İskelet formülü - Skeletal formula

Antidepresan ilaç esitalopramın iskelet formülü, heteroatomlar , üçlü bağ , fenil grupları ve stereokimyanın iskeletsel temsillerini içerir.

İskelet formülü olarak da adlandırılan, satır açılı formül veya kısaltılmış formülü bir bölgesinin organik bileşik molekül türüdür yapısal formül bir bir kısa olarak temsil eder , molekül 'in bağlama ve bazı ayrıntıları molekül geometrisi . Bir iskelet formülü, molekülü oluşturan iskelet atomlarından oluşan bir molekülün iskelet yapısını veya iskeletini gösterir . Bir kağıt parçası gibi iki boyutta temsil edilir. Organik kimyada en yaygın olan karbon ve hidrojen atomlarını temsil etmek için belirli kuralları kullanır .

Bu temsilin erken bir formu ilk olarak organik kimyager Friedrich August Kekulé von Stradonitz tarafından geliştirilmiştir , modern form ise moleküllerin Lewis (nokta) yapısı ve değerlik elektronları ile yakından ilişkilidir ve bunlardan etkilenir . Bu nedenle bazen Kekulé yapıları veya Lewis-Kekulé yapıları olarak adlandırılırlar . İskelet formülleri organik kimyada her yerde bulunur hale gelmiştir , bunun nedeni kısmen bunların çizilmesinin nispeten hızlı ve basit olması ve ayrıca reaksiyon mekanizması ve/veya yerelleştirme tartışmaları için kullanılan eğri ok gösteriminin kolayca üst üste bindirilebilmesidir.

Kimyasal yapıları tasvir etmek için başka birkaç yöntem de organik kimyada yaygın olarak kullanılmaktadır (ancak iskelet formüllerinden daha az sıklıkla). Örneğin, konformasyonel yapılar iskelet formüllerine benzerler ve bir molekülün atomlarının yaklaşık konumlarını üç boyutlu uzayda perspektif çizim olarak göstermek için kullanılır. Diğer temsil türleri, örneğin Newman projeksiyonları , Haworth projeksiyonları ve Fischer projeksiyonları da iskelet formüllerine biraz benzer görünmektedir. Bununla birlikte, kullanılan uzlaşımlarda küçük farklılıklar vardır ve okuyucunun bu tasvirlerde kodlanan yapısal detayları anlayabilmesi için bunların farkında olması gerekir. Organometalik ve inorganik kimyada iskelet ve konformasyonel yapılar da kullanılırken, kullanılan konvansiyonlar da biraz farklıdır.

İskelet

terminoloji

Organik bir bileşiğin iskelet yapısı, bileşiğin temel yapısını oluşturan birbirine bağlı atomlar dizisidir. İskelet, bağlı atomların zincirlerinden, dallarından ve/veya halkalarından oluşabilir. Karbon veya hidrojen dışındaki iskelet atomlarına heteroatomlar denir .

İskelet, atomlarına bağlı hidrojen ve/veya çeşitli sübstitüentlere sahiptir . Hidrojen, karbona bağlı en yaygın karbon olmayan atomdur ve basitlik için açıkça çizilmemiştir. Ek olarak, karbon atomları genellikle doğrudan olduğu gibi etiketlenmez (yani bir "C" ile), heteroatomlar her zaman açıkça bu şekilde belirtilir (yani, nitrojen için "N" , oksijen için "O" kullanılır , vb.)

Nispeten yüksek kimyasal reaktivite oranlarına yol açan veya bileşiklerin spektrumlarına spesifik ve ilginç özellikler katan heteroatomlar ve diğer atom gruplarına , moleküle bir işlev verdikleri için fonksiyonel gruplar denir . Heteroatomlar ve fonksiyonel gruplar, söz konusu organik bileşiğin ana hidrokarbonunda mevcut olacak hidrojen atomunun bir ikamesi olarak kabul edildiklerinden topluca "ikame ediciler" olarak bilinirler .

Basit yapı

Lewis yapılarında olduğu gibi, kovalent bağlar , sırasıyla ikili veya üçlü bağı gösteren ikili veya üçlü bir çizgi segmenti ile çizgi segmentleri ile gösterilir . Benzer şekilde, iskelet formülleri, her bir atomla ilişkili resmi yükleri gösterir (yalnız çiftler genellikle isteğe bağlı olsa da, aşağıya bakınız ). Aslında, iskelet formülleri, aşağıdaki basitleştirmeleri gözlemleyen kısaltılmış Lewis yapıları olarak düşünülebilir:

  • Karbon atomları, doğru parçalarının köşeleri (kesişimler veya sonlar) ile temsil edilir. Netlik sağlamak için, metil grupları genellikle açıkça Me ya da CH gibi üzerinden yazılır 3 (hetero) ise, cumulene karbon sık sık ağır temsil edilir orta nokta .
  • Karbona bağlı hidrojen atomları ima edilir. Etiketlenmemiş bir tepe noktasının , oktet kuralını yerine getirmek için gereken hidrojen sayısına bağlı bir karbonu temsil ettiği anlaşılırken , resmi bir yük ve/veya bağlanmayan elektron(lar) ile etiketlenmiş bir tepe noktasının vermek için gereken hidrojen atomu sayısına sahip olduğu anlaşılır. karbon atomu bu belirtilen özellikleri. İsteğe bağlı olarak, asetilenik ve formil hidrojenler, açıklık amacıyla açıkça gösterilebilir.
  • Bir heteroatoma bağlı hidrojen atomları açıkça gösterilmiştir. Genellikle tek bir grup olarak gösterilir, buna bağlı bir heteroatom ve hidrojen atomları (örneğin, OH, NH 2 ) açık bir şekilde hidrojen heteroatomuna gösterilmemiştir. Basit alkil ya da aril ikame, metoksi gibi (OMe) ya da dimetilamino (NMe ile heteroatomlar 2 ), bazen de benzer bir şekilde, aynı şekilde gösterilmiştir.
  • Karben karbonlarındaki yalnız çiftler açıkça belirtilmelidir, diğer durumlarda yalnız çiftler isteğe bağlıdır ve yalnızca vurgu için gösterilir. Buna karşılık, ana grup elemanlarındaki formal yükler ve eşleşmemiş elektronlar her zaman açıkça gösterilir.

Bir molekülün standart tasvirinde , en büyük katkıya sahip kanonik form (rezonans yapısı) çizilir. Bununla birlikte, iskelet formülünün "gerçek molekülü", yani katkıda bulunan tüm kanonik formların ağırlıklı ortalamasını temsil ettiği anlaşılmaktadır. Böylece, iki veya daha fazla kanonik formun eşit ağırlıkla katkıda bulunduğu (örneğin, benzen veya bir karboksilat anyonunda) ve kanonik formlardan birinin keyfi olarak seçildiği durumlarda, iskelet formülünün eşdeğer bağları içeren gerçek yapıyı gösterdiği anlaşılır. delokalize bağlar eşdeğer olmayan tekli ve çiftli bağlar olarak gösterilse de, kesirli düzendedir.

Çağdaş grafik kuralları

19. yüzyılın ikinci yarısında iskelet yapıları ortaya çıktığından, görünümleri önemli ölçüde evrim geçirdi. Bugün kullanılan grafiksel kurallar 1980'lere kadar uzanmaktadır. ChemDraw yazılım paketinin fiili bir endüstri standardı olarak benimsenmesi sayesinde (örneğin American Chemical Society , Royal Society of Chemistry ve Gesellschaft Deutscher Chemiker yayınları tarafından), bu sözleşmeler 1990'ların sonlarından beri kimya literatüründe neredeyse evrensel olmuştur. . Birkaç küçük geleneksel varyasyon, özellikle stereo bağların kullanımı ile ilgili olarak, farklı ABD ve İngiltere ve Kıta Avrupası uygulamalarının bir sonucu olarak veya kişisel tercih meselesi olarak var olmaya devam etmektedir. Yazarlar arasındaki bir başka küçük farklılık olarak, resmi yükler bir daire içinde veya daire olmadan artı veya eksi işaretiyle gösterilebilir. Çoğu yazar tarafından takip edilen kurallar dizisi, açıklayıcı örneklerle birlikte aşağıda verilmiştir.

(1) Bağ sp arasında 2 ve / veya sp 3 hibritlenmiş karbon ya da heteroatomları, geleneksel olarak, bir ile kesilen sürece, zikzak bir yapıda, aşağıdaki atomlu en uzun zincir ile, 120 ° açı mümkün kullanılarak temsil edilmektedir cis- çift bağ. Dört sübstitüentin tümü açık olmadığı sürece, bu, stereokimya kamalı veya kesikli bağlar kullanılarak tasvir edildiğinde bile doğrudur ( aşağıya bakınız ).

(2) Bir tetrahedral karbonun dört ikamesinin tümü açıkça gösteriliyorsa, iki düzlem içi ikame ediciye olan bağlar hala 120°'de buluşur; bununla birlikte diğer iki ikame edici genellikle kamalı ve kesikli bağlarla (stereokimyayı göstermek için) gösterilir ve 60-90°'lik daha küçük bir açıyla karşı karşıyadır.

(3) sp hibritleştirilmiş atomlardaki lineer geometri normal olarak 180°'de buluşan çizgi parçaları ile gösterilir.

(4) Karbon ve heterosikller (3-8 üyeli) genellikle düzenli çokgenler olarak temsil edilir; daha büyük halka boyutları içbükey çokgenlerle temsil edilme eğilimindedir.

(5) Bir gruptaki atomlar, bağ doğrudan iskelete bağlı olan atomdan çıkacak şekilde sıralanmıştır. Örneğin, nitro grubu (NO 2 ), = NO gösterilir 2 ya da O 2 bağın yerleşimine bağlı olarak, N-. Buna karşılık, izomerik nitrit grubu, bağ her iki tarafta da görünecek şekilde ONO olarak gösterilir.

Örtük karbon ve hidrojen atomları

Örneğin, aşağıdaki resimde, iskelet formül heksan gösterilmiştir. Karbon atomu, Cı etiketli 1 bu yüzden de bağlar dört toplam sayısı olmak üzere, kendisine bağlanmış üç hidrojeni olmalıdır, tek bir bağ var gibi görünmektedir. Cı-işaretlenmiş olan karbon atomu 3 karbona iki bağa sahip olan ve bu nedenle de iki hidrojen atomuna bağlanır. Hekzanın gerçek moleküler yapısının X-ışını kristalografisi ile belirlendiği şekliyle bir top ve çubuk modeli , karşılaştırma için gösterilmiştir, burada karbon atomları siyah toplar ve hidrojen atomları beyaz toplar olarak gösterilmiştir.

Bir ve üç numaralı karbonlarla etiketlenmiş heksanın iskelet formülü
Açıkça gösterilen karbon (siyah) ve hidrojen (beyaz) ile heksanın 3 boyutlu top temsili.

Diyagramlar çizilirken tutarlılık sağlandığı sürece, numaralandırmaya zincirin hangi ucundan başlandığı önemli değildir. Yoğun formül veya IUPAC adı oryantasyonu onaylayacaktır. Bazı moleküller, yönelimden bağımsız olarak tanıdık gelecektir.

Açık heteroatomlar ve hidrojen atomları

Karbon veya hidrojen olmayan tüm atomları ile gösterilen edilir kimyasal sembolü örneği için Cl için, klor , için O oksijen için, Na , sodyum ve benzerini. Organik kimya bağlamında, bu atomlar yaygın olarak heteroatomlar olarak bilinir (burada hetero- öneki Yunanca "diğer" anlamına gelen ἕτερος [héteros] kelimesinden gelir ).

Heteroatoma bağlı olan herhangi bir hidrojen atomu olan açık bir şekilde çekilir. Olarak etanol , Cı- 2 , H 5 karbon atomuna bağlanmış hidrojen atomlarının doğrudan gösterilmemiştir, oysa, OH, örneğin, oksijene bağlı hidrojen atomu, sembol H ile gösterilmektedir.

Heteroatom-hidrojen bağlarını temsil eden çizgiler genellikle netlik ve kompaktlık için atlanır, bu nedenle hidroksil grubu gibi bir fonksiyonel grup çoğunlukla −O−H yerine −OH yazılır. Bu bağlar bazen reaksiyon mekanizmalarına katıldıklarında varlıklarını vurgulamak için tamamen çekilir .

Aşağıda karşılaştırma için gösterilmektedir , mikrodalga spektroskopisi ile belirlenen gaz fazındaki etanol molekülünün gerçek üç boyutlu yapısının bir top ve çubuk modeli (üstte) , Lewis yapısı (ortada) ve iskelet formülü (altta) .

Etanol-CRC-MW-trans-3D-balls.png
Etanol-yapısı.svg
Etanol-2D-iskelet.svg

Sahte öğe sembolleri

Kimyasal element sembolleri gibi görünen ancak çok yaygın bazı ikameleri temsil eden veya bir element grubunun belirtilmemiş bir üyesini gösteren semboller de vardır . Bunlar, sözde element sembolleri veya organik elementler olarak bilinir ve iskelet formüllerinde tek değerli "elemanlar" gibi ele alınır. Yaygın olarak kullanılan sözde eleman sembollerinin bir listesi aşağıda gösterilmiştir:

Genel semboller

  • Herhangi bir ( sözde ) halojen atomu için X ( ilgili MLXZ notasyonunda X, bir tek elektron verici ligandı temsil eder)
  • L ya da L , n , bir için bir ligand ya da ligand (ilgili MLXZ gösterimde, L, bir iki-elektron donör ligandı temsil eder)
  • Herhangi bir metal atomu için M veya Met ([M], ligandların kimlikleri bilinmediğinde veya alakasız olduğunda, bağlı bir metali, ML n'yi belirtmek için kullanılır )
  • Herhangi bir elektrofil için E veya El (bazı bağlamlarda E, herhangi bir p-blok elemanını belirtmek için de kullanılır )
  • Herhangi bir nükleofil için Nu
  • Konjuge elektron çeken gruplar için Z (ilgili MLXZ notasyonunda, Z bir sıfır elektron verici ligandı temsil eder; ilgisiz kullanımda Z ayrıca karboksibenzil grubunun bir kısaltmasıdır .)
  • Döteryum ( 2 H) atomu için D
  • bir trityum ( 3 H) atomu için T

alkil grupları

  • R herhangi bir alkil grubu veya hatta herhangi bir organil grubu için (Alk, bir alkil grubunu açık bir şekilde belirtmek için kullanılabilir)
  • Ben metil grubu için
  • etil grubu için Et
  • ( Normal ) propil grubu için Pr, n -Pr veya n Pr ( Pr aynı zamanda praseodim elementinin sembolüdür . Bununla birlikte, propil grubu tek değerli olduğu için, praseodimyum neredeyse her zaman üç değerlidir, belirsizlik nadiren ortaya çıkar. pratikte. )
  • izopropil grubu için i -Pr veya i Pr
  • Hepsi allil grubu için (nadir)
  • ( normal ) butil grubu için Bu, n -Bu veya n Bu
  • i -Bu veya i Bu ( i için genellikle italik) izobutil grubu
  • ikincil butil grubu için s -Bu veya s Bu
  • üçüncül bütil grubu için t -Bu veya t Bu
  • Pentil grubu için Pn ( veya Am aynı zamanda amerikyumun simgesi olmasına rağmen , eşanlamlı amil grubu için Am . )
  • Np veya Neo neopentil grubu ( Uyarı: Organometalik kimyacılar ilgili NP kullanmak neofil grubu, PhMe 2 . C-Np da elemanı, sembol Neptünyum . )
  • Sikloheksil grubu için Cy veya Chx
  • 1- adamantil grubu için reklam
  • tritil grubu için Tr veya Trt

Aromatik ve doymamış ikameler

  • Herhangi bir aromatik sübstitüent için Ar (Ar aynı zamanda argon elementinin sembolüdür . Bununla birlikte, argon, organik kimyada karşılaşılan tüm olağan koşullar altında inerttir, bu nedenle Ar'ın bir aril sübstitüentini temsil etmek için kullanılması asla kafa karışıklığına neden olmaz.)
  • Herhangi bir heteroaromatik ikame edici için Het
  • Benzil grubu için Bn veya Bzl ( benzoil grubu için Bz ile karıştırılmamalıdır ; Bununla birlikte, eski literatür benzil grubu için Bz kullanabilir. )
  • 2,6-diizopropilfenil grubu için dipp
  • mesiyl grubu için mesajlar
  • Fenil grubu için Ph, Φ veya φ ( fenil için phi kullanımı azalmaktadır )
  • Tolil grubu için Tol
  • 2,4,6-triizopropilfenil grubu için Is veya Tipp ( önceki sembol isityl eşanlamlısından türetilmiştir )
  • İçin Cp siklopentadienil grubuna ( Cp cassiopeium için sembol oldu için eski adı Lutesyumu )
  • pentametilsiklopentadienil grubu için Cp*
  • Vinil grubu için Vi (nadir)

Fonksiyonel gruplar

  • Asetil grubu için Ac (Ac aynı zamanda aktinyum elementinin sembolüdür . Bununla birlikte, organik kimyada aktinyuma neredeyse hiç rastlanmaz, bu nedenle Ac'nin asetil grubunu temsil etmek için kullanılması asla kafa karışıklığına neden olmaz) ;
  • benzoil grubu için Bz ; OBz, benzoat grubudur
  • pivalil ( t- butilkarbonil ) grubu için Piv ; OPiv, pivalat grubudur
  • 1-benzotriazolil grubu için Bt
  • 1-imidazolil grubu için Im
  • ftalimid-1-il grubu için NPhth

Sülfonil/sülfonat grupları

Sülfonat esterleri genellikle nükleofilik ikame reaksiyonlarında gruplardan ayrılırlar. Daha fazla bilgi için sülfonil ve sülfonat grupları hakkındaki makalelere bakın .

  • brosil ( p- bromobenzensülfonil) grubu için Bs ; OB'ler brosilat grubudur
  • mesil (metansülfonil) grubu için Ms ; OM'ler mesilat grubudur
  • İçin Ns nosil ( s -nitrobenzensülfonil) grubu (Ns için eski kimyasal sembolü bohrium , daha sonra niels adı bohrium ) ; ONs, nosilat grubudur
  • triflil (triflorometansülfonil) grubu için Tf ; OTf triflat grubudur
  • NF nonaflil (nonaflorobütansülfonil) grubu, CF 3 (CF 2 ) 3 SO 2 ; ONf düz olmayan gruptur
  • İçin Ts tosil ( p- toluensülfonil) grubu (Ts da elemanı, sembol tennessine Ancak tennessine organik kimya karşılaşılan hiçbir zaman, Ts kullanımı hiç karışıklığa neden tosil grubunu temsil kadar). ; OT'ler tosilat grubudur

Grupları koruma

Bir koruyucu grup veya koruyucu grup, bir sonraki kimyasal reaksiyonda kimyasal seçicilik elde etmek için fonksiyonel bir grubun kimyasal modifikasyonu ile bir moleküle dahil edilir ve çok aşamalı organik sentezi kolaylaştırır.

  • t- bütoksikarbonil grubu için Boc
  • karboksibenzil grubu için Cbz veya Z
  • Florenilmetoksikarbonil grubu için Fmoc
  • Aliloksikarbonil grubu için tahsis
  • Trikloroetoksikarbonil grubu için Troc
  • Çeşitli silil eter grupları için TMS, TBDMS, TES, TBDPS, TIPS, ...
  • 4-metoksibenzil grubu için PMB
  • metoksimetil grubu için MOM
  • 2-tetrahidropiranil grubu için THP

çoklu bağlar

İki atom, birden fazla elektron çifti paylaşılarak bağlanabilir. Karbona ortak bağlar tekli, ikili ve üçlü bağlardır. Tekli bağlar en yaygın olanıdır ve bir iskelet formülünde iki atom arasındaki tek, düz bir çizgi ile temsil edilir. Çift bağlar iki paralel çizgi ile gösterilir ve üçlü bağlar üç paralel çizgi ile gösterilir.

Daha gelişmiş bağ teorilerinde , bağ düzeninin tamsayı olmayan değerleri mevcuttur. Bu durumlarda, düz ve kesikli çizgilerin bir kombinasyonu, sırasıyla bağ sırasının tamsayı ve tamsayı olmayan kısımlarını gösterir.

Not: Yukarıdaki galeride ikili bağlar kırmızı, üçlü bağlar mavi olarak gösterilmiştir. Bu, netlik için eklenmiştir - çoklu bağlar normalde iskelet formüllerinde renkli değildir.

Benzen halkaları

Thiele stili: birleşik daire
Kekulé stili: dönüşümlü çift bağlar
aromatik benzen halkasının temsilleri

Son yıllarda, benzen genellikle , 1872'de Kekulé tarafından önerilen yapıya çok benzer şekilde, birbirini izleyen tekli ve çiftli bağlara sahip bir altıgen olarak tasvir edilir . Yukarıda bahsedildiği gibi, "1,3,5-sikloheksatrien"in dönüşümlü tek ve çift bağları, benzenin tüm karbon-karbon bağlarının eşdeğer uzunlukta olduğu ve bağ sırasının 1.5 olduğu iki eşdeğer kanonik formdan birinin çizimi olarak anlaşılmalıdır. Genel olarak aril halkaları için, iki benzer kanonik form yapıya hemen hemen her zaman birincil katkı sağlar, ancak bunlar eşdeğer değildir, bu nedenle bir yapı diğerinden biraz daha fazla katkı sağlayabilir ve bağ siparişleri 1.5'ten biraz farklı olabilir.

Bu yerelleştirmeyi vurgulayan alternatif bir temsil, tekli bağların düzenli altıgeninin içine çizilmiş bir daire kullanır. Johannes Thiele tarafından önerilen bir stile dayanan bu tarz, organik kimyaya giriş ders kitaplarında çok yaygındı ve resmi olmayan ortamlarda hala sıklıkla kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu tasvir elektron çiftlerini takip etmediği ve elektronların kesin hareketini gösteremediği için, pedagojik ve resmi akademik bağlamlarda Kekuléan tasvirinin yerini büyük ölçüde almıştır.

stereokimya

İskelet formüllerinde kimyasal bağların farklı tasvirleri

Stereokimya , iskelet formüllerinde uygun bir şekilde belirtilir:

İlgili kimyasal bağlar birkaç şekilde gösterilebilir:

  • Düz çizgiler , kağıt veya ekran düzlemindeki bağları temsil eder .
  • Katı takozlar, kağıdın veya ekranın düzleminden gözlemciye doğru işaret eden bağları temsil eder.
  • Karma takozlar veya kesikli çizgiler (kalın veya ince), gözlemciden uzakta kağıt veya ekran düzlemine işaret eden bağları temsil eder.
  • Dalgalı çizgiler ya bilinmeyen stereokimyayı ya da bu noktada iki olası stereoizomerin bir karışımını temsil eder.
  • Steroid kimyasında yaygın olarak kullanılan hidrojen stereokimyasının eskimiş bir tasviri, yukarı dönük bir hidrojen atomu için bir tepe noktası (sırasıyla bazen H-noktası/H-çizgisi/H-daire olarak adlandırılır) merkezli doldurulmuş bir dairenin kullanılmasıdır. tepe noktasının yanındaki karma işaretleri veya aşağı dönük bir hidrojen atomu için içi boş bir daire.
    Küçük bir dolu daire yukarı dönük bir hidrojeni temsil ederken, iki karma işareti aşağı dönük bir işareti temsil ediyordu.

Bu gösterimin erken bir kullanımı, 1932'de bir yayında düz kalın çizgiler ve noktalı çizgiler kullanan Richard Kuhn'a kadar izlenebilir . Modern katı ve karma takozlar 1940'larda yüksek polimerlerin yapısını temsil etmek için Giulio Natta tarafından tanıtıldı ve Donald J. Cram ve George S. Hammond tarafından 1959'daki Organic Chemistry ders kitabında yaygın olarak popüler hale getirildi .

İskelet formülleri, alkenlerin cis ve trans izomerlerini gösterebilir . Dalgalı tekli bağlar, bilinmeyen veya belirtilmemiş stereokimyayı veya bir izomer karışımını (tetrahedral stereomerkezlerde olduğu gibi) temsil etmenin standart yoludur. Bazen çapraz bir çift bağ kullanılmıştır; artık genel kullanım için kabul edilebilir bir stil olarak görülmemektedir, ancak yine de bilgisayar yazılımı tarafından gerekli olabilir.

alken stereokimyası

Hidrojen bağları

Asetik asitte hidrojen bağını göstermek için kesikli çizgiler (yeşil) kullanmak .

Hidrojen bağları genellikle noktalı veya kesikli çizgilerle gösterilir. Diğer bağlamlarda, kesikli çizgiler bir geçiş durumunda kısmen oluşturulmuş veya kopmuş bağları da temsil edebilir .

Referanslar

Dış bağlantılar