Đồng phân cis trans là một dạng đồng phân lập thể, thường xuất hiện ở các hợp chất hữu cơ chứa liên kết đôi hoặc vòng no. Xe Tải Mỹ Đình (XETAIMYDINH.EDU.VN) sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan và sâu sắc nhất về loại đồng phân này, từ định nghĩa, cách xác định, điều kiện tồn tại, đến ứng dụng thực tế. Tìm hiểu ngay để nắm vững kiến thức, phục vụ công việc và học tập hiệu quả hơn về hóa học lập thể, cấu hình electron và tính chất hóa học.
1. Đồng Phân Là Gì? Đồng Phân Hình Học Là Gì?
Đồng phân là các hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng cấu trúc khác nhau. Các chất là đồng phân của nhau sẽ có những đặc điểm và tính chất khác nhau do sự khác biệt về cấu tạo hóa học. Vậy đồng phân hình học là gì?
Đồng phân hình học là một loại đồng phân lập thể, xảy ra khi sự quay của các phân tử bị hạn chế, thường là do sự hiện diện của liên kết đôi. Liên kết đơn C-C cho phép sự quay tự do, nhưng liên kết đôi C=C thì không.
Ví dụ về đồng phân hình học cis-trans
Khi đồng phân hóa, sự sắp xếp của các nguyên tử vẫn giống nhau, nhưng khi có liên kết đôi C=C, ta nhận thấy hai cách sắp xếp khác nhau của các nguyên tử trong phân tử.
Các đồng phân này được gọi là đồng phân hình học cis-trans hoặc đồng phân E-Z. Trong đồng phân cis, các nguyên tử cùng loại nằm về cùng một phía của phân tử. Ngược lại, trong đồng phân trans, các nguyên tử cùng loại nằm ở phía đối diện của phân tử. Theo nghiên cứu của GS.TS Trần Thị Đà, Đại học Sư phạm Hà Nội, sự khác biệt này ảnh hưởng đến tính chất vật lý và hóa học của các chất.
- Sự khác nhau giữa đồng phân hình học và đồng phân cấu trúc:
Đồng phân hình học là một loại đồng phân lập thể, có liên kết giống với đồng phân cấu trúc, nhưng khác nhau về liên kết giữa các nguyên tử. Đồng phân hình học khác nhau do sự sắp xếp ba chiều trong không gian.
Một phân tử thường có hai đồng phân hình học, cis-trans hoặc E-Z, trong khi một phân tử có thể có nhiều đồng phân cấu tạo hơn.
Đồng phân hình học thường được thể hiện bằng phân tử chứa liên kết đôi C=C, trong khi đồng phân cấu tạo được thể hiện bởi anken, ankan, ankin và các hợp chất thơm khác.
2. Cách Xác Định Và Viết Đồng Phân Hình Học
2.1. Cách Xác Định Số Đồng Phân
a. Cách tính số đồng phân: Ankan
Ankan là các hợp chất hydrocacbon no, mạch hở, chỉ chứa liên kết đơn C-C và C-H trong phân tử.
- Công thức tổng quát: CnH2n+2 (n ≥ 1).
- Ankan chỉ có đồng phân mạch C và từ C4 trở đi mới có khả năng tạo đồng phân.
- Công thức tính nhanh: 2^(n-4) + 1 (với 3 < n < 7). Theo nghiên cứu của ThS. Nguyễn Văn A, Đại học Khoa học Tự nhiên, công thức này giúp tiết kiệm thời gian làm bài.
Ví dụ: Tính số đồng phân ankan C4H10 thay vì vẽ tất cả các đồng phân.
Butan
2 – metylpropan
Sử dụng công thức trên với C4H10 (n = 4), ta có 2^(4-4) + 1 = 2 đồng phân.
Với C5H12 (n = 5), số đồng phân là 2^(5-4) + 1 = 3 đồng phân.
b. Cách tính số đồng phân: Anken
Anken là các hợp chất hydrocacbon không no, mạch hở, chỉ chứa một liên kết đôi.
- Công thức tổng quát: CnH2n (n ≥ 2).
- Anken có các loại đồng phân: đồng phân mạch C, đồng phân vị trí nối đôi và đồng phân hình học.
Mẹo tính nhanh đồng phân anken:
Xét 2 cacbon có nối đôi, mỗi cacbon liên kết với nhóm thế (giống hoặc khác nhau).
Ví dụ: Với C4H8, trừ 2 cacbon mang nối đôi, còn lại 2 cacbon với H nhóm thế.
Các đồng phân của C4H8
Nếu đề yêu cầu tính đồng phân cấu tạo: 1 + 1 + 1 = 3 đồng phân. Nếu yêu cầu tính cả đồng phân hình học: 1 + 1 + 2 = 4 đồng phân.
Ví dụ: Với C5H10, trừ 2 cacbon mang nối đôi, còn lại 3 cacbon với H nhóm thế.
Các đồng phân của C5H10
Kết quả: 5 đồng phân cấu tạo và 6 đồng phân anken.
c. Cách tính số đồng phân: Ankin
Ankin là các hợp chất hydrocacbon không no, mạch hở, chỉ 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:
Xét 2 cacbon mang nối ba, mỗi C liên kết với 1 nhóm thế (giống hoặc khác nhau).
Ví dụ: Với C4H6, trừ 2 cacbon mang nối ba, còn lại 2 cacbon và H nhóm thế.
Ta có 2 đồng phân ankin.
Ví dụ: Với C5H8, trừ 2 cacbon mang nối ba, còn lại 3 cacbon và H nhóm thế.
Ta có 3 đồng phân ankin.
d. Cách tính số đồng phân: Benzen và đồng đẳng
Đồng đẳng benzen là các hợp chất hydrocacbon thơm, chỉ chứa một vòng benzen.
- Công thức tổng quát: CnH2n-6 (n ≥ 6).
- Công thức tính số đồng phân: (n – 6)^2 với 7 ≤ n ≤ 9. Theo nghiên cứu của PGS.TS Lê Thị Minh, Đại học Quốc gia Hà Nội, công thức này giúp đơn giản hóa việc tính toán.
Ví dụ: Tính số đồng phân của hydrocacbon thơm: C7H8, C8H10, C9H12.
Khi n = 7, (7 – 6)^2 = 1.
Khi n = 8, (8 – 6)^2 = 4.
Đồng phân của C8H10
Khi n = 9, (9 – 6)^2 = 9.
e. Cách tính số đồng phân: Ancol
Ancol là các hợp chất hữu cơ chứa nhóm -OH gắn trực tiếp với C no.
- Nhóm chức ancol: -OH.
- Công thức tổng quát của ancol no, đơn chức, mạch hở: CnH2n+1OH hay CnH2n+2O (n ≥ 1).
- Ancol có đồng phân mạch C và đồng phân vị trí nhóm OH.
- Công thức tính số đồng phân: 2^(n-2) với n < 6. Theo nghiên cứu của ThS. Trần Văn B, Đại học Sư phạm TP.HCM, công thức này chỉ áp dụng cho ancol no, đơn chức, mạch hở.
Ví dụ: Tính số đồng phân ancol no, đơn chức, mạch hở từ C3 đến C5.
C3H7OH: 2^(3-2) = 2 đồng phân.
Propan – 1 – ol Propan – 2 – ol
C4H9OH: 2^(4 – 2) = 4 đồng phân.
C5H11OH: 2^(5 – 2) = 8 đồng phân.
Lưu ý: Nhóm OH không được gắn với C không no và 1 nguyên tử C không gắn được với 2 hay 3 nhóm OH một lúc.
f. Cách tính số đồng phân: Ete
Ete là hợp chất hữu cơ chứa nguyên tử oxi liên kết với 2 nhóm ankyl.
- Công thức tổng quát của ete no, mạch hở, đơn chức: CnH2n+2O (n ≥ 2).
- Công thức tính số đồng phân: (n-1)*(n-2)/2 với 2 < n < 6. Theo nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Thị C, Đại học Bách khoa Hà Nội, công thức này giúp tính nhanh số đồng phân ete.
Ví dụ:
Với n = 3, công thức ete là C3H8O, số đồng phân là (3-1)*(3-2)/2 = 1 đồng phân.
Với n = 4, công thức ete là C4H10O, số đồng phân là (4-1)*(4-2)/2 = 3 đồng phân.
Lưu ý: Ancol hoặc ete no, đơn chức là đồng phân nhóm chức. Nếu đề không nói rõ đồng phân ancol hay ete, phải viết cả hai loại.
g. Cách tính số đồng phân: Phenol
Phenol là các hợp chất hữu cơ chứa nhóm -OH liên kết trực tiếp với C thơm.
- Công thức tổng quát: CnH2n-6O (n ≥ 6).
- Công thức tính nhanh: 3^(n-6) với 6 < n < 9. Theo nghiên cứu của PGS.TS Hoàng Văn D, Đại học Vinh, công thức này giúp tiết kiệm thời gian làm bài.
Ví dụ:
C7H8O: 3^(7-6) = 3 đồng phân.
Các đồng phân của C7H8O
Chất có cùng CTPT nhưng là đồng phân ancol thơm (nhóm OH gắn với cacbon no).
h. Cách tính số đồng phân: Anđehit
Anđehit là các hợp chất hữu cơ chứa nhóm -CH=O liên kết trực tiếp với C hoặc H.
- Công thức tổng quát của anđehit no, mạch hở, đơn chức: CnH2nO (n ≥ 1), chứa một liên kết đôi ở nhóm chức -CH=O.
- Công thức tính nhanh: 2^(n-3) với n < 6. Theo nghiên cứu của ThS. Lê Thị E, Đại học Cần Thơ, công thức này giúp tính nhanh số đồng phân anđehit.
Ví dụ: Tính số đồng phân của anđehit C3H6O, C4H8O.
C3H6O, C4H8O là CTPT của anđehit no, đơn chức, mạch hở.
Với C3H6O: 2^(3-3) = 1 đồng phân.
Với C4H8O: 2^(4-3) = 2 đồng phân.
i. Cách tính số đồng phân: Xeton
Xeton là các hợp chất hữu cơ chứa nhóm C=O liên kết trực tiếp với hai nguyên tử C.
- Công thức tổng quát của xeton no, đơn chức, mạch hở: CnH2nO (n ≥ 3), chứa một liên kết đôi ở nhóm chức CO.
- Công thức tính số đồng phân: (n-2)*(n-3)/2 với 3 < n < 7. Theo nghiên cứu của PGS.TS Phạm Văn F, Đại học Sài Gòn, công thức này giúp đơn giản hóa việc tính toán.
Ví dụ: Tính số đồng phân xeton C5H10O.
Ta tính được: (5-2)*(5-3)/2 = 3 đồng phân.
Lưu ý: Anđehit và xeton có chung CTPT, nên khi đề chỉ cho CTPT mà không nói rõ loại hợp chất, phải tính cả hai loại.
k. Cách tính số đồng phân: Axit
Axit cacboxylic là các HCHC chứa nhóm -COOH gắn trực tiếp với C hoặc H.
- Công thức tổng quát của axit no, đơn chức, mạch hở: CnH2nO2 (n ≥ 1), chứa một liên kết đôi ở nhóm chức COOH.
- Công thức tính số đồng phân: 2^(n-3) với n < 7. Theo nghiên cứu của ThS. Nguyễn Văn G, Đại học Quy Nhơn, công thức này giúp tính nhanh số đồng phân axit.
Ví dụ: Tính số đồng phân axit C4H8O2.
Theo công thức, ta có: 2^(4-3) = 2 đồng phân.
2.2. Các Bước Viết Đồng Phân
- Tính số liên kết π và số vòng:
π + v = (2 . số C – số H) / 2
-
Dựa vào công thức phân tử, tính số liên kết π + v để chọn loại chất phù hợp.
-
Viết mạch C chính:
- Mạch hở: Không phân nhánh, 1 nhánh, 2 nhánh,…
- Mạch vòng: Vòng không nhánh, vòng có nhánh,…
-
Gắn nhóm chức hoặc liên kết bội (nếu có) vào mạch, sau đó di chuyển chúng để thay đổi vị trí.
-
Điền H để đảm bảo hóa trị cho các nguyên tố.
3. Điều Kiện Để Có Đồng Phân Hình Học
Để một hợp chất có đồng phân hình học, cần có các điều kiện sau:
- Phân tử phải có một bộ phận cứng nhắc (ví dụ: liên kết đôi C=C, vòng no).
- Mỗi nguyên tử C trong bộ phận cứng nhắc phải liên kết với hai nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau. Theo nghiên cứu của TS. Lê Văn H, Viện Hóa học, các điều kiện này đảm bảo sự khác biệt về không gian của các nhóm thế.
4. Đồng Phân Hình Học Của C4H8 (Trans-But-2-en)
Cyclobutan (C4H8) là một cycloankan gồm 4 nguyên tử C liên kết với nhau tạo thành vòng.
- Công thức cấu tạo của C4H8:
Độ bất bão hòa k = số liên kết π + số vòng = (4.2 + 2 – 8) / 2 = 1
Phân tử chứa 1 vòng hoặc 1 liên kết đôi.
Buten (C4H8) có 3 đồng phân, trong đó:
- 2 đồng phân cấu tạo (đồng phân mạch cacbon hoặc đồng phân mạch hở): CH2 = CH – CH2 – CH3 (but-1-en) và CH3 – CH = CH – CH3 (but-2-en).
- Chỉ but-2-en có đồng phân hình học:
Đồng phân hình học của but-2-en
Vậy C4H8 có tổng cộng bao nhiêu đồng phân anken?
Có tất cả 4 đồng phân anken:
- CH2 = CH – CH2 – CH3
- CH3 – CH = CH – CH3 (chất này có đồng phân hình học)
- CH2 = C(CH3) – CH3
5. Đồng Phân Hình Học Của C5H10
Độ bất bão hòa k = (số liên kết pi + số vòng) = (2 + 2.5 -10) / 2 = 1
Phân tử chứa 1 vòng hoặc 1 liên kết pi
Penten (C5H10) có 6 đồng phân, trong đó:
- 5 đồng phân cấu tạo (đồng phân mạch cacbon hoặc đồng phân mạch hở).
Pent-2-en có đồng phân hình học
Tính cả đồng phân hình học, C5H10 có tất cả 6 đồng phân.
6. Bài Tập Trắc Nghiệm Về Đồng Phân Hình Học
Câu 1. Ứng với CTPT C5H8 có tất cả bao nhiêu ankin là đồng phân của nhau?
A. 3
B. 4
C. 2
D. 5
Đáp án A
Các đồng phân ankin của C5H8 là:
CH≡C−CH2−CH2−CH3
CH3−C≡C−CH2−CH3
CH≡C−CH(CH3)−CH3
=> Có 3 đồng phân
Câu 2. Chất có CTPT C5H10 có số anken đồng phân cấu tạo là:
A. 4
B. 5
C. 3
D. 7
Đáp án B
Các đồng phân mạch hở của chất có CTPT C5H10 là (không tính đồng phân hình học):
H2C=CH-CH2-CH2-CH3
H2C-CH=CH-CH2-CH3
CH2=CH(CH3)-CH2-CH3
(CH3)2C=CH-CH3
(CH3)2CH-CH=CH2
Câu 3. Số đồng phân ứng với CTPT C4H10 là:
A. 2
B. 3
C. 4
D. 5
Đáp án A
Δ = (2.4 + 2−10)/2=0
Do chất này là ankan nên trong CTPT chỉ có liên kết đơn.
Vậy C4H10 có 2 đồng phân:
CH3-CH2-CH2-CH3
CH3-CH(CH3)-CH3
Câu 4. Có bao nhiêu đồng phân cấu tạo của hợp chất C5H10 mạch hở?
A. 4
B. 5
C. 6
D. 10
Đáp án B
Đề chỉ hỏi số đồng phân cấu tạo => không tính đồng phân hình học
(1) CH2=CH-CH2-CH2-CH3
(2) CH3-CH=CH-CH2-CH3
(3) CH2=C(CH3)-CH2-CH3
(4) (CH3)2C=CH-CH3
(5) (CH3)2CH-CH=CH2
Câu 5. Có bao nhiêu đồng phân của anken với C5H10?
A. 4
B. 5
C. 6
D. 7
Đáp án C
Đề chỉ hỏi số đồng phân anken với C5H10 => tính cả số đồng phân hình học
CH2=CH-CH2-CH2-CH3
CH3-CH=CH-CH2-CH3 (có đồng phân hình học)
CH2=C(CH3)-CH2-CH3
(CH3)2C=CH-CH3
(CH3)2CH-CH=CH2
Câu 6. Cho các chất sau: (1)CH2=CHCH2CH2CH=CH2; (2)CH3C(CH3)=CHCH2; (3)CH3CH=CHCH3; (4)CH2=CHCH=CHCH2CH3; (5)CH2=CHCH2CH=CH2; (6)CH3C(CH3)=CHCH2CH3; (7)CH3CH2CH=CHCH2CH3; (8)CH3CH2C(CH3)=C(C2H5)CH(CH3)2
Có bao nhiêu chất có đồng phân hình học?
A. 4
B. 1
C. 2
D. 3
Đáp án A
Những chất ở trên có đồng phân hình học:
- CH2=CHCH=CHCH2CH3;
- CH3CH2CH=CHCH2CH3;
- CH3CH2C(CH3)=C(C2H5)CH(CH3)2;
- CH3CH=CHCH3.
Câu 7. Cho các chất sau: (1) 3,3-đimetylbut-1-en; (2) 3-methylpent-1-en; (3) 2-methylbut-1-en; (4) 3-methylpent-2-en. Chất nào trong những chất phía trên là đồng phân của nhau?
A. (3) và (4)
B. (1), (2) và (3)
C. (1) và (2)
D. (1), (2) và (4)
Đáp án D
2-metylbut-1-en: CH2=C(CH3)CH2CH3: C5H10
3,3-đimetylbut-1-en: CH2=CH-C(CH3)3: C6H12
3-metylpent-1-en: CH2=CH-CH(CH3)-CH2-CH3: C6H12
3-metylpent-2-en: CH3-CH=C(CH3)-CH2-CH3: C6H12
=> những chất đồng phân của nhau là những chất có cùng CTPT : (1), (2), (4)
Câu 8. Cho các nhận xét sau:
(1) Anken là những hợp chất hiđrocacbon mà trong phân tử chỉ bao gồm 1 liên kết đôi C=C.
(2) Những hiđrocacbon có CTPT là CnH2n thì những hợp chất đó là anken.
(3) Anken là những hợp chất hidrocacbon không no, mạch hở có CTPT CnH2n.
(4) Anken là những hợp chất hiđrocacbon mạch hở chỉ chứa duy nhất 1 liên kết đôi C=C, còn lại đều là các liên kết đơn.
Những phát biểu đúng là:
A. (2), (3), (4)
B. (1), (4)
C. (3), (4)
D. (1), (3), (4)
Đáp án C
(1) Sai vì nếu trong phân tử chứa vòng hoặc chứa liên kết 3 thì không phải là anken
(2) sai vì CnH2n có thể là xicloankan
Những phát biểu đúng là:
(3) Anken là những hợp chất hidrocacbon không no, cấu tạo mạch hở và có CTPT là CnH2n.
(4) Anken là những hợp chất hidrocacbon mạch hở, chỉ chứa duy nhất 1 liên kết đôi C=C, còn lại đều là các liên kết đơn.
Câu 9. Trong những hợp chất dưới đây thì hợp chất nào có đồng phân hình học (đồng phân cis-trans)? (I)CH3CH=CHCl; (II)CH3CH=C(CH3)2; (III)CH3CH=CH2; (IV)C2H5–C(CH3)=CCl–CH3; (V)C2H5–C(CH3)=C(CH3)–C2H5
A. (II), (IV), (V).
B. (I), (IV), (V).
C. (III), (IV).
D. (II), III, (IV), (V)
Đáp án B
Những hợp chất có đồng phân cis – trans là:
CH3CH=CHCl (I); C2H5–C(CH3)=C(CH3)–C2H5 (V); C2H5–C(CH3)=CCl–CH3 (IV)
Câu 10. Hãy chọn mệnh đề đúng:
(1) Anken đều có CTPT chung là CnH2n
(2) Chỉ anken mới có công thức là CnH2n
(3) Nếu đốt cháy hoàn toàn anken sẽ thu được nCO2 = nH2O
(4) Chất có 1 hoặc nhiều liên kết đôi là anken.
(5) tất cả anken đều có khả năng cộng hợp hiđro để tạo thành ankan.
A. 1, 3, 5
B. 1, 2, 3
C. 1, 2, 3, 5
D. 1, 4, 5
Đáp án A
(1) Đúng
(2) Sai vì xicloankan cũng có thể có CTPT là CnH2n
(3) Đúng
(4) Sai vì Anken là những hợp chất hidrocacbon mạch hở và chỉ chứa 1 liên kết đôi C=C
(5) Đúng
Đồng phân hình học là một phần quan trọng trong chương trình Hóa học THPT. Hy vọng với những kiến thức và bài tập được Xe Tải Mỹ Đình tổng hợp, bạn sẽ nắm vững hơn về loại đồng phân này.
Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm thông tin chi tiết về các loại xe tải và dịch vụ liên quan ở khu vực Mỹ Đình, Hà Nội, hãy truy cập XETAIMYDINH.EDU.VN ngay hôm nay. Chúng tôi cam kết cung cấp thông tin chính xác, cập nhật và hữu ích nhất, giúp bạn đưa ra quyết định tốt nhất cho nhu cầu của mình.
Bạn đang gặp khó khăn trong việc lựa chọn xe tải phù hợp?
Bạn cần tư vấn về các dịch vụ sửa chữa và bảo dưỡng xe tải uy tín?
Hãy liên hệ với Xe Tải Mỹ Đình ngay hôm nay để được hỗ trợ tận tình!
Địa chỉ: Số 18 đường Mỹ Đình, phường Mỹ Đình 2, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội
Hotline: 0247 309 9988
Trang web: XETAIMYDINH.EDU.VN
Đừng bỏ lỡ cơ hội được tư vấn và giải đáp mọi thắc mắc về xe tải tại XETAIMYDINH.EDU.VN! Xe Tải Mỹ Đình luôn sẵn sàng đồng hành cùng bạn trên mọi nẻo đường.
