شیمی آروماتیک ها

آروماتیک ها: آنچه باید بدانید

اگرچه ممکن است از شما خواسته نشود که آروماتیک ها پیچیده را نام ببرید، حداقل باید با رایج‌ترین آنها آشنا باشید. از آنجا که بنزن ساده‌ترین ترکیب معطر است، تمرکز شما باید عمدتاً بر روی ترکیبات آلی حاوی حلقه بنزن باشد.

یکی از مهم‌ترین مفاهیم که باید درک کنید، ساختار بنزن و واکنش‌های مختلفی است که این ترکیب می‌تواند در آنها شرکت کند، از جمله هیدروژناسیون. همچنین باید قادر باشید توضیح دهید که چرا اختلاف آنتالپی پیش‌بینی‌شده برای هیدروژناسیون بنزن بالاتر از مقدار اندازه‌گیری شده است.

پیوندهای پی یکی از مفاهیم کلیدی در شیمی آروماتیک ها است. الکترون‌های جابجا شده در صفحه حلقه بنزن باعث پایداری ترکیب می‌شوند. این پیوندها مسئول پایداری شیمیایی بنزن و سایر ترکیبات حاوی حلقه بنزن هستند.

شیمی آروماتیک ها کاربردهای گسترده‌ای دارد؛ از تولید رنگ‌ها تا سنتز داروها. ترکیبات معطر ممکن است پیچیده به نظر برسند، اما معمولاً از چند واکنش اساسی به دست می‌آیند.

ابر الکترونی پی چیست؟

پیوندهای پی نوعی پیوند کووالانسی هستند که زمانی شکل می‌گیرند که دو لوب یک اوربیتال (معمولاً اوربیتال‌های p) به صورت جانبی با دو لوب یک اوربیتال اتم دیگر همپوشانی دارند. این پیوندها، به ویژه در ترکیبات معطر که دارای پیوندهای دوگانه متناوب در حلقه هستند، اهمیت زیادی دارند. تصویر زیر همپوشانی اوربیتال‌های p را در بنزن نشان می‌دهد.

در پیوندهای پی، دو اوربیتال همپوشانی صفحه گرهی یکسانی دارند که چگالی الکترون‌ها در آن صفر است. این صفحه گرهی از هسته اتم‌های پیوند خورده عبور می‌کند و یک سیستم مزدوج ایجاد می‌کند که باعث افزایش پایداری مولکول و کاهش انرژی آن می‌شود. الکترون‌ها در اطراف حلقه حرکت می‌کنند و برخلاف اینکه در یک اتم باقی بمانند، در سیستم مزدوج به طور آزاد حرکت می‌کنند.

معیارهایی که آروماتیک  بودن را تعیین می‌کنند

بسیاری از ترکیبات مشتق شده از بنزن، مانند اوژنول، رایحه‌های شیرین و دلپذیری دارند. به همین دلیل، وقتی برای اولین بار در قرن 19 کشف شدند، به عنوان ترکیبات معطر طبقه‌بندی شدند. با این حال، لازم به ذکر است که همه ترکیبات معطر حاوی حلقه بنزن نیستند. به عنوان مثال، کافور ترکیب بسیار معطری است اما حاوی حلقه بنزن نمی‌باشد.

ترکیبات آروماتیک  حاوی حلقه بنزن به نام آرن شناخته می‌شوند. گروه عاملی آنها به نام گروه آریل است که حلقه بنزن به یک گروه دیگر متصل می‌شود. به عنوان مثال، نفتالین که ماده فعال در گلوله‌های ماهری است، دارای دو گروه آریل است که به یکدیگر متصل شده‌اند.

برای اینکه یک ترکیب آلی به عنوان آروماتیک طبقه‌بندی شود، باید چهار معیار اساسی را داشته باشد:

1. حلقه‌ای بودن: باید حاوی یک مولکول حلقوی باشد، به‌ویژه حلقه بنزن. ترکیباتی که حلقه غیر بنزن دارند، ضد آروماتیک یا غیر آروماتیک هستند.
2. مسطح بودن مولکول: تمامی اتم‌های مولکول باید در یک صفحه قرار بگیرند.
3. جابجایی الکترون‌های پی: الکترون‌ها باید در سیستم پیوند پی حرکت کنند، نه اینکه به یک اتم خاص متصل باشند.
4. قانون هاکل: ترکیب باید از قانون هاکل پیروی کند که برای تعیین آروماتیک یا ضد آروماتیک بودن ترکیب به کار می‌رود. این قانون تعداد الکترون‌های پی را بر اساس فرمول $N=4n+2$ (که در آن n یک عدد صحیح است) تعیین می‌کند.

آروماتیک ها چگونه نامگذاری می‌شوند؟

نام آروماتیک ها بر اساس حلقه بنزن تعیین می‌شود. می‌توانید از نام‌های رایج مشتقات بنزن استفاده کنید یا از نام‌های سیستماتیک‌تر IUPAC (اتحادیه بین‌المللی شیمی خالص و کاربردی). این قرارداد نامگذاری موقعیت جانشین‌ها را در نظر می‌گیرد.

برخی از رایج‌ترین جایگزین‌ها شامل Br (برم)، Cl (کلر) و NO2 (نیترو) هستند. این ترکیبات به ترتیب به نام‌های برموبنزن، کلروبنزن و نیتروبنزن شناخته می‌شوند. اگر هر جایگزین اضافی به حلقه بنزن اضافه شود، پیشوندهای خاصی بسته به موقعیت آن در حلقه به نام ترکیب افزوده می‌شود.

واکنش‌های شیمیایی آروماتیک ها

آروماتیک ها مانند آلکن‌ها دارای پیوندهای دوگانه هستند و تحت واکنش‌های شیمیایی مشابهی از جمله واکنش‌های جایگزینی، هیدروژناسیون و واکنش‌های جفت شدن قرار می‌گیرند. با این حال، ترکیبات معطر به دلیل الکترون‌های غیرمحلی در حلقه بنزن، واکنش‌های اضافی را به راحتی انجام نمی‌دهند.

1. واکنش جایگزینی الکتروفیلیک: در این واکنش، گروه معطر به عنوان هسته دوست عمل کرده و یک الکتروفیل (یون مثبت) را جذب می‌کند. این نوع واکنش به عنوان جایگزینی معطر الکتروفیلیک شناخته می‌شود.
2. واکنش جانشینی نوکلئوفیلیک: در این واکنش، یک نوکلئوفیل جایگزین گروه ترک روی حلقه معطر می‌شود. معمولاً، گروه‌های جانشینی که در موقعیت‌های ارتو و پارا قرار دارند، جایگزین می‌شوند.
3. هیدروژناسیون: در این واکنش، حلقه بنزن به یک حلقه اشباع (بدون پیوند دوگانه) تبدیل می‌شود. این فرآیند معمولاً به یک کاتالیزور نیاز دارد و به کندی پیش می‌رود.
4. واکنش‌های جفت شدن: در این واکنش‌ها، دو رادیکال به یکدیگر پیوند می‌خورند. یکی از مثال‌های این واکنش‌ها، کوپلینگ دیازونیوم است که در نمودار زیر نشان داده شده است.

منبع:https://www.chemicals.co.uk/blog