhóm nối với cácbon bất đối được chiếu lên mặt phẳng
vuông góc với liên kết nối 2 nguyên tử cacbon bất đối.

H
OH
HHO
COOH
COOH
COOH

COOH
H
OH
H HO
H
OH
OHH
COOH
COOH
H
OH
HO H
COOH
COOH
COOH
HOH
HHO
COOH
COOH
HO H
H OH
COOH
COOH
HOH
OHH
COOH
COOH
HO H
HO H
COOH

(+a, +a) (+a, +a) (+a, -a) (-a, +a)
I II III IV
Acid (+) - tartric (-) - tartric Acid
mesotartric
Đôi đối quang
Hình I.9: Các đồng phân lập thể của axit tartric
Không giống như cặp đối quang dạng meso không có tính quang hoạt
I.6 Những hợp chất có hai hoặc nhiều cacbon bất đối giống nhau

C O O H
C
H
3
C
O H
H
C O O H
O HH
HH O
C O O H
*
Hình I.10: So sánh tính BĐX của acid lactic (I) và acid tartric (II)

Trong đồng phân đối quang thì sự bất đối xứng là điều kiện đủ chứ không
phải là điều kiện cần, mà điều kiện cần và đủ là sự không trùng vật-ảnh.
I.7. Tính bất đối xứng và tính không trùng vật – ảnh:

Tính quang hoạt gắn liền với tính bất đối xứng.

Tính không trùng vật- ảnh: đối với những phân tử có một yếu tố đối xứng

(trục đối xứng,mặt phẳng đối xứng) trong phân tử, những hợp chất này vẫn có
tính quang hoạt.
I II

I.7.1. Trung tâm không trùng vật – ảnh:
S
i H
H
3
C
C
6
H
5
OCH
3
P
CH
3
C
6
H
5
S
OH
3
C
CH
3
CH

3
H
COOH
Br
(I) (II) (III)
(IV)
Hình I.11: Các trung tâm không trùng vật ảnh
I) metyl-α-naphtylphenylsilan; (II) o-anisylmetylphenylphosphin
(III) metyl-p-tolylsunfoxit; (IV) adamantan
Ngoài thí dụnguyên tử cacbon bất đối xứng trong axit lactic. Trung tâm
không trùng vật –ảnh còn có thể là các nguyên tử khác (silic, photpho, lưu
hùynh) trong một sô chất sau

C
C
6
H
5
(d)
H(c)
CC
(a)H
(b)C
6
H
5
O
2
N
HOOC

COOH
NO
2
Hình I.12: Tính quang hoạt do có trục không trùng vật ảnh
O
O
(CH
2
)
8
Br
H
H
H
H
(R) (S)
(I) (II)
Hình I.13: Tính quang hoạt do có mặt phẳng không trùng vật ảnh
R-14- brom-1,12- dioxa-p- cyclophan (I); E-cycloocten (II)
I.7.2 Tính quang hoạt do có trục không trùng vật- ảnh
I.7.3. Tính quang hoạt do có mặt phẳng không trùng vật ảnh
1,3-diphenylalen Acid 6,6
,
-dinitrobiphenyl-2,2’-dicarboxylic

I cis
III neo
IV epi
II mio
VIII

IX
DL
V muco
VI allo
VII scyllo
Hình I.14: Các inozit
I.8. Một số đồng phân quang học do bất đối xứng phân tử

Đồng phân Izonit

C C C
a
b
a
b
a
b
b
a
C
b
sp
C
a
sp
2
120
o
120
o

C
a
b
sp
2
(a)
(b)
(c)
Hình I.15: Phân tử allen bất đối xứng
a
b
a
b
a
b
a
b
Hình I.16 : Đồng phân spiran

Đồng phân allen

Đồng phân Spiran

1
3
4
5
6
2
1'

2'
3'
4'
5'
6'
COOH
HOOC
COOH
HOOC
NO
2
O
2
N
COOH
HOOC
ClCl
COOH
HOOC
O
2
N

Ñoàng phaân atrop
Bipheny Acid Diphenic Acid 6,6’- Dinitrodiphenic
Acid 6,6’- Dichlorodiphenic Acid 6- Nitrodiphenic
Hình I.17 : Ñoàng phaân atrop

X
X

CH
3
CH
3
O
O
H H
H
HOOC
(CH
2
)n
Hình I.18: Tính quang hoạt do biến dạng phân tử (4,5-dimetylphenantren)

Hợp chất quang hoạt “ansa”
Hình I.19 : Hợp chất quang hoạt “ansa”

Tính quang hoạt của tri-o-trimotit
O O
O
O
O
O
CH
3
H
7
C
3
C

3
H
7
CH
3
H
3
C
C
3
H
7
Hình I.20 : Tính quang hoạt của tri-o-trimotit

Tính quang hoạt do biến dạng phân tử

CHÖÔNG II
ÑOÀNG PHAÂN HÌNH HOÏC

C C
a
b
a
b
C C
a
b
b
a
C C

C C
H
C
6
H
5
H
H
H
C
6
H
5
(trans- trans)
C C
C C
C
6
H
5
HH
H
H
C
6
H
5
(trans- cis)
H H
H H

C
6
H
5
CC
CC
C
6
H
5
(cis- cis)
Hình I.14 : Đồng phân cis- trans của diphenylbutadien
II.1. Đồng phân cis-trans
Thể hiện trong các hợp chất có nối đôi kiểu abC = Cab.
Hình I.13 : Đồng phân cis- trans

CH
2
OH
H
Cl
CC
CH
3
C C
CH
2
OH
CH(CH
3

)OH
H
Cl
O
-
CH(C
6
H
5
)
2
+
N
C
6
H
5
CH(C
6
H
5
)
2
C
6
H
5
+
N
N

CH
3
C
6
H
4
p
p
CH
3
C
6
H
4
Z
E
Nitron và ete của oxim
E Z
II.2 Đồng phân E-Z
Thể hiện trong các hợp chất có nối đôi kiểu abC = Ccd, C= N

CHÖÔNG 3
CAÁU HÌNH KHOÂNG GIAN

CHO
C OHH
CH
2
OH
CH

3
C ClH
C
6
H
5
COOH
C HH
2
N
CH
3
D-(+)- Griceraldehid L-(+)- Alanin D-(-)-α- Phenyletyl clorur
CH
3
C OCH
3
H
C
2
H
5
COOH
C OHH
CH
2
COOH
COOH
C OHH
C

6
H
5
D -(+) -sec-
Butylmetyl ete
III.1. Cấu hình D,L

Xác đònh cấu hình tương đối của hợp chất.

Quy tắc:
- Dùng công thức chiếu Fisơ
- Cacbon bất đối có số dònh vò lớn nhất mang nhóm OH bên phải dây
cacbon thì gọi là D, Ngược lại, bên trái là L.
- Cacbon bất đối có số dònh vò nhỏ nhất mang nhóm NH2 bên phải dây
cacbon thì gọi là D, Ngược lại, bên trái là L
Acid D -(+) -
Mandelic
Acia D - (+)
-Maleic

c
b
a
d
b
d
x
a
c
(R)-

b
c
a
d
c
d
x
a
b
(S)-
Hình III.1: Kí hiệu cấu hình theo R, S -
COOH
C OHH
C HHO
COOH
2
3
2(R),3(R)
CHO
C HHO
C OHH
C OHH
CH
2
OH
2
3
4
2(S),3(R),4(R)
Acid (+)- Tartric Acid D-(-)-arabinoz

Hình III.2: Cấu hình R-S của acid (+)- Tartric và acid D-(-)-arabinoz
III.2. Cấu hình R,S

Dùng xác đònh cấu hình tuyệt đối cho các phân tử có 1 hoặc nhiều cacbon bất
đối.

Xác đònh dựa trên quy tắc tiếp vò Cahn-Ingold-Prelog.

Hình III.3 Xác đònh cấu hình các đồng phân π-đi-a bằng phương pháp tạo vòng
H
COOH
o_O
2
NC
6
H
4
H
(1) t
nc
= 240
o
C
o_O
2
NC
6
H
4
H

Cumarin
O O
(2) t
nc
= 143
o
C
C
OH
C
COOH
H
H
Cumaric acid
Cumarinic acid
Cumarin
C
OH
C
H
COOH
H
O O
-H
2
O
C
OH
C
COOH

H
H
Cumaric acid
Không tạo
vòng
Hình III.4 Xác đònh cấu hình các đồng π-đi-a bằng phương pháp
chuyển hóa hóa học
III.3. Phương pháp xác đònh cấu hình không gian
III.3.1. Xác đònh cấu hình đồng phân lập thể π-đi-a

Phương pháp tạo vòng

Phương pháp chuyển hóa hóa học