Đồng phân

Đồng phân Trong hóa học, các đồng phân là các phân tử với cùng công thức hóa học tổng quát và thông thường với cùng loại liên kết hóa học giữa các nguyên tử, nhưng trong đó các nguyên tử được sắp xếp khác nhau (tương tự như phép đảo chữ cái hóa học). Điều đó tương tự như việc coi chúng có công thức cấu trúc (công thức hóa học khai triển) khác nhau. Các chất đồng phân không nhất thiết có cùng tính chất hóa học trừ khi chúng có cùng nhóm chức. Không nên nhầm lẫn hiện...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đồng phân Đồng phânTrong hóa học, các đồng phân là các phân tử với cùng công thức hóa học tổng quát vàthông thường với cùng loại liên kết hóa học giữa các nguyên tử, nhưng trong đó cácnguyên tử được sắp xếp khác nhau (tương tự như phép đảo chữ cái hóa học). Điều đótương tự như việc coi chúng có công thức cấu trúc (công thức hóa học khai triển) khácnhau. Các chất đồng phân không nhất thiết có cùng tính chất hóa học trừ khi chúng cócùng nhóm chức. Không nên nhầm lẫn hiện tượng đồng phân với đồng phân hạt nhân,trong đó hạt nhân nằm ở các trạng thái kích thích khác nhau.Một ví dụ đơn giản về hiện tượng đồng phân là prôpanol: nó có công thức C3H8O (hayC3H7OH) với hai đồng phân là Prôpan-1-ol (rượu n-prôpyl; I) và Propan-2-ol (rượuisôprôpyl; II)Lưu ý rằng vị trí của nguyên tử ôxy là khác nhau trong hai đồng phân này: nó gắn vàonguyên tử cacbon cuối trong đồng phân thứ nhất, và gắn với nguyên tử cacbon trung tâmtrong đồng phân thứ hai. Số lượng các đồng phân có thể có sẽ gia tăng khi số lượng cácnguyên tử tăng lên; ví dụ tượu kế tiếp sau prôpanol là butanol (C4H10O), có 4 đồng phânkhác nhau.Trong ví dụ nêu trên cần lưu ý rằng trong cả hai đồng phân thì mọi liên kết đều là các liênkết cộng hóa trị; ở đây không có cái gọi là kiểu liên kết có trong một đồng phân mà lạikhông có trong đồng phân kia. Số lượng các liên kết là như nhau. Từ các cấu trúc của haiphân tử có thể suy ra rằng sự ổn định hóa học của chúng có thể là đồng nhất hay gần nhưthế.Tuy nhiên, ở đây có một đồng phấn khác của C3H8O với các thuộc tính khác biệt mộtcách đáng kể: đó là mêtyl êtyl ête (III). Lưu ý rằng không giống như hai chất trong ví dụtrên, trong trường hợp này nguyên tử ôxy nối liền với hai nguyên tử cacbon chứ khôngphải với một nguyên tử cacbon và một nguyên tử hiđrô. Do nó thiếu nhóm hyđrôxyl, nênphân tử này không được coi là rượu mà được phân loại là một dạng ête và nó có cácthuộc tính hóa học tương tự như các ête khác chứ không giống như cả hai dạng rượuđồng phân kể trên.Một ví dụ khác về các đồng phân với các thuộc tính rất khác nhau có thể tìm thấy trongcác xanthin nào đó. Theobromin (C7H8N4O2) được tìm thấy trong sô cô la, nhưng nếumột trong hai nhóm mêtyl được chuyển tới vị trí khác trên lõi hai vòng, thì đồng phân củanó là theophyllin, được sử dụng như là một loại thuốc điều trị bệnh suyễn cuống phổi.Allen (CH2=C=CH2) và propyn (CH3C≡CH) với công thức chung C3H4 là ví dụ về cácđồng phân chứa các kiểu liên kết khác nhau. Allen chứa hai liên kết đôi, trong khi propynchứa một liên kết ba.Phân loạiCác kiểu đồng phân khác nhauCó hai loại chính của hiện tượng đồng phân là đồng phân cấu trúc (constitutionalisomerism hay structural isomerism) và đồng phân lập thể (stereoisomerism).Trong đồng phân cấu trúc, các nguyên tử và các nhóm chức được liên kết cùng nhautheo các cách khác nhau, giống như trong ví dụ về hai đồng phân rượu nói trên củaprôpanol. Nhóm này bao gồm đồng phân chuỗi mà nhờ đó các chuỗi hiđrôcacbon có cácsố lượng nhánh khác nhau; đồng phân vị trí với vị trí khác nhau của nhóm chức trênchuỗi; và đồng phân nhóm chức trong đó một nhóm chức bị phân chia thành các nhómkhác nhau.Trong đồng phân lập thể thì cấu trúc liên kết là như nhau, nhưng vị trí hình học của cácnguyên tử và các nhóm chức trong không gian là khác nhau. Nhóm này bao gồm cácđồng phân đối hình (enantiomer) trong đó các đồng phân khác nhau là hình phản chiếucủa nhau, và các đồng phân phi đối hình (diastereomer) trong đó chúng không là đối hìnhcủa nhau. Hiện tượng đồng phân phi đối hình lại được phân chia tiếp thành đồng phânhình thể (conformer), trong đó các đồng phân có thể hoán chuyển nhờ sự quay liên kếthóa học và đồng phân cis-trans (cis-trans isomer), trong đó điều này là không thể. Lưu ýrằng mặc dù các đồng phân hình thể có thể coi như là có quan hệ phi đối hình, nhưng cácđồng phân này khi xét về mặt tổng thể chung của chúng lại không phải là các đồng phânphi đối hình, do các liên kết trong các đồng phân hình thể có thể bị quay để tạo ra cáchình phản chiếu của chúng.Trong hóa thực phẩm, hóa y học và hóa sinh học, các đồng phân cis-trans luôn luôn đượclưu ý. Trong hóa y học và hóa sinh học, các đồng phân đối hình có tầm quan trọng đặcbiệt do hiện nay người ta đã biết rằng phần lớn các thay đổi trong các kiểu đồng phân nàycó ý nghĩa trong các cơ thể sinh vật sống. Các nhà nghiên cứu dược học và lý thuyết đãphát hiện ra rằng các phương pháp của ghi sắc học có thể tách các đồng phân này ra khỏinhau một cách đáng tin cậy. Tuy nhiên, ở mức độ công nghiệp thì các phương pháp nàylà rất đắt đỏ và chủ yếu được dùng để lọc bỏ các đồng phân độc hại tiềm ẩn.Trong khi các đồng phân cấu trúc thông thường có các thuộc tính hóa học khác nhau thìcác đồng phân lập thể lại có các phản ứng hóa học gần như là đồng nhất trong phần lớncác trường hợp. Tuy nhiên, các enzym lại có thể phân biệt các đồng phân lập thể khácnhau củ ...