محتویات:

آلکانها

آلکنها

آلکینها

هیدروکربنهای آلیفاتیک حلقوی

سیکلوآلکانها

هیدروکربنهای آروماتیک

برای پرش به مطلب مربوط به هر عنوان، بر روی آن عنوان در قسمت بالا کلیک کنید.

آلکانها 

آلکانها دسته­ای از هیدروکربنهای آلیفاتیک هستند که در آنها فقط پیوندهای ساده یا یگانه بدون حلقه داریم. بعبارتی آلکانها هیدروکربنهای غیر حلقوی هستند که پیوندهای کربن–کربن دوگانه یا سه گانه ندارند. فرمول مولکولی عمومی آلکانها بصورت CnH2n+2 است (بعبارتی در آلکانها تعداد اتمهای هیدروژن دوبرابر تعداد اتمهای کربن بعلاوه دو است) که n هر عدد طبیعی می­تواند باشد.

ایزومری در آلکانها

در آلکانها می­توانیم ایزومری داشته باشیم که از تغییر نحوه اتصال اتمهای کربن بهم یا به اصطلاح تغییر اسکلت کربنی مولکول ناشی می­شود. بعنوان مثال برای آلکان به فرمول C4H10 دو ایزومری ساختاری CH3CH2CH2CH3 و CH3CH(CH3)CH3 را می­توان در نظر گرفت.

در این راستا، آلکانها را می­توان به دو دسته راست زنجیر (نرمال) و شاخه دار طبقه بندی نمود. در آلکانهای راست زنجیر کلیه اتمهای کربن بصورت پشت سرهم بدون اتصالات جانبی کربنهای دیگر برروی یک زنجیر قرار می­گیرند. در حالیکه در آلکانهای شاخه دار نمی­توان تمامی اتم­های کربن موجود را برروی یک زنجیر در نظر گرفت و بایستی چند زنجیر متصل بهم برای آنها در نظر گرفته شود که در اینجا یک زنجیر با بیشترین تعداد اتم کربن بعنوان زنجیر اصلی انتخاب می­شود و مابقی زنجیرها بعنوان زنجیرهای جانبی یا شاخه های متصل به آن در نظر گرفته می­شود. به عنوان مثال برای ایزومرهای C4H10، ایزومر بصورت CH3CH2CH2CH3 یک آلکان راست زنجیر است، درحالیکه ایزومر بصورت CH3CH(CH3)CH3 یک آلکان شاخه دار است و می­توان آنرا به صورت مجموع یک زنجیر اصلی با سه اتم کربن و یک زنجیر جانبی با یک اتم کربن که از طریق کربن دوم زنجیر اصلی به زنجیر اصلی وصل می­شود، در نظر گرفت.

بنابراین با تغییر اسکلت کربنی یا در واقع تغییر نوع، تعداد و محل اتصال شاخه­ها در آلکانها ایزومری به وجود می­آید.

با افزایش تعداد اتم­های کربن یک آلکان، تعداد ایزومرهای آن به سرعت افزایش می­یابد. بعنوان مثال برای آلکانها با به ترتیب یک، دو، سه، چهار، پنج، شش، دوازده، سی و دو و شصت اتم کربن، تعداد ایزومرها به ترتیب برابر یک، یک ، یک ، دو، سه، پنج، سیصد و پنجاه و پنج، 27711253769 و 22158734535770411074184 هستند.

نامگذاری آلکانها

برای نامگذاری ترکیبات آلی هم از نامگذاری آیوپاک (IUPAC) و هم نامگذاری غیر آیوپاک استفاده می­شود. نامگذاری آیوپاک یک نامگذاری سیستماتیک است که در آن نام ترکیب با طی یک سری مراحل براساس یک سری قواعد بدست می­آید. نامگذاری غیر آیوپاک یا معمولی، نامگذاری است که براساس پیروی کامل از قواعد آیوپاک صورت نمی­گیرد و نام ترکیب براساس مواردی مثل نام تجاری، محل کشف، نام کاشف و...... یا یک سری قواعد که قابل اعمال برروی همه ترکیبات نیستند، بدست می­آید.

در نامگذار ی آیوپاک آلکانها، آلکانهای راست زنجیر از اول براساس تعداد اتمهای کربن نام معلومی دارند و آلکانهای شاخه­دار بصورت مشتقات آلکانهای راست زنجیر نامگذاری می­شوند. نام آلکانهای راست زنجیر بصورت مجموع پیشوند «آلک» مشخص کننده تعداد اتمهای کربن زنجیر و پسوند «ان» مشخص کننده آلکان بودن ترکیب است. جدول زیر تعدادی از پیشوندهای یاد شده را لیست کرده است:

 

تعداد اتمهای کربن	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	15	20
پیشوند	مت	ات	پروپ	بوت	پنت	هگز	هپت	اکت	نون	دک	پنتادک	ایکوز

 

بعنوان مثال نام آلکانهای راست زنجیر با فرمول CH4 و C4H10 وC10H22  به ترتیب متان، بوتان و دکان است. درمورد آلکانهای راست زنجیر ممکن است پیشوند -n یا نرمال به معنای راست زنجیری بودن قبل از نام بکار رود.

برای آلکانهای شاخه دارکه چند زنجیر دارند، یک زنجیر بعنوان زنجیر اصلی انتخاب می­شود و مابقی زنجیرها بعنوان شاخه­های زنجیر اصلی درنظر گرفته می­شوند. زنجیر اصلی زنجیری است که تعداد اتم­های کربن بیشتری داشته باشد. درصورتیکه دویاچندزنجیر بطورهمزمان بیشترین تعداد اتم­های کربن را داشته باشند، زنجیر اصلی بین آنها زنجیری انتخاب می­شود که شاخه­ها یا استخلاف­های بیشتری داشته باشد. نام زنجیر اصلی براساس تعداد اتم­های کربن آن (ونه کل ترکیب) مشابه آلکانهای راست زنجیر انتخاب می­شود.

بعد از انتخاب زنجیر اصلی، قسمت­های باقیمانده مولکول که در زنجیر اصلی نیستند و بعنوان انشعابات یا شاخه­ها برروی آن قرار گرفته­اند، مشخص و نامگذاری می­شوند. زنجیرهای کربنی جانبی بصورت آلکیل نامگذاری می­شوند که پیشوند «آلک» بیانگر تعداد اتم­های کربن وپسوند «ایل» بیانگر شاخه جانبی یا استخلاف بودن است. بعنوان مثال نام استخلاف ها یا گروهها یا شاخه­های CH3- و C2H5- بترتیب متیل و اتیل است. بعد از نامگذاری شاخه­ها، زنجیر اصلی شماره گذاری می­شود. برای شماره گذاری زنجیر اصلی دوجهت (مثلا از سربه ته و از ته به سر) می توان در نظر گرفت که جهتی انتخاب می­شود که شماره­های کمتری برای شاخه­ها نتیجه دهد یا دقیقتر بگوئیم اولین شماره (کمترین شماره) در آن در مقایسه با جهت دیگر کمتر باشد و اگر اولین شماره­ها یکسان بودند، دومین شماره­ها برای دو جهت شماره گذاری ممکن بایستی مقایسه شوند و الی آخر.

در نهایت نام ماده با ترکیب محل شاخه­ها (موقعیت قرار گیری شاخه روی زنجیر اصلی یا شماره اتم کربن زنجیره اصلی که شاخه بدان متصل است)، نام شاخه­ها و نام زنجیر اصلی بدست می­آید. محل شاخه و نام شاخه با یک هایپن «-» از هم جدا می­شوند. بعبارت دیگر مراحل زیر بایستی در نامگذاری آلکانهای شاخه دار طی شوند:

1) انتخاب و نامگذاری زنجیر اصلی

2) تشخیص و نامگذاری شاخه­های جانبی

3) انتخاب جهت شماره گذاری زنجیر اصلی و شماره گذاری آن

4) ترکیب محل و نام شاخه­ها با نام زنجیر اصلی

بعنوان مثال نام ترکیب CH3CH2CH2CH2CH(CH3)CH2CH3 بصورت 3-متیل هپتان بدست می آید.

در صورتیکه دویا چند شاخه مختلف بر روی زنجیر اصلی داشته باشیم، موقع ترکیب محل و نام شاخه­ها با نام زنجیر اصلی شاخه­ها را به ترتیب حروف الفبای لاتین مستقل از بزرگی یا کوچکی شماره محل شاخه ذکر می­کنیم. یعنی شاخه­ای که از نظر حروف الفبای لاتین مقدمتر است، زودتر ذکر می­شود. بعنوان مثال بین دو شاخه یا گروه متیل و اتیل، اتیل که با e شروع می­شود، بر متیل که با m شروع می­شود مقدمتر است، چون در حروف الفبای لاتین e بر m مقدم است. بنابراین نام ترکیب CH3CH2CH2CH2CH2CH(CH2CH3)CH(CH3)2 بصورت 3-اتیل-2-متیل اکتان و نه 2-متیل-3-اتیل اکتان است.

در صورتیکه دو یا چند شاخه یکسان بر روی زنجیر اصلی داشته باشیم، نام شاخه فقط یکبار ذکر می­شودو تعداد آن شاخه­ها با پیشوندهای دی (برای دو)، تری (برای سه)، تترا (برای چهار) و ... قبل از نام شاخه مشخص می­شود. محل شاخه­ها با اعدادی که توسط ویرگول از هم جدا می­شوند، مشخص می شوند و اعداد بترتیب بزرگی آنها ذکر می­شوند. دقت داشته باشید که حتی اگر محل شاخه ها یکسان هم باشد، برای محل هر شاخه یک عدد بکار می رود. پیشوندهای دی، تری، و ... در تعیین اولویت حروف الفبایی شاخه ها دخالت داده نمی شوند. بعنوان مثال نامهای (CH3)3CCH2CH3 و (CH3)2CHCH(CH3)2 و (CH3)2CHCH(CH2CH3)CH(CH3)2 بصورت 2،2-دی متیل بوتان و 2،3-دی متیل بوتان و 3-اتیل-2،4-دی متیل پنتان است.

دقت داشته باشید که در تعیین جهت شماره گذاری، به کوچکتربودن شماره اول (در صورت یکسان بودن، شماره دوم و الی آخر) توجه می­کنیم و مجموع شماره­ها برای ما مهم نیست. بعنوان مثال در ترکیب (CH3)2CHCH2CH2CH2CH(CH3)C(CH3)2CH2CH3 در صورتیکه از چپ براست زنجیر اصلی را شماره گذاری کنیم، نام ترکیب 2،6،7،7- تترا متیل نونان خواهد بود، در حالیکه اگر از راست به چپ شماره­گذاری کنیم، نام ترکیب 3،3،4،8- تترامتیل نونان خواهد بود. نام اول از نظر آیوپاک درست است، چرا که شماره اول آن یعنی 2 از شماره اول نام دوم یعنی 3 کمتراست، با وجود اینکه مجموع شماره­ها در نام اول 22 و در نام دوم 18 است.

در صورتیکه شماره گذاری از دو جهت، کاملا یکسان باشد، ملاک انتخاب جهت شماره گذاری تقدم حروف الفبایی شاخه ها خواهد بود. بعبارتی شماره گذاری از جهتی انجام خواهد شد که شماره اول آن (کوچکترین) به شاخه مقدمتر در حروف الفبایی می­ رسد واگر از دو جهت شاخه­های شماره­های اول یکسان باشند، تقدم حروف الفبایی شاخه­های شماره­های دوم را در نظر میگیریم و الی آخر. بعنوان مثال نام ترکیب CH3CH2CH(CH2CH3)CH2CH(CH3)CH2CH3 بصورت 3-اتیل-5-متیل هپتان و نه 5-اتیل-3- متیل هپتان است.

در صورتیکه شاخه­های جانبی زنجیر اصلی ماده آلی خود متشکل از چند زنجیر باشند، نام شاخه­ جانبی بصورت ترکیب محل و نام شاخه­های جانبی­اش با نام زنجیر اصلی­اش نوشته خواهد شد. زنجیر اصلی شاخه جانبی حتما باید از کربن متصل به زنجیر اصلی ماده آلی شروع شود و جهت شماره گذاری نیز حتما از کربن متصل به زنجیر اصلی ماده آلی به سمت کربن­های دورتر است. بعبارتی به کربن متصل به زنجیر اصلی حتما شماره یک می­رسد. مابقی اصول نامگذاری در اینجا نیز همان اصول نامگذاری بحث شده قبلی هستند.

برای چنین شاخه­های جانبی که خود شاخه دارند (و ممکن است به اصطلاح شاخه­های جانبی پیچیده خوانده شوند) کل نام درون پرانتز قرار می­گیرد. بعنوان مثال نام CH3CH2CH2CH(C(CH3)3)CH2CH2CH3 بصورت 4- (1،1-دی متیل اتیل) هپتان است.

 

خواص فیزیکی آلکانها

آلکانها ترکیباتی بیرنگ و بی بو هستند. بعلت قطبیت پایین پیوندهای کربن- هیدروژن (که از اختلاف الکترونگاتیویته کم آنها ناشی می­شود) و جهت گیری­های مختلف تعداد زیادی از آنها در یک آلکان، آلکانها ترکیباتی غیر قطبی هستند و نیروهای بین مولکولی آنها از جنس لاندن هستند. بنابراین با افزایش اندازه (یا جرم) آلکان و افزایش سطح تماس مولکولها با هم (با دور شدن شکل مولکول از حالت کروی و میل کردن به حالت زنجیر راست) نیروهای بین مولکولی قویتر می­شوند و دمای ذوب و جوش افزایش می­یابد. بعنوان یک قاعده سرانگشتی گفته می­شود که با افزایش هر کربن (هر CH2) دمای ذوب وجوش باندازه 20 تا 30 درجه سانتی گراد افزایش می­یابد. قاعده یاد شده کمابیش در دیگر ترکیبات همولوگ نیز صادق است. در دما و فشار اتاق آلکانها با یک تا چهار اتم کربن گاز، آلکانها با پنج تا هفده اتم کربن مایع و آلکانها با هیجده اتم کربن یا بیشتر جامد هستند..

در مقایسه دمای ذوب و جوش آلکانهای ایزومر (هم کربن یا با تعداد کربن برابر)، شاخه­ای شدن بعلت کاهش سطح تماس مولکول­ها با هم منجر به کاهش دمای ذوب و جوش می­شود و آلکان راست زنجیر در مقایسه با ایزومرهای خود معمولا دمای ذوب و جوش بیشتری دارد. البته گاهی اوقات که شاخه دار شدن منجر به تقارن بالا در مولکول می­شود، استثناءً ممکن است دمای ذوب (و نه دمای جوش) آلکان شاخه دار متقارن از آلکان راست زنجیر بیشتر باشد.

از آنجائیکه آلکانها ترکیباتی غیر قطبی هستند، در حلالهای غیر قطبی مثل بنزن (C6H6)، کربن تترا کلرید (CCl4) و ... حل می­شوند و در حلالهای قطبی مثل آب حل نمی­شوند. آلکانها لیپوفیل یا چربی دوست و هیدروفوب یا آبگریز محسوب می­شوند.

چگالی آلکانها با افزایش تعداد اتمهای کربن آنها افزایش می­یابد. چگالی آلکانها از آب کمتر است، بنابراین بر روی آب قرار می­گیرند.

خواص شیمیائی آلکانها

آلکانها با یونها و مواد قطبی به سختی واکنش می­دهند و از این جهت پارافین (بی­اثر) نامیده می­شوند. بهرحال آلکانها در برخی واکنشهای دیگر مثل سوختن بخوبی شرکت می­کنند و در کل به هیچ وجه نمیتوان آنها را واکنش­­ناپذیر یا بی اثر مثل گازهای نجیب در نظر گرفت.

آلکانها در واکنش سوختن با اکسیژن ترکیب می­شوند و در صورتیکه اکسیژن به مقدار کافی (استوکیومتری) موجود باشد، کربن دی اکسید و آب را بعنوان محصولات حاصل از سوختن کامل خود تولید می­کنند.

درصورتیکی مقدار اکسیژن در واکنش سوختن آلکانها کافی نباشد، سوختن ناقص آلکانها را خواهیم داشت که بجای کربن دی اکسید، کربن مونو اکسید یا حتی دوده (شکل نامنظمی از کربن) تولید می­شود.

همچنین آلکانها می­توانند بطور مستقیم با هالوژنهای فلوئور، کلر و برم ترکیب شوند، واکنش هالوژن­دار شدن جانشینی (واکنشی که در آن برخی یا همه اتمهای هیدروژن آلکان با اتمهای هالوژن جانشین می­شود) را انجام دهند و هالوآلکانها (ترکیبات هالوژن­دار)را تولید کنند. جابجایی یک اتم هیدروژن با یک اتم هالوژن مونوهالوژن­دارشدن، جابحایی دو اتم هیدروژن با دو اتم هالوژن دی­هالوژن­دار شدن و...... نیز نامیده می­شود. موقع هالوژن­دار شدن آلکان محصولات مونوهالوژنه، دی هالوژنه و ... متنوعی می­تواند تشکیل شود، تنها درصورتیکه مقدار آلکان به مراتب بیشتر از مقدار هالوژن باشد، محصول عمده محصول مونوهالوژنه خواهد بود. حتی در صورت مونو هالوژن­دارشدن، همواره امکان تشکیل محصولات یا ایزومرهای مختلف وجود خواهد داشت. بعنوان مثال واکنش مونوکلردار شدن پروپان را در نظر بگیرید که دو محصول تولید می­کند که یک محصول با جابجایی یکی از اتمهای هیدروژن کربنهای واقع در سر و ته زنجیر با کلر و محصول دیگر با جابجایی یکی از اتمهای هیدروژن کربن واقع در وسط زنجیر پروپان با کلر بدست می آید. واکنش هالوژن­دار شدن جانشینی آلکانها گرماده است و مقدار گرمای تولید شده در واکنش از برم به فلوئور افزایش می­یابد، بطوریکه واکنش با فلوئور می­تواند حالت انفجاری بخود بگیرد.

آلکانها واکنش­های دیگری نیز مثل کراکینگ (شکسته شدن آلکان به مولکولهای کوچکتر)، ایزومراسیون (تبدیل ایزومر­های یک آلکان بهم)، نوآرایی (تولید ترکیبات حلقوی و آروماتیک از آلکان به اضافه هیدروژن بعنوان محصول جانبی) و واکنش با بخار آب و تولید هیدروژن و کربن مونو اکسید و ... نیز انجام می­دهند که انجام آنها معمولاَ نیازمند حرارت و کاتالیزور و تنظیم شرایط است.

 

آلکنها

آلکنها هیدروکربنهایی هستند که پیوند دوگانه کربن–کربن دارند. همانطور که از نامشان پیداست، آنها با پسوند اِن مشخص می­شوند. ممکن است بیش از یک پیوند دوگانه کربن– کربن در ترکیب حضور داشته باشد که در اینصورت تعداد آنها قبل از پسوند اِن مشخص می­شود. بعبارتی هیدروکربنهایی که دو، سه و ... پیوند دوگانه کربن–کربن دارند، به ترتیب آلکادی اِن، آلکاتری اِن و ... نامیده می­شود. بازای هر پیوند دوگانه کربن–کربن، دو اتم هیدروژن از فرمول ترکیب کم می­شود.

بنابراین آلکنها (البته اگر دقیقتر بخواهیم بگوئیم، مونوانها) دو اتم هیدروژن از آلکانهای هم کربن کمتر دارند و فرمول عمومی آنها بصورت CnH2n است. بطور مشابه در مورد آلکادی اِن­ها، آلکاتری اِنها و ... فرمول عمومی به ترتیب بصورت CnH2n-2 و CnH2n-4 و ... خواهد بود.

ایزومری آلکنها

ایزومری ساختاری در آلکنها می­تواند هم بخاطر تغییر اسکلت کربنی و هم بخاطر تغییر موقعیت پیوند دوگانه بر روی یک اسکلت کربنی مشخص باشد. در واقع برای رسم ایزومرهای ساختاری مختلف یک آلکن، در ابتدا اسکلت­های کربنی ممکن برای آلکان هم کربن را در نظر می­گیریم و سپس برای هر اسکلت کربنی تمامی حالتهای ممکن غیر تکراری برای پیوند دوگانه را پیدا می­کنیم. منظور از حالتهای ممکن اینست که دقت داشته باشیم که کربن پیوند دوگانه نمی­تواند به چهار کربن دیگر متصل باشد و حداکثر به سه کربن دیگر متصل است، این مطلب بخاطر اینست که بیش از 8 الکترون (معادل 4 پیوند سیگما و پای) دور یک اتم کربن نمی­توانیم داشته باشیم.

علاوه بر ایزومری ساختاری، برای آلکنها ممکن است بتوان ایزومری هندسی در نظر گرفت. در اینجا ایزومری هندسی از ممانعت چرخش حول پیوند دوگانه نشأت می­گیرد. حول پیوندهای یگانه آزادی چرخش داریم، در حالیکه در پیوندهای دوگانه بعلت حضور پیوند پای، حول پیوند آزادی چرخش نداریم (چرخش حول پیوند دو گانه نیازمند شکسته شدن پیوند پای است که انرژی نسبتاَ زیادی می­خواهد و براحتی صورت نمی­گیرد). در ایزومری هندسی، به ایزومری که در آن دو گروه یکسان در یک سمت هستند. ایزومری سیس و به ایزومری که در آن دو گروه یکسان در سمت­های مخالف هم هستند، ایزومری ترانس گفته می­شود. دقت داشته باشید که برای داشتن ایزومری هندسی در اینجا بایستی گروههای متصل به هر کربن پیوند دوگانه با همدیگر متفاوت باشند.

نامگذاری آلکنها

در نامگذاری آلکنها زنجیر اصلی حتماَ بایستی پیوند دوگانه را در برمی­گیرد و از جهتی شماره­گذاری شود که به اتمهای کربن پیوند دوگانه کمترین شماره­های ممکن برسد. مابقی اصول نامگذاری برای آلکنها مشابه آلکانهاست. نام آلکن بصورت ترکیب محل و نام شاخه­ها با نام ریشه آلکان هم کربن با زنجیر اصلی و پسوند اِن بهمراه شماره کمتر اتمهای کربن پیوند دوگانه برای مشخص ساختن موقعیت پیوند دوگانه است که شماره مربوط به پیوند دوگانه ممکن است قبل پسوند اِن یا قبل نام ریشه آلکان هم کربن با زنجیر اصلی ذکر شود. در واقع نام آلکن شاخه­دار ترکیب محل و نام شاخه­ها با نام آلکن راست زنجیر هم کربن با زنجیر اصلی است. بعنوان مثال نام آلکن با ساختار CH3CHCHCH(CH2CH3)CH(CH3)2 بصورت 4- اتیل-5-متیل-2-هگزِن یا 4- اتیل-5-متیل هگز 2-اِن خواهد بود.

در صورتیکه ساختار مربوطه ایزومری هندسی داشته باشد، سیس یا ترانس بودن آن با نوشتن نام سیس یا ترانس قبل از نام بدست آمده به روش بالا مشخص می­شود.

خواص فیزیکی آلکنها

خواص فیزیکی آلکنها مشابه آلکانهاست. آلکنها هم ترکیباتی غیر قطبی هستند که با افزایش تعداد اتمهای کربن آنها و افزایش سطح تماس مولکولهایشان با هم دمای ذوب و جوششان افزایش می­یابد. دمای ذوب و جوش آلکنها و آلکانهای هم کربن (با تعداد اتمهای کربن برابر) در حدود هم است. آلکنها هم مشابه آلکانها در حلالهای غیر قطبی حل می­شوند، اما در حلالهای قطبی مثل آب حل نمی­شوند. چگالی آلکنها نیز از آب کمتر است.

خواص شیمیایی آلکنها

آلکنها نیز مانند آلکانها می­توانند در واکنش سوختن شرکت کنند و محصولات مشابهی تولید کنند. بخش آلکان مانند آلکنها مانند آلکانها می­تواند در واکنشهای هالوژن­دار شدن جانشینی شرکت کند. آلکنها مشابه آلکانها می­توانند در واکنشهای کراکینگ، ایزومراسیون و ... نیز شرکت کنند.

ویژگی مهمی که آلکنها را از آلکانها در خواص شیمیایی بطور قابل توجهی متمایز می­کند، قابلیت شرکت آلکنها در واکنشهای افزایشی بعلت حضور پیوند دوگانه (پیوند پای) است. در واکنش افزایشی آلکنها پیوند پای آلکن (و پیوند موجود در دیگر واکنشگر) می­شکند و با دو پیوند سیگما بین اتمهای کربن و اتمها یا گروههای اضافه شونده جایگزین می­شود. در واکنش افزایشی آلکنها، در صورتیکه اتمها یا گروههای اضافه شونده به اتمهای کربن پیوند دوگانه یکسان باشند، یک افزایشگر (اضافه شونده) متقارن و در صورتیکه یکسان نباشند، یک افزایشگر نامتقارن خواهیم داشت. از اضافه شدن افزایشگرهای متقارن تنها یک محصول بدست خواهد آمد. در حالیکه اضافه شدن افزایشگرهای نامتقارن ممکن است دو محصول تولید کنند که یکی ازآنها بنابر دلایلی ارجح­تر باشد. در این راستا می توان آلکنها را به دو دسته متقارن و نامتقارن طبقه بندی نمود. در آلکنهای متقارن ساختار نسبت به پیوند دوگانه متقارن است، در حالیکه در آلکنهای نامتقارن اینگونه نیست. موقع اضافه شدن افزایشگرهای نامتقارن به آلکنهای متقارن (مثل 2-بوتن) تنها یک محصول تولید می شود، درحالیکه موقع اضافه شدن افزایشگرهای نامتقارن به آلکنهای نامتقارن (مثل 1-بوتن) دو محصول تولید می شود.

آلکنها از بابت شرکت در واکنشهای افزایشی ترکیباتی سیرنشده محسوب می­شوند، در حالیکه ترکیباتی مثل آلکانها که در واکنشهای افزایشی شرکت نمی­کنند، سیر شده محسوب می­شوند.

انواع افزایشگر به آلکنها مثل هیدروژن، هالوژن، آب، هیدروژن هالید و ... می­توان در نظر گرفت که در ادامه به بررسی آنها می­پردازیم.

آلکنها در واکنش هیدروژناسیون، در یک واکنش افزایشی با هیدروژن شرکت می­کنند و آلکانها را (بدون تغییر اسکلت کربنی) تولید می­کنند.

آلکنها در واکنش هالوژناسیون آلکنها، در یک واکنش افزایشی با هالوژنها شرکت می­کنند و هالوآلکانها (ترکیبات هالوژن­دار) را تولید می­کنند.

آلکنها در وواکنش آبدهی به آلکنها، در یک واکنش افزایشی با آب شرکت می­کنند و الکلها (ترکیبات حاوی گروه OH) را تولید می­کنند.

آلکنها در واکنش هیدروهالوژناسیون آلکنها، در یک واکنش افزایشی با هیدروژن هالید اسیدها (مثل اسید هیدروژن کلرید) شرکت می­کنند و هالوآلکانها را تولید می­کنند.

آلکنها در واکنش تشکیل هالوهیدرین، در یک واکنش افزایشی با اسیدهای هیپوهالو مثل HOCl (که معمولاَ از مخلوط آب و هالوژن بدست می­آید) شرکت می­کنند و هالوهیدرین­ها (ترکیبات آلی حاوی گروه OH و اتم هالوژن بطور همزمان معمولاَ بر روی اتمهای کربن مجاورهم) را تولید می­کنند.

در مورد افزایشگرهای نامتقارن، معمولاَ سر مثبت افزایشگر به کربنی از پیوند دوگانه اضافه می­شود که تعداد هیدروژن بیشتر یا بطور معادل تعداد گروه آلکیل کمتری دارد و سر منفی افزایشگر به کربن دیگر پیوند دوگانه با تعداد هیدروژن کمتر و تعداد گروه آلکیل بیشتر وصل می­شود. این مطلب در مورد اضافه شدن هیدروژن هالید اسیدها به آلکنها قاعده مارکونیکوف نامیده می­شود و بطور کلی به جهت­گیری مارکونیکوف معروف است. بعنوان مثال موقع اضافه شدن HCl به پروپن (CH2 = CH – CH3)، هیدروژن که سر مثبت HCl است، به کربن شماره 1 در پیوند دوگانه که H بیشتری دارد، وصل می­شود. در حالیکه کلر که سر منفی HCl است به کربن شماره 2 در پیوند دوگانه که H کمتری دارد، وصل می­شود و محصول اصلی CH3CHClCH3 و نه CH2ClCH2CH3 است.

از واکنشهای افزایشی مهم دیگر آلکنها که مقداری با واکنشهای قبلی یاد شده متفاوت است، واکنش پلیمریزاسیون آلکنهاست. مولکولهای آلکنها (از یک جنس یا از جنس­های متفاوت) می­توانند بهم اضافه شوند و پلیمرها را بوجود آورند.

 

آلکینها

آلکینها هیدروکربنهایی هستند که پیوند سه گانه کربن– کربن دارند. همانطور که از نامشان نیز پیداست، آنها با پسوند «این» مشخص می­شوند. ممکن است بیش از یک پیوند سه گانه کربن– کربن در ترکیب حضور داشته باشد که در اینصورت تعداد آنها قبل از پسوند «این» مشخص می­شود. بعبارتی هیدروکربنهایی که دو، سه و ... پیوند سه گانه کربن– کربن دارند، به ترتیب آلکادی این، آلکاتری این و ... نامیده می­شوند. بازای هر پیوند سه گانه کربن– کربن، چهار اتم هیدروژن از فرمول ترکیب کم می­شود. در واقع بازای هر پیوند پای دو اتم هیدروژن از فرمول ترکیب کم می­شود.

بنابراین آلکینها (البته اگر دقیقتر بخواهیم بگوئیم مونواینها) چهار اتم هیدروژن از آلکانهای هم کربن کمتر دارند و فرمول عمومی آنها بصورت CnH2n-2 است. بطور مشابه در مورد آلکادی اینها، آلکاتری اینها و ... فرمول عمومی به ترتیب CnH2n-6 و CnH2n-10 و ... خواهد بود.

 

ایزومری آلکینها

ایزومری ساختاری در آلکینها می­تواند هم بخاطر تغییر اسکلت کربنی و هم بخاطر تغییر موقعیت پیوند سه گانه بر روی یک اسکلت کربنی مشخص باشد. در واقع برای رسم ایزومرهای ساختاری مختلف یک آلکین، مشابه آلکنها عمل می­کنیم. بدین منظور در ابتدا اسکلت­های کربنی ممکن برای آلکان هم کربن را در نظر می­گیریم و سپس برای هر اسکلت کربنی تمامی حالتهای ممکن غیر تکراری برای پیوند سه گانه را پیدا می­کنیم. در اینجا منظور از حالتهای ممکن اینست ک دقت داشته باشیم که کربن پیوند سه گانه نمی­تواند به سه کربن دیگر یا بیشتر متصل باشد و حداکثر به دو کربن دیگر متصل است که مجدداَ این مطلب بخاطر اینست که دور یک اتم کربن بیش از چهار پیوند نمی­توانیم داشته باشیم. برخلاف آلکنها، آلکینها ایزومری هندسی ندارند.

نامگذاری آلکینها

در نامگذاری آلکینها زنجیر اصلی حتماَ بایستی پیوند سه گانه را دربرگیرد و از جهتی شماره­گذاری شود که به اتمهای کربن پیوند سه گانه کمترین شماره­های ممکن برسد. مابقی اصول نامگذاری برای آلکینها مشابه آلکانهاست. در واقع نامگذاری آلکینها کاملاً شبیه نامگذاری آلکنهاست، فقط با این تفاوت که در اینجا بجای پسوند اِن برای آلکنها، پسوند این برای آلکینها بکار می­رود.

خواص فیزیکی آلکینها

خواص فیزیکی آلکینها مشابه آلکانها و آلکنهاست.

خواص شیمیایی آلکینها

بطور کلی خواص شیمیایی آلکینها شبیه آلکنهاست و مشابه آنها ترکیباتی سیرنشده محسوب می­شوند و در واکنشهای افزایشی شرکت می­کنند. آلکنها در واکنشهای افزایشی بازای هر مول آلکن یک مول افزایشگر مصرف می­کردند، در حالیکه آلکینها می­توانند در واکنشهای افزایشی بازای هر مول آلکین تا دو مول (یک یا دو مول) افزایشگر مصرف کنند.

آلکینها در واکنش هیدروژناسیون، آلکانها را تولید می­کنند، اما در صورتیکه از کاتالیزگر لیندلار (مخلوطی از پالادیم، کلسیم کربنات، کینولین و ترکیبات سرب و گوگرد) استفاده شود، هیدروژناسیون آلکینها، آلکنها را نتیجه خواهد داد.

آلکینها موقع اضافه شدن اولین مولکول آب، ترکیبات ناپایدار اِنولها (ترکیبات محتوی یک پیوند دوگانه و یک گروه OH بر روی آن) را تولید می­کنند که به ترکیبات محتوی گروه کربونیل (گروه C=O که ترکیبات محتوی آن آلدهید و کتون نامیده می­شوند) تبدیل می­شوند و افزایش آب متوقف می شود.

 

هیدروکربنهای آلیفاتیک حلقوی

هیدروکربنهای آلیفاتیک ممکن است دارای حلقه باشند یا بعبارتی بصورت ترکیبات حلقه­دار یا حلقوی باشند. حضور حلقه در آنها با پیشوند سیکلو به معنای حلقه مشخص می­شود. ممکن است ترکیب بیش از یک حلقه داشته باشد که در اینصورت تعداد حلقه­ها قبل از سیکلو مشخص می­شود. بعبارتی ترکیبات با دو حلقه، سه حلقه و ... به ترتیب با پیشوند بیسیکلو، تری سیکلو و ... مشخص می­شوند.

در اینجا معمولاَ نام دسته­ها با ترکیب پیشوندهای تعداد حلقه­ها و سیکلو با «آلک» و پسوند مناسب (بعنوان مثال ان برای ترکیبات بدون پیوند پای، اِن برای ترکیبات با پیوند دوگانه کربن– کربن و ...) بدست می­آید. بعنوان مثال هیدوکربنهای آلیفاتیکی که دو حلقه و سه پیوند دوگانه دارند، می­توانند بیسیکلو آلکاتری اِن نامیده شوند.

بازای هر حلقه دو هیدروژن از فرمول ترکیب کم می­شود. بعنوان مثال بیسیکلو آلکانها چهار اتم هیدروژن از آلکانهای هم کربن کمتر دارند و فرمول عمومی آنها بصورت CnH2n-2 است.

دقت داشته باشید که تعداد حلقه­های یک ترکیب برابر حداقل تعداد پیوندهایی است که باید شکسته شوند تا ترکیب از حالت حلقوی بطور کامل خارج شود.

 

سیکلوآلکانها

سیکلو آلکانها را می­توان ساده­ترین هیدروکربنهای آلیفاتیک حلقه دار در نظر گرفت. سیکلو آلکانها هیدروکربنهای حلقوی هستند که فقط پیوندهای یگانه دارند (بعبارتی پیوندهای دوگانه یا سه گانه کربن– کربن در آنها نداریم). سیکلو آلکانها (البته اگر دقیقتر بخواهیم بگوئیم مونوسیکلو آلکانها) دو اتم هیدروژن از آلکانهای هم کربن کمتر دارند و فرمول عمومی آنها بصورت CnH2n (مشابه آلکنها) است و ایزومرهای ساختاری آلکنها محسوب می­شوند. واضح است که در اینجا بایستی n بزرگتر از سه باشد.

ایزومری سیکلوآلکانها

ایزومری ساختاری در سیکلو آلکانها بخاطر تغییر اسکلت کربنی بوجود می­آید که تغییر اسکلت کربنی می­تواند هم از تغییر اندازه حلقه (تعداد اتمهای کربن سازنده حلقه) و هم از تغییر اسکلت کربنی شاخه­های موجود بر روی حلقه ناشی شود. مثال بعدی را در نظر بگیرید.

در اینجا نیز مشابه آلکنها می­توانیم ایزومری هندسی داشته باشیم. ایزومری هندسی در سیکلو آلکانها از ممانعت چرخش حول پیوند بعلت وجود حلقه ناشی می­شود. در اینجا نیز اگر دو گروه یکسان در یک طرف حلقه باشند، ایزومر سیس و در غیر اینصورت ترانس نامیده می­شود.

نامگذاری سیکلوآلکانها

در اغلب اوقات که بخشهای زنجیری سیکلو آلکانها از بخش حلقوی آنها کوچکتر است، بخشهای زنجیری بعنوان استخلاف یا شاخه حلقه اصلی در نظر گرفته می­شوند و نام سیکلو آلکان با ترکیب محل و نام شاخه­ها با نام سیکلو آلکان بدون شاخه بدست می­آید. برای سیکلو آلکانهای بدون شاخه نام بصورت همان سیکلو آلکان است که آلک به تعداد اتمهای کربن سازنده حلقه مربوط می­شود. شماره­گذاری حلقه بایستی از کربنی در حلقه شروع شود و در جهتی ادامه پیدا کند که به شاخه­ها در حد امکان شماره­های کوچکتری برسد. در اینجا نیز سیس یا ترانس بودن با پیشوند سیس یا ترانس قبل از نام ترکیب معلوم می­شود.

خواص فیزیکی سیکلوآلکانها

خواص فیزیکی سیکلو آلکانها مشابه آلکانهاست. بعلت وجود حلقه در سیکلو آلکانها، دمای ذوب و جوش آنها معمولاً از آلکانهای هم کربن قدری بیشتر است. در آلکانها آزادی حرکت بیشتری وجود دارد و یک سر زنجیر نسبت به سر دیگر آن می­تواند تغییر موقعیت بدهد و قرار گرفتن مولکولها در کنار یکدیگر را سخت­تر کند، در حالیکه در سیکلوآلکانها بعلت اتصال اتمهای کربن ابتدایی و انتهایی زنجیر بهم و تشکیل حلقه آزادی حرکت کمتری وجود دارد و مولکولهای سیکلو آلکانها برای برقراری تماس و نیروهای بین مولکولی وضعیت مناسب­تری دارند و از این­رو دمای ذوب و جوش سیکلو آلکانها بالاتر است.

 

 

خواص شیمیایی سیکلوآلکانها

در بررسی خواص شیمیایی سیکلو آلکانها بایستی به ناپایداری موجود در حلقه­های کوچک سه عضوی و چهار عضوی توجه داشته باشیم. در حلقه­های کوچک سه و چهار عضوی، زاویه اتمهای کربن با هم درون حلقه  از زاویه ایده­آل برای آنها (زاویه چهار وجهی یا 109.5 درجه) انحراف قابل توجهی دارد و این به اصطلاح کشش حلقه منجر به ناپایداری و افزایش واکنش­پذیری این حلقه­ها می­شود.

در سیکلو پروپان زاویه اتمهای کربن با هم برابر 60 درجه است که از زاویه ایده­آل 109.5 درجه انحراف خیلی زیادی نشان می­دهد و از این­رو سیکلو پروپان یا بطور کلی حلقه­های سه عضوی بسیار ناپایدار و واکنش­پذیرند. سیکلو پروپان براحتی در واکنشهای افزایشی شرکت می­کند تا حلقه ناپایدار از بین برود و ترکیب زنجیری پایدار تشکیل شود.

در سیکلو بوتان در صورت هم صفحه بودن اتمهای کربن، زاویه اتمهای کربن با هم برابر نود درجه خواهد بود. در عمل بعلت هم صفحه نبودن اتمهای کربن، این زاویه قدری بیشتر از نود درجه می­شود. اما بهرحال همچنان انحراف قابل توجهی از زاویه ایده­آل (البته نه باندازه حلقه­های سه عضوی) نشان می­دهد. از این رو سیکلو بوتان یا بطور کلی حلقه­های چهار عضوی هم ناپایدار و بسیار واکنش­پذیر محسوب می­شوند، البته شرایط لازم برای انجام واکنشهای افزایشی آنها از حلقه­های سه عضوی بعلت ناپایداری کمترشان سخت­تر است.

در حلقه­های پنج عضوی و بالاتر، ترکیب حلقوی با خارج شدن از حالت هم صفحه می­تواند زوایای نزدیک یا برابر با زوایای ایده­آل بخود بگیرد. بعنوان مثال سیکلو هگزان (C6H12) می­تواند فرم صندلی بخود بگیرد که در آن زوایا حالت ایده­آل خود را دارند.

در نتیجه حلقه­های پنج عضوی و بالاتر کشش حلقه ندارند و پایدارند و در واکنشهای افزایشی که منجر به شکستن حلقه می­شوند، شرکت نمی­کنند. سیکلو آلکانها با حلقه­های پنج عضوی و بالاتر از نظر خواص شیمیایی کاملاَ مشابه آلکانها هستند.

 

 

هیدروکربنهای آروماتیک

وجود خصلت آروماتیک در یک ترکیب بدین معنی است که تمام یا بخشی از آن ترکیب مسطح، حلقه­ای و دارای رزونانس بین الکترونهای پیوندهای پای در کل حلقه است که تعداد الکترونهای شرکت کننده در رزونانس برابر 4n+2 (قاعده 4n+2 یا قاعده هوکل) که n یک عدد غیر منفی است، می­باشد. ترکیبات با چنین خصوصیاتی، ترکیبات آروماتیک نامیده می­شوند که بطور ویژه­ای پایدار هستند و واکنش های بخصوص خود را انجام می­دهند. بعنوان مثال برای ترکیبات آروماتیک می­توان بنزن (C6H6) و نفتالن (C10H8) را در نظر گرفت که تعداد الکترونهای شرکت کننده در رزونانس برای آنها به ترتیب برابر شش و ده هستند که از اعداد قابل قبول برای آروماتیک بودن بنابر قاعده هوکل هستند.

 هیدروکربنهای آروماتیک هیدروکربنهایی هستند که خصلت آروماتیک دارند. یکی از ساده­ترین و متداولترین آنها بنزن و مشتقاتش است. از موارد دیگر می­توان به نفتالن، آنتراسن، فنانترن و ... اشاره کرد.

ایزومری آروماتیک ها

ایزومری ساختاری در هیدروکربن­های آروماتیک با فرض ثابت ماندن بخش آروماتیک با تغییر جنس شاخه­ها (اسکلت کربنی شاخه­ها) یا با تغییر موقعیت­های اتصال شاخه­ها به حلقه آروماتیک نسبت بهم بدست می­آید.

در صورتیکه موقع رسم ایزومرها، قید ثابت ماندن بخش آروماتیک را نداشته باشیم، ایزومرهای ساختاری بسیار بیشتری می­توان در نظر گرفت.

نامگذاری آروماتیک ها

در اغلب اوقات که بخشهای غیرآروماتیک ترکیبات آروماتیک از بخش آروماتیک آنها کوچکتر است، بخشهای غیرآروماتیک بعنوان استخلاف یا شاخه­های بخش آروماتیک در نظر گرفته می­شوند و نام ترکیب آروماتیک با ترکیب محل و نام شاخه­ها با نام بخش آروماتیک بدون استخلاف بدست می­آید. در اینجا نیز شماره­گذاری حلقه آروماتیک برای تک حلقه­ای­ها مشابه سیکلو آلکانها به شکلی انجام می­شود که در حد امکان به شاخه­ها شماره­های کمتری برسد.

در مورد مشتقات بنزن در صورتیکه تک استخلافه باشند، نیازی به ذکر شماره نیست. بعنوان مثال بجای 1-پروپیل بنزن صرفاً پروپیل بنزن می­گوئیم. در صورتیکه مشتقات بنزن دو استخلافه باشند، از نظر موقعیت شاخه­ها و شماره­های آنها سه حالت 1،2 و 1،3 و 1،4 را خواهیم داشت که به ترتیب اورتو، متا و پارا نیز نامیده می­شوند. در مورد سه استخلافه­ها حتماً بایستی از شماره­ها برای ذکر موقعیت گروهها استفاده کنیم.

خواص فیزیکی آروماتیک ها

خواص فیزیکی هیدروکربنهای آروماتیک مشابه دیگر هیدروکربنها مثل آلکانهاست. البته برخلاف آلکانها، هیدروکربنهای آروماتیک و بطور کلی ترکیبات آروماتیک به معطر و خوشبو بودن معروف هستند.

خواص شیمیایی آروماتیک ها

بطور کلی ترکیبات آروماتیک پایداری ویژه­ای دارند و واکنش­های مخصوص خود را انجام دهند. بعلت پایداری، ترکیبات آروماتیک با وجود سیر نشده بودن بسیار سخت­تر از ترکیبات سیرنشده دیگر مثل آلکنها در واکنشهای افزایشی شرکت می­کنند. بعنوان مثال در مورد استیرن (C6H5CH=CH2) هیدروژناسیون بخش آلیفاتیک براحتی با گاز هیدروژن در دما و فشار کم انجام می­شود، درحالیکه هیدروژناسیون بخش آروماتیک سخت­تر است و نیازمند دما و فشار بالاتری است.

هیدروکربنهای آروماتیک نیز می­توانند در واکنشهای جانشینی (جانشینی هیدروژن با اتمها یا گروههای دیگر مثل هالوژنها) شرکت کنند، اما شرایط انجام واکنشهای آنها بسیار متفاوت از هیدروکربنهای آلیفاتیک است.

بخش آلیفاتیک ترکیبات آروماتیک مشابه دیگر ترکیبات آلیفاتیک عمل خواهد کرد. بعنوان مثال در پروپیل بنزن، هیدروژنهای گروه پروپیل می­توانند در واکنش هالوژن­دار شدن جانشینی در شرایط مشابه آلکانها شرکت کنند.

از نکات دیگر در مورد شیمی این ترکیبات می­توان به بالا بودن نسبت کربن به هیدروژن در این ترکیبات و سمی و سرطان­زا بودن برخی از آنها مثل بنزن اشاره کرد