Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ

1. Thuyết cấu tạo hóa học

Công thức phân tử (CTPT) chỉ cho biết số lượng nguyên tử, không thể hiện được cách các nguyên tử liên kết với nhau như thế nào. Thuyết cấu tạo hóa học do nhà bác học Butlerop đề xướng đưa ra các luận điểm nền tảng:

Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hóa trị và theo một thứ tự nhất định. (Thứ tự này gọi là cấu tạo hóa học). Cùng một CTPT, nếu thay đổi thứ tự liên kết, ta sẽ có chất mới với tính chất khác hẳn.
Trong hợp chất hữu cơ, Cacbon luôn có hóa trị 4. Các nguyên tử C không chỉ liên kết với nguyên tố khác mà còn liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch cacbon (mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng).
Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản chất và số lượng nguyên tử) và cấu tạo hóa học của chúng.

2. Hiện tượng Đồng đẳng

Những hợp chất có cấu tạo hóa học tương tự nhau nên có tính chất hóa học tương tự nhau, nhưng về thành phần phân tử chúng hơn kém nhau một hay nhiều nhóm -CH₂– được gọi là các chất đồng đẳng của nhau.

Ví dụ: CH₄ (Metan), C₂H₆ (Etan), C₃H₈ (Propan)… hợp thành dãy đồng đẳng của ankan.

3. Hiện tượng Đồng phân

Đây là hiện tượng đặc trưng và thú vị nhất của Hóa Hữu cơ, giải thích tại sao số lượng chất hữu cơ lên tới hàng chục triệu chất.

Đồng phân là những chất hữu cơ khác nhau nhưng có cùng Công thức phân tử (CTPT).

Ví dụ: Với CTPT là C₂H₆O, ta có thể vẽ được 2 cấu trúc khác nhau:

CH₃-CH₂-OH: Rượu etylic (chất lỏng, tác dụng được với Natri, uống được).
CH₃-O-CH₃: Đimetyl ete (chất khí, không tác dụng với Natri).

Phân loại đồng phân cấu tạo bao gồm: Đồng phân mạch cacbon, Đồng phân vị trí liên kết đôi/ba, Đồng phân vị trí nhóm chức và Đồng phân loại nhóm chức.

4. Công thức Cấu tạo (CTCT)

Để biểu diễn trực quan, người ta dùng CTCT chỉ rõ từng liên kết. Có 3 cách biểu diễn:

Khai triển: Vẽ chi tiết tất cả các liên kết giữa C và H, C và O… (Rất cồng kềnh, hiếm dùng).
Thu gọn: Gom các nguyên tử H vào C mà nó gắn vào. Ví dụ: CH₃-CH₂-CH₃.
Thu gọn nhất (Đường gấp khúc): Bỏ qua ký hiệu C và H trên mạch chính, chỉ vẽ các đường gấp khúc. Mỗi đỉnh hoặc điểm đầu mút của đường gấp khúc đại diện cho một nguyên tử Cacbon. Nhóm chức khác (OH, Cl) vẫn phải ghi rõ. (Dùng nhiều ở Đại học và Hóa chuyên).