CH3CH2OH (Ethanol) và CH3OCH3 (Dimethyl Ether) có cùng công thức phân tử C2H6O. Vậy sự khác biệt trong cấu trúc và tính chất của chúng đến từ đâu? Bài viết này sẽ giải đáp thắc mắc đó, đồng thời cung cấp kiến thức nền tảng về công thức cấu tạo và các dạng bài tập liên quan.
A. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG THỨC CẤU TẠO HỢP CHẤT HỮU CƠ
- Thuyết Cấu Tạo Hóa Học:
Năm 1861, nhà hóa học Bút-lê-rốp đưa ra thuyết cấu tạo hóa học với các luận điểm chính sau:
-
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 liên kết này được gọi là cấu tạo hóa học. Thay đổi thứ tự liên kết sẽ tạo ra hợp chất khác. Ví dụ, C2H6O có hai công thức cấu tạo khác nhau, tương ứng với hai chất khác nhau về tính chất:
- H3C−O−CH3 (Dimethyl Ether): Chất khí, không phản ứng với Na.
- H3C−CH2−O−H (Ethanol): Chất lỏng, phản ứng với Na giải phóng H2.
-
Carbon luôn có hóa trị 4 trong hợp chất hữu cơ. Các nguyên tử carbon có thể liên kết với các nguyên tố khác và liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch carbon.
-
Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử (bản chất và số lượng nguyên tử) và cấu tạo hóa học (thứ tự liên kết các nguyên tử).
- Ví dụ về sự phụ thuộc vào thành phần phân tử: CH4 (methane) là chất khí dễ cháy, trong khi CCl4 (carbon tetrachloride) là chất lỏng không cháy.
- Ví dụ về sự phụ thuộc vào cấu tạo hóa học: Ethanol (CH3CH2OH) và Dimethyl Ether (CH3OCH3) có tính chất hóa học khác nhau do cấu trúc khác nhau.
- Đồng Đẳng và Đồng Phân:
a) Đồng Đẳng:
Dãy các hydrocarbon như CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12,… (CnH2n+2) và dãy các alcohol như CH3OH, C2H5OH, C3H7OH, C4H9OH,… (CnH2n+1OH) có tính chất hóa học tương tự nhau, mặc dù thành phần hơn kém nhau một hoặc nhiều nhóm CH2.
- Khái niệm: Các hợp chất có thành phần phân tử hơn kém nhau một hay nhiều nhóm CH2, nhưng có tính chất hóa học tương tự nhau, được gọi là các chất đồng đẳng. Chúng hợp thành một dãy đồng đẳng.
- Giải thích: Các chất trong cùng dãy đồng đẳng có cấu tạo hóa học tương tự nhau, do đó có tính chất hóa học tương tự, mặc dù công thức phân tử khác nhau.
b) Đồng Phân:
Ethanol và Dimethyl Ether là hai chất khác nhau (tính chất khác nhau) nhưng có cùng công thức phân tử C2H6O. Tương tự, Methyl Acetate (CH3COOCH3), Ethyl Formate (HCOOC2H5) và Propionic Acid (CH3CH2COOH) là ba chất khác nhau nhưng có cùng công thức phân tử C3H6O2.
- Khái niệm: Các hợp chất khác nhau nhưng có cùng công thức phân tử được gọi là các chất đồng phân.
- Giải thích: Các chất đồng phân có cùng công thức phân tử nhưng cấu tạo hóa học khác nhau. Ví dụ, Ethanol có cấu tạo H3C−CH2−O−H, trong khi Dimethyl Ether có cấu tạo H3C−O−CH3, dẫn đến tính chất khác nhau.
.
Bài 2. Viết công thức cấu tạo dạng mạch vòng của các chất sau: C3H6, C4H8, C5H10.
Bài 3. Phân tử hợp chất hữu cơ A có hai nguyên tố. Khi đốt cháy 3 gam chất A thu được 5.4 gam H2O. Xác định công thức phân tử của A, biết khối lượng mol của A là 30 gam/mol.
ĐÁP ÁN:
Bài 1.
- CH3Br: H3C-Br (Methyl Bromide)
- CH4O: H3C-O-H (Methanol)
- CH4: H4C (Methane)
- C2H6: H3C-CH3 (Ethane)
- C2H5Br: H3C-CH2-Br (Ethyl Bromide)
