Công thức cấu tạo là gì? Phân loại các công thức cấu tạo?

1. Công thức cấu tạo là gì? 

Công thức cấu tạo là một phương pháp biểu diễn thứ tự và cách thức liên kết của các nguyên tử trong phân tử. Công thức cấu tạo không chỉ đơn thuần là việc liệt kê các nguyên tử có trong phân tử, mà còn bao gồm các thông tin về vị trí của chúng, số lượng, và loại các liên kết giữa các nguyên tử. Nhờ vào công thức cấu tạo, chúng ta có thể mô tả và định danh các phân tử khác nhau, từ những phân tử đơn giản như nước cho đến những hợp chất phức tạp như protein và DNA.

Ví dụ, nếu chúng ta muốn mô tả phân tử nước, công thức cấu tạo của nó sẽ bao gồm 2 nguyên tử, một nguyên tử oxy và một nguyên tử hydro. Các nguyên tử này sẽ được liên kết với nhau bằng một liên kết ion, trong đó nguyên tử oxy sẽ lấy electron từ nguyên tử hydro.

Một ví dụ khác là phân tử ADN. Công thức cấu tạo của nó sẽ bao gồm 4 loại nucleotide, mỗi loại nucleotide sẽ có 3 thành phần chính là một phần đường đơn, một phần nucleotide và một phần base. Các nucleotide sẽ được nối với nhau bằng các liên kết hydrogen và liên kết phân cực.

Từ những ví dụ trên, chúng ta có thể thấy rằng công thức cấu tạo không chỉ là một phương pháp đơn thuần để biểu diễn phân tử, mà còn là một công cụ hữu ích trong việc hiểu về cấu trúc và tính chất của chúng.

2. Phân loại các công thức cấu tạo: 

Có ba cách viết công thức cấu tạo, bao gồm khai triển, thu gọn và thu gọn nhất.

2.1. Công thức cấu tạo triển khai: 

Công thức cấu tạo khai triển là cách viết công thức phức tạp nhất, trong đó viết tất cả các nguyên tử trong phân tử và các liên kết giữa chúng. Công thức cấu tạo khai triển được sử dụng trong những trường hợp phức tạp và cần cung cấp đầy đủ thông tin về phân tử. Ví dụ, trong hóa học hữu cơ, công thức cấu tạo khai triển thường được sử dụng để biểu diễn các phân tử phức tạp hơn như các hợp chất hữu cơ.

2.2. Công thức cấu tạo thu gọn: 

Công thức cấu tạo thu gọn là cách viết công thức đơn giản hơn, trong đó các nguyên tử cacbon và các nguyên tử khác liên kết với nó được gộp thành từng nhóm. Công thức cấu tạo thu gọn được sử dụng trong những trường hợp đơn giản hơn và giúp tối giản hóa công thức cấu tạo.

2.3. Công thức cấu tạo thu gọn nhất: 

Công thức cấu tạo thu gọn nhất là cách viết công thức tối giản nhất, chỉ viết các liên kết và nhóm chức, đầu mút của các liên kết chính là nhóm CHx với x đảm bảo hóa trị 4 ở C. Việc sử dụng công thức cấu tạo thu gọn nhất giúp tối giản hóa phân tử và làm cho nó dễ dàng hơn trong việc đọc và phân tích. Tuy nhiên, công thức cấu tạo khai triển và thu gọn vẫn được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.

Công thức cấu tạo không chỉ được sử dụng trong hóa học hữu cơ mà còn trong hóa học vô cơ. Tuy nhiên, trong hóa học vô cơ, thường sử dụng cấu trúc Lewis để biểu diễn cặp electron trong liên kết hóa học. Cấu trúc Lewis là một phương pháp biểu diễn phân tử, trong đó các nguyên tử được biểu diễn dưới dạng các hình tròn và các liên kết hóa học được biểu diễn dưới dạng các đường kẻ. Cấu trúc Lewis được sử dụng để mô tả các phân tử đơn giản trong hóa học vô cơ.

Công thức cấu tạo còn phụ thuộc vào loại phân tử và mục đích sử dụng. Công thức cấu tạo đáp ứng các yêu cầu khác nhau tùy thuộc vào mức độ chi tiết cần thiết để mô tả phân tử. Ví dụ, trong hóa học hữu cơ, công thức cấu tạo thu gọn và thu gọn nhất thường được sử dụng để biểu diễn các phân tử đơn giản, trong khi công thức cấu tạo khai triển được sử dụng để biểu diễn các phân tử phức tạp hơn.

Tóm lại, việc lựa chọn công thức cấu tạo phù hợp phụ thuộc vào mục đích sử dụng và độ phức tạp của phân tử. Khi viết công thức cấu tạo, cần phải xem xét kỹ các yêu cầu và mục đích sử dụng của nó để chọn cách viết phù hợp nhất. Công thức cấu tạo là một công cụ quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng hóa học, giúp mô tả và định danh các phân tử khác nhau. Ngoài ra, việc hiểu và sử dụng đúng các loại công thức cấu tạo cũng giúp cho các nhà khoa học và sinh viên hóa học có thể thực hiện các phản ứng hóa học và tổng hợp các hợp chất mới một cách chính xác và hiệu quả. Công thức cấu tạo cũng được sử dụng trong lĩnh vực công nghệ sinh học để mô tả cấu trúc của protein và acid nucleic, đóng vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu sự hoạt động của các phân tử trong cơ thể.

3. Bài tập vận dụng: 

Câu 1: Hóa hơi hoàn toàn 4,4 gam một este X mạch hở, thu được thể tích hơi bằng thể tích của 1,6 gam khí oxi (đo ở cùng điều kiện). Mặt khác, thủy phân hoàn toàn 11 gam X bằng dung dịch NaOH dư, thu được 10,25 gam muối. Công thức của X là

A. C₂H₅COOCH₃      

B. CH₃COOC₂H₅

C. HCOOC₃H₇          

D. C₂H₅COOC₂H₅

Đáp án: B

Câu 2: Este X có công thức phân tử là C₄H₆O₂ khi thủy phân trong môi trường axit thu được ancol có khả năng làm mất màu nước brom. Công thức cấu tạo thu gọn của X là:

A. CH₃COO-CH=CH₂

B. HCOO-CH=CH-CH₃

C. HCOO-CH₂CH=CH₂ 

D. CH₂=CH-COOCH₃

Đáp án: C

Câu 3: Hợp chất hữu cơ X có CTPT C₉H₁₀O₂. Đun nóng X với dung dịch NaOH dư thu được hỗn hợp 2 muối. CTCT của X là

A. CH₃CH₂COOC₆H₅.   

B. CH₃COOCH₂C₆H₅.

C. HCOOCH₂CH₂C₆H₅.

D. HCOOCH₂C₆H₄CH₃

Đáp án: A

Câu 4: Thuỷ phân este đơn chức X trong môi trường kiềm, sau phản ứng thu được dung dịch Y có khả năng tham gia phản ứng tráng bạc. X không là:

A. CH₃COOCH=CH₂. 

B. HCOOCH=CH₂.

C. CH₃COOC(CH₃)=CH₂. 

D. HCOOC(CH₃)=CH₂.

Đáp án: C

Câu 5: Thủy phân hoàn toàn 0,1 mol este đơn chức Y trong 145 ml dung dịch NaOH 1M. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được ancol etylic và 10 gam chất rắn khan. Công thức cấu tạo của Y là

A. HCOOC₂H₅.

B. CH₃COOC₂H₅.

C. C₂H₅COOC₂H₅.

D. C₂H₃COOC₂H₅.

Đáp án: B

Câu 6: Thủy phân hoàn toàn 0,1 mol este X bằng NaOH, thu được một muối của axit cacboxylic Y và 7,6g ancol Z. Chất Y có phản ứng tráng bạc, Z hòa tan được Cu(OH)₂ cho dung dịch màu xanh lam. Công thức cấu tạo của X là

A. HCOOCH₂CH₂CHOCOH.

B. HCOOCH₂CH(CH₃)OCOH.

C. CH₃COOCH₂CH₂OCOCH₃.

D. HCOOCH₂CHOCOCH₃.

Đáp án: B

Câu 7: Hỗn hợp Z gồm hai este X và Y tạo bởi cùng một ancol và hai axit cacboxylic kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng (MX2 (đktc), thu được 5,6 lít khí CO₂ (đktc) và 4,5 gam H₂O. Công thức este X và giá trị của m tương ứng là

A. (HCOO)₂C₂H₄và 6,6

B. HCOOCH₃và 6,7

C. CH₃COOCH₃và 6,7

D. HCOOC₂H₅và 9,5

Đáp án: B

Câu 8: Đốt cháy hoàn toàn một lượng hỗn hợp M gồm ancol X, axit cacboxylic Y và este Z (đều no, đơn chức, mạch hở và Y, Z có cùng số nguyên tử cacbon) cần dùng vừa đủ  (đktc), sinh ra (đktc). Công thức của Y là

A. HCOOH

B. CH₃CH₂COOH

C. CH₃CH₂CH₂COOH

D. CH₃COOH

Đáp án: D

Câu 9: Chia 26,4 gam este X làm hai phần bằng nhau:

Phần 1. Đem đốt cháy hoàn toàn thu được 13,44 lít CO₂ (đktc) và 10,8 gam nước

Phần 2. Cho tác dụng hết với 50 gam dung dịch NaOH 20%, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 16,3 gam chất rắn. Công thức cấu tạo thu gọn của X là:

A. C₂H₃COOCH₃ 

B. HCOOC₃H₇

C. CH₂=CHCOOCH₃ 

D. CH₃COOC₂H₅

Đáp án: D

Câu 10: Este đơn chức X có tỉ khối hơi so với CH₄ là 6,25. Cho 20 gam X tác dụng với 300 ml dung dịch KOH 1M (đun nóng). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 28 gam chất rắn khan. Công thức cấu tạo của X là

A. CH₃-CH₂-COO-CH=CH₂.

B. CH₂=CH-COO-CH₂-CH₃.

C. CH₂=CH-CH₂– COO -CH₃.

D. CH₃-COO-CH=CH-CH₃.

Đáp án: A