4: ترکیبات مزدوج و طیف سنجی فرابنفش
- Page ID
- 216695
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)پس از اتمام فصل 14، باید بتوانید
- تحقق اهداف دقیق ذکر شده در هر بخش جداگانه.
- هنگام طراحی سنتزهای چند مرحله ای، از واکنش های مورد بحث همراه با فصل های قبلی استفاده کنید.
- از واکنش ها و مفاهیم مورد بحث برای حل مشکلات نقشه راه استفاده کنید.
- استفاده از داده های طیفی ماوراء بنفش، همراه با سایر داده های طیفی، برای روشن کردن ساختار یک ترکیب ناشناخته.
- تعریف، و استفاده در متن، اصطلاحات کلیدی معرفی شده است.
شما قبلاً شیمی ترکیباتی را مطالعه کرده اید که حاوی یک پیوند دوگانه کربن-کربن هستند. در این فصل، شما توجه خود را بر ترکیباتی که حاوی دو یا چند پیوند هستند، متمرکز خواهید کرد. به طور خاص شما خواص این ترکیبات را که حاوی دو پیوند دوگانه کربن-کربن هستند که توسط یک پیوند تک کربن کربن جدا می شوند، مطالعه خواهید کرد. این ترکیبات «دین های مزدوج» نامیده می شوند.
برای درک خواص نشان داده شده توسط دینهای مزدوج، ابتدا باید پیوند آنها را از نظر تئوری اوربیتال مولکولی که در بخش 1.11 معرفی شده است، بررسی کنید. سپس، باید یاد بگیرید که چگونه محصولات یک واکنش به ملاحظات ترمودینامیکی و جنبشی وابسته هستند. کدام یک از این دو عامل مهمترین است، گاهی اوقات می تواند تعیین کند که کدام یک از دو محصول ممکن در هنگام انجام واکنش تحت شرایط خاص غالب خواهد بود. اگر چه ما نباید استفاده گسترده ای از طیف سنجی ماوراء بنفش داشته باشیم، این تکنیک اغلب می تواند اطلاعات مهمی را در هنگام بررسی ترکیبات کونژوگه ارائه دهد. به طور کلی، طیف سنجی فرابنفش نسبت به سایر تکنیک های اسپکتروسکوپی که قبلا معرفی شده اند، کمتر مفید است.
- 4.1: چرا این فصل؟
- ترکیبات مزدوج OpenSTAX از انواع مختلف در طبیعت رایج هستند. بسیاری از رنگدانه های مسئول رنگ های درخشان میوه ها، گل ها و حتی حیوانات دارای پیوندهای متناوب متعدد تک و دوگانه هستند. β-کاروتن، به عنوان مثال، رنگدانه نارنجی مسئول رنگ هویج و منبع مهمی از ویتامین A، یک پلی اتیلن کونژوگه با 11 پیوند دوگانه است.
- 4.2: پایداری دین های مزدوج- نظریه اوربیتال مولکولی
- دیین های مزدوج را می توان با برخی از روش هایی که قبلاً برای تهیه آلکن ها مورد بحث قرار گرفت تهیه کرد. حذف HX ناشی از پایه از یک آللیک هالید یکی از این واکنش ها است. یکی دیگر از ویژگی های متمایز دیین های مزدوج، پایداری غیر معمول آنها است، همانطور که گرمای هیدروژناسیون آنها نشان می دهد.
- 4.3: اضافات الکتروفیلی به دین های کونژوگه - کربوکاتیون های آلیلیک
- یکی از قابل توجه ترین تفاوت های بین دیین های مزدوج و آلکن های معمولی، رفتار آنها در واکنش های افزودن الکتروفیل است. دیین های مزدوج نیز به راحتی تحت واکنش های افزودن الکتروفیلی قرار می گیرند، اما مخلوط محصولات به طور مداوم به دست می آید.
- 4.4: کنترل جنبشی در مقابل ترمودینامیکی واکنش ها
- در این بخش مفاهیم کنترل جنبشی و ترمودینامیکی در واکنشهای شیمیایی مورد بحث قرار میگیرد. کنترل جنبشی به نفع تشکیل محصولاتی است که سریعتر تشکیل می شوند، در حالی که کنترل ترمودینامیکی منجر به محصولات با ثبات تر می شود. شرایطی که تحت آن واکنش ها رخ می دهد، مانند دما و غلظت، بر اینکه کدام مسیر مطلوب است تأثیر می گذارد. درک این مفاهیم برای پیش بینی نتایج واکنش و بهینه سازی مسیرهای مصنوعی در شیمی آلی ضروری است.
- ۴٫۵: واکنش سیکلوادکشن دیلز-آلدر
- شاید مهمترین تفاوت بین دینهای کونژوگه و غیر کونژوگه این باشد که دینهای مزدوج تحت واکنش افزایشی با آلکن ها قرار می گیرند تا محصولات سیکلوهگزن جایگزین را تولید کنند. این فرآیند که پس از کشف کنندگان آن واکنش سیکلوادسیون دیلز-آلدر نامگذاری شده است، در آزمایشگاه بسیار مفید است زیرا دو پیوند کربن-کربن را در یک مرحله تشکیل می دهد و یکی از معدود روش های عمومی موجود برای ساخت مولکول های چرخه ای است.
- ۴٫۶: ویژگیهای واکنش دیلز-آلدر
- واکنش سیکلوافزودن Diels—Alder با سرعت بیشتری رخ می دهد اگر جزء آلکن، به نام دینوفیل («عاشق دین»)، دارای یک گروه جایگزین الکترون است. بنابراین، اتیلن خود را به آرامی واکنش می دهد، اما پروپنال، اتیل پروپنوات، انیدرید مالئیک، بنزوکینون، پروپنینیتریل و ترکیبات مشابه بسیار واکنش پذیر هستند. همچنین توجه داشته باشید که آلکین ها، مانند متیل پروپینوات، می توانند به عنوان Diels—Alder dienophiles عمل کنند.
- 4.7: پلیمرهای دین - لاستیک های طبیعی و مصنوعی
- دیین های کونژوگه را می توان به همان اندازه آلکن های ساده پلیمریزه کرد (بخش 8.10). پلیمرهای دین از نظر ساختاری پیچیده تر از پلیمرهای آلکن ساده هستند، با این حال، زیرا پیوندهای دوگانه در هر چهار اتم کربن در طول زنجیره رخ می دهد و منجر به احتمال ایزومرهای cis-trans می شود. آغازگر (In) برای واکنش می تواند یک رادیکال باشد، همانطور که در پلیمریزاسیون اتیلن یا اسید رخ می دهد.
- 4.8: طیف سنجی ماوراء بنفش
- طیف سنجی ماوراء بنفش اطلاعات بسیار کمتری در مورد ساختار مولکول ها نسبت به تکنیک های اسپکتروسکوپی مورد مطالعه قبلی (طیف سنجی مادون قرمز، طیف سنجی جرمی و طیف سنجی NMR) ارائه می دهد
- 4.9: تفسیر طیف های ماوراء بنفش- اثر مزدوج
- طول موج لازم برای اثر گذار π → π* در یک مولکول مزدوج به شکاف انرژی بین HOMO و LUMO بستگی دارد که به نوبه خود به ماهیت سیستم مزدوج بستگی دارد. بنابراین، با اندازه گیری طیف UV یک ناشناخته، می توانیم اطلاعات ساختاری در مورد ماهیت هر سیستم الکترونی π مزدوج موجود در یک مولکول بدست آوریم.
- 4.10: ترکیب، رنگ و شیمی بینایی
- چرا برخی از ترکیبات آلی رنگی هستند در حالی که برخی دیگر نه؟ β-کاروتن، رنگدانه موجود در هویج، زرد و نارنجی است، به عنوان مثال، در حالی که کلسترول بی رنگ است. پاسخ شامل هر دو ساختار شیمیایی مولکول های رنگی و نحوه درک ما از نور است.
- 4.11: مواد شیمی-فوتولیتوگرافی
- پنجاه سال پیش، شخصی که علاقه مند به داشتن یک کامپیوتر بود، حدود 150 هزار دلار برای 16 مگابایت حافظه با دسترسی تصادفی پرداخت می کرد که حجمی به اندازه یک میز کوچک را اشغال می کرد. امروزه هر کس می تواند 60 برابر حافظه کامپیوتر را با 10 دلار خریداری کند و تراشه کوچک را در جیب پیراهن خود قرار دهد. تفاوت بین آن زمان و اکنون به دلیل پیشرفت در فوتولیتوگرافی است، فرایندی که تراشه های مدار یکپارچه ساخته می شوند.
- 4.13: خلاصه
- ترکیبات اشباع نشده ای که قبلاً به آنها نگاه کرده ایم فقط یک پیوند دوگانه داشته اند، اما بسیاری از ترکیبات دارای مکان های بی شماری از اشباع نشده هستند که به آنها برخی از ویژگی های متمایز می دهد. بسیاری از این ترکیبات در طبیعت رایج هستند، از جمله رنگدانه ها و هورمون ها.
- 4.14: خلاصه ای از واکنش ها
- این بخش واکنش های کلیدی شامل ترکیبات کونژوگه، از جمله واکنش های اضافه، جایگزینی الکتروفیل و تشکیل محصولات پایدار از طریق کنترل ترمودینامیکی را خلاصه می کند. این بر اهمیت درک اینکه چگونه ترکیب بر واکنش پذیری و تشکیل محصول تاثیر می گذارد، تأکید می کند. خلاصه همچنین اهمیت طیف سنجی ماوراء بنفش در تجزیه و تحلیل این ترکیبات را برجسته می کند.
- 4.15: مشکلات اضافی
- بخش «مشکلات اضافی» تمرینات مربوط به ترکیبات مزدوج و طیف سنجی ماوراء بنفش، افزایش درک مفاهیم مانند کنترل جنبشی در مقابل ترمودینامیکی، الگوهای واکنش پذیری و تجزیه و تحلیل ساختاری را فراهم می کند. این مشکلات دانش آموزان را به چالش می کشد تا دانش نظری را به سناریوهای عملی اعمال کنند و یادگیری را از طریق حل مسئله تقویت کنند.