1. Đồng phân không gian – đồng phân lập thể

Các đồng phân không gian có cùng thành phần, số lượng nguyên tử trong phân tử, cùng một cấu tao, nhưng khác nhau về sự phân bố không gian của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử trong phân tử. Hai loại đồng phân không gian chính là đồng phân hình học và đồng phân quang học. Ở hai loại này, các chất đồng phân phân biệt nhau về “cấu hình”, tức là sự phân biệt trong không gian của các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử xung quanh phần “cứng nhắc” hoặc phần “không trùng vật ảnh” của phân tử. Ngoài ra, các đồng phân cấu dạng cũng có thể được coi là loại đồng phân không gian thứ ba. Tất cả các loại đồng phân không gian này nhiều khi xuất hiện xen kẽ nhau.

1.1. Đồng phân hình học

Nếu có hai nguyên tử nối nhau bằng một liên kết cộng hóa trị “cứng nhắc”, nghĩa là không có sự quay của hai phần phân tử quanh trục nối  của hai nguyên tử này thì hai nhóm thế nối với chúng có thể có những cách phân bố không gian khác nhau: có thể cùng phía với nhau hoặc khác phía với nhau. Dựa trên cơ sở đó, đồng phân hình học thường có ở các hợp chất có nối đôi cacbon-cacbon, nối đôi giữa cacbon và một dị tố hoặc giữa các dị tố với nhau hoặc ở các hợp chất mạch vòng. Đó là những phần “cứng nhắc” làm cho các nhóm thế nối với chúng không có khả năng quay tự do.

Như vậy, đồng phân hình học là những chất có cùng CTPT, cùng CTCT nhưng có vị trí không gian của các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử khác nhau đối với một bộ phận cứng nhắc (mặt phăng liên kết π hay mặt phẳng của vòng).

Như vậy điều kiện để có đồng phân hình học là:

*Phân tử phải có 1 bộ phận “cứng nhắc” là nối đôi hoặc vòng no.

*Hai nguyên tố nối với C nối đôi hay vòng no phải khác nhau.

1.1.1. Phân loại và gọi tên các Đồng phân hình học

Dựa vào đặc điểm phân bố xung quanh bộ phận “cứng nhắc”, hoặc theo mạch C chính. Các ĐP hình học có 2 loại chính: Cis (hoặc syn) và trans (hoặc anti)

+ Theo bản chất của nhóm thế thì:

*Khi 2 nhóm thế giống nhau ở cùng phía so với mặt phẳng chứa bộ phận “cứng nhắc” thì gọi là ĐP cis hay ĐP syn.

*Khi 2 nhóm thế giống nhau ở khác phía so với mặt phẳng chứa bộ phận “cứng nhắc” thì gọi là ĐP trans hay ĐP anti.

Danh pháp Syn-anti: Dùng cho nối đôi >C=Y có một cặp điện tử không phân chia (ở Y) như đối với loại hợp chất andoxim, xetoxim không đối xứng, hidrazon, hợp chất azo có liên kết C=N, N=N. (syn-: cùng phía, anti-: khác phía).

Ví dụ:

+ Theo sự phân bố của mạch C chính so với mặt phẳng liên kết π thì:

* Khi mạch chính nằm về một phía so với mặt phẳng liên kết π thì gọi là ĐP cis.

* Khi mạch chính phân bố về hai phía của mặt phẳng liên kết π thì gọi là đồng phân Trans.

Ví dụ:

Trường hợp không thể gọi tên theo cách gọi Cis-Trans thì ta gọi các đồng phân là Z-E. Tức là khi cả 4 nhóm thế xung quanh bộ phận “cứng nhắc” hoàn toàn khác nhau. Để gọi được tên các dạng này, người ta phải so sánh độ hơn cấp (độ lớn) của các nhóm thế trên cùng một C nối đôi hay C vòng, độ hơn cấp được so sánh theo quy tắc sau:

*Nguyên tử có số thứ tự trong Bảng tuần hoàn càng lớn thì độ hơn cấp càng cao.

*Nếu lớp thứ nhất giống nhau thì ta xét tiếp lớp thứ hai,lớp thứ ba…

*Nếu một nhóm nguyên tử có nối đôi hay nối ba với nguyên tử khác thì xem như nguyên tử đó có 2 lần, 3 lần liên kết với nguyên tử kia.

Ví dụ: