هيدروكربن ها

[pesare baba 2250]

بعضي از ترکيبات آلي ، فقط شامل دو عنصر هيدروژن و کربن هستند و بنابراين به عنوان "هيدروکربن" (Hydrocabons) شناخته مي‌شوند.

 

 

تقسيم‌بندي هيدروکربنها

 

بسته به ساختمان ، هيدروکربنها به دو دسته اصلي آليفاتيک و آروماتيک تقسيم مي‌شوند. هيدروکربنهاي آليفاتيک خود به گروههاي وسيع‌تري تقسيم مي‌شوند: آلکانها ، آلکنها ، آلکينها و ترکيبات حلقوي مشابه (سيکلوآلکانها و غيره).

 

 

آلکانها

 

ساده ترين عضو خانواده آلکانها و در واقع ، يکي از ساده ترين ترکيبات آلي ، متان CH4 است. تمام آنچه که در مورد CH4 وجود دارد، مي‌توان با اختلافات کمي در مورد ساير آلکانها نيز بکاربرد.

 

 

ساختمان متان

 

در متان ، هر يک از چهار اتم هيدروژن بوسيله يک پيوند کووالانسي به اتم کربن متصلند که اين عمل ، با به اشتراک يک زوج الکترون انجام مي‌شود. هنگامي که کربن به چهار اتم ديگر متصل شود، اوربيتالهاي پيوندي (اوربيتالهاي SP3 که از همپوشاني يک اوربيتال S و سه اوربيتال P تشکيل مي‌شوند) به گوشه هاي يک چهار وجهي هدايت مي‌شوند.

 

اين آرايش چهار وجهي ، آرايشي است که اجازه مي‌دهد اوربيتالها تا حد امکان از يکديگر فاصله بگيرند. براي اينکه هر کدام از اين اوبيتالها بتوانند به نحو موثري با اوربيتال کروي 5 اتم هيدروژن همپوشاني نمايند و بنابراين قويترين پيوند را بوجود آورند، هسته هر کدام از هيدروژنها ، بايستي در گوشه اين چهار وجهي قرار بگيرد.

 

 

منبع متان

 

متان ، محصولي متلاشي شدن ناهوازي (بدون هوا) گياهان يعني شکستن بعضي از مولکولهاي خيلي پيچجيده مي باشد. همچنين تشکيل دهنده قسمت اعظم (حدود 79%) گاز طبيعي است. متان ، گاز آتشگير خطرناک معادن زغال سنگ و به صورت جبابهاي گاز از سطح مرداب‌ها خارج مي‌شود.

 

 

آلکنها

 

آلکنها ، دسته وسيعي از هيدروکربنها را شامل مي‌شوند که به هيدروکربنهاي غير اشباع (Unsaturated) موسومند. تعداد هيدروژنهاي اين ترکيبات ، کمتر از آلکانهاي هم کربن مي‌باشد. آلکنها ممکن است يک يا چند پيوند دو گانه مجزا و دور از هم و يا مزدوج داشته باشند.

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

ساختمان پيوند دو گانه کربن- کربن در آلکنها

 

اتيلن ، کوچکترن عضو خانواده آلکنها و به فرمول C2H4 مي‌باشد که دو اتم هيدروژن کمتر از آلکان هم‌کربن (اتان) دارد. بررسي ساختمان اتيلن به طريقه کوانتوم مکانيکي نشان داده است که کربن ، براي اينکه در ساختمان اتيلن شرکت نمايد، لازم است که با استفاده از اوربيتالهاي 2S و دو اوربيتال 2P خود ، سه اوربيتال هيبريدي يکسان بوجود آورد که اين اوربيتالهاي هيبريدي در يک سطح قرار مي‌گيرند بنحوي که اتم کربن در مرکز يک مثلث قرار گرفته و زواياي بين اوربيتالهاي هيبريدي 120 درجه تخمين زده شده است.

 

هرگاه ما چهار اتم هيدروژن و دو اتم کربن SP2 را در کنار هم مرتب کنيم، شکلي ايجاد مي‌شود که در آن ، هر اتم کربن ، در سه پيوند سيگما شرکت دارد. براي رسيدن به کربن به حالت اکتت ، لازم است که سومين اوربيتال 2P اتمهاي کربن همپوشاني کرده، پيوند ايجاد کنند. اين پيوند که از همپوشاني اوربيتالهاي P کرين ايجاد مي‌شود، از نظر شکل و انرژي با پيوند سيگما متفاوت مي شود و به پيوند ? موسوم است که از دو قسمت تشکيل شده است.

 

يک ابر الکتروني در بالاي سطح مولکول و ابر الکتروني ديگر در پايين سطح قرار مي‌گيرد. وقتي اين ساختمان ميتواند ايجاد شود که تمام اتمهاي شرکت کننده در ساختمان اتيلن ، در يک سطح قرار بگيرند. پس مولکول اتيلن لازم است يک مولکول مسطح باشد. مسطح بودن مولکول اتيلن بوسيله روشهاي طيف‌سنجي و پراش الکتروني مورد تائيد قرار گرفته است.

 

 

آلکينها

 

هرگاه ترکيب آلي ، حاوي پيوند سه‌گانه کربن به کربن باشد، آلکين ناميده مي‌شود. استيلن با فرمول C2H2 کوچکترين عضو اين خانواده مي‌باشد و به همين دليل ، آلکنها را ترکيبات استيلني يا استيلن‌هاي استخلاف دار مي‌گويند. براي اينکه دو اتم و دو اتم هيدروژن به هم وصل شوند و مولکول کاملي توليد نمايند، لازم است که کربنها با هيبريد SP و از طريق پيوند سه‌گانه (يک پيوند سيگما و دو تا پيوند ?) به يکديگر وصل شوند: H?C?C?H

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

تقسيم بندي استيلنها

 

 

 

• استيلن‌هاي حقيقي يا انتهايي (terminal acetylenes):
  
  
   
  
  
  به ترکيباتي از اين گروه اطلاق مي‌شود که حداقل يک اتم هيدروژن متصل به کربن SP در آنها وجود داشته باشد. مثلا پروپن (متيل استيلن) ، يک استيلن حقيقي است. به همين ترتيب فنيل استيلن و ترسيوبوتيل استيلن از استيلن هاي حقيقي مي‌باشند.
  
  
   
  
  
  
• استيلن هاي داخلي (Internal acetylenes):
  
  
   
  
  
  

هرگاه پيوند سه‌گانه کربن به کربن در جايي از مولکول قرار گرفته باشد که کربنهاي با هيبريد SP به استخلاف متصل باشند، استيلن را داخلي مي‌نامند. مثل دي‌متيل استيلن ، دي فنيل استيلن، دي ترسيوبوتيل استيلن.

 

 

ساختمان استيلن

 

اتين يا استيلن ، کوچکترين عضو خانواده بزرگ آلکينها مي‌باشد. به طريق کوانتوم مکانيکي ، اگر بخواهيم با دو اتم کربن و دو اتم هيدروژن ، مولکولي را ايجاد کينم، لازم است که کربنها با يک پيوند سه‌گانه به يکديگر متصل شوند. براي ايجاد چنين مولکولي ، اتمهاي کربن بايد هيبريد SP داشته باشند. يکي از اين اوربيتالهاي هيبريدي به کربن و ديگري به هيدروژن متصل و اوربيتالهاي Py و Pz نيز دو پيوند ? را ايجاد کنند.

 

با شناختي که از دو پيوند دوگانه کربن به کربن و کربن به هيدروژن آلکنها داريم، انتظار داريم که طول پيوند سه‌گانه کربن- کربن و کربن- هيدروژن در استيلنها کوتاه باشد. طول پيوند سه گانه کربن- کربن 1,20انگستروم و کربن به هيدروژن 1,06 انگستروم اندازه گيري شده

[pesare baba 2250]

خصلت آروماتیکی و قاعده 4n+2 هوکل (Huckel)

افزون بر بنزن وترکیبات هم خانواده آن مثل نفتالین و آنتراسین و... ، مواد دیگری نیز وجود دارند کهبه‌ظاهر هیچ شباهتی به بنزن ندارند، ولی رفتاری مشابه بنزن دارند و به‌عبارتساده‌تر ، آروماتیک هستند. از ویژگیهای این مواد می‌توان به نکات زیر اشاره نمود:

. گرمای هیدروژن دار شدن و گرمای سوختن آنها پایین است.

2. برای انجام واکنشهایافزایشی ، تمایل زیادی نشان نمی‌دهند

3. در واکنشهای جانشینی الکترونخواهی شرکتمی‌کنند.

بررسی‌های تجربی مثل مطالعه خواص فیزیکی و انرژی هیدروژن‌دار شدنسیستمها با تعداد الکترونهای π مختلف به این نتایج منجر شده است که:

 

1. مولکولهایی آروماتیک هستند و خصلت آروماتیکی از خود نشان میدهند که تعداد الکترونهای سیستم π آنها ، 2 و 4 و 6و 10و... باشد. این ضرورت ،قاعده هوکل یا 4n+2 نامیده می‌شود. سپس ترکیباتی که برای آنها n=0, 1 , 2 ,… می‌باشد، آروماتیک خواهند بود.

2. مولکول باید ساختمان مسطح داشته باشد. تمامترکیباتی که این دو شرط اساسی در آنها رعات شده باشد، زوایای پیوندی در آنها طبیعی، همپوشانی اوربیتالهای π مناسب و غیر مستقر شدن الکترونها بخوبی میسر باشد،پایداری مولکول بیشتر خواهد بود.

یک مثال

واکنش 3- کلرو سیکلوپروپن با SbCl5 ، ماده پایداری به فرمول C3H3SbCl6 ایجاد می‌کند که در حلالهای دی‌اکسیدگوگرد مایع بخوبی حل نشده ، ولی در حلالهای غیرقطبی نامحلول است. مطالعه طیفNMR اینماده ، سه پروتون هم‌ارزش را به نمایش می‌گذارد. این نتایج ، با تشکیل کاتیونسیکلوپروپن که کوچکترین مولکول آروماتیک می‌باشد، مطابقت دارد.

ترکیبهایآروماتیک ، هتروآروماتیک و انرژی رزونانس

نتایج تجربی حاصل از واکنشهای هیدروژندار شدن هیدروکربنهای جوش خورده دو حلقه‌ای و سه حلقه‌ای و... نشان می‌دهد که هر چهتعداد الکترونهای بیشتری در رزونانس شرکت کرده باشند، انرزژی آزاد شده بیشتر وپایداری نسبی نیز بیشتر خواهد بود.

نامگذاری مشتقات بنزن و ترکیبات آروماتیک جوش خورده

برخی از مشتقات بنزن ، ناممخصوص به خود دارند، مثلا هیدروکسی بنزن را فنل (C6H5OH) ، متوکسی بنزن را آنیزول (C6H5OCH3)، متیل بنزن را تولوئن (C6H5CH3) ، ایزوپروپیل بنزن را کیومن و آمینوبنزنرا آنیلین می‌گویند.

برای نامگذاری خیلی از مشتقات بنزن ، نام گروه یا استخلاف به صورت پیشوند بر کلمهبنزن افزوده می‌شود. مثلا فلوئورو بنزن ، ترسیوبوتیل بنزن ، نیتروبنزن ،سیکلوپروپیل بنزن نمونه هایی از این نوع هستند. جهت نامگذاری مشتقات دو استخلافیبنزن. لازم است که محل استخلافها از پیشوند اورتو ، متا یا پارا استفاده شود؛ بهعنوان مثال ، اورتو دی‌متیل بنزن ، متا دی‌متیل بنزن ، پارا دی‌متیل بنزن.

در مواردیکه دو استخلاف متفاوت روی حلقه بنزن قرار گرفته باشد و هیچکدام از گروههانام ویژه ای به مولکول نداده باشند، پس از ذکر موقعیت گروهها با پیشوند اورتو و... ، نام گروهها را ذکر نموده ، در پایان ، کلمه بنزن بر آنها افزوده می‌شود. اگر وجودیک گروه ، نام ویژه ای به مولکول بدهد، در آن صورت مولکول به عنوان مشتق آن ترکیبویژه محسوب می‌شود