Công thức cấu tạo của C4H10 và C2H6O đầy đủ, thu gọn

Trả lời nhanh

C₄H₁₀ có hai công thức cấu tạo: butane CH₃–CH₂–CH₂–CH₃ và isobutane (2-methylpropane) CH₃–CH(CH₃)–CH₃. C₂H₆O cũng có hai: ethanol CH₃–CH₂–OH và dimethyl ether CH₃–O–CH₃. Hai chất cùng công thức phân tử nhưng khác trật tự liên kết nên là đồng phân của nhau.

Đề bài và hướng giải chung

Đề yêu cầu: viết công thức cấu tạo đầy đủ và thu gọn của các chất có công thức phân tử C₄H₁₀ và C₂H₆O. Chữ “các chất” gợi ý rằng mỗi công thức phân tử có thể ứng với nhiều chất, tức là có đồng phân. Nếu chỉ viết một công thức thì bài làm chưa đủ.

Trước khi vẽ, ta nắm hai điều:

Hoá trị: C hoá trị IV, H hoá trị I, O hoá trị II. Mỗi nguyên tử phải có đủ số liên kết này, không thừa, không thiếu.
Độ bất bão hoà: với C_xH_yO_z, k = (2x + 2 – y) / 2. Với C₄H₁₀: k = (8 + 2 – 10)/2 = 0. Với C₂H₆O: k = (4 + 2 – 6)/2 = 0. k = 0 nghĩa là phân tử chỉ có liên kết đơn và không có vòng. Nhờ vậy ta không phải thử các cấu tạo có liên kết đôi hay mạch vòng.

Công thức cấu tạo của C₄H₁₀

C₄H₁₀ là ankan (alkane) nên chỉ gồm liên kết đơn C–C và C–H. Việc cần làm là sắp xếp 4 nguyên tử carbon thành khung carbon, sau đó điền H cho đủ hoá trị IV của từng C.

Bước 1: Tìm các khung carbon

Mạch thẳng: C–C–C–C.
Mạch nhánh: một C nối với ba C còn lại (dạng chữ T hoặc chữ Y).

Với 4 carbon, chỉ có hai khung này. Mạch vòng không xét vì k = 0.

Bước 2: Điền hydrogen

C đầu mạch mới nối 1 C nên cần 3 H. C giữa mạch nối 2 C nên cần 2 H. C trung tâm của mạch nhánh nối 3 C nên chỉ cần 1 H.

Kiểm tra số H: mạch thẳng có 3 + 2 + 2 + 3 = 10. Mạch nhánh có 3 + 3 + 3 + 1 = 10. Cả hai đều khớp với C₄H₁₀.

Công thức cấu tạo đầy đủ của butane và isobutane (2-methylpropane), cùng công thức phân tử C4H10 — Hai công thức cấu tạo đầy đủ của C4H10: butane (mạch thẳng) và isobutane (mạch nhánh).

Tên gọi	Công thức thu gọn	Đặc điểm khung carbon
Butane (n-butane)	CH₃–CH₂–CH₂–CH₃	Mạch thẳng, 4 C liên tiếp
Isobutane (2-methylpropane)	CH₃–CH(CH₃)–CH₃	Mạch chính 3 C, 1 nhánh methyl ở C số 2

Công thức cấu tạo của C₂H₆O

Ở đây có thêm nguyên tử O hoá trị II. O có thể đứng ở hai kiểu vị trí:

O nối với một C và một H (nhóm –OH): ta được ethanol CH₃–CH₂–OH.
O nằm giữa hai C (nhóm C–O–C): ta được dimethyl ether CH₃–O–CH₃.

Kiểm tra số H: ethanol có 3 + 2 + 1 = 6. Dimethyl ether có 3 + 3 = 6. Cả hai đều đúng.

Công thức cấu tạo đầy đủ của ethanol và dimethyl ether, cùng công thức phân tử C2H6O — Hai công thức cấu tạo đầy đủ của C2H6O: ethanol (nhóm –OH) và dimethyl ether (nhóm C–O–C).

Chất	Công thức đầy đủ (dạng viết ngang)	Công thức thu gọn	Nhóm đặc trưng
Ethanol	H–C(H)(H)–C(H)(H)–O–H	CH₃CH₂OH hay C₂H₅OH	Hydroxyl (–OH)
Dimethyl ether	H–C(H)(H)–O–C(H)(H)–H	CH₃OCH₃	Ether (C–O–C)

Phân biệt “đầy đủ” và “thu gọn”

Công thức cấu tạo đầy đủ (khai triển): vẽ tất cả nguyên tử và mọi liên kết, mỗi gạch nối là một liên kết, kể cả C–H và O–H.
Công thức cấu tạo thu gọn: gộp các H vào C hoặc O mà chúng liên kết, ví dụ CH₃, CH₂, OH. Có thể bỏ bớt gạch nối C–H.

Cách viết thu gọn nhất của butane là CH₃[CH₂]₂CH₃. Ngoài ra còn có công thức khung (đường gấp khúc) nhưng bài này chưa yêu cầu.

Vì sao đây là các đồng phân?

Đồng phân là các chất có cùng công thức phân tử nhưng khác công thức cấu tạo, nên tính chất khác nhau. Có hai kiểu đồng phân xuất hiện trong bài:

Đồng phân mạch carbon (butane và isobutane): khác nhau ở cách sắp xếp khung carbon. Butane sôi ở khoảng –0,5 °C, isobutane sôi thấp hơn, khoảng –12 °C. Mạch nhánh làm phân tử gọn hơn nên lực hút giữa các phân tử yếu hơn.
Đồng phân nhóm chức (ethanol và dimethyl ether): khác nhau về nhóm chức nên tính chất hoá học khác hẳn. Ethanol là chất lỏng ở điều kiện thường, tan vô hạn trong nước. Dimethyl ether là chất khí.

Ví dụ về khác biệt hoá học: ethanol phản ứng với kim loại sodium, còn dimethyl ether thì không.

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂↑ (hiện tượng: sodium tan dần, có bọt khí không màu thoát ra).

Cả hai chất đều cháy được. Ví dụ phản ứng đốt cháy:

2C₄H₁₀ + 13O₂ → (t°) 8CO₂ + 10H₂O
C₂H₅OH + 3O₂ → (t°) 2CO₂ + 3H₂O

Lỗi sai thường gặp

Tưởng bẻ cong mạch là đồng phân mới. Viết CH₃–CH₂–CH₂–CH₃ theo hàng ngang hay gấp khúc đều chỉ là butane. Đồng phân chỉ khác nhau khi trật tự liên kết thay đổi. Mẹo: đếm số C liên tiếp dài nhất, nếu vẫn là 4 thì đó là butane.
Chỉ viết một đồng phân. Với “các chất có công thức phân tử như sau”, cần liệt kê đủ cả hai chất cho mỗi công thức.
Viết sai hoá trị. Ví dụ cho C giữa mạch 3 H hoặc để O chỉ có một liên kết. Cứ đếm gạch quanh mỗi nguyên tử: C có đúng 4, O có đúng 2, H có đúng 1.
Viết lặp đồng phân. CH₃–CH(CH₃)–CH₃ và (CH₃)₃CH là cùng một chất. Cách viết thu gọn khác nhau không làm thành chất khác.
Nhầm C₂H₅OH với CH₃OCH₃. Hai chất cùng C₂H₆O nhưng nhóm chức khác nhau, đừng coi là một.

Mẹo nhớ nhanh

Ankan C_nH_2n+2: số đồng phân của C₄H₁₀ là 2, của C₅H₁₂ là 3, của C₆H₁₄ là 5.
Gặp công thức dạng C_nH_2n+2O (k = 0), hãy xét hai khả năng: rượu (có –OH) và ether (có C–O–C).
Viết đồng phân theo thứ tự: mạch dài nhất trước, rồi rút bớt carbon thành nhánh. Vị trí nhánh hay nhóm chức thì dịch dần từ đầu mạch vào giữa.

Bài luyện tập tự đặt

Viết các công thức cấu tạo thu gọn ứng với C₃H₈O (không có liên kết đôi, không có vòng).
Viết và gọi tên các đồng phân cấu tạo của C₅H₁₂.
Trong hai chất C₂H₆O, chất nào phản ứng được với Na? Giải thích.

Đáp án:

Có 3 chất: CH₃–CH₂–CH₂–OH (propan-1-ol); CH₃–CH(OH)–CH₃ (propan-2-ol); CH₃–O–CH₂–CH₃ (ethyl methyl ether).
Có 3 chất: CH₃CH₂CH₂CH₂CH₃ (pentane); CH₃CH(CH₃)CH₂CH₃ (2-methylbutane); C(CH₃)₄ (2,2-dimethylpropane).
Ethanol phản ứng với Na vì có nhóm –OH, giải phóng H₂. Dimethyl ether không có liên kết O–H nên không phản ứng.

Kết luận

C₄H₁₀ ứng với butane và isobutane. C₂H₆O ứng với ethanol và dimethyl ether. Khi gặp bài tương tự, hãy tính độ bất bão hoà, dựng khung carbon, đặt nhóm chức và điền H cho đủ hoá trị. Cuối cùng đếm lại số H để chắc chắn không sai.

Câu hỏi thường gặp

C4H10 có bao nhiêu công thức cấu tạo?

C4H10 có 2 công thức cấu tạo: butane (mạch thẳng CH3–CH2–CH2–CH3) và isobutane hay 2-methylpropane (mạch nhánh CH3–CH(CH3)–CH3).

C2H6O có những công thức cấu tạo nào?

C2H6O có 2 công thức cấu tạo: ethanol CH3–CH2–OH (nhóm hydroxyl) và dimethyl ether CH3–O–CH3 (nhóm ether).

Công thức cấu tạo đầy đủ khác thu gọn ở điểm nào?

Công thức đầy đủ vẽ mọi nguyên tử và mọi liên kết, kể cả C–H và O–H. Công thức thu gọn gộp H vào nguyên tử liên kết với nó, ví dụ CH3, CH2, OH, nên ngắn gọn hơn.

Làm sao biết C4H10 không có liên kết đôi hay vòng?

Tính độ bất bão hoà k = (2×4 + 2 – 10)/2 = 0. Vì k = 0 nên phân tử chỉ có liên kết đơn và không có vòng.

Đề bài và hướng giải chung