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