CÔNG THỨC CẤU TRÚC (CÓ VÍ DỤ) - HÓA HỌC - 2026

Công thức cấu trúc là một biểu diễn đồ họa của các liên kết của một phân tử, làm sáng tỏ cấu trúc của nó sau khi được xác định bằng phương pháp quang phổ. Đây là cách cụ thể nhất khi đề cập đến một hợp chất cụ thể chứ không phải một số đồng phân tương ứng với cùng một công thức phân tử.

Ví dụ, butan, C ₄ H ₁₀ , có hai đồng phân: n-butan (mạch thẳng) và 2-metyl-propan (phân nhánh). Công thức phân tử không phân biệt giữa một trong hai; trong khi nếu chúng ta sử dụng các công thức cấu trúc, chúng ta sẽ thấy chính xác rằng một là tuyến tính và một phân nhánh.

Công thức cấu tạo cho phép xem xét kỹ lưỡng cấu trúc phân tử của các hợp chất. Nguồn: Pixabay.

Sử dụng công thức cấu trúc giúp dễ hiểu hơn những thay đổi mà một phân tử phải trải qua trong một phản ứng hóa học; liên kết nào của nó bị phá vỡ, cấu trúc của nó được sửa đổi như thế nào trong quá trình này và khi kết thúc nó. Học cách đọc các công thức này cũng giống như việc dự đoán một cách hời hợt các tính chất của phân tử.

Công thức cấu trúc là biểu diễn 2D, mặc dù chúng có thể chỉ ra một số khía cạnh hình học và không gian ba chiều. Cấu trúc của một hợp chất càng được nghiên cứu, thì công thức cấu trúc của nó càng trở nên tinh tế và trung thực hơn. Mặt khác, nó để lại những khía cạnh cần thiết để hiểu bản chất của phân tử.

Ví dụ về công thức cấu trúc

Mỗi hợp chất có công thức cấu trúc tương ứng, có thể thay đổi tùy thuộc vào loại hình chiếu hoặc phối cảnh được sử dụng. Ví dụ, công thức cô đặc và dạng xương, cấu trúc Lewis, và phép chiếu lập thể đều là công thức cấu trúc, dành riêng cho việc vẽ biểu đồ càng nhiều thông tin càng tốt liên quan đến cấu trúc phân tử.

Có rất nhiều nên chỉ một số ví dụ đơn giản sẽ được đề cập.

Đường glucoza

Các biểu diễn khác nhau về cấu trúc của alpha-glucose. Nguồn: Yikrazuul qua Wikipedia.

Bốn đại diện của phân tử glucose được hiển thị trong hình trên. Mỗi là một công thức cấu trúc hợp lệ; nhưng 2 (chiếu Haworth) và 3 (chiếu ghế) thường được sử dụng nhiều nhất trong các văn bản học thuật và trong các ấn phẩm.

4 có ưu điểm là nó cho biết trực tiếp nhóm OH nào ở trên (nêm dày) hoặc ở dưới (nêm chấm) vòng lục giác; nghĩa là, nó tạo điều kiện cho sự hiểu biết về hóa lập thể của nó. Ngược lại, phép chiếu 1 (phép chiếu Tollens-Fisher) cho thấy đặc tính tuyến tính của glucose trước khi chuyển thành dạng chu kỳ của nó.

Mêtan

Công thức cấu tạo của metan. Nguồn: Gabriel Bolívar qua MolView.

Trên đây là hai công thức cấu tạo của metan, có công thức phân tử đặc là CH ₄ . Đối với những người thiếu kiến ​​thức về hóa học, họ có thể giải thích công thức CH ₄ như thể nó là một phân tử với một nguyên tử hydro ở trung tâm.

Nhưng trên thực tế (và nhất thiết), các công thức cấu tạo cho thấy rõ ràng rằng cacbon là nguyên tử trung tâm. Do đó, chúng ta có bốn liên kết CH. Cũng lưu ý rằng công thức bên trái tạo ra ấn tượng sai lầm rằng phân tử là phẳng, trong khi thực tế nó là tứ diện (công thức bên phải).

Đó là lý do tại sao trong công thức cấu tạo bên phải, các liên kết được biểu diễn bằng các nêm, cho biết vị trí tương đối trong không gian của mỗi nguyên tử hydro (các đỉnh của tứ diện).

Metanol

Công thức cấu tạo của metanol. Nguồn: NEUROtiker

Công thức cấu tạo của metanol thực tế giống với công thức của metan, chỉ khác là nó có H được thế bằng OH. Công thức hóa học hoặc đặc của nó là CH ₃ OH, và phân tử CH ₄ O. Người ta quan sát thấy nó cũng bao gồm một tứ diện.

Ethanol

Công thức cấu tạo của etanol. Nguồn: Gabriel Bolívar qua MolView.

Bây giờ chúng ta chuyển sang ethanol, loại rượu tiếp theo trong danh sách. Công thức hóa học hoặc công thức đặc của nó là CH ₃ CH ₂ OH, tự nó đã cho thấy cấu trúc mạch thẳng của nó. Để rõ ràng hơn, công thức cấu trúc trong hình trên chứng minh một cách hiệu quả rằng etanol là mạch thẳng hoặc xương sống.

Nếu bạn quan sát kỹ, môi trường xung quanh của mỗi nguyên tử cacbon là hình tứ diện.

Fructose

Công thức cấu tạo của beta-D-fructofuranose. Nguồn: NEUROtiker (talk • contribs)

Ở trên chúng ta có công thức cấu tạo của fructose, chính xác hơn là phép chiếu Haworth của vòng furanus của nó (năm-membered). Lưu ý rằng công thức cấu tạo tiết lộ bao nhiêu , tuy nhiên , không giống như công thức phân tử, C ₆ H ₁₂ O ₆ , trùng với công thức của glucozơ, cả hai đều là các loại đường khác nhau.

Nước

Công thức cấu tạo của nước. Nguồn: Benjah-bmm27 qua Wikipedia.

Công thức hóa học của nước là H ₂ O, cũng tương ứng với công thức đặc và công thức phân tử. Đối với mêtan, những người không biết phân tử nước (và không có khái niệm về liên kết hóa học) có thể tin rằng cấu trúc của nó là OHH; nhưng công thức cấu trúc trong hình trên làm rõ cấu trúc thực sự.

Mặc dù không được đánh giá cao nhưng các cặp electron tự do của nguyên tử oxy và hydro sẽ vẽ nên một tứ diện xung quanh oxy; đây là dạng hình học điện tử của nước: tứ diện. Trong khi đó, hai nguyên tử hydro thiết lập một mặt phẳng tương tự như boomerang; đây là, dạng hình học phân tử của nước: góc cạnh.

Mặc dù công thức cấu tạo của nước cho đến nay là đơn giản nhất trong số các ví dụ đã thảo luận, nhưng nó ẩn chứa nhiều bí mật và dị thường hơn là nó chỉ thể hiện được.

Aspirin

Công thức cấu tạo của aspirin. Nguồn: Gabriel Bolívar qua MolView.

Chúng tôi có một trong những "sai sót" đầu tiên của công thức cấu trúc: chúng không có khả năng thể hiện đặc tính thơm của cấu trúc; mà trong trường hợp này, tương ứng với tính thơm của vòng benzen (lục giác) của aspirin (ở trên).

Nếu bạn xem xét công thức này một cách cẩn thận, bạn sẽ đi đến kết luận rằng nó là một phân tử phẳng về cơ bản; có nghĩa là, hầu như tất cả các nguyên tử của nó "nằm yên" trong cùng một mặt phẳng, ngoại trừ nhóm metyl, CH ₃ , ở bên trái, nơi môi trường tứ diện của cacbon một lần nữa được hiển thị.

Một lần nữa, công thức cấu tạo cung cấp nhiều thông tin hơn công thức phân tử phẳng của nó, C ₉ H ₈ O ₄ ; tương ứng với nhiều đồng phân cấu trúc, hoàn toàn khác với aspirin.

Benzen

Công thức cấu tạo của benzen. Nguồn: Gabriel Bolívar qua MolView.

Cuối cùng, chúng ta đã có ở trên công thức cấu tạo của benzen. Công thức phân tử của nó là C ₆ H ₆ , cho thấy rằng nó chứa sáu nguyên tử cacbon và sáu nguyên tử hydro. Nhưng nó không nói gì về cấu trúc thực sự của benzen.

Liên kết đôi C = C không tĩnh, vì một cặp electron, đặc biệt là electron nằm trong obitan p của cacbon, phân chia vị trí trong vòng. Do đó, benzen có một số cấu trúc cộng hưởng, mỗi cấu trúc có công thức cấu tạo riêng.

Sự phân chia này là một phần của đặc tính thơm của benzen, không được thể hiện trung thực trong công thức cấu trúc bên trái. Điều gần nhất là thay thế các liên kết đôi bằng một vòng tròn (một số người gọi là bánh rán) để biểu thị tính thơm của vòng (bên phải hình ảnh).

Và những gì về công thức xương? Điều này rất giống với cấu trúc, chỉ khác ở chỗ nó không đại diện cho các nguyên tử hydro; và do đó, nó được đơn giản hóa hơn và dễ dàng hơn để vẽ đồ thị. Vòng benzen ở bên phải sẽ là công thức cấu tạo của nó.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Wikipedia. (Năm 2020). Công thức cấu tạo. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Nissa Garcia. (Năm 2020). Công thức cấu trúc: Định nghĩa & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
4. Clark Jim. (2012). Vẽ phân tử hữu cơ. Được khôi phục từ: chemguide.co.uk
5. William Reusch. (Ngày 5 tháng 5 năm 2013). Hình dạng của các phân tử. Được khôi phục từ: 2.chemistry.msu.edu