Phần Đồng phân hình học, GV cần kế thừa tốt các nội dung mà SV đã tiếp cận ở chương trình THPT. Ở đây, GV cần khái quát các quy tắc chung để SV tự nghiên cứu và làm các bài tập áp dụng. Tùy từng ngành học, GV cần cho SV tập trung vào các nội dung gắn liền với thực tiễn ngành học.
Đối với đồng phân lập thể, có một số nội dung mới đối với SV, GV cần chú trọng rèn luyện cách viết, đọc cấu hình để SV dễ dàng nghiên cứu, năm bắt các nội dung này.
Nội dung chính của phần này có thể triển khai như sau:
Các đồng phân không gian có cùng thành phần, số lượng nguyên tử trong phân tử, cùng một cấu tao, nhưng khác nhau về sự phân bố không gian của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử trong phân tử. Hai loại đồng phân không gian chính là đồng phân hình học và đồng phân quang học. Ở hai loại này, các chất đồng phân phân biệt nhau về “cấu hình”, tức là sự phân biệt trong không gian của các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử xung quanh phần “cứng nhắc” hoặc phần “không trùng vật ảnh” của phân tử. Ngoài ra, các đồng phân cấu dạng cũng có thể được coi là loại đồng phân không gian thứ ba. Tất cả các loại đồng phân không gian này nhiều khi xuất hiện xen kẽ nhau.
Đồng phân hình học
Nếu có hai nguyên tử nối nhau bằng một liên kết cộng hóa trị “cứng nhắc”, nghĩa là không có sự quay của hai phần phân tử quanh trục nối của hai nguyên tử này thì hai nhóm thế nối với chúng có thể có những cách phân bố không gian khác nhau: có thể cùng phía với nhau hoặc khác phía với nhau. Dựa trên cơ sở đó, đồng phân hình học thường có ở các hợp chất có nối đôi cacbon-cacbon, nối đôi giữa cacbon và một dị tố hoặc giữa các dị tố với nhau hoặc ở các hợp chất mạch vòng. Đó là những phần “cứng nhắc” làm cho các nhóm thế nối với chúng không có khả năng quay tự do.
Như vậy, đồng phân hình học là những chất có cùng CTPT, cùng CTCT nhưng có vị trí không gian của các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử khác nhau đối với một bộ phận cứng nhắc (mặt phăng liên kết π hay mặt phẳng của vòng).
Như vậy điều kiện để có đồng phân hình học là:
*Phân tử phải có 1 bộ phận “cứng nhắc” là nối đôi hoặc vòng no.
*Hai nguyên tố nối với C nối đôi hay vòng no phải khác nhau.
1. Phân loại và gọi tên các Đồng phân hình học
Dựa vào đặc điểm phân bố xung quanh bộ phận “cứng nhắc”, hoặc theo mạch C chính. Các ĐP hình học có 2 loại chính: Cis (hoặc syn) và trans (hoặc anti)
+ Theo bản chất của nhóm thế thì:
*Khi 2 nhóm thế giống nhau ở cùng phía so với mặt phẳng chứa bộ phận “cứng nhắc” thì gọi là ĐP cis hay ĐP syn.
*Khi 2 nhóm thế giống nhau ở khác phía so với mặt phẳng chứa bộ phận “cứng nhắc” thì gọi là ĐP trans hay ĐP anti.
Danh pháp Syn-anti: Dùng cho nối đôi >C=Y có một cặp điện tử không phân chia (ở Y) như đối với loại hợp chất andoxim, xetoxim không đối xứng, hidrazon, hợp chất azo có liên kết C=N, N=N. (syn-: cùng phía, anti-: khác phía).
Ví dụ:
+ Theo sự phân bố của mạch C chính so với mặt phẳng liên kết π thì:
* Khi mạch chính nằm về một phía so với mặt phẳng liên kết π thì gọi là ĐP cis.
* Khi mạch chính phân bố về hai phía của mặt phẳng liên kết π thì gọi là đồng phân Trans.
Ví dụ:
Trường hợp không thể gọi tên theo cách gọi Cis-Trans thì ta gọi các đồng phân là Z-E. Tức là khi cả 4 nhóm thế xung quanh bộ phận “cứng nhắc” hoàn toàn khác nhau. Để gọi được tên các dạng này, người ta phải so sánh độ hơn cấp (độ lớn) của các nhóm thế trên cùng một C nối đôi hay C vòng, độ hơn cấp được so sánh theo quy tắc sau:
*Nguyên tử có số thứ tự trong Bảng tuần hoàn càng lớn thì độ hơn cấp càng cao.
*Nếu lớp thứ nhất giống nhau thì ta xét tiếp lớp thứ hai,lớp thứ ba…
*Nếu một nhóm nguyên tử có nối đôi hay nối ba với nguyên tử khác thì xem như nguyên tử đó có 2 lần, 3 lần liên kết với nguyên tử kia.
Ví dụ:
2. Tính chất vật lý, hóa học của đồng phân hình học
+ Độ bền tương đối của đồng phân hình học: tính bền của các anken tăng theo mức độ ankyl hóa của etylen:
Đồng phân hình học nói chung thì đồng phân trans bền hơn cis do đồng phân cis có sự đẩy lớn của các nhóm thế ở gần nhau hơn.
+ Mô men lưỡng cực: dạng cis có mô men lưỡng cực luôn lớn hơn dạng trans.
+ Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và tỉ khối giữa hai dạng đồng phân luôn khác nhau.
Ví dụ: Bảng sau thống kê các thông số của 2 dạng đồng phân của 1,2-đicloeten:
Đồng phân
Thông số
Cis-1,2-đicloeten
Trans-1,2-đicloeten
Khoảng cách 2 Cl (A0)
3,7
4,7
m
1,89D
0,00D
t0nc
-80,5 0C
-500C
t0s
600C
480C
Tỷ trọng (D)
1,283
1,256
Khả năng tham gia phản ứng hóa học của đồng phân dạng cis thường mạnh hơn đồng phân dạng trans.
Thí dụ axit Maleic (dạng cis) dễ tham gia phản ứng loại nước tạo thành anhidrit maleic:
Trong khi đó axit Fumaric (dạng trans) không có phản ứng này.
+ Ngoài ra, các đồng phân cis và trans của một chất còn có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau (đồng phân hóa) nhờ phản ứng quang hóa.
