Một Số Hợp Chất Hữu Cơ Có Cấu Trúc Kì Lạ

(D&3H) Đã gần 200 năm kể từ ngày ngành hóa học hữu cơ (organic chemistry) chính thức ra đời với sự kiện Friedrich Wöhler tổng hợp thành công hợp chất hữu cơ nhân tạo đầu tiên là urê từ kali xianat và amoni sunfat vào năm 1828. Từ đó đến nay ngành hóa học hữu cơ, đặc biệt là ở mảng tổng hợp hữu cơ đã có những sự phát triển như vũ bão. Nếu như ngành hóa học vô cơ (inorganic chemistry) ra đời và phát triển trước đó hàng mấy trăm năm mà đến nay số lượng hợp chất vô cơ được phát hiện chỉ mới đạt con số xấp xỉ 2 triệu thì với ngành hóa học hữu cơ, con số hợp chất được phát hiện ước chừng gấp 10 lần như thế!

Friedrich Wöhler
(31/7/1800 – 23/9/1882)

Ngoài những hợp chất có sẵn trong thiên nhiên đã được tìm ra, các nhà tổng hợp hữu cơ còn tổng hợp được rất nhiều loại hợp chất mới, đặc biệt trong 30 năm trở lại đây thì người ta còn tổng hợp được rất nhiều hợp chất hữu cơ mới với cấu trúc kì lạ. Những hợp chất được tổng hợp nên không chỉ có ý nghĩa rằng hóa học hữu cơ đã đạt được nhiều thành tựu trong các phương pháp tiến hành phàn ứng hoá học mà nó còn nói lên một điều rằng hoá học cũng sinh động và thú vị lắm chứ không khô khan như bao người đã nghĩ. Chúng ta hãy thử tìm hiểu về một số hợp chất đó để thấy được sự kì diệu của khoa học hiện đại xem.

1. Hợp chất có cấu tạo hình ngôi nhà
Một hiđrocacbon có cấu trúc đặc biệt đã được tổng hợp bởi Eaton vào năm 1981, và được Chất này là một hệ thống vòng kém bền do được tạo nên từ các hệ vòng hết sức căng (chủ yếu là vòng 4 cạnh) Ngoài cái ra tên pentaprisman thì nó còn được biết đến với cái tên là xaxiclo[5.3.O.O2,6.O3,10.O4,9.O5,8] đecan. Năm 1973, tuy Eaton chưa tổng hợp ra pentaprisman nhưng Scheleyer đã dự đoán sự tồn tại của hợp chất này, ông hình dung nó có hình dạng như một ngôi nhà cấp 4 nên đã gọi tên nó là housan, bắt nguồn từ chữ house.

Hai năm sau (1975) Kent đã tổng hợp được một hợp chất có cấu trúc gần hoàn thiện như pentaprisman, chỉ có một điểm khác biệt là hợp chất do Kent tổng hợp ra có một nhóm CH2 gắn vào “nóc” của phân tử pentaprisman tạo nên một cái “tháp” trên nóc đó. Do đó Kent đã đặt cho hợp chất này cái tên là churchan, xuất phát từ chữ church.

2. Hợp chất có cấu trúc dạng bậc thang

Ladderan là một loại hiđroocacbon bao gồm nhiều vòng xiclobutan ngưng tụ với nhau. Với cấu trúc như thế thì nó trở nên hết sức căng. Lần đầu tiên được phân lập trong cơ thể của một loài vi khuẩn có khả năng chuyển hóa amoniac thành nitơ. Một cấu trúc bậc thang đặc biệt như thế này quả thật chưa bao giờ được nhìn thấy trong tự nhiên, và các nhà khoa học Nhật đã tổng hợp thành công hệ thống này bằng con đường tổng hợp quang hóa vào năm 2006. Cấu trúc bên cạnh là cấu trúc của một loại ladderane được tìm thấy trong tự nhiên (axit pentacycloanammoxic)và một phương pháp tổng hợp nhân tạo của nó:

3. Hợp chất có hình dạng con người

Nanoputian là tên gọi chung của một dãy các hợp chất mà cấu trúc của chúng có hình dạng tương tự như những con người – hay chính xác hơn là hình dáng của một chú bé. Vào năm 2003 James Tour et al (ĐH Rice) đã xây dựng và tổng hợp các hợp chất này vào năm 2003 như là một phần trong dự án dạy học Hóa học cho các sinh viên trẻ.

Các hợp chất này chứa hai vòng benzen nối với nhau qua vài nguyên tử cacbon như phần khung, 4 đơn vị axetilen và 1 cấu trúc 1,3-đioxolan để tạo đầu. Hình trên là một trong những nanoputian tiêu biểu với hình dạng chú bé đang nhảy múa. Còn dưới đây, là phương pháp chung để chuyển hóa “chú bé” trên thành những nhân vật mới.

Phật tổ:

4. Hợp chất có biểu tượng của Olympic

Những ngày tháng 8 trên khắp mọi miền của thế giới, mọi sự chú ý đều đổ dồn về Bắc Kinh (Beijing) để theo dõi những thông tin nóng hổi về thế vận hội Quốc tế 4 năm mới có một lần này, chắc không có ai còn xa lạ với biểu tượng những vòng tròn đan xen nhau của Olympic, những vòng tròn đại diện cho các châu lực trên thế giới:

Và một điều thú vị là có một dạng cấu trúc Hoá học đã trở nên nổi tiếng nhờ “ăn theo” biểu tượng này. Cấu trúc này bao gồm 5 hệ thống vòng liên kết với nhau không khác gì biểu tượng của kỳ thi Olympic (nên còn được gọi là Olympiadane). Tuy hợp chất này thể hiện một tính bền không cao lắm nhưng nó đã mở ra một thời kỳ mới cho việc tổng hợp các hợp chất liên kết với nhau bằng các tương tác “không nối”. Chất này đã được tổng hợp thành công bởi nhóm nghiên cứu của Stoddard vào năm 1994.

5. Hợp chất có hình dạng những con vật ngộ nghĩnh

Không chỉ dừng lại ở việc tổng hợp các hợp chất có hình dạng “cứng nhắc” như ngôi nhà, bậc thang, hình tròn… Các nhà tổng hợp hữu cơ còn làm được những điều kì diệu hơn khi đã tổng hợp thành công nhiều hợp chất với cấu trúc mà ta có thể tưởng tượng ra những hình dạng rất ngộ nghĩnh, kì thú của những con vật thân quen như: chó, mèo, bò,… Chẳng hạn trong bài báo “Old Mac Donald Named a Compound: Branched Enynenynols” (J. Chem. Ed. 1997, 74, 782) các hợp chất đã được đặt tên dựa theo bài hát về các con vật của ông lão Mac Donald), công thức cấu tạo của một số hợp chất đã được vẽ trông giống như những con vật ngộ nghĩnh trong trang trại của ông lão Mac Donald và được lược trích bởi Dr. John Andraos như ở dưới đây.

Lời kết:

Vẫn còn rất nhiều những hợp chất kì lạ nữa đã, đang và sẽ được tổng hợp tiếp. Lẽ dĩ nhiên không chỉ bởi vì chúng có những cấu trúc “khác thường” mà còn bởi những ứng dụng trong thực tế nữa. Và liệu sau này, có ai trong những người đọc bài báo này sẽ là người tổng hợp nên một loạt những hợp chất còn thú vị hơn không nhỉ? ;-)

Nguồn: www.khoahocviet.org