ادامه مطلب

پیوند کربن-کربن دارای ویژگی غیرعادی مخصوص به خود است. اگر چه اتم های دیگر نیز می توانند این ویژگی را داشته باشند ولی کاربرد پیوند کربن-کربن بسیار وسیع است. به دلیل این خاصیت منحصر به فرد بیشتر از سه میلیون ترکیبات مختلف حاوی کربن به نام ترکیبات آلی در کتب شیمی گزارش شده اند. در نتیجه جمع آوری دانشی کامل از خواص همه این ترکیبات عملا بسیار سخت است. پیچیدگی ترکیبات آلی را می توان تا حدودی از طریق جمع آوری اطلاعات به دست آمده از گروه های طبیعی این ترکیبات با خواص شیمیایی مشابه تقلیل داد. این گروه بندی ها توسط اتم یا گروهی از اتم ها که قسمتی از مولکول آلی را تشکیل می دهند شناسایی می شوند. عموما این اتم یا گره اتم را گروه عامل می نامند. پس می توان گروه عاملی را به صورت کامل تری تعریف کرد: به هر یک از ویژگی های ساختاری که مشخص کننده یک طبقه خاص از ترکیبات آلی باشند گروه عاملی می گویند. هر گروه عامل نسبت به بقیه مولکول های آلی دارای خواص شیمیایی جداگانه یافت می شوند.

هیدروکربن ها:

ساده ترین گروه در شیمی آلی هیدروکربن ها بوده که ترکیباتی حاوی ات های کربن و هیدروژن می باشند. با توجه به خواص شیمیایی آن ها به سه زیرگروه تقسیم می شوند: هیدروکربن های اشباع شده-هیدروکربن های اشباع نشده و هیدروکربن های آروماتیکی. هیدروکربن های اشباع شده را هم چنین را هم چنین آلکان می نامند در آلکان ها همه پیوند های کربن-کربن از نوع پیوند ساده بوده که انرژی پیوندی آن در حدود350کیلوژول می باشد. انرژی پیوند های هیدروژن-کربن در حدود 420کیلوژول است. پس آلکان ها از نظر شیمیایی تقریبا بی اثر می باشد. مهم ترین واکنش آن ها سوختن است که آب و دی اکسیدکربن(محصولات سوختن آلکان) تولید می شوند. هیدروکربن های اشباع نشده دارای 2زیر گروه آلکن ها و آلکین ها می باشند. آلکن ها دارای یک یا چند پیوند کربن-کربن بوده و آلکین ها نیز حاوی یک یا چند پیوند سه گانه کربن-کربن می باشند. پیوندهای دو گانه وسه گانه که پیوندهای غیر اشباع نامیده می شوند از نظر شیمیایی کاملا واکنش پذیر می باشند.

الکل ها:

یک الکل هیدروکربنی است که در آن یک گروه عامل- OHجانشین یک اتم هیدروژن شده باشد. هم چنین یک الکل مانند آبی است که در آن یک گروه آلکیل جانشین یک اتم هیدروژن در یک مولکول آب شده باشند. پس الکل ها خواصی بین خواص آب و هیدروکربن ها دارند.

ساختار الکل ها:

فرمول عمومی الکل ها، ROH است که در آن، R یک گروه آلکیل یا آلکیل استخلاف شده است. این گروه می ‌تواند نوع اول، دوم یا سوم باشد، ممکن است زنجیرباز یا حلقه‌ای باشد، ممکن است دارای یک اتم هالوژن، هیدروکسیل ‌های بیشتر یا یکی از بسیاری گروه های دیگری باشد که فعلا برای ما ناآشنا است. همه الکل ها، دارای گروه هیدروکسیل(-OH) هستند که بعنوان گروه عاملی، خواص مشخصه این خانواده از ترکیب ها را تعیین می ‌کند. تغییر و تنوع در ساختار R می ‌تواند بر سرعت واکنش های الکل ها و حتی در موارد معدودی بر نوع واکنش ها نیز تاثیر گذارد.

خواص فیزیکی الکل ها:

دمای جوش در میان هیدروکربن ها، به نظر می‌ رسد که عوامل تعیین کننده دمای جوش، عمدتا وزن مولکولی و شکل مولکول باشند. در الکل ها، با افزایش تعداد کربن، دمای جوش بالا می ‌رود و با شاخه‌دار کردن زنجیر، دمای جوش پایین می‌آید، اما نکته غیر عادی در مورد الکل ها این است که آن ها در دمای بالا به جوش می‌آیند. این دمای جوش بسیار بالاتر از دمای جوش هیدروکربن ها با وزن مولکولی یکسان است و حتی از دمای جوش بسیاری ترکیب ها با قطعیت قابل ملاحظه بالاتر است. دمای جوش بالای آن ها، به علت نیاز به انرژی بیشتر برای شکستن پیوندهای هیدروژنی است که مولکول ها را در کنار هم نگه داشته‌اند. حل شدن الکل ها رفتار الکل ها بعنوان حل شده نیز توانایی آن ها برای تشکیل پیوندهای هیدروژنی را منعکس می ‌کند. برخلاف هیدروکربن ها، الکل های سبک با آب امتزاج‌پذیرند. از آن جا که نیروهای بین مولکولی الکل ها همانند نیروهای بین مولکولی آب است، دو نوع مولکول با یکدیگر قابل اختلاط هستند. انرژی لازم برای شکستن یک پیوند هیدروژنی بین دو مولکول آب یا دو مولکول الکل، با تشکیل یک پیوند هیدروژنی بین یک مولکول آب و یک مولکول الکل تامین می ‌شود.

آلدهید:

یک آلدهید دارای گروه عامل –CHO در مولکول آلی می باشد. کلمه آلدهید (Aldehyde) از دو اژه الکل و هیدروژن گیری گرفته شده است. هرگاه از الکل نوع اول هیدروژن گیری شود در آن صورت تولید می گردد که آلدهید نامیده می شود.

کتون:

یک کتون یک گروه عاملی است که با یک گروه کربونیل که با دو اتم کربن دیگر پیوند دارد؛ شناخته می‌ شود. یک کتون را می ‌توان با فرمول زیر بیان کرد.

R1(CO)R2

اتم کربن که با دو اتم کربن پیوند دارد آن را از گروه ‌های عاملی کربوکسیلیک اسیدها، آلدهیدها، استرها، آمیدها و دیگر ترکیب‌ های اکسیژن دار جدا می ‌کند. پیوند دوگانه گروه کربونیل نیز کتون ‌ها را از الکل ها و اترها باز می ‌شناساند. به کربنی که به کربن گروه کربونیل چسبیده کربن آلفا و به هیدروژنی که به این کربن چسبیده هیدروژن آلفا گویند. در حضور یک کاتالیزور اسیدی کتون به keto-enol tautomerism مربوط می ‌شود. واکنش با یک پایه قوی انول متناظر را نتیجه می دهد.

خواص شیمیایی آلدهید ها و کتون ها:

آلدهیدها و کتون ها در چند نوع فعل و انفعال شرکت می کنند که اهم آن به قرار زیر است:
1)حمله الکترون خواهی اسیدهای لوئیس روی اکسیژن گروه کربونیل موجب افزایش دانسیته بار مثبت کربن گروه کربونیل می شود که در نهایت موجب افزایش خصلت اسیدی پروتون های کربن های آلفای کربونیل می گردد. صحت این نکته به وسیله روش های افزاری تائید شده است.

2)حمله هسته خواهی برکربن گروه کربونیل دومین دسته وسیع از واکنش های آلدهیدها و کتون ها را تشکیل می دهد. به عنوان مثال از افزایش آب بر آلدهیدها و کتون ها دیول دوقلو(gemdiol) ایجاد می شود و درصد تشکیل آن به ساختمان ماده و به پایداری محصول حاصل بستگی دارد. به عنوان مثال مقدار دیول دوقلوی حاصل از استون در دمای 20درجه سانتی گراد خیلی کم و قابل اغماض است در صورتی که آلدهید فرمیک و تری کلرو استالدهید به خوبی و به طور کامل به دیول دو قلو تبدیل می شوند.

تهیه آلدهیدها و کتون ها از راه اکسایش الکل ها:

مصرف زیاد آلدهید و کتون در سنتزهای آلی باعث می شود که نحوه تهیه آن ها اهمیت بسیاری داشته باشد. این اجسام را می توان از آلکین ها –کربوکسیلیک اسیدها و مشتق کربوکسیلیک اسیدها سنتز کرد. آلکین ها دراثرآبدارکردن باکاتالیزور اسید به وسیله هیدروبوردار کردن-اکسایش به آلدهید یا کتون تبدیل می شوند.
کربوکسیلیک اسیدها یا مشتقات آن ها با ترکیبات آلی فلزدار دیگر ترکیب می شوند و آلدهید یا کتون می دهند. با وجود این یکی از معمول ترین روش های سنتزی اکسایش الکل های نوع اول و دوم با کرومیک اسید H2CrO4 یا پتاسیم پرمنگنات است. کرومیک اسید برای مدت طولانی پایدار نیست و بنابراین آن را در هنگام لزوم از ترکیب سدیم یا پتاسیم دی کرومات با اسید اضافی مانند سولفوریک یا اسد استیک یا با انحلال کرومیک انیدرید در آب تهیه می کنند. در روش اخیر سولفوریک اسید یا استیک اسید نیز اضافه می شود زیرا که سرعت اکسایش الکل ها با کرومیک اسید در محلول اسیدی بسیار زیادتر است. در تهیه یا اکسایش اجسامی که در محیط اسیدی قوی تجزیه می شوند کرومیک انیدریدرا در پیریدین حل می کنند یا پتاسیم پرمنگنات بازی را به عنوان معرف اکسید کننده به کار می برند. الکل ها در مجاورت کرومیک اسید به استر تبدیل می شوند. این عمل کاملا به واکنش الکل ها و کربوکسیلیک اسیدها شباهت دارد. وجود چند واکنش جانبی مهم اکسایش الکل نوع اول به آلدهید را پیچیده می کند. به احتمال زیاد مهم ترین واکنش جانبی اکسایش سریع آلدهید با کرومیک اسید و تبدیل آن به کربوکسیلیک اسید است. برای تقلیل این اکسایش اضافی نامطلوب کرومیک اسید را به الکل نوع اول اضافه می کنند تا عامل اکسنده اضافی در مخلوط واکنش موجود نباشد و هم چنین آلدهیدرا در هنگام تشکیل از مخلوط واکنش تقطیر می کنند. بنابراین چنان چه در اکسایش با کرومیک اسید لازم باشد که آلدهید با بازده زیادی تهیه می شود باید آلدهید مورد نظر خیلی فرار باشد یعنی در کمتر از حدود 150بجوشد. کتون ها در محیط اسیدی ملایم در برابر این اکسنده بسیار پایدارتر از آلدهیدها هستند از این رو در تبدیل الکل های نوع دوم به کتون ها میزان واکنش های جانبی که در اکسایش الکل های نوع اول گفته شد چندان قابل ملاحظه نیستند. ولی در شرایط بازی یا اسیدی قوی کتون هایی که به فرم انولی در می آیند اکسید می شوند و به دو قسمت کربونیل دار تجزیه می شوند.برای مثال می توان سیکلو هگزانول را با کرومیک اسید اکسید کرد و بازده زیادی از سیکلوهگزانون به دست آورد ولی این جسم در اثر ترکیب با پتاسیم پرمنگنات در محیط بازی ضعیف به آدیپیک اسید تبدیل می شود. بدون شک در این واکنش ابتدا کتون به یون انولات تبدیل می شود تبدیل می شود و بعد این یون با پرمنگنات اکسید می شود. سیکلوهگزانون یک کتون متقارن است و فقط یک یون انولات می دهد. چنان چه کتون متقارن نباشد دو یون انولات متفاوت تولی می شود و هر یک از آن ها با پرمنگنات به محصول جداگانه ای اکسید می شود. در اکسایش کتون های نامتقارن مخلوط پیچیده ای از چند محصول تشکیل می شود و چنین مشکلی مصرف سنتزی این واکنش ها را کم می کند.

استرها:

یک استر از واکنش یک اسید آلی با یک الکل تولید می شود. استرها دارای گروه عامل-COO-بوده که از یک پیوند دوگانه کربن-اکسیژن(-C=O) و یک پیوند ساده کربن-اکسیژن(C-O-) تشکیل شده اند. اغلب استرها فرار هستند و دارای بوی مطبوعی می باشند. رایحه طبیعی بسیاری از گل ها و طعم بسیاری از میوه ها به حضور یک یا چند استر بستگی دارد. بعضی از استرهای طبیعی مهم در چربی و روغن ها(روغم برزک-روغن دانه پنبه-روغن زیتون) در سنتزمارگارین(کره نباتی) کره بادام زمینی و عصاره ی سبزیجات به کار می روند.

شناسایی گروه های عاملی

در شناسایی یک جسم مجهول پس از تجزیه و تعیین خواص فیزیکی آن با توجه به نتایج حاصله باید آزمایشات شناسایی گروه های عاملی را روی نمونه انجام داد. مثلا اگر در تجزیه عنصری نمونه وجود O اثبات شده، حال این مسأله پیش می آید که اکسیژن ممکن است به صورت گروه –C=O یا –OH یا C–O–C و یا غیره باشد. بنابر این یک سری آزمایشات برای تشخیص گروه عاملی نمونه لازم است. نکته ای که معمولا باید به آن توجه کرد این است که چنان چه در انجام آزمایشات برای حل کردن نمونه از یک حلال استفاده نمودید برای اطمینان خاطر برای این که حتما بدانید که حلال با معرف وارد واکنش نشده یک شاهد تهیه کنید. بدین ترتیب که در یک لوله مقداری حلال ریخته و به همان اندازه معرفی اضافه کنید که به محلول شامل حلال و نمونه مورد نظر اضافه نموده اید و دو لوله را با یکدیگر مقایسه کنید.

بخش عملی:

شناسایی آلکن ها:

الف) آزمایش برم در استیک اسید: در یک لوله آزمایش 1 میلی لیتر سیکلوهگزن ریخته و به آن محلول Br2/CH3COOH قطره قطره اضافه کنید، با از بین رفتن رنگ برم می توان نتیجه گرفت که برم در واکنش شیمیایی شرکت کرده و مصرف می شود.
ب) پرمنگنات پتاسیم: یک قطره سیکلوهگزن را در 2 میلی لیتر آب حل کرده و به آن 3 قطره محلول KMnO4 اضافه نمایید و محلول را خوب به هم زده و نتیجه مشاهده شده را یادداشت کنید.

شناسایی الکل ها:

الف) حلالیت: 6 لوله آزمایش برداشته و در هر کدام 1 میلی لیتر آب ریخته و هر یک از الکل های زیر ر ا به یکی از لوله ها اضافه کنید و هم بزنید. 1) متانول 2) اتانول 3) پروپانول 4) نرمال بوتانول 5) بوتان 2-اُل 6) 2-متیل پروپان 2 – اُل. سپس این آزمایش را برای حلال هگزان تکرار کنید و نتایج هر کدام را بنویسید.
ب) انیدریدکرومیک: 3-1 میلی لیتر از هر یک از الکل های فوق را در لوله آزمایش ریخته به آن یک الی دو قطره معرف انیدرید کرومیک اضافه کنید. تشکیل رسوب سبز مایل به آبی دلیل بر مثبت بودن آزمایش است. این آزمایش برای الکل های نوع اول و دوم جواب مثبت می دهد.
ج) یدوفرم: در یک لوله آزمایش 5/0 میلی لیتر اتانول ریخته بدان 1mL سود 10% افزوده و آنقدر به محلول اخیر محلول ید در یدید پتاسیم(I2/KI) اضافه کنید تا رنگ قهوه ای محلول اخیر باقی بماند. بعد رنگ ید اضافی را با یک قطره سود 10% همراه با تکان دادن از بین ببرید. حال لوله را از آب پر کرده و آن را برای 15 دقیقه به حال خود بگذارید. تشکیل رسوب زرد لیموئی(رسوب یدوفرم) دلیل بر مثبت بودن آزمایش است.
این آزمایش را برای متانول – نرمال بوتانول – استن – بنزآلدئید – استوفنون – ترشری بوتیل الکل انجام دهید.
د) استری شدن الکل ها توسط اسیدهای آلی: یک قطره از استیک اسید غلیظ را وارد 1mL اتانول نموده و قطره ای اسید سولفوریک غلیظ بدان اضافه کنید حال محلول را در حمام آب گرم حرارت داده تا بجوش آید، پس از مدتی بوی مخصوصی به مشام می رسد. نوع بوی حس شده را با بوی اسید مقایسه کنید.
آزمایش لوکاس: بر روی نیم میلی لیتر از ترشری بوتیل الکل 3 میلی لیتر اسید کلریدریک غلیظ بریزید. محلول ابتدا بیرنگ است ولی کم کم کدر شده و رسوب می دهد. مشخصات رسوب را نوشته و این آزمایش را برای اتانول و بوتان 2-اُل هم انجام دهید.

شناسایی آلدئیدها و کتون ها

الف) 2، 4 دی نیترو فنیل هیدرازین: 1 میلی لیتر استن در لوله آزمایش ریخته و بدان چند قطره معرف 2، 4 دی نیتروفنیل هیدرازین اضافه کنید و مشاهده خود را یادداشت کنید. این آزمایش را روی بنزآلدئید و استوفنون نیز انجام دهید. این آزمایش به آلدئیدها و کتون ها جواب می دهد.
ب) سدیم بی سولفیت: یک میلی لیتر از معرف غلیظ را در یک لوله آزمایش ریخته به آن 3/0 میلی لیتر از جسم مورد نظر اضافه کنید و شدیدا تکان دهید، تشکیل رسوب سفید دلیل بر مثبت بودن آزمایش است. اکثر گروه های کربونیل فعال به این آزمایش جواب مثبت می دهند، چون این واکنش نوکلئوفیلی است هر چقدر گروه کربنیل مثبت تر باشد امکان جواب مثبت بیشتر است، در نتیجه این آزمایش بیشتر مخصوص آلدئیدها می باشد. این آزمایش را برای استون و بنزآلدئید انجام دهید.
ج) تالنز: 1 میلی لیتر بنزآلدئید در لوله آزمایش ریخته و به آن 1 میلی لیتر از معرف تازه تهیه شده اضافه کنید. در صورت لزوم کمی حرارت دهید(توسط حمام آب گرم ملایم) تشکیل آئینه نقره ای مثبت بودن آزمایش را نشان می دهد.
د) معرف کرومیک اسید: 1 قطره از جسم مایع یا یک صدم گرم از جسم جامد را در 1 میلی لیتر استون حل کنید و چند قطره معرف به آن اضافه نمایید.

معرف اسید کرومیک

25 گرم انیدرید کرومیک CrO3 را در 25 سی سی اسید سولفوریک غلیظ حل کنید و به هم بزنید تا خمیر یکنواختی به دست آید، بعد محلول حاصل را بوسیله 75 سی سی آب مقطر با احتیاط رقیق نمایید.