Plik formuła strukturalna jest graficznym przedstawieniem wiązań cząsteczki, rzucającym światło na jej strukturę raz określoną metodami spektroskopowymi. Jest to najbardziej specyficzny sposób w odniesieniu do konkretnego związku, a nie do kilku izomerów o tym samym wzorze cząsteczkowym.
Na przykład butan, C.4H.10, ma dwa izomery: n-butan (liniowy) i 2-metylopropan (rozgałęziony). Wzór cząsteczkowy nie rozróżnia żadnego z tych dwóch; podczas gdy jeśli uciekniemy się do wzorów strukturalnych, zobaczymy dokładnie, że jeden jest liniowy, a drugi rozgałęziony.
Korzystanie ze wzorów strukturalnych ułatwia zrozumienie zmian, jakie zachodzą w cząsteczce podczas reakcji chemicznej; które z jego linków są zerwane, jak zmienia się jego struktura w procesie i na końcu. Nauka czytania tych wzorów jest tym samym, co powierzchowne przewidywanie właściwości cząsteczek.
Wzory strukturalne są reprezentacjami 2D, chociaż mogą wskazywać na pewne aspekty trójwymiarowe i geometryczne. Im dokładniej badana jest struktura związku, tym bardziej wyrafinowany i wierny staje się jego wzór strukturalny. W przeciwnym razie pomija istotne aspekty, aby zrozumieć naturę cząsteczki.
Indeks artykułów
Każdy związek ma swój odpowiedni wzór strukturalny, który może się różnić w zależności od typu projekcji lub zastosowanej perspektywy. Na przykład wzory skondensowane i szkieletowe, struktury Lewisa i projekcje stereochemiczne to wszystkie wzory strukturalne, których celem jest przedstawienie jak największej ilości informacji dotyczących struktury molekularnej..
Jest ich tak wiele, że omówimy tylko kilka prostych przykładów..
Na górnym obrazie pokazano cztery reprezentacje cząsteczki glukozy. Każdy jest prawidłowym wzorem strukturalnym; ale 2 (projekcja Hawortha) i 3 (projekcja krzesła) są zwykle najczęściej używane w tekstach akademickich i publikacjach.
4 ma tę zaletę, że bezpośrednio wskazuje, które grupy OH znajdują się powyżej (grube kliny) lub poniżej (kropkowane kliny) sześciokątnego pierścienia; to znaczy ułatwia zrozumienie jego stereochemii. Natomiast 1 (projekcja Tollensa-Fishera) pokazuje liniowy charakter glukozy przed przekształceniem w jej cykliczną formę.
Powyżej znajdują się dwa wzory strukturalne metanu, którego skondensowany wzór cząsteczkowy to CH4. Dla tych, którzy nie znają chemii, mogli zinterpretować wzór CH4 jakby to była cząsteczka z atomem wodoru w środku.
Ale w rzeczywistości (i koniecznie) wzory strukturalne wyjaśniają, że atomem centralnym jest węgiel. Dlatego mamy cztery wiązania C-H. Zwróć również uwagę, że wzór po lewej stronie stwarza fałszywe wrażenie, że cząsteczka jest płaska, podczas gdy w rzeczywistości jest tetraedryczna (wzór po prawej).
Dlatego we wzorze strukturalnym po prawej stronie wiązania są reprezentowane przez kliny, wskazujące względne położenia przestrzenne każdego atomu wodoru (wierzchołki czworościanu).
Wzór strukturalny metanolu jest praktycznie taki sam jak wzór metanu, z tą różnicą, że ma H podstawiony przez OH. Jego skondensowany lub chemiczny wzór to CH3OH i molekularny CH4O. Zauważono, że składa się on również z czworościanu.
Teraz przechodzimy do etanolu, kolejnego alkoholu na liście. Jego formuła chemiczna lub skondensowana to CH3CHdwaOH, który sam w sobie już pokazuje swoją liniową strukturę. Aby mieć pewność, wzór strukturalny na powyższym obrazku skutecznie pokazuje, że etanol jest łańcuchem liniowym lub szkieletem..
Jeśli przyjrzysz się uważnie, otoczenie każdego atomu węgla jest tetraedryczne.
Powyżej mamy wzór strukturalny fruktozy, a dokładniej projekcję Hawortha jej pierścienia furanusowego (pięcioczłonowego). Zwróć uwagę, ile ujawnia wzór strukturalny w przeciwieństwie do wzoru molekularnego C6H.12LUB6, która pokrywa się z glukozą, przy czym obie są jednak różnymi cukrami.
Wzór chemiczny wody to H.dwaLub odpowiadające również wzorom skondensowanym i cząsteczkowym. Podobnie jak w przypadku metanu, ci, którzy nie znają cząsteczki wody (i nie mają pojęcia o wiązaniach chemicznych), mogą wierzyć, że jej struktura to O-H-H; ale wzór strukturalny na powyższym obrazku wyjaśnia prawdziwą strukturę.
Chociaż nie jest to doceniane, pary wolnych elektronów atomów tlenu i wodoru rysują czworościan wokół tlenu; to jest elektronowa geometria wody: czworościenna. W międzyczasie oba atomy wodoru tworzą płaszczyznę podobną do bumerangu; to jest molekularna geometria wody: kątowa.
Chociaż wzór strukturalny wody jest zdecydowanie najprostszym z omawianych przykładów, kryje w sobie więcej tajemnic i anomalii, niż sam jest w stanie przedstawić..
Mamy jedną z pierwszych „wad” formuł strukturalnych: ich niezdolność do reprezentowania aromatycznego charakteru struktury; co w tym przypadku odpowiada aromatyczności benzenowego (heksagonalnego) pierścienia aspiryny (powyżej).
Jeśli przyjrzysz się uważnie tej formule, dojdziesz do wniosku, że jest to zasadniczo płaska cząsteczka; to znaczy, prawie wszystkie jego atomy „spoczywają” w tej samej płaszczyźnie, z wyjątkiem grupy metylowej CH3, po lewej stronie, gdzie ponownie wizualizowane jest czworościenne środowisko węgla.
Ponownie, wzór strukturalny dostarcza znacznie więcej informacji niż jego zwykły wzór cząsteczkowy, C9H.8LUB4; co odpowiada licznym izomerom strukturalnym, całkowicie różnym od aspiryny.
Na koniec mamy powyżej wzoru strukturalnego benzenu. Jego wzór cząsteczkowy to C.6H.6, co wskazuje, że zawiera sześć atomów węgla i sześć atomów wodoru. Ale to nic nie mówi o prawdziwej strukturze benzenu.
Wiązania podwójne C = C nie są statyczne, ponieważ para elektronów, w szczególności ten znajdujący się na orbitali p węgla jest zdelokalizowana w pierścieniu. W konsekwencji benzen ma kilka struktur rezonansowych, z których każda ma własny wzór strukturalny..
Ta delokalizacja jest częścią aromatycznego charakteru benzenu, który nie jest wiernie przedstawiony we wzorze strukturalnym po lewej stronie. Najbliższą rzeczą jest zastąpienie podwójnych wiązań kółkiem (przez niektórych nazywanym pączkiem), aby wskazać aromatyczność pierścienia (po prawej stronie obrazu).
A co z formułą szkieletową? Jest to bardzo podobne do strukturalnego, różniące się tylko tym, że nie przedstawia atomów wodoru; dlatego też wykres jest prostszy i wygodniejszy. Pierścień benzenowy po prawej stronie byłby jego wzorem szkieletowym.
Jeszcze bez komentarzy