Cubane C₈ H₈ có bao nhiêu vòng?
Một câu hỏi tôi chờ đợi cũng khá lâu!
Đây là một điểm gây nhầm lẫn khá phổ biến trong hóa học hữu cơ vì, về mặt trực quan, một hình lập phương có 6 mặt. Tuy nhiên, trong danh pháp IUPAC và lý thuyết đồ thị (mà hóa học sử dụng để định nghĩa “vòng”), chúng ta sử dụng SSSR (Smallest Set of Smallest Rings: Tập hợp nhỏ nhất của các vòng nhỏ nhất), hoặc công thức tính số vòng tuần hoàn.
Dưới đây là lý do tại sao cubane (C₈H₈) về mặt toán học và hóa học là một hệ 5 vòng:
1. Công thức cơ bản Để tìm số vòng trong một phân tử đa hoàn (nhiều vòng), chúng ta sử dụng công thức tính Số vòng (Ring): R = Cạnh – Đỉnh + 1
Đối với Cubane (C₈H₈):
- Đỉnh (Vertice): 8 nguyên tử cacbon
- Cạnh (Edge): 12 liên kết carbon-carbon
- Tính toán: 12 – 8 + 1 = 5
2. Trong hóa học, chúng ta dùng công thức tính Chỉ số thiếu hụt hydrogen (HDI) để xác nhận điều này:
Chỉ số thiếu hụt hydrogen (HDI): HDI = C + 1 – (H/2)
Đối với C₈H₈: HDI = 8 + 1 – (8/2) = 5
Vì cubane bão hòa (toàn lên kết đơn), nên phải có và chỉ có 5 vòng.
Lưu ý: Nếu cố gắng “phá vỡ” các vòng để biến cubane thành một alkane mạch hở, ta chỉ cần cắt 5 liên kết. Ngay khi liên kết thứ 5 bị cắt, toàn bộ cấu trúc trở thành mạch hở rồi.
Ta có mô hình động dưới đây:
Vậy ta đã hiểu được vì sao cubane lại chỉ có 5 vòng thôi.
Ghi chú: Một hợp chất hữu cơ có nhiều vòng nếu dùng từ Hán-Việt thì phải gọi là đa hoàn. Một số tác giả sử dụng "đa vòng" là không đúng, tương tự trường hợp "nhũ đá" trước đây, đúng ra phải là thạch nhũ.