5: بنزن و آروماتیک
- Page ID
- 216923
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \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 15، باید بتوانید
- انجام تمام اهداف دقیق ذکر شده در هر بخش جداگانه.
- استفاده از اطلاعات ارائه شده در این فصل، همراه با مواد از فصل های قبلی، برای حل مشکلات، به ویژه مشکلات نقشه راه و کسانی که نیاز به درک طیف سنجی.
- مفهوم آروماتیک و پایداری ترکیبات معطر را توضیح دهید.
- تعریف، و استفاده در متن، اصطلاحات کلیدی معرفی شده است.
در فصل 3، ما یک ترکیب معطر را به عنوان ترکیبی که حاوی یک حلقه بنزن (یا گروه فنیل) است، شناسایی کردیم. اکنون زمان آن است که آروماتیک را به شیوه ای پیچیده تر تعریف کنیم. در این فصل، ما در مورد پایداری بنزن و سایر ترکیبات معطر بحث می کنیم و آن را از نظر رزونانس و نظریه اوربیتال مولکولی توضیح می دهیم. شما نامگذاری ترکیبات معطر و قانون Hückel (4 n+ 2) را برای پیش بینی آروماتیک مطالعه خواهید کرد. این فصل با خلاصه ای کوتاه از خواص اسپکتروسکوپی آرن ها به پایان می رسد.
- 5.1: چرا این فصل؟
- این فصل اهمیت بنزن و ترکیبات آروماتیک در شیمی آلی را معرفی میکند. این پایداری منحصر به فرد آنها را به دلیل تشدید و تغییر مکان الکترون π برجسته می کند و آنها را از ترکیبات غیر معطر متمایز می کند. درک این خواص برای درک واکنش ها و برنامه های کاربردی شامل آروماتیک، که نقش حیاتی در ساختار و عملکرد بسیاری از مولکول های بیولوژیکی و مواد مصنوعی ایفا می کند، بسیار مهم است.
- 5.2: نامگذاری ترکیبات معطر
- مواد آروماتیک، بیش از هر کلاس دیگر از ترکیبات آلی، تعداد زیادی از نام های غیر سیستماتیک را به دست آورده اند. قوانین آیوپاک استفاده از بسیاری از این نامها را منع میکند، اما اجازه میدهد برخی از نامهایی که بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند حفظ شوند. بنابراین، متیل بنزن معمولاً به عنوان تولوئن شناخته می شود. هیدروکسی بنزن به عنوان فنل؛ آمینوبنزن به عنوان آنیلین؛ و غیره.
- 5.3: ساختار و پایداری بنزن
- بنزن (C6H6) دارای شش هیدروژن کمتر از شش کربن سیکلوآلکان سیکلوهگزان (C6H12) است و به وضوح اشباع نشده است، معمولا به عنوان یک حلقه شش عضو با پیوندهای متناوب دوگانه و تک نشان داده می شود. با این حال، از اواسط دهه 1800 شناخته شده است که بنزن بسیار کمتر از آلکن های معمولی واکنش پذیر است و قادر به انجام واکنش های معمول افزودن آلکن نیست.
- 5.4: آروماتیک بودن و قانون Hückel 4n + 2
- در سال ۱۹۳۱، اریش هوکل، شیمیدان و فیزیکدان آلمانی، نظریهای را برای کمک به تعیین اینکه آیا یک مولکول حلقهای صفحهای دارای خواص آروماتیک است، پیشنهاد کرد. قانون او بیان می کند که اگر یک مولکول حلقوی، مسطح دارای الکترون های 4n+2 π باشد، آروماتیک محسوب می شود. این قانون به عنوان قانون Hückel شناخته می شود.
- 5.5: یون های معطر
- یون های آروماتیک، مانند سیکلوپنتادینیل و کاتیون های فنیل، به دلیل ساختارهای حلقوی، مسطح و الکترون های π تغییر مکان یافته، پایداری آروماتیک را حفظ می کنند. این یونها میتوانند در واکنشهای جایگزینی آروماتیک الکتروفیل شرکت کنند. پایداری منحصر به فرد آنها به رزونانس نسبت داده می شود، که اجازه می دهد چندین ساختار مشارکت کننده ایجاد شود. این پایداری واکنش پذیری و خواص آنها را در واکنش های آلی مختلف تحت تاثیر قرار می دهد.
- 5.6: هتروسیکل های معطر - پیریدین و پیرول
- تعریف آروماتیکی که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، یک مولکول حلقوی و مزدوج بود که حاوی الکترون های 4n + 2 π بود. هیچ چیز در این تعریف نمی گوید که اتم های موجود در حلقه باید کربن باشند. در واقع ترکیبات هتروسیکلیک نیز میتوانند آروماتیک باشند. هتروسیکل یک ترکیب چرخه ای است که حاوی اتم های بیش از یک عنصر در حلقه خود است، معمولا کربن همراه با نیتروژن، اکسیژن یا گوگرد.
- 5.7: ترکیبات معطر چند حلقه ای
- قانون Hückel به شدت فقط به ترکیبات مونوسیکلیک قابل اجرا است، اما مفهوم کلی آروماتیک را می توان گسترش داد تا شامل ترکیبات معطر چند حلقه ای باشد. نفتالین، با دو حلقه بنزن مانند با هم ترکیب شده است. آنتراسن، با سه حلقه؛ بنزو [a] پیرن، با پنج حلقه؛ و coronene، با شش حلقه، همه هیدروکربن های آروماتیک شناخته شده هستند.
- 5.8: طیف سنجی ترکیبات معطر
- طیف سنجی ترکیبات معطر بر روی تکنیک هایی مانند طیف سنجی UV-Vis، IR و NMR متمرکز است. UV-Vis به شناسایی سیستم های مزدوج و گذارهای π→π* آنها کمک می کند، در حالی که طیف سنجی IR مشخصه ارتعاشات کششی C=C را نشان می دهد. NMR بینش هایی را در مورد محیط هیدروژن در سیستم های معطر فراهم می کند و بین پروتون ها در اتم های مختلف کربن تمایز قائل می شود. این تکنیکها برای درک ساختار و رفتار ترکیبات آروماتیک ضروری هستند.
- 5.9: مواد شیمیایی - آسپرین، NSAID ها و مهار کننده های COX-2
- علت هر چه باشد — چه آرنج تنیس بازان، مچ پا پیچ خورده، یا زانوی آچدار — به نظر می رسد درد و التهاب با هم همراه هستند. با این حال، آنها در منشاء خود متفاوت هستند و داروهای قدرتمند برای درمان هر یک به طور جداگانه در دسترس هستند. برای درد و التهاب جزئی، هر دو مشکل اغلب با استفاده از یک داروی رایج بدون نسخه به نام NSAID یا داروهای ضد التهابی غیر استروئیدی درمان می شوند.
- 5.11: خلاصه
- حلقه های آروماتیک بخش مشترک بسیاری از ساختارهای بیولوژیکی هستند و به ویژه در شیمی اسید نوکلئیک و در شیمی چندین اسید آمینه مهم هستند. در این فصل، ما دیده ایم که چگونه و چرا ترکیبات معطر از ترکیبات ظاهرا مرتبط مانند سیکلوآلکن ها متفاوت هستند.