Օրգանական միացություններ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Բովանդակություն

Օրգանական միացությունների առանձնահատկությունները[խմբագրել]

    1rightarrow.png Հիմնական հոդված՝ Օրգանական քիմիա


Ի տարբերություն անօրգանական նյութերի օրգանական նյութերն ունեն մի շարք բնորոշ առանձնահատկություններ:Ամենից առաջ ածխածնի ատոմները ընդունակ են միանալու իրար հետ՝ առաջացնելով շղթաներ կամ օղակներ,որն այնքան էլ բնորոշ չէ անօրգանական միացություններին:Դա օրգանական միացությունների բազմազանության պատճառներից մեկն է:

Օրգանական մոլեկուլներում ատոմների միջև կապը կովալենտային է:Ուստի օրգանական նյութերը սովորաբար հանդիսանում են ոչ էլեկտրոլիտներ:

Եթե իոնային (անօրգանական) միացությունները հեշտությամբ ջրում դիսոցվում են իոնների և դրանց միջև ռեակցիաները ընթանում են շատ արագ,ապա պարզ (միակի) C-C և C-H կապեր պարունակող օրգանական նյութերը ռեակցում են իրար հետ մեծ դժվարությամբ կամ ընդհանրապես չեն փոխազդում:

Օրգանական միացությունները 400-600°С տաքացնելիս ամբողջապես քայքավում և ածխանում են,իսկ թթվածնի ներկայությամբ՝ այրվում:Դա բացատրվում է ածխածնի ատոմների միջև կապերի համեմատաբար ոչ մեծ ամրությամբ (355,6 կջ/մոլ):

Օրգանական միացությունների կարևոր առանձնահատկությունը հանդիսանում է այն,որ դրանց մոտ շատ տարածված է իզոմերիայի երևույթը:

Ածխածնի ատոմի առանձնահատկությունը բացատրվում է իր կառուցվածքով՝ այն ունի չորս արժեքական էլեկտրոններ:Ածխածնի ատոմները այլ ատոմների,ինչպես նաև իրար հետ,առաջացնում են ընդհանուր էլեկտրոնային զույգեր:Ընդ որում ածխածնի յուրաքանչյուր ատոմի արտաքին մակարդակում գտնվում են ութ էլեկտրոններ,որոնցից չորսը միաժամանակ պատկանում են այլ ատոմների:

Օրգանական քիմիայում սովորաբար օգտվում են կառուցվածքային բանաձևերից,քանի որ մոլեկուլում ատոմներն ունեն տարածական դասավորություն:Կառուցվածքային բանաձևերը օրգանական քիմիայի լեզուն է:

Կառուցվածքային բանաձևերում կովալենտային կապը նշվում է գծիկով:Ինչպես և անօրգական միացությունների կառուցվածքային բանաձևերում,յուրաքանչյուր գծիկ նշանակում է ընդհանուր էլեկտրոնային զույգը,որով ատոմները կապված են մոլեկուլներում:Օգտագործվում են նաև փորձային և էլեկտրոնային բանաձևեր:Պատկերենք էթիլենի և ացետիլենի համար համապատասխան բանաձևերը.

Փորձային բանաձև Էլեկտրոնային բանաձև Կառուցվածքային բանաձև
C2H4
Էթիլեն
Էթիլեն
C2H2 H : C : : : C : H ացետիլեն
Ացետիլեն

Օրգանական քիմիայում օքսիդացման աստիճան հասկացության փոխարեն կիրառվում է արժեքականություն հասկացությունը:Գրգռված վիճակում ածխածնի ատոմի արժեքականությունը միշտ հավասար է չորսի և այն առաջացնում է չորս կովալենտային կապ:

Օրգանական միացությունների քիմիական կառուցվածքը Ա.Մ. Բուտլերովի տեսությունը[խմբագրել]

Օրգանական քիմիայի զարգացման ընթացքում խոշորագույն իրադարձություն էր անցած դարի 60-ական թվականներին ռուս մեծ գիտնական Ա.Մ. Բուտլերովի կողմից ստեղծված օրգանական միացությունների կառուցվածքի տեսությունը:Այդ տեսությունը դրեց օրգական քիմիայի գիտական հիմքը և բացատրեց դրա կարևորագույն օրինաչափությունները:Իր տեսության հիմնադրույթները Ա.Մ. Բուտլերովը շարադրել է 1861 թ. սեպտեմբերի 19-ին Շպեյերում կայացած բնախույզների և բժիշկների միջազգային համագումարում կարդացած <<Քիմիական կառուցվածքի տեսության մասին>> զեկուցման մեջ:Հետագայում այն հաջողությամբ զարգացվել է ինչպես իր,այնպես էլ իր աշակերտների կողմից:

Կառուցվածքի տեսության հիմնադրույթները հանգում են հետևյալին.

1.Մոլեկուլներում ատոմները իրար հետ միացած են որոշակի հաջորդականությամբ՝ համապատասխան իրենց արժեքականությանը:Ատոմների կապի կարգը կոչվում է քիմիական կառուցվածք:

2.Նյութի հատկությունները կախված են ոչ միայն նրանից,թե ինչ ատոմներ և ինչ քանակությամբ են մտնում դրա մոլեկուլի բաղադրության մեջ,այլ նաև նրանից,թե դրանք ինչ կարգով են միացած իրար հետ,այսինքն մոլեկուլի քիմիական կառուցվածքից:

3.Մոլեկուլ առաջացնող ատոմները կամ ատոմների խմբերը փոխադարձաբար ազդում են մեկը մյուսի վրա,որից և կախված է մոլեկուլի ռեակցիաունակությունը:

Պարզաբանենք այդ դրույթները:Մինչ Ա.Մ. Բուտլերովը անհնարին է համարվել մոլեկուլի կառուցվածքը՝ այսինքն ատոմների միջև քիմիական կապի կարգը ճանաչելը:Շատ գիտնականներ նույնիսկ ժխտում էին ատոմների և մոլեկուլների իրական լինելը:Ա.Մ. Բուտլերովը հերքեց այդ պատկերացումները:Նա ելնում էր ատոմների և մոլեկուլների իրական գոյության մատերիալիստական և փիլիսոփայական ճիշտ պատկերացումներից,մոլեկուլում ատոմների միջև քիմիական կապերի ճանաչման հնարավորությունից:Նա ցույց տվեց,որ մոլեկուլների կառուցվածքը կարելի է հաստատել փորձնական ճանապարհով՝ ուսումնասիրելվ նյութերի քիմիական փոխարկումները:Եվ հակառակը,գիտենալով մոլեկուլների կառուցվածքը,կարելի է դուրս բերել միացության քիմիական հատկությունները:

Քիմիական կառուցվածքի տեսությունը հաշվի է առնում ածխածին տարրի առանձնահատկությունները:Օրգանական միացությունների կառուցվածքի ուսումնասիրումը մնում է օրգանական քիմիայի հիմնական խնդիրը և մեր ժամանակներում:Դրա համար,բացի քիմիականից,լայնորեն կիրառվում են հետազոտման ֆիզիկական եղանակներ,այնպիսիք, ինչպիսին են սպեկտրազննությունը,միջուկային մագնիսական ռեզոնանսը,մասս-սպեկտրաչափությունը,դիպոլների էլեկտրական մոմենտների որոշումը,ռենտգենա- և էլեկտրոնագրությունը:Իզոմերների գոյությունը բխում է օրգանական միացությունների կառուցվածքի տեսության հիմնադրույթներից:Ա.Մ. Բուտլերովի մեծ հաջողությունը եղել է կառուցվածքի տեսության հիման վրա բութանի երկու իզոմերների կանխագուշակումը (ածխաջրածինների մոտ,սկսած բութանից,հնարավոր է մոլեկուլներում ատոմների միացման տարբեր կարգ):1887 թ. Ա.Մ. Բուտլերովը սինթեզել է կանխատեսած իզոմերները,որը հանդիսացավ կառուցվածքի տեսության ճշտության փայլուն հաստատումը:Դա իզոբութանն էր,որը նորմալ բութանից տարբերվում է մոլեկուլի կառուցվածքով,չնայած երկուսն էլ ունեն C4H10 փորձային բանաձևը:

ն-բութան
իզոբութան
Բութան

Այսպիսով,քիմիական կառուցվածքի տեսությունը բացատրում է օրգանական միացությունների բազմազանությունը:Այն պայմանավորված է քառարժեք ածխածնի ընդունակությամբ առաջացնելու շղթաներ և օղակներ,միանալու այլ տարրերի ատոմներին,ինչպես նաև իզոմերիայի առկայությամբ:Քիմիական կառուցվածքի տեսությունում մեծ ուշադրություն դարձվում մոլեկուլում ատոմների և ատոմային խմբերի փոխադարձ ազդեցությանը:Այն գոյություն ունի ցանկացած նյութի (օրգանական և անօրգանական) մոլեկուլում:Դա պարզաբանենք հետևյալ միացությունների օրինակներով. NaOH,Al(OH)3,C2H5OH,NO2OH (ազոտական թթու),SO2(OH)2 (ծծմբական թթու):Դրանք բոլորը պարունակում են հիդրօքսիլ OH խումբ (հիդրօքսո կամ օքսիխումբ):Այնուամենայնիվ ջրային լուծույթում նյութերի հատկությունները հաջորդաբար փոխվում են.NaOH-ը ուժեղ հիմք է,Al(OH)3-ը երկդիմի հիդրօքսիդ է,C2H5OH-ը գործնականորեն չեզոք նյութ է,ազոտական և ծծմբական թթուները առաջացնում են H+ իոններ:OH խմբի տարբեր քիմիական բնույթի պատճառը պայմանավորված է իր հետ կապված ատոմների և ատոմային խմբերի ազդեցությամբ:Կենտրոնական ատոմի ոչ մետաղական հատկությունների աճմամբ թուլանում է դիսոցումը ըստ հիմքի տեսակի և աճում է դիսուցումը ըստ թթվի տեսակի (Na,Al,C2H5,NO2,SO2 շարքում):

Մեկը մյուսի վրա փոխադարձ ազդեցություն կարող են ունենալ նաև անմիջապես միմյանց հետ չկապված ատոմները:Օրինակ,քլորի տարբեր ռեակցիոնունակությունը քլորէթանում CH3-CH2-Cl և քլորէթիլենում CH2=CH-Cl պայմանավորված է քլորի ատոմի վրա էթիլենային (CH3-CH2-) և վինիլային (CH2=CH-) խմբերի տարբեր ազդեցությամբ:Քլորէթանի մոլեկուլում քլորը շատ ռեակցիաունակ է,իսկ քլորէթիլենի մոլեկուլում՝ անտարբեր:Մոլեկուլում ատոմների փոխադարձ ազդեցության օրինաչափությունների բացահայտման մեջ մեծ ծառայություն ունի Ա.Մ. Բուտլերովի աշակերտ Վ.Վ. Մարկովնիկովը:

Ժամանակակից տեսանկյունից կառուցվածքի տեսության հիմնադրույթները պահանջում են որոշ լրացումներ կապված էլեկտրոնային և տարածական կառուցվածքի հետ:Այդ դեպքում կառուցվածքի հիմնադրույթերի 2 կետում պետք է ընդգծել,որ օրգանական միացությունների հատկությունները որոշվում են մոլեկուլների կառուցվածքով,ինչպես նաև իրենց քիմիական,տարածական և էլեկտրոնային կառուցվածքով:

Քիմիական կառուցվածքի Ա.Մ. Բուտլերովի տեսությունը հանդիսանում է օրգանական քիմիայի տեսական հիմքի կարևորագույն մասը:Ըստ նշանակության,այն կարելի է համեմատել Դ.Ի. Մենդելեևի տարրերի պարբերական համակարգի հետ:Վերջինիս նման այն հնարավորություն տվեց կանոնակարգել (սիստեմավորել) հսկայական գործնական նյութ,նախապես կանխատեսել նոր նյութերի գոյությունը,ինչպես նաև ցույց տալ դրանց ստացման ճանապարհը:Իսկ դա ապահովեց օրգանական սինթեզի չտեսնված հաջողությունները:Այժմ էլ քիմիական կառուցվածքի տեսությունը ծառայում է ուղենիշ օրգանական քիմիայի բոլոր հետազոտություններում:

Օրգանական միացությունների հոմոլոգիական շարքերը[խմբագրել]

Օրգանական միացությունների բազմազանության մեջ կարելի է առանձնացնել նյութերի խմբեր,որոնք քիմիական հատկություններով նման են և մեկը մյուսից տարբերվում են CH2 խմբով:

Քիմիական հատկություններով համանման և մեկը մյուսից CH2 խմբով տարբերվող միացությունները կոչվում են հոմոլոգներ:Հարաբերական մոլեկուլային զանգվածի աճման կարգով դասավորված հոմոլոգները առաջացնում են հոմոլոգիական շարք:CH2 խումբը կոչվում է հոմոլոգիական տարբերություն:

Հոմոլոգիական շարքի օրինակ է ծառայել սահմանային ածխաջրածինների (ալկանների) շարքը:Այդ շարքի պարզագույն ներկայացուցիչը մեթանն է:Մեթանի հոմոլոգներն են՝ էթանը C2H6,պրոպանը C3H8, բութանը C4H10,պենտանը C5H12,հեքսանը C6H14,հեպտանը C7H16 և այլն:Ցանկացած հաջորդ հոմոլոգի բանաձև կարելի է ստանալ նախորդ ածխաջրածնի բանաձևին ավելացնելով հոմոլոգիական տարբերությունը:

Հոմոլոգիական շարքի բոլոր անդամների մոլեկուլների բաղադրությունը կարելի է արտահայտել միասնական ընդհանուր բանաձևով:Սահմանային ածխաջրածինների դիտարկված հոմոլոգիական շարքի համար այդ բանաձևն է՝ CnH2n+2,որտեղ n-ը ածխածնի ատոմների թիվն է:

Հոմոլոգիական շարք կարելի է կառուցել օրգանական միացությունների տարբեր դասերի համար:Իմանալով հոմոլոգիական շարքի որևէ անդամի բաղադրությունը կարելի է հետևություն անել այդ շարքի ներկայացուցիչների հատկությունների մասին:Դա պայմանավորված է հոմոլոգ հասկացության կարևորությունը օրգանական քիմիան ուսումնասիրելիս:

Օրգանական միացությունների դասակարգումը[խմբագրել]

Օրգանական միացությունները դասակարգվում են ըստ ածխածնային շղթայի կառուցվածքի և մոլեկուլի կազմի մեջ մտնող ֆունկցիոնալ խմբերի:

Դասակարգումը ըստ ածխածնային շղթայի կառուցվածքի[խմբագրել]

Ըստ ածխածնային շղթայի կառուցվածքի օրգանական միացությունները բաժանվում են երկու խմբի՝ ացիկլիկ (բաց շղթայով) և ցիկլիկ:Ացիկլիկ միացությունների կարևորագույն ներկայացուցիչներն են ալիֆատիկ ածխաջրածինները,որոնք կազմված են միայն ածխածնի և ջրածնի ատոմներից և կարող են լինել հագեցած և չհագեցած,ճյուղավորված և չճյուղավորված,օրինակ՝

Պրոպան
Պրոպեն
Պրոպին
Մեթիլպրոպան

Ցիկլիկ միացությունները,կախված ցիկլի կազմի մեջ մտնող ատոմների բնույթից,բաժանվում են կարբոցիկլիկ և հետերոցիկլիկ խմբերի:Կարբոցիկլիկ միացությունների ցիկլերը կազմված են միայն ածխածնի ատոմներից և բաժանվում են երկու խմբի՝ ալիֆատիկ ցիկլիկ (ալիցիկլիկ) և արոմատիկ:Ալիցիկլիկ միացությունների ներկայացուցիչներն են ցիկլոպրոպանը և ցիկլոբութենը:Արոմատիկ ածխաջրածինները պարունակում են բենզոլի օղակ՝

Ցիկլոպրոպան
Ցիկլոբութեն
Բենզոլ
Նավթալին

Հետերոցիկլիկ միացությունների ցիկլի կազմի մեջ բացի ածխածնի ատոմներից մտնում են նաև մեկ կամ մի քանի այլ տարրերի ատոմներ:Հետերոցիկլիկ միացությունները կարող են լինել հագեցած,չհագեցած,արոմատիկ.օրինակ.

Դասակարգումը ըստ ֆունկցիոնալ խմբերի բնույթի[խմբագրել]

Ֆունկցիոնալ խմբերը մտնում են միացության կազմի մեջ որպես ածխածնային շղթայի տեղակալիչներ և պայմանավորում են տվյալ միացության պատկանելիությունը որոշակի դասի:Նույն դասին պատկանող,այսինքն միևնույն ֆունկցիոնալ խումբ ունեցող միացությունները ցուցաբերում են նման քիմիական հատկություններ:Աղյուսակում բերված է օրգանական միացությունների դասակարգումը ըստ ֆունկցիոնալ խմբի բնույթի:

Աղյուսակից երևում է,որ առաջին չորս դասերի ներկայացուցիչները պարունակում են միայն ածխածնի և ջրածնի ատոմներ,այսինքն ածխաջրածիններ են:Ալկանները չեն պարունակում ֆունկցիոնալ խմբեր,միացության մեջ տարրերը կապված են պարզ կովալենտ կապերով:Ֆունկցիոնալ խմբերի բացակայությունը պայմանավորում է ալկանների ցածր ռեակտիվությունը:Ալկենները որպես ֆունկցոնալ խումբ պարունակում են կրկնակի կապ,ալկինները՝ եռակի կապ,իսկ արենները՝ երեք կրկնակի կապ ունեցող վեցանդամանի ցիկլ:

Հաջորդ դասերում ածխածինը կապված է պարզ կապեր ունեցող,ֆունկցոնալ խմբերի կազմի մեջ մտնող էլեկտրաբացասական ատոմի հետ:Հալոգենածանցյալները պարունակում են ածխածին-հալեգոն կապ,եթերները՝ երկու ածխածին կապված նույն թթվածնի հետ,ալկոհոլները՝ ածխածին-թթվածին,ամինները՝ ածխածին-ազոտ,թիոլները՝ ածխածին-ծծումբ և այլն:

Մնացած դասերի կազմի մեջ մտնող ֆունկցիոնալ խմբերը պարունակում են կրկնակի կապ ածխածնի և թթվածնի միջև՝ ալդեհիդներ,կետոններ,կարբոնաթթուներ,անհիդրիդներ,էսթերներ,ամիդներ:

Օրգանական միացությունների հիմնական դասերը.

Ֆունկցիոնալ խմբեր Ֆունկցիոնալ խմբերի անվանումը Դասի անունը Դասի ընդհանուր բանաձևը
պարունակում է միայն C-C և C-H կապեր Ալկաններ CnH2n+2
Ալկեն
Ալկեններ R-CH=CH-R'
Ալկին
Ալկիններ
Ալկին
Ֆենիլ
Ֆենիլ Ֆենիլածանցյալներ C6H5-R
-F,-Cl,-Br,-J (Hal) Հալոգեններ Հալոգենածանցյալներ R-Hal
-OH Հիդրօքսի Սպիրտներ,ֆենոլներ R-OH
-OR Ալկօքսի Պարզ եթերներ R-OR
-SH Թիո Թիոլներ R-SH
-SR Ալկիլթիո Թիոեթերներ R-SR
-SO3H Սուլֆո Սուլֆոթթուներ R-SO3H
-NH2,>NH,>NH Ամինա Ամիններ R-NH2,R2-NH,R3N
-NO2 Նիտրո Նիտրոմիացություններ R-NO2
-C≡N Ցիանո,նիտրիլ Նիտրիլներ
Նիտրիլ
>C=O Կարբոնիլ Ալդեհիդներ,Կետոններ
Ալդեհիդ
,
Կետոն
-COOH Կարբօքսիլ Կարբոնաթթուներ
Կարբոնաթթուներ
-COOR Ալկօքսիկարբոնիլ Բարդ եթերներ
Բարդ եթերներ
-CONH2 Կարբօքսիամիդային Ամիդներ
Amide-general.png

Մեկ ֆունկցիոնալ խումբ պարունակող միացությունները կոչվում են մոնոֆունկցիոնալ,նույն խմբի երկու և ավելի դեպքում՝ պոլիֆունկցոնալ,տարբեր ֆունկցոնալ խմբերի դեպքում՝ հետերոֆունկցիոնալ:

Օրինակ՝

Էթանոլ (մոնոֆունկցիոնալ)
Պիրոլին (չհագեցած)
Պիրոլիդին (հագեցած)
Պիրոլ (արոմատիկ)
  • HO—CH2—CH2—OH (էթանդիոլ,պոլիֆունկցիոնալ)
  • HOСН2—CH2Cl (2-քլոր-էթանոլ,հետերոֆունկցիոնալ)

Օրգանական միացությունների անվանակարգը[խմբագրել]

Օրգանական քիմիայում օգտագործվում են միացությունների տրիվիալ կամ գործածական անունները,որոնք տրվում էին միացությունների օրգանական քիմիայի զարգացման առաջին փուլում և հիմնականում արտահայտում են նրանց ստացման աղբյուրները,եղանակը կամ առավել աչքի ընկնող հատկությունները և կիրառման ասպարեզները (մրջնաթթու,քացախաթթու,գլիցերին,պիրոխաղողաթթու և այլն):

Որոշ միացությունների համար այդ անվանումները պահպանվել և կիրառվում են մինչ այսօր (ամինաթթուներ,ածխաջրեր,ալկալոիդներ,ստերոիդներ),սակայն,օրգանական քիմիայի բուռն զարգացման շնորհիվ,այժմ նկարագրված է մոտ 12 միլիոն բնական և արհեստական ծագում ունեցող օրգանական միացություն,և այդ բազմության մեջ կողմնորոշվելու համար այժմ կիրառվում է տեսական և կիրառական քիմիայի միջազգային միության կողմից (IUPAC-տեսական և կիրառական քիմիայի միջազգային միություն) առաջարկված անվանակարգը:Դա կանոնների համակարգ է,որը հնարավորություն է տալիս յուրաքանչյուր միացության տալ միանշանակ անվանում:Այլ կերպ ասած,անվանակարգը՝ դա քիմիական լեզուն է,որն օգտագործվում է միացությունների կառուցվածքը անվան միջոցով արտահայտելու համար:

Սիստեմատիկ տեղակալիչային անվանակարգ[խմբագրել]

IUPAC-ի սիստեմատիկ անվանակարգից օգտվելու համար անհրաժեշտ է ծանոթանալ հետևյալ հասկացությունների հետ՝ օրգանական ռադիկալ,հիմնական կառուցվածք,բնութագրիչ խումբ,տեղակալիչ:

Ածխածնի ատոմները,կախված ածխածնի այլ ատոմների հետ ունեցած կապերի քանակից,կարող են լինել առաջնային (մեկ ածխածնի ատոմի հետ),երկրորդային (երկու ածխածնի ատոմի հետ),երրորդային (երեք ածխածնի ատոմների հետ),չորրորդային (չորս ածխածնի ատոմների):

2,3,4,6-տետրամեթիլ-4-պրոպիլհեպտան

Օրգանական ռադիկալներ են կոչվում մոլեկուլների մնացորդները,որոնք առաջանում են (մեր երևակայության մեջ,իրականում նման ձևով գոյություն չունեն) մոլեկուլներից մեկ կամ մի քանի ջրածնի ատոմ հեռանալու արդյունքում և համապատասխանաբար ունեն մեկ կամ մի քանի ազատ վալենտականություն:Միավալենտ ռադիկալների անվանումը կազմելիս <<ան>> վերջածանցը փոխարինվում է <<իլ>>-ով.

Օրինակ՝

Ալկիլ ռադիկալներ (ալիֆատիկ շարքի)

  • -CH3 մեթիլ
  • -CH3-CH2- էթիլ

Արիլ ռադիկալներ (արոմատիկ շարքի)

  • C6H5- ֆենիլ
  • C6H5CH2- բենզիլ

Իզոմեր ռադիկալների դեպքում անհրաժեշտ է նշել ազատ վալենտականության դիրքը,ղեկավարվելով հետևյալ կանոններով.

ն-տառը ռադիկալի անվան առջև ցույց է տալիս,որ ազատ վալենտականությունը գտնվում է չճյուղավորված շղթայի ծայրով.

ն-բութիլ
իզոբութիլ
երկրորդ-բութիլ
երրորդ-բութիլ

Երկրորդ.(երկրորդային) նախածանցը նշանակում է,որ ազատ վալենտականությունը գտնվում է երկրորդային ածխածնի մոտ,երրորդ.(երրորդային) նախածանցը՝ երրորդային ածխածնի մոտ:

Լայն տարածում ունեն նաև վինիլ (CH2=CH-),ալիլ (CH2=CH-CH2-),ֆենիլ (C6H5-),բենզիլ (C6H5CH2-) ռադիկալները:Ալիֆատիկ շարքի ռադիկալների ընդհանուր անուններն են ալկիլ,ալկենիլ,ալկինիլ,արոմատիկ շարքինը՝ արիլ:Երկվալենտ ռադիկալների համար,որոնց ազատ վալենտականությունը գտնվում են մոլեկուլի ծայրերին,օգտագործվում է վերջածանց <<իլեն>>,եթե նույն ածխածնի մոտ <<իլիդեն>>.

  • -CH- մեթիլեն
  • -CH2CH2- էթիլեն
  • -CH2CH2CH2- տրիմեթիլեն

Այլ օրգանական միացությունների համար նույնպես օգտվում են ռադիկալների հասկացությունից:Կարբոնաթթուների ռադիկալները կոչվում են ացիլ ռադիկալներ:Օրինակ՝

  • CH3-CO- ≡CH3C(O)- ացետիլ
  • C6H5CO- ≡C6H5C(O)- բենզոիլ

Հիմնական կառուցվածքը տվյալ միացության հիմքը կազմող քիմիական կառուցվածքն է:Օրինակ,ացիկլիկ միացություններում հիմնական կառուցվածք է հանդիսանում գլխավոր ածխածնային շղթան,իսկ ցիկլիկ միացություններում՝ ցիկլը:

Բնութագրիչ խումբ են կոչվում այն ֆունկցիոնալ խմբերը,որոնք կապված են հիմնական կառուցվածքի հետ և որոշ դեպքերում մասամբ մտնում են նրա կազմի մեջ:

Տեղակալիչ են համարվում ցանկացած ատոմ կամ ատոմների խմբեր,որոնք տեղակալվում են հիմնական կառուցվածքի ջրածնի ատոմները:Այսինքն,տեղակալիչ կարող է լինել ցանկացած բնութագրիչ խումբ կամ ածխաջրածնային ռադիկալ:

Տեղակալիչների ավագության կարգը.

Ֆունկցիոնալ խումբ նախածանց վերջածանց
-(C)OOH1 - ոնաթթու
-COOH կարբօքսի կարբոնաթթու
-SO3H սուլֆո սուլֆոնաթթու
-(C)≡N - նիտրիլ
-CHO օքսո ալ
-CHO ֆորմիլ կարբալդեհիդ
-(C)=O օքսո ոն
-OH հիդրօքսի ոլ
-SH մերկապտո թիոլ
-NH2 ամինա ամին

1(C)-փակագծում նշված ածխածնի ատոմը մտնում է հիմնական շղթայի մեջ:

Բնութագրիչ խմբեր,որոնք նշվում են միայն նախածանցի ձևով.

Միացության դաս խումբ նախածանց
Հալոգենածանցյալներ -Br,-J,-F,-Cl բրոմ,յոդ,ֆտոր,քլոր
Պարզ եթերներ -OR ալկօքսի
Սուլֆիդներ -SR ալկիլթիո
Նիտրոմիացություններ -NO2 նիտրո

Միջազգային տեղակալիչային (սիստեմատիկ) անվանակարգի կանոնները[խմբագրել]

Օրգանական միացության անվանումը կազմվում է հետևյալ կանոնակարգով՝

  • 1.Ընտրվում է հիմնական կառուցվածքը,որը իրենից ներկայացնում է ամենաերկար շղթան և պարունակում է՝
  • ա)տեղակալիչների ու բ)չհագեցած կապերի ամենամեծ քանակը:
  • 2.Համարակալվում են հիմնական շղթայի ածխածիններն այնպես,որ ավագ բնութագրիչ խումբը ստանա ամենափոքր համարը կամ գտնվի ամենափոքր համարը կրող ածխածնի մոտ:Ավագ բնութագրիչ խումբը պայմանավորում է միացության

դասը անվան վերջավորությունը:

  • 3.Հավասար պայմանների դեպքում որպես հիմնական կառուցվածք ընտրվում է ավելի մեծ թվով տեղակալիչ կրող շղթան:
  • 4.Հագեցվածությունը արտահատվում է վերջածանցներով (ան-հագեցած,են-կրկնակի կապ,ին-եռակի կապ):
  • 5.Մնացած տեղակալիչները նշվում են այբբենական կարգով (նշվում են ածխածնի համարները):


2-մեթիլ-1-բութեն
  • HC≡C-CH2-CH=CH2 պենտեն-4-ին-1
  • CH2=CCl-CH=CH2 2-քլորբութադիեն-1,3
  • CH3-CH(CH3)-CH(OH)-COOH 2-հիդրօքսի 3-մեթիլբութանաթթու
  • CH3-CH(CH3)-CH(SH)-CH(NH2)-COOH 2-ամինա-3-մերկապտո-4-մեթիլպենտանաթթու


Ռադիկալա-ֆունկցիոնալային անվանակարգ[խմբագրել]

Սպիրտների,կետոնների,պարզ եթերների անվանման համար նշված երկու անվանակարգումներից բացի,կիրառվում է նաև ռադիկալաֆունկցիոնալային անվանակարգը:Մեկ տեղակալիչ ունեցող միացությունների անվանումը այս դեպքում կազմվում է ածխաջրածնի ռադիկալի անունից,իսկ բնութագրիչ խմբի առկայությունը արտահայտվում է դասի անվանումով՝ էթիլ սպիրտ,վինիլմեթիլկետոն և այլն:Օրինակ՝

Երրորդ բութիլքլորիդ (երրորդային բութիլքլորիդ)

  • CH3
  • |
  • N-C2H5 N,N-դիմեթիլէթանամին
  • |
  • CH3
  • CH3-CH2-CH2-OH պրոպիլ սպիրտ
  • C6H5COCH3 մեթիլֆենիլկետոն

Ավելի բարդ միացությունների դեպքում տեղակալիչների դիրքերը նշվում են թվերով,օրթո-,մետա-,պարա- նախածանցներով կամ հունական տառերով՝α,β,γ,δ և այլն:

  • γ β α
  • H2N-CH2-CH2-CH2-COOH γ-ամինակարագաթթու


Քիմիական կապերը օրգանական միացություններում[խմբագրել]

Օրգանական մոլեկուլը քիմիական կապերի որոշակի հաջորդականությամբ ատոմների համակցություն է:Օրգանական միացությունների մոլեկուլներում հանդիպում են պարզ,կրկնակի և եռակի կապեր,այսինքն հանդիպում են σ և π կապեր:Նշված կապերի առաջացման համար կարևոր նշանակություն ունի ատոմի հիբրիդացման տեսակը:

Հիբրիդացումով է բացատրվում կապերի առաջացումը այն դեպքերում,երբ հիմնական վիճակում չզույգված էլեկտրոնների թիվը փոքր է նրա առաջացրած քիմիական կապերի թվից:Ենթադրվում է,որ տարբեր ատոմային օրբիտալները,որոնք մոտ են էներգիայի մակարդակով,փոխազդելով միմյանց հետ,առաջացնում են հիբրիդային օրբիտալներ՝ միանման ձևի և հավասար էներգիայով:Ըստ հիբրիդացմանը մասնակցող օրբիտալների թվի,ածխածնի ատոմի համար հնարավոր են երեք հիբրիդացման տեսակներ՝ sp3,sp2,sp:Հիմնական վիճակում ածխածնի ատոմի էլեկտրոնները բաշխված են հետևյալ կերպ՝ 1s22s22p2:

  • 1.sp3 հիբրիդացում:Ածխածնի ատոմի գրգռման հետևանքով էլեկտրոնը 2s օրբիտալից տեղափոխվում է 2p օրբիտալ,առաջացնելով 2s2p3:Այս չորս օրբիտալների փոխազդեցությունից առաջանում է չորս հավասար sp3 հիբրիդային օրբիտալներ՝ 1s22(sp3)4,որոնց միջև անկյունները հավասար են 109,5°,իսկ ատոմի տարածական կառուցվածքը քառանիստ (տետրաէդրիկ) է:sp3 հիբրիդացումը բնորոշ է ալկաններին,ալկիլ ռադիկալների և նրանց ածանցյալների կազմի մեջ գտնվող ածխածնի ատոմների համար,օրինակ.մեթանի,տետրաքլորմեթանի և այլն:
  • 2.sp2 հիբրիդացում:Ածխածնի ատոմը հիմնական վիճակից վերածվում է 1s22(sp3)2p-ի,երեք հիբրիդացված օրբիտալների միջև վալենտային անկյունները հավասար են 120°,նրանք գտնվում են մեկ հարթության մեջ,իսկ հիբրիդացմանը չմասնակցող Pz օրբիտալը ուղղահայաց է հարթությանը:sp2 հիբրիդացումը բնորոշ է ալկենների,նրանց ռադիկալների և ածանցյալների,որոշ ֆունկցիոնալ խմբերի (կարբոնիլ,կարբօքսիլ) կազմի մեջ մտնող ածխածնի ատոմների համար և այլն:
  • 3.sp հիբրիդացում:Ածխածնի ատոմը հիմնական վիճակից վերածվում է 1s2(2sp)22p2,գոյանում են երկու հավասարազոր օրբիտալներ,որոնց միջև անկյունը հավասար է 180°,իսկ հիբրիդացմանը չմասնակցած երկու օրբիտալները ուղղահայած են միմյանց:Նման կառուցվածքը բնորոշ է եռակի կապ ունեցող միացություններին՝ ալկիններին,նիտրիլներին:

Ածխածնի ատոմը

Ածխածնի ատոմը հիբրիդացված վիճակում

sp3 հիբրիդացված վիճակում


Կովալենտ կապերի առաջացում[խմբագրել]

  • 1.Ալիֆատիկ միացություններում ածխածինները գտնվում են sp3 հիբրիդացված վիճակում և միմյանց հետ կապված են սիգմա (σ) կապերով:σ կապերը կարող են առաջանալ հիբրիդացված և չհիբրիդացված ատոմային օրբիտալների փոխազդեցությունից՝ օրինակ,էթանում,ածխածինների միջև (-C-C-) σ կապերը առաջանում են sp3 հիբրիդացված օրբիտալների վերածածկումից,իսկ ածխածին-ջրածին կապերը՝ ածխածնի sp3 և ջրածնի s-օրբիտալների միջև:σ կապերը առաջանում են երկու ատոմների միջուկները կապող գծի վրա (առավել կարճ տարածությունը):
  • 2.Կրկնակի կապը ներկայացնում է իրենից σ և π կապերի համակցություն և բնորոշ է չհագեցած միացություններին,ալկեններին:Այդ դասերի օրգանական միացություններում կրկնակի կապ կարող է գոյանալ ինչպես ածխածնային ռադիկալներում,այնպես էլ ածխածնի և այլ ատոմների՝ O,N,S միջև:Այս դեպքում կրկնակի կապի գոյացմանը մասնակցող ատոմը նույնպես ենթարկվում է sp3 հիբրիդացման:π կապը իրենից ներկայացնում է σ-կապերի հարթությանը ուղղահայած Pz օրբիտալների կողմնային վերածածկման արդյունք՝
π կապ

Եթե էլեկտրոնային խտությունը տարածվում է միայն երկու ատոմների միջուկների միջև,դա երկկենտրոնային,տեղայնացված (լոկալիզացված) կապ է:Այդպիսի տեղայնացված կապեր շատ են հանդիպում բնական ծագում ունեցող միացություններում,օրինակ,չհագեցած ճարպաթթուներում,և այլն:

Կովալենտ կապը բնութագրվում է կապի էներգիայով,երկարությամբ,բևեռայնությամբ,բևեռունակությամբ:

Զուգորդում,մեզոմերիա[խմբագրել]

Եթե երկու կրկնակի կապերը բաժանված են միմյանցից պարզ կապով,կամ ընդհանուր դեպքում,կրկնակի կապի հարևան ատոմի pz օրբիտալի վրա գտնվում է չբաշխված էլեկտրոնային զույգ,կամ օրբիտալը ազատ է,ապա նրանք նույնպես վերածածկվում են,առաջացնելով ընդհանուր π էլեկտրոնային համակարգ:Այդպիսի համակարգերը կոչվում են զուգորդված:Օրինակ,բութադիեն-1,3 և վինիլքլորիդ:

  • CH2=CH-CH=CH2
  • CH2=CH-Cl

1.π,π-զուգորդում

Պարզագույն զուգորդված համակարգի օրինակ է հանդիսանում բութադիեն-1,3-ը:Այս մոլեկուլում բոլոր ածխածնի ատոմները գտնվում են sp2 հիբրիդացման վիճակում և բոլոր σ-կապերը գտնվում են մեկ հարթության վրա: Հետևաբար բոլոր ածխածինների չհիբրիդացված Pz օրբիտալները ուղղահայած լինելով σ-կապերի հարթությանը,զուգահեռ են միմյանց և ունեն կողմնային վերածածկման հնարավորություն:

π,π-զուգորդում
բութադիեն-1,3

Այսինքն,վերածածկումը կատարվում է ոչ միայն C-1 և C-2,C-3 և C-4 զույգերի միջև,այլ նաև մասնակիորեն C-2 և C-3 միջև և տեղի է ունենում p-էլեկտրոնների ընդհանրացում՝ չորս pz-էլեկտրոններ միաժամանակ գտնվում են չորս ածխածինների միջուկների դաշտում,առաջացնելով ընդհանուր π-էլեկտրոնային ամպ:Այսպիսով π-կապերը տեղայնացված չեն (տեղի է ունեցել ապատեղայնացում,դելոկալիզացիա) և առաջացած համակարգը կոչվում է π,π-զուգորդված համակարգ:π,π զուգորդում կարող է տեղի ունենալ նաև հետերոածխածնային մոլեկուլներում,երբ զուգորդված կրկնակի կապը առաջացել է ածխածնի և այլ հետերոատոմի միջև,օրինակ,-C=O:Նման զուգորդմանը հանդիպում ենք α,β չհագեցած կարբոնիլ միացություններում՝

  • 1.CH2=CH-COH պրոպենալ (ակրոլեին)
  • 2.CH2=CH-COOH պրոպենաթթու (ակրիլաթթու)

2.p,π-զուգորդում

p,π-զուգորդումը տեղի է ունենում այն դեպքերում,երբ կրկնակի կապի հարևան X ատոմը p-օրբիտալի վրա ունի կովալենտ կապի առաջացմանը չմասնակցող էլեկտրոնային զույգ:Հիմնականում,դա լինում է հալոգենների,թթվածնի,ազոտի դեպքում:Այդ ատոմների p-օրբիտալների վրա գտնվում են երկու էլեկտրոններ (չբաշխված էլեկտրոնային զույգ),որոնք π-կապ առաջացնող օրբիտալների հետ մտնում են զուգորդման մեջ՝

C=C-X X=O,Hal,S

Օրինակ,դիվինիլ եթեր,վինիլքլորիդ

Վինիլքլորիդ

CH2=CH-O-CH=CH2


Զուգորդման յուրահատուկ տեսակ է σ-π զուգորդումը (հիպերկոնյուգացիա,Նատան-Բեյկերի էֆեկտ):Զուգորդման այս ձևը առաջանում է,երբ մեթիլ խումբը միացած է կրկնակի կապ ունեցող ածխածնի հետ,օրինակ՝ քացախաթթվում,տոլուոլում:Զուգորդմանը մասնակցում են σ-կապի և կրկնակի (-C=O) կապի էլեկտրոնները,որի շնորհիվ մեթիլ խմբի ջրածինները դառնում են ավելի շարժուն և հեշտությամբ տեղակալվում են հալոգեններով:Զուգորդում առաջանում է ոչ միայն չեզոք մոլեկուլներում,այլ նաև լիցքավորված մասնիկներում և ռադիկալներում:

Ռեզոնանսի տեսություն:

Համաձայն այս տեսության (Լ.Պոլինգ,Ջ.Ուելանդ) իրական մոլեկուլը կամ մասնիկը նկարագրվում է մի քանի,այսպես կոչված,ռեզոնանսային կամ կանոնիկ (սահմանային),կառուցվածքներով,որոնք միմյանցից տարբերվում են միայն էլեկտրոնների բաշխումով և իրականում գոյություն չունեն՝

  • CH2=CH-CH2++CH2-CH=CH2
  • Ալիլ-կատիոն
  • CH2=CH-CH2--CH2-CH=CH2
  • Ալիլ-անիոն
  • CH2=CH-CH2CH2-CH=CH2
  • Ալիլ ազատ ռադիկալ

(երկկողմանի սլաքը ռեզոնանսի պատկերման հատուկ նշանն է):

Իրական էլեկտրոնային բաշխումը կարելի է ստանալ սահմանային կանոնիկ կառուցվածքների վերածածկումից և պատկերել ռեզոնանսային հիբրիդի ձևով:Եթե ածխածնի p-օրբիտալի վրա գտնվում են մեկ չզույգված էլեկտրոն,ապա այդպիսի մասնիկը կոչվում է ազատ ռադիկալ:Հարևան դիրքում կրկնակի կապ լինելու դեպքում առաջանում է զուգորդում:Ածխածնի ատոմի p-օրբիտալը ազատ լինելու դեպքում մասնիկը կոչվում է կարբկատիոն:Լիցքավորված ատոմի հարևան դիրքում գտնվող π-կապի օրբիտալների և ազատ օրբիտալների միջև առաջանում է զուգորդում:


Բազմակենտրոն զուգորդված համակարգերի առաջացման ժամանակ տեղի է ունենում կապերի երկարության մասնակի հավասարում:π-էլեկտրոնների ապատեղայնացումը ուղեկցվում է էներգիայի անջատումով:Համակարգի էներգիան նվազում է,այն դառնում է ավելի կայուն:Օրինակ,բութադիեն 1,3-ի զուգորդումը ուղեկցվում է 15 կՋ/մոլ էներգիայի անջատումով:Դրանով է բացատրվում ալիլային բնույթի իոնների և ռադիկալների,ացիլ ռադիկալների կայունությունը:

Ալիլ-կատիոն
Ալիլային ազատ ռադիկալ


Ալիլ-կատիոն


Ալիլ-անիոն



Բազմաթիվ օրգանական ռեակցիաները հնարավոր են շնորհիվ թթուների անիոնների (կարբօքսիլատ-իոն,ֆոսֆատ-իոն,սուլֆոնատ-իոն) հարաբերական կայունության,որը նույնպես էլեկտրոնների զուգորդման և ապատեղայնացման արդյունք է.

Սուլֆոնատ-իոն
Կարբօքսիլատ-իոն

Ֆոսֆատ-իոն

Զուգորդման էներգիա:

Թերմոդինամիկական կայունության աստիճանը արտահայտվում է տեղայնացված կապերով համակարգի և զուգորդված π-էլեկտրոնային համակարգի էներգիաների տարբերությամբ:Էներգիաների այդ տարբերությունը կոչվում է զուգորդման էներգիա:Որքան երկար է զուգորդման շղթան,այնքան մեծ է էներգիայի շահույթը և ավելի կայուն միացությունը:Բնական ծագում ունեցող բազմաթիվ միացությունների կազմում հանդիպում ենք երկար զուգորդված շղթաների,որոնց շնորհիվ այդ միացությունները կրում են <<պոլիեններ>> ընդհանուր անունը և(կարոտինոիդներ,վիտամին A և այլն):Օրգանական թթուների կայունությունը նույնպես պայմանավորված է զուգորդումով:

Փակ շղթայով զուգորդված համակարգեր[խմբագրել]

Արոմատիկություն:Այս տերմինը առաջարկվել է Կեկուլեի կողմից բենզոլի և նրա ածանցյալների դասակարգման համար և պայմանավորված է որոշ ներկայացուցիչների բուրավետությամբ:Կառուցվածքային տեսության զարգացումը հնարավորություն տվեց բացատրել արոմատիկ միացությունների քիմիական կայունությունը նրանց յուրահատուկ կառուցվածքով:Քննարկենք բենզոլի կառուցվածքը:Բենզոլի մոլեկուլում ցիկլ կազմող ածխածնի վեց ատոմները գտնվում են sp2 հիբրիդացման վիճակում և առաջացնում են 12 σ-կապերի (C-C,C-H):Բոլոր σ-կապերը գտնվում են նույն հարթության վրա:Վեց ածխածինների pz-օրբիտալները դասավորվում են σ-կապերի հարթությանը ուղղահայաց և վերածածկվում են միմյանց հետ կողմնային հատվածներում:π-էլեկտրոնային խտությունը սիմետրիկ ձևով տարածվում է σ-կապերի հարթության երկու կողմերում(վերևում և ներքևում),այսինքն ապատեղայնացված է:Այսպիսի համակարգը փակ զուգորդված համակարգ է և կոչվում է արոմատիկ:

Բենզոլ
Բենզոլ

Բենզոլի զուգորդման էներգիան կազմում է 227,8 կՋ/մոլ:Դրանով է բացատրվում բենզոլի բարձր թերմոդինամիկական կայունությունը:

Կոնդեսացված զուգորդված համակարգերի (նավթալին, անտրացեն, ֆենանտրեն) թերմոդինամիկական կայունությունը ավելի ցածր է,քան բենզոլինը,ինչը պայմանավորված է կոնդեսացված արեններում էլեկտրոնային խտության ոչ լրիվ հավասար բաշխումով:

Արոմատիկության չափանիշները[խմբագրել]

Ըստ Հյուկելի,համակարգը համարվում է արոմատիկ,եթե՝

  • 1.մոլեկուլը ունի ցիկլիկ կառուցվածք,
  • 2.ցիկլի բոլոր ատոմները գտնվում են sp2 հիբրիդացման վիճակում և բոլոր ցիկլերը հարթ են,
  • 3.ապատեղայնացված π-էլեկտրոնային համակարգի առաջացմանը մասնակցում են (4n+2) թվով էլեկտրոններ,որտեղ n=0,1,2,3,...:

Արոմատիկ միացություններ են ցիկլոպրոպենիլ-կատիոնը (2 π-էլեկտրոն,n=0),բենզոլը (6 π էլեկտրոն,n=1),նավթալինը (n=2)`

Ցիկլոօկտատետրաեն

Ցիկլոպրոպենիլ-կատիոն

Ցիկլոօկտատետրաենը (π-էլեկտրոնների թիվը-8) արոմատիկ միացություն չէ,քանի որ չի համապատասխանում արոմատիկության չափանիշներին:

Կոնդեսացված բենզոլային համակարգերը համապատասխանում են արոմատիկության չափանիշներին-նավթալին (10 π-էլեկտրոն,n=2),անտացենը և ֆենանտրենը (14 π-էլեկտրոն,n=3):

Հետերոցիկլիկ արոմատիկ միացություններ[խմբագրել]

Այս միացությունները բացի ածխածնի ատոմներից, պարունակում են նաև այլ տարրեր, ազոտ, ծծումբ և թթվածին: Հինգանդամանի հետերոցիկլիկ միացություններում (պիրոլ, թիոֆեն, ֆուրան) արոմատիկ համակարգը առաջանում է հինգ p-օրբիտալների վրա գտնվող վեց էլեկտրոնների մասնակցությամբ՝ ածխածնի չորս ատոմների մեկական էլեկտրոնների և մեկ հետերոատոմի չբաշխված էլեկտրոնային զույգի՝ էլեկտրոնային սեքստետի առաջացումով: Այդպիսի համակարգերը կոչվում են էլեկտրոնավելցուկային, քանի որ 6 էլեկտրոնները հավասարաչափ պատկանում են 5 ատոմների, իսկ պիրոլի ազոտը կոչվում է <<պիրոլային ազոտ>>:

Ֆուրան
Թիոֆեն

Քանի որ ազոտի չբաշխված էլեկտրոնային զույգը մասնակցում է արոմատիկ սեքստետի առաջացմանը և չի կարող միացնել պրոտոն, պիրոլը հիմնային հատկություններ չի ցուցաբերում: Ընդհակառակը, պիրոլը, ըստ կառուցվածքի լինելով ամին, ցուցաբերում է թույլ թթվային հատկություններ: Նման միացությունները տալիս են էլեկտրաֆիլ տեղակալման և միացման ռեակցիաներ: Զուգորդման էներգիան աճում է, իսկ ռեակցիոնունակությունը ընկնում է հետևյալ շարքում՝

Պիրոլ>ֆուրան>թիոֆեն>>բենզոլ

Վեցանդամանի հետերոցիկլերը կարող են պարունակել մեկից ավելի հետերոատոմ:Մեկ հետերոատոմով ցիկլերից առավել կարևոր նշանակություն ունեն պիրիդինը և կոնդեսացված ցիկլեր խինոլինը և ակրիդինը՝ Պիրիդին

Խինոլին
Ակրիդին

Պիրիդինի մոլեկուլում ազոտի ատոմը գտնվում է sp2 հիբրիդային վիճակում, արոմատիկ սեքստետի առաջացմանը տրամադրում է մեկ էլեկտրոն: Հետևաբար պիրիդինի արոմատիկ համակարգը առաջանում է sp2 հիբրիդացման վիճակում գտնվող վեց ատոմների σ-կապերի առաջացմանը չմասնակցող pz-օրբիտալների վրա գտնվող մեկական էլեկտրոններից (բենզոլի նման): Ի տարբերություն պիրոլի, պիրիդինի ազոտի չբաշխված էլեկտրոնային զույգը չի մասնակցում զուգորդմանը, և շնորհիվ ազոտի բարձր էլեկտրաբացասականության էլեկտրոնային խտությունը շեղված է դեպի ազոտի ատոմը: Նման համակարգերը հանդիսանում են էլեկտրոնդեֆիցիտային (էլեկտրոնպակասորդային), իսկ ազոտը կոչվում է <<պիրիդինային ազոտ>>: Պիրիդինը ավելի թույլ հիմք է, քան տրիմեթիլամինը, սակայն կարող է փոխազդել հանքային թթուների հետ աղերի առաջացումով:

Ատոմների փոխադարձ ազդեցությունը օրգանական մոլեկուլներում[խմբագրել]

Ոչ բևեռային կապեր:Կովալենտ σ և π կապերի էլեկտրոնային խտությունը հավասարաչափ է բաշխված երկու ատոմների միջև միայն այն դեպքերում,երբ այդ ատոմների էլեկտրաբացասականությունները մոտ կամ հավասար են:Նման կապերը կոչվում են ոչ բևեռային:

Օրինակ՝ CH3-CH3,CH2=CH2:

Բևեռային կապեր:Եթե կապ առաջացնող ատոմները տարբերվում են իրենց էլեկտրաբացասականությամբ,ապա կապի էլեկտրոնները շեղվում են դեպի ավելի էլեկտրաբացասական ատոմը:Այդպիսի կապը բևեռացված է:Բևեռային կապերով կապված ատոմները կրում են մասնակի լիցքեր δ-+ (դելտա):Օրգանական մոլեկուլներում հաճախ հանդիպող տարրերի էլեկտրաբացասականություններն են՝

Na Li H S C I Br Cl N O F
0,9 1,0 2,1 2,5 2,5 2,5 2,8 3,0 3,0 3,5 4,0

Քանի որ Hal,O,N ատոմները ածխածնի համեմատությամբ օժտված են ավելի մեծ էլեկտրաբացասականությամբ, ապա ավելի մեծ էլեկտրաբացասականությամբ,ապա հալոգենածանցյալներում,սպիրտներում,ամիններում կապերը բևեռացված են:Հետերոատոմների էլեկտրաակցեպտոր ազդեցության հետևանքով ածխածնի ատոմի վրա էլեկտրոնային խտությունը նվազում է և գոյանում մասնակի դրական լիցք.

Cδ+→Clδ- Cδ+→Oδ- Cδ+→Nδ-

Ածխածնի ատոմները տարբեր հիբրիդացման վիճակներում տարբերվում են իրենց էլեկտրաբացասականությամբ:Այդ պատճառով sp3 և sp2 վիճակում գտնվող ածխածինների միջև կապը բևեռացված է՝

sp3 < sp2 < sp

Եվ այս շարքում ձախից աջ մեծանում է էլեկտրաբացասականությունը:

Ինդուկտիվ էֆեկտ[խմբագրել]

Կովալենտ կապերի էլեկտրոնային խտության տեղաշարժը σ-կապերի շղթայով տեղակալիչների ազդեցության հետևանքով կոչվում է ինդուկտիվ էֆեկտ - I: Այդ էֆեկտը ունի էլեկտրաստատիկ բնույթ և մարում է 3-4 կապ հետո (աստիճանաբար նվազում է): Տեղակալիչները, որոնք իրենց կողմ են ձգում էլեկտրոնային խտությունը, ցուցաբերում են բացասական ինդուկտիվ էֆեկտ (-I) և կոչվում են էլեկտրաակցեպտորներ: Այն տեղակալիչները,որոնց ազդեցության տակ էլեկտրոնային խտությունը տեղաշարժվում է դեպի σ-կապերի շղթան, ցուցաբերում են դրական ինդուկտիվ էֆեկտ՝ +I և կոչվում են էլեկտրադոնոր: Մեկուսացված π-կապը,կամ միասնական π-էլեկտրոնային ամպը (բաց և փակ զուգորդված համակարգերում) կարող են հեշտությամբ բևեռանալ էլեկտրաակցեպտոր կամ էլեկտրադոնոր տեղակալիչների ազդեցության տակ: Այս դեպքերում ինդուկտիվ էֆեկտը տարածվում է π-կապի վրա, և այդ ազդեցությունը նշում ենք Iπ: Օրինակ՝ մեթիլ խումբը ցուցաբերում է +Iπ էֆեկտ, երբ կապված է sp2 հիբրիդացված ածխածնի ատոմի հետ.

H3C→CH=CH2

Տոլուոլ

π-կապերի բևեռացումը նշվում է կլոր սլաքով:CH3-խումբը հանդես է գալիս որպես էլեկտրադոնոր տեղակալիչ, բայց զուգորդման չի մասնակցում:

Մեզոմեր էֆեկտ կամ զուգորդման էֆեկտ[խմբագրել]

Էլեկտրոնային խտության վերաբաշխումը զուգորդված համակարգում համակարգին մասնակից տեղակալիչի ազդեցության տակ կոչվում է մեզոմեր էֆեկտ, <<M>>:

Որպեսզի տեղակալիչը մասնակցի զուգորդմանը,նա պետք է ունենա կամ կրնակի կապ (π,π զուգորդում),կամ չբաշխված էլեկտրոնային զույգ կրող հետերոատոմ (p,π-զուգորդում):M- էֆեկտը հաղորդվում (տարածվում) է համակարգով հավասարաչափ,առանց մարելու:Զուգորդված համակարգի էլեկտրոնային խտությունը նվազեցնող տեղակալիչները դրսևորում են բացասական մեզոմեր էֆեկտ (-M):Զուգորդված համակարգի էլեկտրոնային խտությունը հարստացնող (դեպի համակարգ մղող) տեղակալիչները ցուցաբերում են դրական մեզոմեր էֆեկտ (+M):Այդ խմբին են պատկանում հետերոատոմները կամ հետերոատոմ պարունակող ֆունկցիոնալ խմբերը (ամինախումբ,հիդրօքսիլ խումբ և այլն):Այն դեպքերում,երբ զուգորդված համակարգի (բաց կամ փակ) կազմի մեջ է մտնում կրկնակի կապ պարունակող տեղակալիչ, դրսևորվում են -M էֆեկտ:Առավել հաճախ այդ դերում հանդես են գալիս կարբոնիլ և կարբօքսիլ խմբերը:Նրանք համակարգ են ներդնում էլեկտրաբացասական թթվածնի ատոմ,որը և ձգում է իր կողմը ամբողջ համակարգի էլեկտրոնային խտությունը:

Նման ազդեցություն ունեն վինիլային բնույթի ռադիկալները:Այդպիսի խմբերում ցուցաբերում են -M:Եթե տեղակալիչը զուգորդված համակարգին մասնակցում է իր չբաշխված էլեկտրոնային զույգով,ապա ստեղծվում է π-ավելցուկային համակարգ՝ հետերոատոմի երկու էլեկտրոնը հարստացնում է համակարգի էլեկտրոնային խտությունը:Այդպիսի տեղակալիչները ցուցաբերում են +M էֆեկտ՝

Վինիլքլորիդ +М-էֆեկտ


Օրգանական միացության մոլեկուլում ինդուկտիվ և մեզոմեր էֆեկտները գործում են միաժամանակ:Արդյունքում տեղի է ունենում գումարային էֆեկտ:Ընդհանուր դեպքում ընդունված է ղեկավարվել հետևյալ կանոնով՝ մեզոմեր էֆեկտը գերակշռում է ինդուկտիվին:

Օրգանական միացությունների ռեակցիոնունակությունը,թերմոդինամիկական կայունությունը,նրանց միջև ընթացող ռեակցիաների արագությունը,բիոլոգիական ակտիվությունը,ռեակցիաների ուղղությունը և այլ հատկությունները կախված են նրանց կառուցվածքից,կոնֆիգուրացիայից,կապի բնույթից,մոլեկուլում էլեկտրոնային խտության վերաբաշխումից,հարձակվող ռեագենտի բնույթից,ռեակցիայի պայմաններից:

Տեղակալիչների էլեկտրոնային էֆեկտները.

Տեղակալիչ Էլեկտրոնային էֆեկտները Տեղակալիչների էլեկտրոնային (գումարային) ազդեցությունը զուգորդված և արոմատիկ համակարգերում
Ինդուկտիվ Մեզոմեր
Ալկիլ- (մեթիլ-,էթիլ- և այլն) +I - էլեկտրադոնոր
-NH2,(-NHAlK,-NAlK2 -I +M +M>>-I էլեկտրադոնոր
-OH -I +M +M>-I էլեկտրադոնոր
Ալկօքսի-(մետօքսի-,էթօքսի- և այլն) -I +M +M>-I էլեկտրադոնոր
Հալոգեններ -I +M -I>+M,էլեկտրաակցեպտոր
-NO2 -I -M էլեկտրաակցեպտոր
-COOH -I -M ,,
-SO3H -I -M ,,
>C=O -I -M ,,

Իզոմերիա[խմբագրել]

Օրգանական քիմիային բնորոշ է միևնույն մոլեկուլային բանաձև ունեցող,բայց հատկություններով տարբերվող միացությունների գոյությունը:Այս երևույթը իր բացատարությունը գտավ Բուտլերովի օրգանական միացությունների կառուցվածքային տեսության մեջ և պայմանավորված է ածխածնի յուրահատուկ կառուցվածքով և կապեր հաստատելու ունակությամբ:Հաստատվեց միևնույն մոլեկուլային բանաձև ունեցող,բայց ատոմների և կապերի հաջորդականությամբ կամ տարածական դասավորվածությամբ տարբերվող միացությունների գոյության հնարավորությունը:Այդպիսի միացությունները կոչվեցին իզոմերներ:Համաձայն IUPAC-ի կանոնների,տարբերում են երկու տեսակի իզոմերներ՝

  • 1.կառուցվածքային և 2.տարածական (ստերեոիզոմերներ):

Կառուցվածքային իզոմերիա[խմբագրել]

Մոլեկուլի կառուցվածքը որոշվում է ատոմների միջև եղած կապերի բնույթով և հաջորդականությամբ:Մոլեկուլները,որոնք ունեն նույն մոլեկուլային բանաձևը,բայց տարբեր կառուցվածքային բանաձևեր,կոչվում են կառուցվածքային իզոմերներ:

Կառուցվածքային իզոմերիայի տեսակներից են.

  • 1.պայմանավորված ածխածնային շղթայի կառուցվածքով:

Օրինակ՝ բութան և մեթիլպրոպան,C4H10

  • CH3CH2CH2CH3-բութան
  • CH3CH(CH3)2-2-մեթիլպրոպան
  • 2.Տեղակալիչի դիրքի իզոմերիա:Օրինակ՝ C4H9J
  • CH3CJHCH2CH3-2-յոդբութան
  • JCH2CH2CH2CH3-1-յոդբութան
  • 3.Ֆունկցիոնալ իզոմերիա,որը պայմանավորված է տարբեր ֆունկցիոնալ խմբերի առկայությամբ՝ օրինակ,դիմեթիլեթեր և էթանոլ,C2H6O
  • CH3OCH3-դիմեթիլեթեր
  • C2H5OH-էթանոլ
  • 4.Մետամերիա:Իզոմերիայի այս տեսակը պայմանավորված է ֆունկցիոնալ խմբի պոլիվալենտ ատոմի հետ կապված նույն հոմոլոգիական շարքին պատկանող տարբեր ալիլ ռադիկալներով:

Օրինակ՝ C2H5OC2H5 CH3OCH(CH3)2

  • Տաուտոմերիա:Իզոմերիայի այս ձևը իրականանում է շնորհիվ շարժուն ջրածնի և կոչվում է դինամիկ իզոմերիա:Տաուտոմերները անընդհատ կարող են անցնել մեկը մյուսի:Օրինակ ացետոքացախաթթվային էսթերը փոխազդում է և որպես կետո միացություն և որպես չհագեցած հիդրօքսիմիացություն:Դա պայմանավորված է նրանով,որ տվյալ միացությունը հանդես է գալիս երկու իզոմեր ձևերով՝ ացետոքացախաթթվային եթերի կետո- և ենոլային ձևերով՝

CH3-CO-CH2-CO-O-C2H5-կետո ձև

CH3-C(OH)=CH-CO-O-C2H5-ենոլ ձև

Դինամիկ իզոմերիա

Ստերեոիզոմերիա,կոնֆիգուրացիա,կոնֆորմացիա[խմբագրել]

Ստերեիզոմերներ են կոչվում այն միացությունները,որոնք ունեն նույն մոլեկուլային կառուցվածքը (կապերի և ատոմների հաջորդականությունը) և տարբերվում են միայն միմյանց հետ կապ չունեցող ատոմների տարածական դասավորվածությամբ:

Ստերեոիզոմերները իրենց հերթին կարող են լինել կոնֆիգուրացիոն և կոնֆորմացիոն տիպի:<<Կոնֆիգուրացիա>> տերմինը նշանակում է,որ հայտնի կառուցվածք ունեցող մոլեկուլում գոյություն ունի ատոմների և կապերի որոշակի հաջորդականություն,որը պայմանավորված չէ մոլեկուլի հատվածների պտույտով պարզ C-C կապերի շուրջը:Կոնֆիգուրացիան տվյալ մոլեկուլում ատոմների որոշակի տարածական դասավորությունն է,օրինակ՝ sp3-քառանիստ կոնֆիգուրացիա,sp 2-հարթ կոնֆիգուրացիա:

Տարբեր կոնֆիգուրացիա ունեցող իզոմերները կոչվում են կոնֆիգուրացիոն իզոմերներ,օրինակ՝ D- և L- գլիցերինային ալդեհիդները,ցիս- և տրանս-բութենները:

L-D Իզոմերիա
Տրանս-2-բութեն
Ցիս-2-բութեն

<<Կոնֆորմացիա>> տերմինը նշանակում է հայտնի կոնֆիգուրացիա ունեցող մոլեկուլի կազմի մեջ մտնող ատոմների կամ ատոմների խմբերի տարածական զանազան դիրքորոշում,որը պայմանավորված է պտույտով մեկ կամ մի քանի պարզ կապերի շուրջը,օրինակ,բութանի շեղված (գոշ) և արգելակված (անտի) կոնֆորմացիաները:

Բութանի արգելակված և ծածկված կոնֆորմացիաները

Խիրալություն:


Հայտնի են բազմազան օրինակներ,երբ երկու առարկա միմյանց համար հանդիսանում են հայելապատկեր,օրինակ,աջ և ձախ ձեռքը,աջ և ձախ բյուրեղը և այլն:<<Խիրալություն>> տերմինը օգտագործում են այն դեպքում,երբ երկու առարկա գտնվում են նման հարաբերության մեջ:Մոլեկուլների այդպիսի զույգերը կոչվում են էնանթիոմերներ:Մոլեկուլները երկրաչափական մարմիններ են,որոնց համար կարելի է կիրառել սիմետրիայի հատկությունները:Սիմետրիայի հիմնական տարրերն են սիմետրիայի առանցքը,սիմետրիայի հարթությունը և սիմետրիայի կենտրոնը:

Մոլեկուլները,որոնք ունեն սիմետրիայի տարրեր (առանցք,հարթություն կամ կենտրոն) օժտված են արտացոլման սիմետրիայով և կոչվում են ախիրալ:Այդպիսի մոլեկուլները չեն կարող կազմել էնանթիոմեր զույգեր և օպտիկական ակտիվություն չեն ցուցաբերում:Օրինակ,մեզոգինեթթուն:Սիմետրիայի տարրեր չունեցող մոլեկուլները կոչվում են խիրալ:Այս միացությունները չեն համընկնում իրենց հայելապատկերի հետ և կարող են գոյություն ունենալ էնանթիոմեր զույգերի ձևով.


Սիմետրիայի բացակայությունը պայմանավորված է տվյալ միացություններում ասիմետրիկ ածխածինների,կամ խիրալ կենտրոնների,առկայությամբ:Այդպես են անվանում ածխածնի այն ատոմները,որոնց չորս կապերը առաջացած են տարբեր ռադիկալների հետ:Ասիմետրիկ ածխածին պարունակող միացությունները հարթության վրա պատկերելու համար օգտագործում են Ֆիշերի պրոյեկցիոն բանաձևերը:Այս բանաձևերում ածխածնային շղթան հարթության վրա տեղադրվում է ուղղահայած դիրքով այնպես,որ ավագ խումբը գտնվի վերևում:Ուղղահայած և հորիզոնական գծերի հատման կետերը համապատասխանում են ասիմետրիկ ածխածիններին,այդ ածխածինները չեն գրվում:Օրինակ.

Գլիցերինային ալդեհիդները


Ասիմետրիկ ածխածին պարունակող միացությունները հիմնականում օպտիկապես ակտիվ են:Օպտիկապես ակտիվ են կոչվում այն միացությունները,որոնք պտտում են բևեռացված լույսի հարթությանը:Անհրաժեշտ է նշել,որ ոչ բոլոր ասիմետրիկ կենտրոն ունեցող միացություններն են խիրալ և օժտված օպտիկական ակտիվությամբ:Այն դեպքում,երբ ասիմետրիկ ածխածին պարունակող միացություններում գոյություն ունի սիմետրիայի հարթություն,մոլեկուլը ախիրալ է (մեզոգինեթթու,ցիստին և այլն):

Բացարձակ և հարաբերական կոնֆիգուրացիա[խմբագրել]

Բոլոր խիրալ կենտրոն ունեցող միացությունները ընդունված է բաժանել երկու ստերեոքիմիական շարքերի՝ D և L:Օրգանական միացությունների բացարձակ կոնֆիգուրացիան դա տեղակալիչների իրական տարածական դասավորվածությունն է խիրալ կենտրոնի շուրջը,որը որոշվում է ճշգրիտ,մասնավորապես ռենտգենոկառուցվածքային անալիզի եղանակով:Սակայն,որոշելով մի շարք հանգուցային միացությունների,որոնք հայտնի են այժմ որպես էտանոլային միացությունների,բացարձակ կոնֆիգուրացիաները,ապա համեմատելով անհայտ կոնֆիգուրացիա ունեցող միացության հետ,կարելի է որոշել վերջինիս հարաբերական կոնֆիգուրացիան:Մինչ ճշգրիտ եղանակների ի հայտ գալը,որպես կոնֆիգուրացիոն էտալոն էին ընդունվել D(+) և L(-)-գլիցերինային ալդեհիդները:D-ստերեոքիմիական շարքին են պատկանում խիրալ կենտրոնի այնպիսի կոնֆիգուրացիա ունեցող միացությունները,որոնցում ֆունկցիոնալ խմբերը (OH,NH2,հալոգենները) Ֆիշերի պրոյեկցիաներում գտնվում են ուղղահայաց գծից աջ,իսկ L-շարքին-ձախ:

Օրինակ՝

L-D-ալանին
DL-կաթնաթթու

Այժմ բավականին հաճախ D,L համակարգի փոխարեն կիրառվում է R,S-նոր ստերեոքիմիական անվանակարգը,որը հիմնված է խիրալ կենտրոնի մոտ գտնվող տեղակալիչների ավագության նվազման ուղղության վրա (տեղակալիչների ավագությունը որոշվում է խիրալ կենտրոնի հետ կապված տարրի ատոմական համարով):

Մեկ ասիմետրիկ ածխածին պարունակող միացությունը կարող է հանդես գալ երկու ստերեոիզոմերների ձևով:Ստերեոիզոմերների թիվը որոշվում է 2n բանաձևով,որտեղ n-ը ասիմետրիկ ածխածինների թիվն է:

Կոնֆիգուրացիոն ստերեոիզոմերները բաժանվում են էնանթիոմերների և դիաստերեոմերների:

Մոլեկուլները,որոնք ունեն նույն կառուցվածքային բանաձևերը,իսկ բոլոր խիրալ կենտրոնների կոնֆիգուրացիաները հակառակն են (միմյանց հայելապատկերն են),կոչվում են էնանթիոմերներ:

Էնանթիոմերներ են D(+) և L(-) գլիցերինային ալդեհիդները,D և L կաթնաթթուները,D և L գլյուկոզները և այլն:Էնանթիոմերները ունեն նույն քիմիական և ֆիզիկական հատկությունները,բացառությամբ բևեռացված լույսի հարթության պտտման ուղղությունից (պտտման անկյունը նույնն է):Աջ պտտող էնանթիոմերները ստանում են (+),իսկ ձախ պտտողները՝ (-)նշանը:Էնանթիոմերների էկվիմոլային խառնուրդը կոչվում է ռացեմատ:Ռացեմատները օպտիկապես ակտիվ չեն,քանի որ երկու էնանթիոմերների էֆեկտները կոմպեսում (մարում) են միմյանց:Պտտման ուղղությունը (նշանը) և աստիճանը (մեծությունը) որոշվում է փորձնական ճանապարհով:

Դիաստերեոմերներ:Բոլոր ստերեոիզոմերները,որոնք էնանթիոմեր չեն,կոչվում են դիաստերեոմերներ,որոնք նույն կառուցվածքային բանաձևը,բայց տարբերվում են միմյանցից խիրալ կենտրոնների կոնֆիգուրացիայով:Դիաստերեոմերիայի մասնավոր դեպք է էպիմերիան,երբ իզոմերները տարբերվում են միայն մեկ խիրալ կենտրոնի կոնֆիգուրացիայով:Դիաստերեոմերները տարբերվում են իրենց ֆիզիկաքիմիական հատկություններով:


Կոնֆորմացիոն իզոմերներ:Բաց շղթայով միացությունների կոնֆորմացիաները[խմբագրել]

Ինչպես վերը նշեցինք,ատոմների տարբեր տարածական դասավորվածության հետևանքով,որը առաջանում է պարզ կապերի շուրջ կատարվող պտույտի ժամանակ,առաջանում են կոնֆորմացիոն իզոմերներ (կոնֆորմերներ):Կոնֆորմացիոն իզոմերները ընդունված է պատկերել Նյումենի բանաձևերով,որոնց վրա նշվում են տեղակալիչների դիրքերը C-C կապերի շուրջ պտույտ կատարելու դեպքում:Էթանի օրինակի վրա քննարկենք հնարավոր կոնֆորմերների թիվը,ընդունելով մինիմալ պտույտը հավասար 60°:Կոնֆորմացիաները,որոնցում տեղակալիչները գտնվում են միմյանց դիմաց (պտտման աստիճանը 0°,կամ 360°),առավել մոտ դիրքում,օժտված են բարձր էներգիայով և կոչվում են <<ծածկված>>:Կոնֆորմացիաները,որոնցում տեղակալիչները գտնվում են առավել մեծ հեռավորության վրա (պտտման անկյունը 180°),գտնվում են ցածր էներգետիկ մակարդակի վրա և կոչվում են <<արգելակված>>:

Էթանի կոնֆորմացիաները
Էթանի ծածկված և արգելակվաշ կոնֆորմացիաները

Էթանի ծածկված կոնֆոմացիայի պոտենցիալ էներգիան 12կՋ/մոլ-ով բարձր է,քան արգելակվածինը:Դա պայմանավորված է հարևան դիրքերում գտնվող կապերի էլեկտրոնների միջև առաջացող վանող ուժերով,որի հետևանքով զարգանում է այսպես կոչված տորսիոն լարվածություն:Էթանի տարբեր կոնֆորմերների էներգետիկ մակարդակների տարբերությունը մեծ չէ և սովորական պայմաններում մեկ կոնֆերմերը հեշտությամբ անցնում է մյուսի:Բութանի մոտ տորսիոն լարվածությանը գումարվում է ևս մեկը,որը առաջանում է մեթիլ խմբերի փոխադարձ վանման հետևանքով և կոչվում է Վան-դեր-Վալսի լարվածություն:Այս դեպքում համակարգի լարվածությունը ավելի մեծ է:Հետևաբար մոլեկուլները ձգտում են ընդունել այնպիսի կոնֆորմացիա,որի դեպքում առավել կայուն են:

Բութանի շեղված (գոշ կոնֆորմացիա)

Էներգետիկ առումով միջին դիրք գրավող կոնֆորմացիաները կոչվում են շեղված,կամ գոշ-կոնֆորմացիաներ:

Ցիկլիկ միացությունների կոնֆորմացիաներ[խմբագրել]

Ցիկլոալկաններում,տորսիոն և Վան-դեր-Վալսի լարվածությանը գումարվում է Բայերի անկյունային լարվածությունը:Վերջինս պայմանավորված է ցիկլում վալենտային անկյունների շեղումով՝ նորմալ տետրաէդրի անկյունից:Օրինակ,առավել պարզ ներկայացուցչի,ցիկլոպրոպանի վալենտային անկյունները կազմում են 60°,որի հետևանքով առաջանում է մեծ լարվածություն:

Ցիկլոպրոպան
Ցիկլոբութան

Ցիկլոպրոպանում պտույտ C-C կապերի շուրջ չի կատարվում,և ջրածնի բոլոր ատոմները գտնվում են ծածկված դիրքում:Հետևաբար,ցիկլոպրոպանը չունի կոնֆորմերներ: Ելնելով վերը նշվածից,հասկանալի է,որ եռանդամ ցիկլը անկայուն է:Հաջորդ ներկայացուցիչը ցիկլոբութանն է,որի վալենտային անկյունները հավասար են 90°:Ջրածնի ատոմները գտնվում են ծածկված դիրքում:Բարձր տորսիոն և անկյունային լարվածության հետևանքով քառանդամ ցիկլը նույնպես անկայուն է:

Ցիկլոպենտանի համար հայտնի է երկու կոնֆորմեր,հարթ ձևի մոտ բացակայում է անկյունային լարվածությունը,քանի որ վալենտային անկյունները հավասար են 108°,որը մոտ է նորմալ արժեքին:Սակայն հարթ ձևի մոտ ուժեղ է դրսևորվում տորսին լարվածությունը (ծածկման լարվածությունը),որը ծրարի կոնֆորմացիայի դեպքում ավելի ցածր է:

Ցիկլոպենտան
Ծրարի կոնֆորմացիա

Ցիկլոհեքսանում անկյունները հավասար են 120°:Սրա համար հայտնի են մի շարք կոնֆորմերներ,որոնցից ավելի ցածր լարվածություն ունեն մի քանի որ հարթ,այսպես կոչված,նավակ,բազկաթոռ և զեթաձև կոնֆորմերները:

Ցիկլոհեքսանի բազկաթոռ
Բազկաթոռ ըստ Նյումենի

Նյումենի պրոյեկցիոն բանաձևերը հնարավորություն են տալիս հստակ պատկերացնել ատոմների փոխադարձ դիրքը:Առանցքին զուգահեռ կապերը կոչվում են աքսիալ,իսկ 109,28° անկյան տակ գտնվողներինը՝ էկվատորիալ:

Նավակ
Նավակ ըստ Նյումենի


Ցիկլոհեքսանի բազկաթոռի կոնֆորմացիայում ջրածնի ատոմների դիրքը նույնն է,ինչ էթանի արգելակված կոնֆորմացիայում,իսկ ածխածինները՝ բութանի շեղված կոնֆորմացիայում:Նավակ կոնֆորմացիայի դեպքում C-2,C-3,C-5,C-6 ածխածինների մոտ գտնվող ջրածինների ծածկված դիրքի շնորհիվ,ցիկլի լարվածությունը մեծ է:Հետևաբար,բազկաթոռ կոնֆորմերը էներգետիկ տեսակետից ավելի շահավետ է:

Օրգանական միացությունների թթվային և հիմնային հատկությունները[խմբագրել]

Բազմաթիվ օրգանական միացությունների ֆիզիկաքիմիական և կենսաբանական դերը պայմանավորված է այդ միացությունների թթվահիմնային հատկություններով:Նյութափոխանակությանը մասնակից օրգանական միացությունները հիմնականում թույլ թթուներ կամ թույլ հիմքեր են:

Օրգանական քիմիայում թթուների և հիմքերի մի քանի տեսություններից (Արենիուսի,Բրեստեդ-Լոուրիի,Լյուիսի),առավել կիրառելի է 1923 թվականին դանիացի քիմիկոս Յոհան Բրենստեդի և անգլիացի քիմիկոս Թոմաս Լոուրիի կողմից առաջադրվածը,որն անվանում են Բրեստեդ-Լոուրիի տեսություն:Ըստ այս տեսության,թթուներ են հանդիսանում այն միացությունները,որոնք քիմիական ռեակցիաներում կարող են տրամադրել պրոտոն (պրոտոնների դոնորներ),իսկ հիմքեր՝ այն նյութերը,որոնք կարող են ընդունել պրոտոն (պրոտոնների ակցեպտորներ):Ընդհանուր ձևով թթվա-հիմնային փոխազդեցությունը կարելի է ներկայացնել հետևյալ հավասարումով՝

A-H(թթու)+:B(հիմք)↔A-(զուգորդված հիմք)+BH+(զուգորդված թթու)

Այն թթուները,որոնք ռեակցիայում տրամադրում են մեկ պրոտոն,օրինակ HCl կամ HNO3,մոնոպրոտիկ թթուներ են:H2SO4՝ դիպրոտիկ թթու է,քանի որ կարող է տրամադրել երկու պրոտոն իսկ H3PO4՝ եռպրոտիկ թթու է,քանի որ կարող է տրամադրել երեք պրոտոն: Քացախաթթուն (CH3COOH)` օրգանական թթուների ներկայացուցիչը,իր կազմում ունի չորս ջրածնի ատոմ,բայց միայն մեկը,որը կապված է թթվածնի հետ, թթվային է:Ածխածնի հետ կապված ջրածինները դժվար են պոկվում:Այդ առումով բազմաթիվ օրգանական թթուները նման են միմյանց.նրանք պարունակում են մեծ թվով ջրածնի ատոմներ,բայց միայն -COOH խմբի մեջ մտնողն է թթվային:


Օրգանական միացությունների թթվայնությունը[խմբագրել]

Օրգանական միացությունների մեծամասնությունը կարելի է դիտարկել որպես թթուներ,քանի որ նրանք պարունակում են զանազան տարրերի հետ (O,N,C,S) կապված ջրածնի ատոմներ:Համապատասխանաբար օրգանական թթուները դասակարգվում են ըստ թթվային կենտրոնի՝ C-H,N-H,O-H,S-H թթուների:Համաձային Բրեստեդ-Լոուրիի տեսության թթուներ են հանդիսանում ոչ միայն չեզոք մոլեկուլները,այլ նաև իոնները:

Օրգանական միացությունների իոնացման ունակությունները փոխվում են լայն սահմաններում:Թթվայնությունը գնահատվում է թթվի դիսոցման հաստատունով՝ Ka,կամ նրա բացասական լոգարիթմով՝ pKa:Որքան փոքր է pKa-ն,այնքան ավելի բարձր է թթվայնությունը:Թթվային հատկությունները բնութագրելու համար պետք է ղեկավարվել հետևյալ կանոնով.թթվի ուժը որոշվում է տվյալ թթվից առաջացած անիոնի կայունությամբ՝ որքան ավելի կայուն է անիոնը,այնքան ավելի ուժեղ է թթուն:Անիոնի կայունությունը պայմանավորված է մի քանի գործոններով՝

  • 1.թթվային կենտրոնում գտնվող տարրի բնույթով՝ էլեկտրաբացասականությամբ և բևեռունակությամբ,
  • 2.անիոնում բացասական լիցքի ապատեղայնացման աստիճանով,
  • 3.ռադիկալի բնույթից,
  • 4.սոլվատացման էֆեկտներով:

Էլեկտրաբացասականության աճի հետ մեծանում է տարրի բացասական լիցք կրելու հնարավորությունը և առաջացող անիոնի կայունությունը:

Ալիֆատիկ թթուների թթվայնությանը համեմատական գնահատական տալու համար կարելի է համեմատել միայն այն թթուները,որոնց թթվային կենտրոնում նույն պարբերության տարրերն են,և գործնականում չի փոխվում բևեռունակությունը.

CH<NH<OH

SH-թթուների մոտ գերակշռում է բևեռունակության գործոնը՝ ծծմբի ատոմը ունի ազատ օրբիտալ,և բացասական լիցքը հնարավորություն ունի ապատեղայնացվելու ավելի մեծ ծավալում,որը և նպաստում է անիոնի բարձր կայունությունը:Թիոլները որպես ավելի ուժեղ թթուներ,փոխազդում են ալկալիների,ծանր մետաղների օքսիդների,հիդրօքսիդների և աղերի հետ:Սպիրտները,որպես ավելի թույլ թթուներ,կարող են փոխազդել միայն ակտիվ մետաղների հետ՝

2R-OH+2Na→2RONa+H2

Թիոլների համեմատաբար բարձր թթվայնության վրա է հիմնված մի շարք դեղամիջոցների ազդման մեխանիզմը:Օրինակ,ունիթիոլը,բրիտանական անտիլյուիզիտը (ԲԱԼ) օգտագործվում են As,Hg,Cr,Bi և այլ մետաղների միացություններով,թիոլային թույներով թունավորումների ժամանակ որպես անտիդոտ:

  • ClCH=CHAsCl2-լյուիզիտ
  • CH2SH-CHSH-CH2OH-ԲԱԼ
  • CH2SH-CHSH-CH2SO3Na-ունիթիոլ

Թիոլային թույներ են կոչվում այն միացությունները (օր՝ լյուիզիտ),որոնք փոխազդելով ֆերմենտների,սպիտակուցների SH-խմբերի հետ ինակտիվացնում են նրանց:

Նույն ռադիկալի դեպքում,ըստ թթվայնության նվազման օրգանական թթուները կարելի է դասավորել հետևյալ հաջորդականությամբ՝

SH>OH>NH>CH

Թթվայնության հարաբերական մեծությունը որոշվում է անիոնի բացասական լիցքի ապատեղայնացումով և սոլվատացման աստիճանով:Անիոնի կայունությունը աճում է,երբ զուգորդման հետևանքով տեղի է ունենում բացասական լիցքի ապատեղայնացում:Դրանով է բացատրվում սպիրտների համեմատությամբ ֆենոլների ավելի բարձր թթվայնությունը.ֆենօքսիդ-իոնը ավելի կայուն է,քանի ալկօքսիդ-իոնը՝

Ֆենօքսիդ-իոն

R-O--ալկօքսիդ-իոն

Անմիջական շփման ժամանակ ֆենոլները առաջացնում են այրվածքներ:

Կարբոնաթթուների բարձր թթվայնությունը պայմանավորված է անիոնի ռեզոնանսային կայունությամբ՝ բացասական լիցքի հավասարաչափ բաշխումով թթվածնի էլեկտրաբացասական ատոմների միջև:

Թթվային կենտրոնի նույն ատոմի դեպքում,թթվայնությունը կախված է ռադիկալի բնույթից՝ էլեկտրադոնոր տեղակալիչները նվազեցնում են թթվայնությունը՝

  • CH3OH>C2H5OH>(CH3)2CHOH>(CH3)3-OH
  • HCOOH>CH3COOH>(CH3)3C-COOH

Էլեկտրաակցեպտոր տեղակալիչները նպաստում են թթվային կենտրոնի բացասական լիցքի ապատեղայնացմանը և,հետևաբար թթվային հատկությունների ուժեղացմանը:Օրինակ,պրոպանաթթվի pKa հավասար է 4,9,իսկ կաթնաթթվի (2-հիդրօքսիպրոպանաթթվի) թթվայնությունը մեկ կարգով բարձր է՝

CH3-CH2-COOH-պրոպանաթթու pKa 4,9

Կաթնաթթթու pKa 3,9


Այսպիսով,α-հիդրօքսիթթուները ավելի ուժեղ թթուներ են,քան համապատասխան կարբոնաթթուները:Էլեկտրոաակցեպտոր տեղակալիչները զգալիորեն բարձրացնում են և CH թթվայնությունը,օրինակ՝ քլորոֆորմի (CHCl3) pKa=15,7,իսկ մեթանի (CH4) pKa=40,մոնոքլորքացախաթթվի ուժն ավելի մեծ է,քան պրոպիոնաթթվինը՝

Cl←CH2←COOH(մոնոքլորքացախաթթու)>CH3→CH2→COOH(պրոպանաթթու)

Եվ այս շարքում աջից ձախ մեծանում է թթվայնությունը:

Կարբոնաթթուների և նրանց ածանցյալների դերը մեծ է ոչ միայն նյութափոխանակության համար,այլ նաև բազմաթիվ այլ ասպարեզներում:Օրինակ,ի տարբերություն ֆենոլի ագրեսիվ,տոքսիկ ազդեցության,որը օգտագործվում է որպես հակաախթահանիչ,հզոր անիտեսպթիկ միջոց,նրա որոշ ածանցյալներ ունեն կարևոր նշանակություն սննդարդյունաբերության մեջ:Այժմ հացահատիկներից պատրաստված զանազան թխվածքների,մթերքների փաթեթների վրա նշվում են բաղադրամասերը և բավականին հաճախ այնտեղ հանդիպում են BHT և BHA հապավումները:Նշված միացությունները ֆենոլի ածանցյալներն են,որոնք փոխազդելով ազատ ռադիկալների հետ դրսևորում են բարձր հակաօքսիդանտային ակտիվություն:

Օրգանական միացությունների հիմնայնությունը[խմբագրել]

Ըստ Բրեստեդ-Լոուրիի հիմքեր են հանդիսանում այն միացությունները,որոնք կարող են ընդունել պրոտոն:Օրգանական հիմքեր են հանդիսանում բացասական լիցքավորված իոնները (անիոնները) և այն չեզոք մոլեկուլները,որոնց հետերոատոմը ունի չբաշխված էլեկտրոնային զույգ (n-հիմքեր) և կարող են կովալենտ կապ հաստատել պրոտոնի հետ:

Գոյություն ունի ևս մեկ խումբ՝ π-հիմքեր,որոնցում հիմնայնության կենտրոն են հանդիսանում տեղայնացված π-կապի էլեկտրոնները կամ զուգորդված համակարգի π-էլեկտրոնային ամպը:Այս հիմքերը պրոտոնի հետ առաջացնում են ոչ թե կովալենտ կապ,այլ կարճատև գոյություն ունեցող π-կոմպլեքսներ:

Հիմնային հատկությունների համեմատական արժեքը:

Որպես քանակական բնութագիր օգտագործում են զուգորդված թթվի (BH+) pKa-ի (pKBH+) մեծությունը:Օրինակ՝ մեթիլամինի հիմնայնությունը որոշվում է իր զուգորդված թթվի-մեթիլամոնիումի իոնի pKa-ով (pKBH+):

CH3NH2(մեթիլամին(հիմք))+HOH=CH3NH3+(pKa=10,62 մեթիլամոնիումի կատիոն (թթու))+OH-

Որքան ավելի մեծ է pKBH+-ը,այնքան ավելի ուժեղ է հիմքը:

Որքան ավելի մեծ է ատոմի էլեկտրաբացասականությունը,այնքան ավելի ուժեղ է ատոմը պահում չբաշխված էլեկտրոնային զույգը և ավելի փոքր է պրոտոնի հետ կապ հաստատելու հնարավորությունը:

Հիմայնության ուժը կախված է նույն գործոններից,ինչ որ թթվայնությունը,բայց էլեկտրադոնոր և էլեկտրաակցեպտոր խմբերի ազդեցությունը հակառակն է:Հետևաբար,նույն ռադիկալի դեպքում,O-հիմքերն ավելի թույլ են,քան N-հիմքերը:S-հիմքերում ատոմի էլեկտրոնային խտությունը ցրված է ավելի մեծ ծավալում և լիցքի խտությունն ավելի փոքր է (բևեռայնացման գործոն):Այդ պատճառով S-հիմքերն ընդունակ չեն պրոտոնի հետ ամուր կապեր ստեղծելու և այդ հիմքերն ավելի թույլ են,քան O-հիմքերը:Հետերոցիկլիկ միացություններում հիմնային կենտրոն է հանդիսանում պիրիդինային բնույթի ազոտի ատոմը:

Օրգանական միացություններից ամենաբարձր հիմնայնություն ունեն ամինները:Ալիֆատիկ ամինները լուծվելով նոսր թթուներում,առաջացնում են տեղակալված ամոնիումի աղեր.

R-NH2+HCl↔RNH3+Cl-(ալկիլամոնիումի քլորիդ)

Տեղակալիչները ազդում են ոչ միայն շնորհիվ էլեկտրոնային էֆեկտների,այլ նաև ազդելով լուծիչի հետ փոխազդեցության վրա:

Ալիֆատիկ ամինների հիմնայնությունը (որոշված գազային ֆազում) աճում է ալկիլային բնույթի (էլեկտրադոնոր) տեղակալիչների կուտակման զուգահեռ՝

NH3<CH3→NH2<(CH3)2NH<(CH3)3N

Եվ այս շարքում ձախից աջ մեծանում է հիմնայնությունը:

Դա բացատրվում է և պայմանավորված է զուգորդված թթվի կատիոնի վրա ռադիկալների կայունացնող ազդեցությամբ (+I):

Ցիկլիկ ամինները (օր.անիլին),ավելի թույլ հիմքեր են,քան ացիկլիկ ամինները,քանի որ ազոտի էլեկտրոնային զույգը ընդգրկվում է արոմատիկ համակարգում՝ մասնակցում է զուգորդմանը:

Օրգանական ռեակցիաների դասակարգումը[խմբագրել]

Բազմազան օրգանական ռեակցիաները դասակարգվում են հաշվի առնելով մի շարք գործոններ՝ ռեակցիային մասնակից մոլեկուլների թիվը,կապերի փոփոխությունների բնույթը,ռեակցիայի արդյունքը:

Ռեակցիոնունակությունը միշտ պետք է գնահատել տվյալ ռեակցիային մասնակցող նյութերի նկատմամբ:Ընդունված է սուբստրատ անվանել այն մոլեկուլը,որը ածխածնի ատոմ է տրամադրում նոր կապի առաջացման համար,իսկ նրա վրա ազդող միացությունը անվանում են ռեագենտ:Ըստ սուբստրատի և ռեագենտի մոլեկուլներում կապերի փոփոխության բնույթից ռեակցիաները բաժանվում են ռադիկալային,իոնային և սինխրոն (համաձայնեցված):

Ռեագենտների և ռեակցիաների դասակարգում[խմբագրել]

Ռեակցիոն կենտրոնի վրա գրոհող ռեագենտները կարող են լինել երեք հիմնական տեսակի.ռադիկալային,էլեկտրաֆիլ և նուկլեաֆիլ:

  1. Ռադիկալ ռեագենտները (R-radical) գոյանում են կովալենտ կապի հոմոլիտիկ ճեղքման ժամանակ:Ռադիկալները իրենցից ներկայացնում են ատոմներ կամ մի խումբ ատոմներ,որոնք ունեն չզույգված վալենտային էլեկտրոն՝ R1:R2→R1+R2
  2. Էլեկտրաֆիլ և նուկլեաֆիլ ռեագենտները գոյանում են կապի հետերոլիտիկ ճեղքման դեպքում՝

Br|:Br→Br+(էլեկտրաֆիլ)+:Br-(նուկլեաֆիլ)

Էլեկտրաֆիլները մասամբ լրացված վալենտային էլեկտրոնային օրբիտալներով մասնիկներ են:Նուկլեաֆիլները այն մասնիկներն են,որոնք արտաքին էլեկտրոնային օրբիտալի վրա ունեն էլեկտրոնային զույգ:

Էլեկտրաֆիլ ռեագենտներ,(E-electrophie)`

  1. դրական լիցքավորված իոններ՝ H+,Br+,R3C+
Carbocationlewis.PNG
  1. չեզոք մոլեկուլներ՝

Cδ+→X


Նուկլեաֆիլ ռեագենտներ (N-nucleophile)

  1. բացասական լիցքավորված իոններ՝ OH-,Cl-,RCOO-,RO-,HS-,RS-:
  2. չեզոք մոլեկուլներ ազատ (չբաշխված) էլեկտրոնային զույգ կրող,օրինակ` H2O,ROH,RSH,:NH3,RNH2:

Սինխրոն մեխանիզմով ընթացող են կոչվում այն ռեակցիաները,երբ կապի ճեղքումը և նոր կապի առաջացումը տեղի է ունենում առանց ռադիկալային կամ իոնային բնույթի մասնիկների առաջացման:Օրինակ՝ էթիլենից ցիկլոբութանի առաջացումը՝


կամ Դիլս-Այդերի դիենային սինթեզի ռեակցիան և այլն:

Դիլս-Այդերի ռեակցիան

Ըստ գումարային պրոցեսի արագությունը պայմանավորող (լիմիտավորող) փուլին մասնակցող մոլեկուլների թվի,տարբերում են մոնոմոլեկուլյար և բիմոլեկուլյար ռեակցիաներ:

Հաշվի առնելով վերջնական արդյունքը ռեակցիաները դասակարգվում են հետևյալ կերպ՝

  1. տեղակալման ռեակցիաներ (S-substitution)`
  • ա)ռադիկալային (SR),բ)էլեկտրաֆիլ (SE),գ)նուկլեաֆիլ (SN)
  1. միացման ռեակցիաներ (A-addition),երբ տեղի է ունենում կրկնակի կամ եռակի կապի քանդում և պարզ կապերի առաջացում:Այս ռեակցիաները,կախված առաջին փուլում հարձակվող ռեագենտի բնույթից,լինում են.ա)նուկլեաֆիլ (AN) և բ)էլեկտրաֆիլ (AE):
  2. էլիմինացման կամ պոկման ռեակցիաներ (E-elimination)
  3. օքսիդավերականգնման ռեակցիաներ
  4. վերախմբավորման ռեակցիաներ
  5. թթվահիմնային փոխազդեցություններ:

Վերախմբավորման ռեակցիաների շնորհիվ առաջանում են իզոմերի միացություններ (կետո-ենոլ,լակտամ-լակտիմ տաուտոմերիա և այլն):

Օքսիդավերականգնման ռեակցիաներ[խմբագրել]

Օրգանական քիմիայում օքսիդացման ռեակցիաներ են հանդիսանում այն ռեակցիաները,որոնց ընթացքում տեղի է ունենում ջրածնի ատոմների հեռացում մոլեկուլից չհագեցած (կրկնապատիկ) կապերի առաջացումով կամ բևեռացված կապերի առաջացումով ջրածնից ավելի էլեկտրաբացասականություն ունեցող հետերոատոմի հետ:Օքսիդացման պրոցեսը ընդգրկում է նաև էլեկտրոնների փոխանցումը սուբստրատից ռեագենտ:Քիմիական ռեակցիաները,որոնց ընթացքում տեղի է ունենում էլեկտրոնների փոխանցում մեկ մոլեկուլից մյուսին,կոչվում են օքսիդավերականգնման:Օքսիդացում-էլեկտրոնների կորուստ,վերականգնում-էլեկտրոնների ընդունում,էլեկտրոնների դոնորները-վերականգնիչ են,ակցեպտորները-օքսիդիչ:Օքսիդիչները և վերականգնիչները գործում են որպես զուգորդված օքսիդավերականգնվող զույգեր:

Ածխածնի օքսիացման աստիճանը օքսիդավերականգման ռեակցիաների ընթացքում փոխվում է:Ածխաջրածինների այրման ժամանակ օքսիդացումը գնում է մինչև վերջ և առաջանում է ածխածնի դիօքսիդ,իսկ ոչ լրիվ օքսիդացման պայմաններում առաջանում է տարբեր միացությունների խառնուրդ,օրինակ՝

CH4(մեթան)→CH3OH(մեթանոլ)→HCHO(մեթանալ)→HCOOH(մեթանաթթու)→CO2(ածխաթթու գազ)

Հագեցած ածխաջրածինները առավել դժվար օքսիդացող օրգանական միացություններ են և օքսիդանում են միայն խիստ պայմաններում՝ բարձր ջերմաստիճանի և ուժեղ օքսիդիչի ազդեցության դեպքում:Միջանկյալ պրոդուկտները՝ առաջնային և երկրորդային սպիրտները,ալդեհիդները օքսիդանում են ավելի մեղմ պայմաններում:Օքսիդավերականգնման ռեակցիաներ են հանդիսանում դեհիդրման և հիդրման ռեակցիաները՝ օրինակ սաթաթթվի օքսիդացումից Կրեբսի եռկարբոնաթթվային ցիկլում առաջանում է ֆումարաթթու՝

Սաթաթթու + FADՖումարաթթու + FADH2.

Օքսիդավերականգնման ռեակցիաների մեխանիզմը[խմբագրել]

Գոյություն ունի էլեկտրոնների փոխանցման մի քանի եղանակ.

  • 1.էլեկտրոնների անմիջական տեղափոխում (մեկ էլեկտրոնային տեղափոխում):Նման եղանակով են գործում ցիտոքրոմները,հեմ պարունակող սպիտակուցները շնչառական շղթայում:Վերականգնված մոլեկուլը կարող է տրամադրել իր էլեկտրոնը ցանկացած վերականգնվող միացության.

Fe2+-1e→Fe3+

  • 2.ջրածնի ատոմի տեղափոխում (ազատ ռադիկալային ճեղքում,(օրինակ,ֆումարաթթվի օքսիդացում)՝ R-H
  • 3.H- հիդրիդ իոնի ձևով փոխանցում դոնորից ակցեպտորին (դեհիդրոգենազների մասնակցությամբ):
  • 4.Օրգանական միացությունների և թթվածնի անմիջական փոխազդեցություն,որի արդյունքում առաջանում է թթվածնի հետ կովալենտ կապ ունեցող միացություն,օրինակ՝ ալիֆատիկ հիդրօքսիլացում՝ դեղամիջոցների բիոտրանսֆորմացիայի հիմնական ուղիներից մեկը,ստերոիդ հորմոնների սինթեզ և այլն:
~\mathrm{R_CH3\xrightarrow{1/2O2\circ }\ R-CH2OH\uparrow}

Հիդրօքսիլ- և օքսո- խմբերի օքսիդացում

Սպիրտներն ունեն օքսիդանալու ավելի բարձր հնարավորություն հագեցած ածխաջրածինների հետ համեմատ:

CH3-OH-CH2-OH(առաջնային)→CH3CHO→CH3COOH

(CH3)2COOH(երկրորդային)→CH3-CO-COOH

Երրորդային սպիրտները և կետոնները կայուն են օքսիդիչների նկատմամբ և ուժեղ օքսիդիչների ազդեցության դեպքում ճեղքվում են C-C կապերը:

Կենսաբանական համակարգերում սպիրտների և ալդեհիդների օքսիդացումը,ամինաթթունի օքսիդացնող դեզամինացումը կատարվում է ֆերմենտատիվ եղանակներով:Այդ ռեակցիաներում որպես կոնֆորմենտ հանդես է գալիս NAD+-ը տեղի է ունենում հիդրիդ իոնի տեղափոխություն:

Հասկանալի է,որ վերականգնված կոնֆորմետը (NADH+H+) կարող է մասնակցել որպես ջրածնի դոնոր վերականգնման ռեակցիաներում:

Ադենինի ռեակցիան

Չհագեցած և արոմատիկ միացությունների օքսիդացում[խմբագրել]

Կրկնակի կապ պարունակող միացությունների օքսիդացման ժամանակ որպես միջանկյալ պրոդուկտներ առաջանում են էպօքսիդներ,որոնց հիդրոլիզից առաջանում են դիոլներ՝

7 H2C=CH2 + 6 O2 → 6 C2H4O + 2 CO2 + 2 H2O

Արոմատիկ ցիկլերը կայուն են օքսիդացման նկատմամբ:Կոնդեսացված ցիկլերը (նավթալին,անտրացեն) բենզոլի համեմատ ավելի հեշտ են օքսիդանում:Չափազանց խիստ պայմաններում բենզոլը ևս կարող է օքսիդանալ.արդյունքում առաջանում է մալեինանհիդրիդ:

Բենզոլի օքսիացումը

Կոնդեսացված արոմատիկ միացությունների էպօքսիդները կանցերոգեն են:Կենսաբանական համակարգերում էպօքսիդների առաջացումը արոմատիկ միացությունների հիդրօքսիլացման փուլերից մեկն է և կատարվում է ֆերմենտատիվ եղանակով:Օրինակ՝ ֆենիլալանինից թիրոզինի առաջացումը:

Ֆենիլալանինից թիրոզի առաջացման ռեակցիան

Վերականգնման ռեակցիաներ[խմբագրել]

Օքսիդավերականգնման երկակիության շնորհիվ ալդեհիդների վերականգնումից առաջանում են առաջնային սպիրտներ,կետոնների վերականգնումից՝ երկրորդային սպիրտներ:Նիտրոմիացությունների վերականգնումը մի փոքր այլ կերպ է ընթանում.

R-NO2→R-N=O(նիտրոզոածանցյալ)→R-NH-OH(հիդրօքսիլ-ամինածանցյալ)→R-NH2(ամինածանցյալ)

Դարձելի օքսիդավերականգնման համակարգեր[խմբագրել]

Այս համակարգերը բավականին հեշտ վերականգնվելու և օքսիդանալու հատկության շնորհիվ մասնակցում են մեծ թվով կենսաբանական պրոցեսների:Դարձելի օքսիդավերականգնման համակարգեր են հիդրոխինոն-խինոնային,սուլֆիդ-դիսուլֆիդային համակարգերը:

Hydrochinon Chinon.svg

Խինոնները ուժեղ օքսիդիչներ են:Տեղակալված խինոնները ուննե կարևոր կենսաբանական դեր,օրինակ,կոէնզիմ Q-ն (ուբիխինոնը) շնչառական շղթայի անդամներից մեկն է և հանդիսանում է պրոտոնների և էլեկտրոնների փոխանցումը սուբստրատից դեպի թթվածին:

Ուբիխինոն

Սուլֆիդ-դիսուլֆիդային համակարգեր:

Ցիստեինի օքսիդացումից առաջանում է դիսուլֆիդային կապ և ցիստին ամինաթթուն:Դիսուլֆիդային կապեր հանդիպում են պեպտիդներում,սպիտակուցներում (երրորդային կառուցվածքը կայունացնող կապերից մեկն է):Բազմաթիվ դիսուլֆիդային կապեր կան մազի և բրդի սպիտակուց՝ կեռատինի մեջ:

Ցիստեինի սինթեզը

Գլուտաթիոն եռպեպտիդի (γ-գլուտամիլցիստեիլգլիցին) գործունեությունը նույնպես պայմանավորված է թիոլ-դիսուլֆիդ օքսիդավերականգնման համակարգերի գոյությամբ՝

2CSH→CS-SG

Չափազանց կարևոր դեր ունի դիհիդրոլիպոյաթթուն (6,8-դիթիոօկտանաթթու):Նա որպես կոնֆերմենտ մտնում է պիրունատդեհիդրոգենազա ֆերմենտի կազմի մեջ և մասնակցում օքսիդացնող դեկարբօքսիլացման ռեակցիաներին:

Լիպոյաթթվի առաջացման ռեակցիան

Միացման ռեակցիաների մեխանիզմը[խմբագրել]

Միացման ռեակցիաները բնորոշ են ալկենների և ալկինների համար և կարող է ընթանալ երեք հիմնական եղանակներով:

\mathsf{-\stackrel{|}{C}\!\!=\!\!\stackrel{|}{C}\!\!-+\ X^+}\rightarrow\mathsf{-\stackrel{|\ }{C^+}\!\!-\!\!\stackrel{|\ }{CX}\!-} AE-1

\mathsf{-\stackrel{|\ }{C^+}\!\!-\!\!\stackrel{|\ }{CX}\!-\!+\ Y^-}\rightarrow\mathsf{-\stackrel{|\ }{CY}\!\!-\!\!\stackrel{|\ }{CX}\!-} AN-1

Սինխրոն միացում (A-2)

Էլեկտրաֆիլ միացման ռեակցիաների մեխանիզմը (AE-1)[խմբագրել]

Առաջին եղանակի դեպքում պրոցեսը ընթանում է երկու փուլով:Էլեկտաֆիլ ռեագենտը իր էլեկտրաֆիլ մասով փոխազդեցության մեջ է մտնում կրկնակի կապի էլեկտրոնների հետ,առաջացնելով π-կոմպլեքս,այնուհետև անկայուն σ-կոմպլեքս կարբկատիոն (C+),որը կայունանում է անիոնի միացումով:Առաջին փուլը ռեակցայի արագությունը պայմանավորող (լիմիտավորող) դանդաղ փուլն է:Ալկեններից կարող են առաջանալ երկու տիպի կարբկատիոններ,բայց միշտ առաջանում է առավել տեղակալված,և,հետևաբար,առավել կայուն կարբկատիոնը:

Մարկովնիկովի կանոնը

Նկարից երևում է,որ առավել տեղակալվածը կարբկատիոն I-ն է:Այս օրինաչափությունը,երբ ջրածինը միանում է առավել հիդրոգենացված ածխածնի ատոմին,հայտնի է որպես Մարկովնիկովի կանոն և հնարավորություն է տալիս կանխատեսել միացման դիրքը:Երկրորդ փուլը՝ X- նուկլեաֆիլ մասնիկի արագ միացումն է կարբկատիոնին:

Ալկենների հալոգենացումը կատարվում է AE1 մեխանիզմով.հալոգենի մոլեկուլի (օրինակ բրոմի) հետերոլիտիկ ճեղքման արդյունքում առաջանում է դրական լիցքավորված հալոգենի ատոմ,որը ալկենի π-կապի էլեկտրոնների հետ առաջացնում է π-կոմպլեքս:

AlkeneAndBr2Reaction.png

Հաջորդ փուլում առաջանում է կարբկատիոն (σ-կոմպլեքս).վերջինս կայունանում է անիոնի միացումով (Br-):Առաջանում է 1,2-դիբրոմէթան:Նույն մեխանիզմով է ընթանում կրկնակի կապին ջրածնի,հալոգենաջրածինների (HHaL),NH3 և այլ HX ընդհանուր բանաձև ունեցող միացությունների միացումը կրկնակի կապի դիրքով:Ասիմետրիկ ալկենների դեպքում հալոգենաջրածնի միացման արդյունքում առաջանում է ավելի տեղակալված հալոգենածանցյալը:

Հալոգենացման մեխանիզմը

Ալկենների հիդրատացումը (ջրի միացումը) օրգանիզմում ընթացող առավել կարևոր ռեակցիաներից մեկն է:Քանի որ ջուրը նուկլեաֆիլ է,որպես կատալիզատոր,H+ դոնոր (էլեկտրաֆիլ ռեագենտ) օգտագործում են ուժեղ թթու (H2SO4):Քննարկենք այդ մեխանիզմը էթենի օրինակի վրա:Պրոտոնը էթենի π-կապի հետ առաջացնում է նախ π-կոմպլեքս,հետո-σ-կոմպլեքս,այսինքն կարբկատիոն:


Կարբկատիոնը,ունենալով ուժեղ էլեկտրաֆիլ կենտրոն,հեշտությամբ փոխազդում է նուկլեաֆիլի (ջրի) հետ առաջացնելով էթիլօքսոնիումի իոն:Էթիլօքսոնիումի,որպես ուժեղ թթու,անջատում է պրոտոն,ինչը հավասարազոր է կատալիզատորի վերականգնման:Ոչ սիմետրիկ ալկենների հիդրատացումը կատարվում է ըստ Մարկովնիկովի կանոնի:

Նուկլեաֆիլ միացման ռեակցիաների մեխանիզմը (AN)[խմբագրել]

Մասնավոր դեպքում,երբ միացումը գնում է HX տիպի միացության և այնպիսի սուբստրատների միջև,որտեղ կրկնակի կապի հարևան դիրքում գտնվում է Z-էլեկտրաակցեպտոր բնույթի տեղակալիչ (Z=CHO,COR,ներառյալ խինոնները),նշված մեխանիզմներից գործում է երկրորդը:Տեղի է ունենում նուկլեաֆիլ գրոհ,որի ընթացքում նա տրամադրում է իր զույգ էլեկտրոնները կրկնակի կապի առաջացմանը մասնակից ածխածնին:Արդյունքում π-էլեկտրոնները տեղայնացվում են հաջորդ ածխածնի ատոմի վրա,առաջացնելով կարբանիոն:Նշված մեխանիզմը պարզ էլեկտրաֆիլ միացման մեխանիզմից տարբերվուիմ է միայն նրանով,որ լիցքերի արժեքները հակառակն են:Այդ մեխանիզմով են կատարվում,օրինակ,α,β-չհագեցած կարբոնիլային միացություններին HX տիպի մոլեկուլների միացումը՝ C=C կրկնակի կապի դիրքով:


Այսպիսով,ռեակցիաների ուղղությունը պայմանավորված է ինչպես ստատիկ գործոններով՝ էլեկտրոնային խտության բաշխումով մինչ ռեակցիան և տարածական գործոնով,այնպես էլ դինամիկ գործոններով՝ միջանկյալ կարբկատիոնների հարաբերական կայունությամբ:

Նուկլեաֆիլ միացման մեխանիզմով է տեղի ունենում կարբոնիլ խումբ պարունակող միացությունների (ալդեհիդների կամ կետոնների) փոխազդեցությունը HX կառուցվածքի մոլեկուլների հետ:

Adn2hetero.png

Տեղակալման ռեակցիաներ[խմբագրել]

Նուկլեաֆիլ տեղակալման ռեակցիաներ (S)[խմբագրել]

Նուկլեաֆիլ տեղակալման ռեակցիաներ են տալիս sp3 հիբրիդացված ածխածնի ատոմ պարունակող R-X ընդհանուր բանաձև ունեցող միացությունները:Այս մեխանիզմով տեղի է ունենում ատոմի կամ ատոմական խմբի տեղակալում այլ ատոմով կամ ատոմական խմբով:Ընդհանուր ձևով ռեակցիան կարելի է գրանցել այսպես՝

RX+Y-→RY+X-

որտեղ X--լավ հեռացող խումբ է,Y--նուկլեաֆիլ ռեագենտ:

Ռեակցիաներն ընթանում են այն դեպքում,երբ հեռացող խումբը ավելի կայուն է:Նման ռեակցիաները կարող են ընթանալ մոնոմոլեկուլյար (երկու փուլով) և բիմոլեկուլյար (մեկ փուլով) մեխանիզմով,կախված R ռադիկալի կառուցվածքից, և ռեակցիայի արագության հավասարումը կարող է լինել երկու տեսակի:Նման մեխանիզմներով են առաջանում սպիրտները,ալկիլհալոգենիդները:

Տես նաև[խմբագրել]