Đồng phân quang học và face


Nhóm thực hiện: Nhóm 3
Nguyễn Thị Kiều Oanh
Nguyễn Xuân Phong
Nguyễn Thị Thắm
Trần Thị Ngân Thoa
Nguyễn Thị Kim Thoa
Phạm Quang Thống
Phan Vũ Thuyền
Nguyễn Đinh Ngọc Trâm
Lương Văn Tri
Nguyễn Thị Mai Trinh
Nguyễn Hữu Trọng


I. Đồng phân quang học:
1. Khái niệm:
- Đồng phân quang học là những đồng phân lập thể có
cùng dạng hình học phân tử nhưng khác nhau về khả năng
làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực (Tính quang hoạt ).
- Điều kiện xuất hiện đồng phân quang học là có tính
không trùng ảnh vật:
+ Thường có Cacbon bất đối.
+ Không có tâm đối xứng, không có mặt phẳng đối
xứng ( có thể không có trục đối xứng ).


* Số lượng đồng phân quang học của một chất chứa n
nguyên tử Cacbon bất đối là 2n  . Nhưng nếu các nguyên

tử Cacbon bất đối lại thuộc hai nửa phân tử có cấu tạo hóa
học như nhau thì số lượng đồng phân quang học sẽ nhỏ
hơn 2n


2. Các yếu tố đối xứng phân tử:
a. Mặt phẳng đối xứng:
- Mặt phẳng đối xứng là mặt phẳng chia vật ra làm hai phần
mà phần này là ảnh của phần kia trong gương.


b. Tâm đối xứng: là điểm mà bất kì đường thẳng nào đi
qua điểm đó đều có thể gặp được những điểm tương đương ở
khoảng cách như nhau.

c. Trục đối xứng: là đường thẳng mà khi quay phân tử
quanh trục đó một góc xác định thì thu được cấu trúc trùng với
cấu trúc ban đầu.


3. Phân tử bất đối có một nguyên tử cacbon bất đối.
a.Đối quang.
- Hai đồng phân quang học có trị số độ quay cực riêng như
nhau nhưng dấu thì đối nhau được gọi là hai chất đối quang
hay đơn giản là hai đối quang ( enantiomer ). Hai chất này
không chồng khít lên nhau được tuy chúng có tính chất vật lý
và hóa học giống nhau.


b. Biến thể raxemic: là loại phân tử không quang hoạt,

gồm hai loại phân tử đối xứng nhau qua gương. Loại này
là quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải, loại kia
làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái với trị số
như nhau do đó triệt tiêu lẫn nhau.

Cấu trúc các dạng axit tactric khác nhau


c. Tính không trùng ảnh vật (chiral).
-Tính không trùng ảnh vật là sự không chồng khít của
ảnh và vật của nó trong mặt phẳng gương.
-Tính không trùng ảnh vật là điều kiện cần và đủ cho
sự tồn tại của đối quang.
- Điều kiện để có tính không trùng ảnh vật: Những phân
tử không có tâm đối xứng và không có mặt phẳng đối
xứng thì có tính trùng vật ảnh.

-Phân tử có một yếu tố đối xứng nào đó gọi là trùng
ảnh vật ( achiral ) hay đối xứng.


( Chiral )

( Chiral )


d. Cấu hình tương đối và tuyệt đối:
* Cấu hình tương đối: Trong phân tử, nếu có cấu hình giống như
D- glixerandehit thì cũng được kí hiệu bởi chữ D, nếu có cấu
hình giống với L- glixerandehit thì được kí hiệu bởi chữ L. Cấu

hình được qui định như vậy gọi là cấu hình tương đối.


* Cấu hình tuyệt đối:
Cách xác định cấu hình tuyệt đối: phân tử C*abcd với độ
hơn cấp a>b>c>d. Đặc phân tử sao cho d ở xa người
quan sát, khi đó thứ tự giảm dần độ hơn cấp của ba
nhóm thế còn lại theo chiều kim đồng hồ ta có cấu hình
R; ngược chiều kim đồng hồ ta có cấu hình S


Cách xác định R,S dựa vào công thức Fisơ:
- Nếu nhóm thế nhỏ nhất nằm trên dường nằm ngang:
thứ tự giảm dần độ hơn cấp của các nhóm thế còn lại
theo chiều kim đồng hồ là cấu hình S, ngược chiều kim
đồng hồ là cấu hình R.


- Nếu nhóm thế nhỏ nhất nằm trên đường thẳng đứng: thứ
tự giảm dần độ hơn cấp của các nhóm thế còn lại theo chiều
kim đồng hồ là cấu hình R, ngược chiều kim đồng hồ là cấu
hình S


4. Phân tử bất đối có nhiều nguyên tử cacbon bất đối.
a. Đồng phân đia: Là đồng phân lập thể có vài trung tâm
chiral nhưng có một phần trung tâm giống nhau về cấu hình mà
thôi. Đồng phân đia có những tính chất khác với cặp đối quang




b. Đồng phân meso:
- Những đồng phân quang học có chứa nhiều C* nhưng do có mặt
phẳng hoặc tâm đối xứng mà không có tính quang hoạt được gọi
là hợp chất meso.

Đôi đối quang

Axit mesotactric


c. Đồng phân threo và erythro.
Đồng phân threo có các nhóm thế ở hai phía khác nhau của
trục liên kết C-C hoặc có cấu dạng kề, còn đồng phân
erythro có hai nhóm thế ở cùng phía của trục C-C.


5. Phân tử bất đối có nhiều nguyên tử cacbon bất đối.
- Khi phân tử vòng no có hai hoặc nhiều nhóm thế thì các
nguyên tử C chứa nhóm thế liền trở nên bất đối, phân tử không
có tính đối xứng và như thế sẽ có đồng phân quang học
Cl

Cl

Cl
Cl

Cl


Cl

mezo

1,2-dicloxiclopentan

- Nếu trong vòng có nhiều nhóm thế thì số đồng phân quang
học sẽ tăng lên. Tùy theo vị trí của các nhóm thế trong phân
tử sẽ tạo nên một số yếu tố đối xứng và vì thế sẽ xuất hiện
đồng phân mezo cho nên số đồng phân quang học bị giảm
đi.


6. Hợp chất quang hoạt không có nguyên tử cacbon bất đối.
6.1. Tính bất đối xứng của phân tử.
Xét hai chất quang hoạt là axit lactic (1) và axit tactric (2):
COOH

COOH
H

C

OH

COOH

(1)

HO


C

H

H

C

OH

COOH

(2)

(1) là một phân tử bất đối xứng
(2) có trục đối xứng bậc hai đi qua tâm của phân tử (trục này
vuông góc với mặt phẳng giấy) và do đó phân tử axit tactric không
thể xem là bất đối xứng mà là không trùng vật - ảnh.
Do đó, điều kiện đủ để xuất hiện đồng phân quang học là sự bất
đối xứng; song không phải là điều kiện cần.
Điều kiện cần và đủ là sự không trùng vật - ảnh.


6.1. Tính bất đối xứng của phân tử
6.1.1. Trung tâm không trùng vật ảnh.
Trung tâm không trùng vật - ảnh có thể là nguyên tử cacbon bất đối
hoặc các nguyên tử Si, P, S, … bất đối với nhóm thế thứ tư là cặp
electron tự do.
Ví dụ:


Trong hợp chất của N, các nhóm thế xung quanh trung tâm không
trùng vật - ảnh được phân bố theo hình tháp, tuy nhiên những cấu
trúc này có thể dẫn đến tứ diện nếu xem cặp electron tự do là nhóm
thế thứ tư.


6.1. Tính bất đối xứng của phân tử
6.1.2. Tính quang hoạt do có trục không trùng vật - ảnh:
Nếu trong phân tử, bốn nhóm thế a, b, c, d từng đôi một phân bố
trên một trục và không nằm trong cùng một mặt phẳng, như được biểu
diễn dưới dạng “một tứ diện bị kéo căng” thì xuất hiện tính quang
hoạt. Trục của phân tử như vậy gọi là “trục không trùng vật - ảnh”.
Trục không trùng vật - ảnh tồn tại ở các hệ:
a) Đồng phân allen: số nối đôi chẵn


6.1.2. Tính quang hoạt do có trục không trùng vật - ảnh:
b) Đồng phân atrop: Biphenyl mang nhóm thế:
Đồng phân không gian xuất hiện do sự cản quay tự do xung quanh
liên kết đơn.

Axit – 6,6’-đinitrobiphenyl-2,2’-đicacboxylic
Trong phân tử biphenyl, hai nhân benzen có thể quay tự do quanh
trục C – C trung tâm
Nhưng khi phân tử có mang nhóm thế có kích thước lớn tại các vị
trí (2, 6, 2’, 6’) thì sự quay bị cản trở, hai nhân benzen không còn
đồng phẳng nữa, vì thế hệ phân tử trở nên cứng nhắc.



b) Đồng phân atrop: Biphenyl mang nhóm thế:
* Điều kiện để biphenyl có tính quang hoạt là:
- Các nhóm thế có kích thước khá lớn để ngăn cản sự quay tự do.
- Mỗi nhân benzen phải được thế không đối xứng.
- Ngoài ra hai nhóm thế octo không cần phải gắn trên hai nhân khác
nhau.
Ví dụ: 3,3'-điamino-2,6-đibrom-4,4'-đimetylbiphenyl
Br

H 3C

NH2

CH3
H2N
Br

3,3'-diamino-2,6-dibromo-4,4'-dimethylbiphenyl


6.1.2. Tính quang hoạt do có trục không trùng vật - ảnh:
c) Ankyliđen xiclan:
Nếu thay thế một nối đôi trong allen bằng một vòng, về mặt hình
học của phân tử không thay đổi. Các ankiliđen mang những nhóm thế
thích hợp có thể có đồng phân quang học.
H
H3 C

COOH
H


HOOC

H
CH 3

H

Ví dụ: Axit-2-(4-metylcyclohexyliđen)axetic
Một số hợp chất có liên kết đôi C=N như oxim, semicacbazon,
phenyl hiđrazon … cũng đã được tách hai, nhưng các đồng phân
quang học này không bền và bị raxemic hoá nhanh chóng. Ví dụ:
R

H 3C
N
HOOC

Axit-1-metyl-4-(ankylimino)cyclohexancacboxylic