Công thức tính nhanh số đồng phân đơn giản, dễ hiểu
1. Đồng phân được hiểu là như thế nào?
Đồng phân là các chất hữu cơ có cùng công thức phân tử nhưng cấu tạo khác nhau nên tính chất
hóa học khác nhau. Các đồng phân có thể khác nhau về cấu trúc, độ bền, tính chất hóa học và vật
lý. Cần chú ý phân biệt đồng phân cấu tạo và đồng phân lập thể (đồng phân cis – trans).
Nhiều người không tránh khỏi nhầm lẫn đồng đẳng với đồng phân. Nói nôm na một cách đơn giản
thì đồng đẳng là cùng một dãy hợp chất có cùng công thức tổng quát nhưng hơn kém nhau một
nhóm CH2, còn đồng phân là những hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về công
thức cấu tạo, dẫn tới tính chất hóa học khác nhau.
Dãy đồng đẳng là một dãy các hợp chất (bao gồm cả hữu cơ và vô cơ) với cùng một công thức
tổng quát, với các tính chất hóa học tương tự do sự hiện diện của cùng một nhóm chức, và thể hiện
các tính chất vật lý biến đổi dần dần do kết quả của việc tăng kích thước và khối lượng phân tử
(xem phân tử lượng tương đối). Các hợp chất trong cùng một dãy đồng đẳng khác nhau bằng một
hay nhiều nhóm CH2" Ví dụ: Dãy đồng đẳng của Ankan: mêtan (CH4), êtan (C2H6), prôpan
(C3H8), butan (C4H10), và pentan (C5H12).
2. Có mấy loại đồng phân?
2.1. Đồng phân hình học
Trước khi tìm hiểu về đồng phân hình học thì phải tìm hiểu về đồng phân lập thể, vì đồng phân
hình học là một loại đồng phân lập thể:
Các đồng phân lập thể có cùng khả năng kết nối trong các nguyên tử của chúng nhưng có sự sắp
xếp khác nhau trong không gian ba chiều. Có nhiều cách phân loại đồng phân lập thể khác nhau
tùy thuộc vào cách sắp xếp khác nhau. Nhận thấy rằng trong các đồng phân cấu tạo, có một số
khác biệt trong liên kết của các nguyên tử. Ví dụ, 1-butene có một liên kết đôi, sau đó là hai liên
kết đơn trong khi 2-butene có một liên kết đơn, sau đó là liên kết đôi, sau đó là liên kết đơn. Một
đồng phân lập thể sẽ có cùng khả năng kết nối giữa tất cả các nguyên tử trong phân tử.
Đồng phân hình học là đồng phân mà thứ tự liên kết giữa các nguyên tử giống nhau nhưng cách
sắp xếp các nguyên tử trong không gian thì khác nhau. Liên kết đôi trong anken không tự do xoay
do bản chất của liên kết. Do đó, có hai cách khác nhau để xây dựng phân tử 2-butene (xem hình
bên dưới). Hình ảnh dưới đây cho thấy hai đồng phân hình học, được gọi là cis -2-butene và trans -2-butene.
Đồng phân hình học của 2-Butene
Đồng phân cis có hai nguyên tử hydro đơn lẻ ở cùng một phía của phân tử, trong khi đồng phân
trans có chúng ở hai phía đối diện của phân tử. Trong cả hai phân tử, thứ tự liên kết của các nguyên
tử là như nhau. Để tồn tại đồng phân hình học thì trong phân tử phải có cấu trúc bền vững để ngăn
cản sự quay tự do quanh một liên kết. Điều này xảy ra với một liên kết đôi hoặc một vòng. Ngoài
ra, hai nguyên tử carbon phải có hai nhóm khác nhau được gắn vào để có đồng phân hình học.
Propene (xem hình bên dưới) không có đồng phân hình học vì một trong các nguyên tử carbon
(nguyên tử ở ngoài cùng bên trái) tham gia vào liên kết đôi có hai hydro đơn lẻ liên kết với nó.
2.2. Đồng phân cấu trúc
Không giống như các đồng phân cấu tạo không khác nhau về khả năng kết nối, các đồng phân cấu
trúc khác nhau về khả năng kết nối, như minh họa ở đây cho 1-propanol và 2-propanol. Hai ancol
này tuy có cùng công thức phân tử (C 3 H 8 O) nhưng vị trí nhóm –OH khác nhau dẫn đến tính
chất vật lý, hóa học cũng khác nhau.
Trong quá trình chuyển đổi một đồng phân cấu trúc này thành một đồng phân cấu trúc khác, ít nhất
một liên kết phải bị phá vỡ và cải tổ ở một vị trí khác trong phân tử. Ví dụ, hãy xem xét năm cấu
trúc sau đây được biểu thị bằng công thức C 5 H 12
2.3. Đồng phân quang học
Các đồng phân lập thể không phải là đồng phân hình học được gọi là đồng phân quang học. Các
đồng phân quang học khác nhau ở vị trí sắp xếp của các nhóm thế xung quanh một hoặc nhiều
nguyên tử của phân tử. Chúng được đặt tên vì tương tác của chúng với ánh sáng phân cực phẳng.
Đồng phân quang học được dán nhãn là đồng phân đối ảnh hoặc đồng phân đối quang.
3. Cách tính số đồng phân Ankan CnH2n+2 (n ≥ 1).
Khái niệm: Ankan là những hiđrocacbon no, mạch hở. Trong phân tử ankan chỉ gồm các liên kết đơn C-C và C-H.
Công thức tổng quát: CnH2n+2 (n ≥ 1).
- Ankan chỉ có đồng phân mạch cacbon và từ C4 trở đi mới xuất hiện đồng phân.
- Công thức tính nhanh 2^(n - 4) + 1 (3 < n < 7)
Ví dụ: Tính số đồng phần của ankan C4H10
Số đồng phân ankan sẽ là: 24-1 + 1 = 3 đồng phân
4. Cách tính số đồng phân AnKen CnH2n (n ≥ 2).
Anken là những hiđrocacbon không no, mạch hở, trong phân tử chứa một liên kết đôi.
Công thức tổng quát: CnH2n (n ≥ 2).
- Anken có đồng phân mạch C, đồng phân vị trí nối đôi và đồng phân hình học.
- Mẹo tính nhanh đồng phân anken:
Xét 2C mang nối đôi, mỗi C sẽ liên kết với 2 nhóm thế (giống hoặc khác nhau).
5. Cách tính số đồng phân Ankin CnH2n-2 (n ≥ 2)
Ankin là những hiđrocacbon không no, mạch hở, trong phân tử chứa một liên kết ba.
Công thức tổng quát: CnH2n-2 (n ≥ 2).
Ankin có đồng phân mạch C, đồng phân vị trí nối ba và không có đồng phân hình học.
Mẹo tính nhanh đồng phân ankin: X
ét 2C mang nối ba, mỗi C sẽ liên kết với 1 nhóm thế (giống hoặc khác nhau).
Ví dụ với C4H6: Trừ đi 2C mang nối ba sẽ còn 2C và H là nhóm thế. C1 C2 1C 1C 1 đồng phân 2C H 1 đồng phân Ta có 2 đồng phân ankin.
6. Số đồng phân ancol đơn chức no CnH2n+2O
Công thức: Số ancol CnH2n+2O = 2n-2 (n < 6)
Ví dụ: Tính số đồng phân ancol no, đơn chức, mạch hở từ C3 → C5
C3H7OH: 2^ (3-2) = 2 đồng phân.
7. Số đồng phân andehit đơn chức no CnH2nO
Công thức: Số andehit CnH2nO = 2n-3 (n < 7)
Áp dụng: Tính số đồng phân anđehit sau: C3H6O, C4H8O.
C3H6O, C4H8O là công thức của anđehit no, đơn chức, mạch hở.
Với C3H6O: 2^(3-3) = 1 đồng phân: CH3CH2CHO
Với C4H8O: 2^(4-3) = 2 đồng phân: CH3CH2CH2CHO; (CH3)2CHCHO
8. Số đồng phân axit cacboxylict đơn chức no CnH2nO2
Công thức: Số axit CnH2nO2 = 2n-3 (n < 7)
9. Số đồng phân este đơn chức no CnH2nO2
Công thức: Số este CnH2nO2 = 2n-2 (n < 5)
10. Số đồng phân amin đơn chức no CnH2n+3N
Công thức: Số amin CnH2n+3N = 2n-1 (n < 5)
11. Đồng phân RH thơm và đồng đẳng benzen CnH2n-6 (n ≥ 6).
CnH2n-6 = (n - 6)2 (7 ≤ n ≤10)
Tính số đồng phân của các hiđrocacbon thơm C7H8
Ta có n = 7, thay vào công thức ta được (7-6)2 = 1
12. Đồng phân phenol đơn chức
CnH2n-6O = 3n-6 (6 < n < 9)
Áp dụng: C7H8O: 3^ (7-6) = 3 đồng phân.
13. Công thức tính số đi, tri, tetra.....n peptit tối đa tạo bởi hỗn hợp gồm x amino axit khác nhau Số n peptit max = xn
Ví dụ: Có tối đa bao nhiêu đipeptit, tripeptit thu được từ hỗn hợp gồm 2 amino axit là glyxin và
alanin? Số đipeptit = 22 = 4 Số tripeptit = 23 = 8 ...............................