Den strukturelle formel er en grafisk fremstilling av bånd av et molekyl, å belyse dets struktur gang bestemt ved spektroskopiske metoder. Det er den mest spesifikke måten når du refererer til en spesifikk forbindelse, og ikke til flere isomerer som tilsvarer den samme molekylformelen.
For eksempel, butan, C 4 H 10 , har to isomerer: n-butan (lineære) og 2-metyl-propan (forgrenet). Molekylformelen skiller ikke mellom noen av de to; mens hvis vi tyr til strukturelle formler, vil vi se nøyaktig at den ene er lineær og den andre forgrenet.
Strukturformler gjør det mulig å undersøke molekylstrukturen til forbindelser. Kilde: Pixabay.
Å bruke strukturelle formler gjør det lettere å forstå endringene som et molekyl gjennomgår under en kjemisk reaksjon; hvilke av koblingene som er brutt, hvordan strukturen blir endret i prosessen og på slutten av den. Å lære seg å lese disse formlene er det samme som på overflatisk forutsi molekylenes egenskaper.
Strukturformler er 2D-representasjoner, selv om de kan indikere noen tredimensjonale og geometriske aspekter. Jo mer strukturen til en forbindelse blir undersøkt, desto mer raffinert og trofast blir dens strukturelle formel. Ellers utelater det viktige aspekter for å forstå molekylets natur.
Strukturformeleksempler
Hver forbindelse har sin respektive strukturformel, som kan variere avhengig av hvilken type projeksjon eller perspektiv som brukes. For eksempel er kondenserte og skjelettformler, Lewis-strukturer og stereokjemiske fremskrivninger alle strukturelle formler, dedikert til å tegne så mye informasjon som mulig angående molekylstruktur.
Det er så mange at bare noen få enkle eksempler vil bli dekket.
glukose
Ulike representasjoner av alfaglukosestrukturen. Kilde: Yikrazuul via Wikipedia.
Fire representasjoner av glukosemolekylet er vist i det øvre bildet. Hver er en gyldig strukturformel; men 2 (Haworth-projeksjon) og 3 (stolprojeksjon) er vanligvis de mest brukte i akademiske tekster og i publikasjoner.
Den 4 har fordelen at den direkte indikerer hvilke OH-grupper som er over (tykke kiler) eller under (prikkede kiler) den sekskantede ringen; det vil si at det letter forståelsen av stereokjemien. I kontrast viser 1 (Tollens-Fisher-projeksjonen) den lineære karakteren av glukose før den konverteres til dens sykliske form.
metan
Strukturformel av metan. Kilde: Gabriel Bolívar via MolView.
Ovenfor har to strukturformler for metan, som kondenseres molekylformel er CH 4 . For de som mangler kunnskap om kjemi, kunne de tolke formelen CH 4 som om det var et molekyl med et hydrogenatom i sentrum.
Men i virkeligheten (og nødvendigvis) gjør de strukturelle formlene det klart at karbon er det sentrale atom. Derfor har vi fire CH-obligasjoner. Legg også merke til at formelen til venstre skaper et falskt inntrykk av at molekylet er flatt, når det faktisk er tetraedrisk (formel til høyre).
Det er grunnen til at i strukturformelen til høyre er bindingene representert av kiler, som indikerer de relative romlige stillingene til hvert hydrogenatom (toppunktene til tetrahedronen).
metanol
Strukturformel for metanol. Kilde: NEUROtiker
Strukturformelen for metanol er praktisk talt den samme som metan, med forskjellen at den har en H substituert med en OH. Dens kondensert eller kjemiske formel er CH 3 OH, og molekyl CH 4 O. Det skal bemerkes at det også består av et tetraeder.
etanol
Strukturformel for etanol. Kilde: Gabriel Bolívar via MolView.
Nå går vi videre til etanol, den neste alkoholen på listen. Den kjemiske eller kondenserte formel er CH 3- CH 2- OH, som i seg selv allerede viser seg i lineær struktur. For å være tydelig, demonstrerer strukturformelen i bildet ovenfor at etanol er rettkjede eller ryggrad.
Hvis du ser nøye, er omgivelsene til hvert karbonatom tetraedrisk.
fruktose
Strukturformel av beta-D-fruktofuranose. Kilde: NEUROtiker (samtale • bidrag)
Over har vi strukturformelen for fruktose, mer presist Haworth-projeksjonen av furanusringen (fem-leddet). Legg merke til hvor mye strukturformelen avslører, i motsetning til den molekylære, C 6 H 12 O 6 , som sammenfaller med glukoseformen, men begge er forskjellige sukkerarter.
Vann
Strukturell formel for vann. Kilde: Benjah-bmm27 via Wikipedia.
Den kjemiske formel for vann er H 2 O, også tilsvarende de kondenserte og molekylformler. Som med metan, kan de som ikke kjenner vannmolekylet (og ikke har noen forestilling om kjemiske bindinger) tro at strukturen er OHH; men strukturformelen på bildet over tydeliggjør den sanne strukturen.
Selv om det ikke blir verdsatt, trekker parene frie elektroner av oksygen og hydrogenatomer en tetraeder rundt oksygenet; dette er den elektroniske geometrien til vann: tetraedrisk. I mellomtiden etablerer de to hydrogenatomene et plan som ligner en bumerang; Dette er molekylær geometri for vann: kantet.
Selv om den strukturelle formelen for vann er den enkleste av eksemplene som diskuteres, skjuler den flere hemmeligheter og anomalier enn den alene klarer å representere.
Aspirin
Strukturformel for aspirin. Kilde: Gabriel Bolívar via MolView.
Vi har en av de første "manglene" i strukturformler: deres manglende evne til å representere den aromatiske karakteren til en struktur; som i dette tilfellet tilsvarer aromatisiteten til benzen (heksagonal) ring av aspirin (over).
Hvis du ser på denne formelen nøye, vil du komme til den konklusjon at det er et vesentlig flatt molekyl; det vil si nesten alle sine atomer "resten" i samme plan, med unntak av metylgruppen, CH 3 , til dens venstre side, hvor det tetraedrisk miljø av karbon er igjen vist.
Igjen tilveiebringer den strukturelle formel mye mer informasjon enn den flate molekylformel, C 9 H 8 O 4 ; som tilsvarer mange strukturelle isomerer, totalt forskjellig fra aspirin.
benzen
Strukturformel for benzen. Kilde: Gabriel Bolívar via MolView.
Endelig har vi over strukturformelen til benzen. Den molekylære formel er C 6 H 6 , noe som indikerer at den effektivt inneholder seks karbonatomer og seks hydrogenatomer. Men det sier ingenting om den sanne strukturen til benzen.
C = C-dobbeltbindingen er ikke statiske, ettersom et par elektroner, spesifikt det som befinner seg i p-orbitalene av karbon, lokaliserer seg innenfor ringen. Følgelig har benzen flere resonansstrukturer, hver med sin egen strukturformel.
Denne delokaliseringen er en del av den aromatiske karakteren til benzen, ikke trofast representert i strukturformelen til venstre. Det nærmeste er å bytte ut dobbeltbindingen med en sirkel (kalt en smultring av noen) for å indikere aromatiteten i ringen (til høyre for bildet).
Og hva med skjelettformelen? Dette er veldig likt det strukturelle, og avviker bare ved at det ikke representerer hydrogenatomer; og derfor er det mer forenklet og mer behagelig å tegne. Benzenringen til høyre ville være dens skjelettformel.
referanser
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi (8. utg.). CENGAGE Læring.
- Wikipedia. (2020). Strukturformel. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
- Nissa Garcia. (2020). Strukturelle formler: Definisjon og eksempler. Studere. Gjenopprettet fra: study.com
- Clark Jim. (2012). Tegne organiske molekyler. Gjenopprettet fra: chemguide.co.uk
- William Reusch. (5. mai 2013). Formen på molekyler. Gjenopprettet fra: 2.chemistry.msu.edu