Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Đồng đẳng và đồng phân
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em phân biệt được đồng đẳng và đồng phân, xác định được hai chất cho trước có phải là chất đồng đẳng hay đồng phân của nhau hay không, và đếm được số đồng phân mạch carbon của một công thức phân tử đơn giản.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước đã cho thấy cùng một công thức phân tử C₄H₁₀ có thể ứng với hai cấu tạo khác nhau (butane và isobutane). Bài này mở rộng ý tưởng đó theo hai hướng: so sánh các chất có công thức phân tử khác nhau nhưng "họ hàng" với nhau (đồng đẳng), và so sánh các chất cùng công thức phân tử nhưng cấu tạo khác nhau (đồng phân).
Khởi động
CH₄, C₂H₆, C₃H₈ đều là những chất khí không màu, cháy được, tính chất hoá học rất giống nhau, và mỗi chất chỉ hơn chất trước một nhóm CH₂. Trong khi đó, C₂H₆O lại có hai chất hoàn toàn khác nhau về tính chất: ethanol (chất lỏng, phản ứng được với Na) và dimethyl ether (chất khí, không phản ứng với Na). Hai hiện tượng này có phải cùng một loại quan hệ giữa các chất không?
Kiến thức trọng tâm
**Đồng đẳng** là các chất có cấu tạo hoá học tương tự nhau (cùng loại nhóm chức, cùng kiểu liên kết) nên tính chất hoá học tương tự nhau, thành phần phân tử hơn kém nhau một hay nhiều nhóm CH₂, và có thể biểu diễn bằng một công thức chung. Ví dụ CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ đều thuộc dãy đồng đẳng alkane với công thức chung CₙH₂ₙ₊₂ (n = 1, 2, 3, 4…): mỗi chất hơn chất liền trước đúng một nhóm CH₂, và cùng mang tính chất hoá học đặc trưng của alkane (kém hoạt động, tham gia phản ứng thế, phản ứng cháy).
**Đồng phân** là các chất có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về cấu tạo hoá học, nên tính chất có thể khác nhau. Có ba kiểu đồng phân cấu tạo thường gặp: **đồng phân mạch carbon** — khác nhau ở cách sắp xếp mạch carbon (như butane mạch thẳng và isobutane mạch nhánh, cùng C₄H₁₀); **đồng phân vị trí nhóm chức** — cùng loại nhóm chức nhưng nhóm chức gắn ở vị trí khác nhau trên mạch carbon (ví dụ propan-1-ol và propan-2-ol, cùng C₃H₈O nhưng nhóm –OH ở carbon khác nhau); và **đồng phân loại nhóm chức** — cùng công thức phân tử nhưng nhóm chức hoàn toàn khác loại, ví dụ C₂H₆O có ethanol CH₃–CH₂–OH (chứa nhóm –OH của alcohol) và dimethyl ether CH₃–O–CH₃ (chứa liên kết ether, không có nhóm –OH) — vì khác loại nhóm chức nên hai chất có tính chất hoá học rất khác nhau: ethanol phản ứng được với sodium giải phóng khí hydrogen, còn dimethyl ether thì không.
Cách chắc chắn nhất để không nhầm hai khái niệm là luôn hỏi đúng một câu hỏi trước tiên: "hai chất này có cùng công thức phân tử hay không?" Nếu công thức phân tử GIỐNG NHAU, hai chất chỉ có thể là đồng phân (hoặc là cùng một chất, nếu cấu tạo cũng giống hệt). Nếu công thức phân tử KHÁC NHAU, hai chất chỉ có thể là đồng đẳng (khi thoả thêm điều kiện hơn kém CH₂ và cùng kiểu cấu tạo) hoặc không có quan hệ gì đặc biệt. Không có trường hợp nào một cặp chất vừa là đồng đẳng vừa là đồng phân của nhau, vì hai khái niệm này đặt trên hai điều kiện đối lập nhau về công thức phân tử.
Ví dụ
Chứng minh CH₄, C₂H₆, C₃H₈ là các chất đồng đẳng
1
Chứng minh CH₄, C₂H₆, C₃H₈ là các chất đồng đẳng của nhau và viết công thức chung của dãy.
2
So sánh C₂H₆ với CH₄: C₂H₆ hơn CH₄ đúng một nhóm CH₂ (2C6H so với 1C4H, chênh 1C2H = CH₂). So sánh C₃H₈ với C₂H₆: C₃H₈ hơn C₂H₆ đúng một nhóm CH₂ (3C8H so với 2C6H). Vậy ba chất hơn kém nhau liên tiếp một nhóm CH₂.
3
Cả ba chất đều là hydrocarbon no, mạch hở, chỉ có liên kết đơn C–C và C–H (không có liên kết đôi, ba, hay vòng) — cùng kiểu cấu tạo. Cả ba đều tham gia phản ứng cháy và phản ứng thế tương tự nhau, không tham gia phản ứng cộng — cùng tính chất hoá học đặc trưng.
4
Vì hơn kém nhau nguyên các nhóm CH₂ và có cấu tạo, tính chất hoá học tương tự nhau, CH₄, C₂H₆, C₃H₈ là các chất đồng đẳng của nhau, thuộc dãy đồng đẳng alkane với công thức chung CₙH₂ₙ₊₂.
Ví dụ
Phân biệt đồng đẳng và đồng phân qua bốn cặp chất (dạng thi)
1
Xét bốn cặp chất: (1) CH₄ và C₃H₈; (2) C₄H₁₀ (mạch thẳng) và C₄H₁₀ (mạch nhánh); (3) C₂H₅OH và CH₃OCH₃; (4) C₂H₆ và C₃H₆ (propene, có liên kết đôi). Với mỗi cặp, xác định đó là đồng đẳng, đồng phân, hay không có quan hệ đồng đẳng/đồng phân, và giải thích.
2
Cặp (1): CH₄ và C₃H₈ khác công thức phân tử (hơn nhau 2 nhóm CH₂), cùng kiểu cấu tạo hydrocarbon no mạch hở → là đồng đẳng. Cặp (2): hai chất cùng công thức phân tử C₄H₁₀ nhưng cấu tạo khác nhau (mạch thẳng và mạch nhánh) → là đồng phân (đồng phân mạch carbon).
3
Cặp (3): C₂H₅OH và CH₃OCH₃ cùng công thức phân tử C₂H₆O nhưng khác loại nhóm chức (alcohol và ether) → là đồng phân (đồng phân loại nhóm chức). Cặp (4): C₂H₆ (alkane, chỉ liên kết đơn) và C₃H₆ (có liên kết đôi C=C) khác công thức phân tử VÀ khác kiểu cấu tạo (no và không no) → không phải đồng đẳng (vì không cùng dãy, tính chất hoá học khác hẳn: C₃H₆ tham gia phản ứng cộng còn C₂H₆ thì không) và cũng không phải đồng phân (vì khác công thức phân tử).
4
Vậy: (1) đồng đẳng; (2) đồng phân mạch carbon; (3) đồng phân loại nhóm chức; (4) không có quan hệ đồng đẳng hay đồng phân. Điều kiện tiên quyết để xét đồng phân là PHẢI cùng công thức phân tử; điều kiện để xét đồng đẳng là khác công thức phân tử nhưng cùng kiểu cấu tạo và tính chất.
Sai lầm thường gặp
Rất nhiều em nhầm lẫn hai khái niệm: thấy công thức "gần giống nhau" là vội kết luận đồng đẳng, dù công thức phân tử trùng nhau. Quy tắc chắc chắn: đồng phân bắt buộc CÙNG công thức phân tử (khác cấu tạo); đồng đẳng bắt buộc KHÁC công thức phân tử (hơn kém CH₂, cùng kiểu cấu tạo).
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Đồng đẳng: khác công thức phân tử (hơn kém CH₂), cùng kiểu cấu tạo và tính chất hoá học tương tự. Đồng phân: cùng công thức phân tử, khác cấu tạo hoá học — gồm đồng phân mạch carbon, đồng phân vị trí nhóm chức, và đồng phân loại nhóm chức (khác tính chất hoá học rõ rệt nhất).
Cầu nối bài sau
Đến đây em đã biết phân biệt các loại đồng phân, nhưng làm sao viết ra ĐẦY ĐỦ và ĐÚNG tất cả các công thức cấu tạo ứng với một công thức phân tử? Bài tiếp theo luyện đúng kĩ năng đó — kĩ năng nền tảng cho mọi bài toán hữu cơ sau này.
CH₄, C₂H₆, C₃H₈ đều là những chất khí không màu, cháy được, tính chất hoá học rất giống nhau, và mỗi chất chỉ hơn chất trước một nhóm CH₂. Trong khi đó, C₂H₆O lại có hai chất hoàn toàn khác nhau về tính chất: ethanol (chất lỏng, phản ứng được với Na) và dimethyl ether (chất khí, không phản ứng với Na). Hai hiện tượng này có phải cùng một loại quan hệ giữa các chất không?
Đồng đẳng là các chất có cấu tạo hoá học tương tự nhau (cùng loại nhóm chức, cùng kiểu liên kết) nên tính chất hoá học tương tự nhau, thành phần phân tử hơn kém nhau một hay nhiều nhóm CH₂, và có thể biểu diễn bằng một công thức chung. Ví dụ CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ đều thuộc dãy đồng đẳng alkane với công thức chung CₙH₂ₙ₊₂ (n = 1, 2, 3, 4…): mỗi chất hơn chất liền trước đúng một nhóm CH₂, và cùng mang tính chất hoá học đặc trưng của alkane (kém hoạt động, tham gia phản ứng thế, phản ứng cháy).
Đồng phân là các chất có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về cấu tạo hoá học, nên tính chất có thể khác nhau. Có ba kiểu đồng phân cấu tạo thường gặp: đồng phân mạch carbon — khác nhau ở cách sắp xếp mạch carbon (như butane mạch thẳng và isobutane mạch nhánh, cùng C₄H₁₀); đồng phân vị trí nhóm chức — cùng loại nhóm chức nhưng nhóm chức gắn ở vị trí khác nhau trên mạch carbon (ví dụ propan-1-ol và propan-2-ol, cùng C₃H₈O nhưng nhóm –OH ở carbon khác nhau); và đồng phân loại nhóm chức — cùng công thức phân tử nhưng nhóm chức hoàn toàn khác loại, ví dụ C₂H₆O có ethanol CH₃–CH₂–OH (chứa nhóm –OH của alcohol) và dimethyl ether CH₃–O–CH₃ (chứa liên kết ether, không có nhóm –OH) — vì khác loại nhóm chức nên hai chất có tính chất hoá học rất khác nhau: ethanol phản ứng được với sodium giải phóng khí hydrogen, còn dimethyl ether thì không.
Cách chắc chắn nhất để không nhầm hai khái niệm là luôn hỏi đúng một câu hỏi trước tiên: "hai chất này có cùng công thức phân tử hay không?" Nếu công thức phân tử GIỐNG NHAU, hai chất chỉ có thể là đồng phân (hoặc là cùng một chất, nếu cấu tạo cũng giống hệt). Nếu công thức phân tử KHÁC NHAU, hai chất chỉ có thể là đồng đẳng (khi thoả thêm điều kiện hơn kém CH₂ và cùng kiểu cấu tạo) hoặc không có quan hệ gì đặc biệt. Không có trường hợp nào một cặp chất vừa là đồng đẳng vừa là đồng phân của nhau, vì hai khái niệm này đặt trên hai điều kiện đối lập nhau về công thức phân tử.
Cặp (3): C₂H₅OH và CH₃OCH₃ cùng công thức phân tử C₂H₆O nhưng khác loại nhóm chức (alcohol và ether) → là đồng phân (đồng phân loại nhóm chức). Cặp (4): C₂H₆ (alkane, chỉ liên kết đơn) và C₃H₆ (có liên kết đôi C=C) khác công thức phân tử VÀ khác kiểu cấu tạo (no và không no) → không phải đồng đẳng (vì không cùng dãy, tính chất hoá học khác hẳn: C₃H₆ tham gia phản ứng cộng còn C₂H₆ thì không) và cũng không phải đồng phân (vì khác công thức phân tử).