د. دايخ الحسناوي
26/12/2009, 07:00 PM
بسم الله الرحمن الرحيمالكيمياء المجسمة بين ايديكم: الايزومرات وانواعها (الجزء الاول)
لكي ندخل على الموضوع مدخلا مبسطا وهو من بين اكثر موضوعات الكيمياء تعقيدا وتشابكا وتطورا ساقدم تعريفا شاملا في البداية :
يقصد بالايزومرية او التشاكل او التشابه الجزيئي وجود اكثر من صيغة تركيبية او بنائية لذات الصيغة الجزيئية . وهي احدى ظواهر الكيمياء العضوية المهمة والتي كانت من بين اسباب الكم الهائل من المركبات العضوية المتوفر طبيعيا او الذي ياتي عن طريق الاصطناع synthesis.
لنبدأ بمثال بسيط لنوع من الايزومرات التي تعرف باسم الايزومرات الوظيفية ولناخذ الصيغة الجزيئية C2H6O حيث ان لهذه الصيغة تركيبين او صيغتين بنائيتين مختلفتين تجعل منهما مركبين مختلفين تماما وذلك حين يختلف موقع الارتباط بذرة الاوكسجين مع الكاربون :
H
:
C – O - CH3 H3 و CH3 - C – O – H
:
H
ثنائي مثل ايثر كحول الايثانول
وتحصل ايزومرية اخرى في المركبات الاليفاتية المعروفة باسم الالكانات ALKANES تعرف باسم الايزومرية الهيكلية SKELETAL ISOMERISM ناتجه عن وجود سلاسل كاربونية مستمرة واخرى متفرعه لنفس الصيغة الجزيئة: مثلا
C-C-C-C و C –C – C
:
C
فيكون للبيوتان ايزومرين او شبهين جزيئيين هما البيوتان الاعتيادي والايزوبيوتان اي الذي يكون متفرعا .ويزداد عدد الاشباه او المتشاكلات مع زيادة عدد ذرات الكاربون في المركب
وتمتاز الانواع التي ذكرناها اعلاها وما هو قابل للقياس عليها بانها قابلة للفصل كمركبات عضوية لها خواص مختلفه .
النوع الثالث من الايزومرات هو ما يعرف ب: الايزومرات الدورانية CONFORMATIONAL ISOMERS....ويقصد بها التراكيب الناتجه عن ترتبات فضائية مختلفة تحصل بسبب الدوران الحر FREE ROTATIONحول الروابط كاربون-كاربون المنفردة ويمكن تشبيه البعض منها كجسم وصورته المراتية غير المنطبقة
NONSUPERIMPOSABLE MIRROR IMAGE
وتمتاز هذه الايزومرات بانها تنقلب من واحد الى اخر نتيجة التصادمات COLLISSIONS بين جزيئات المركب او بتاثير درجة حرارة واطئة تتراوح بحدود 20 درجة مئوية ولذلك يصير من غير الممكن عزلها عن بعضها الا بعد معالجات خاصة في اطار كيمياء متقدمة.
يوجد نوعين اساسيين من الايزومرات الدورانية لكل من الالكانات بدءا من الايثان احدهما يعرف بالكونفرمر المنفرج والذي يكون محتواه من الطاقة هو الاوطأ بين مئات التشكيلات الدورانية ويعرف باسم STAGGARED في الايثان والبروبان وباسم ANTI في البيوتان والمركبات الاعلى ويمتلك صورة مميزة تكون فيها ذرات الهيدروجين او المجاميع المعوضة عنها بانها في ترتيب متباعد عن بعضها البعض. اما الكونفرمر الاعلى طاقة فهو الذي يعرف بوضعية الازدحام ECLIPSED في الايثان والبروبان في حين يطلق عليه GAUCH ف في البيوتان والمركبات الاعلى.
وضع الانفراج لمركب الايثان
وضع الازدحام لمركب الميثان
وضع الانفراج لمركب البيوتان ANTI
.
GAUCH وضع الازدحام لمركب البيوتان
syn conformerمزدحم آخر للبيوتان
.
Gauchوضع منفرج آخر للبيوتان بزوايا مختلفة لمجاميع المثيل
ان التدقيق في الكونفرمرات المختلفة للبيوتان سيظهر ان الزوايا بين مجاميع المثيل هي ليست نفسها بل تختلف من هيئة دورانية الى اخرى.
وتظهر الهيئات الدورانية او الكونفرمرات ايضا في الالكانات الحلقية . وقد شخصت العديد من هذه الكونفرمرات ومحتوياتها من الطاقة :
حيث تتكون صيغتين تركيبيتين للهكسان الحلقي في حلقة اخذت هيئة الكرسي chair conformation.ويمكن للهيئات الوضعية الحلقية ان تاخذ صيغة القارب boat وصيغة ظرف الرسالة envelope.وتختلف هذه الصيغ الفضائية عن بعضها البعض في درجات الاستقرار . وسوف نجد انفسنا مرغمين على التعامل معها بكثرة عند الدخول في كيمياء السكريات وخاصة الاحادية التي تتواجد في المحاليل ومنها السوائل الحية في جسم الكائنات الحيوانية وكما يخلق بعضها بقدرة الله سبحانه في النباتات ,بشكل حلقات ايثرية وليس في صيغها الالدهايدية او الكيتونية المفتوحة ومن اكثر الحلقات انتشارا وثباتا طبعا هي تراكيب ال FURANOSE وال PYRANOSE .
ولكي لانذهب بعيدا في هذا الجزء فاننا نشير الى نقطتين مهمتين : الاولى هي ان هناك ايزومرات مهمة تحصل بسبب مناقض تماما لسبب ظهور الايزومرات الدورانية وهي ما سناتي عليها في الجزء الثاني .
الثانية : هي ان نضع بين ايدي القراء الكرام احد المصادر التي حاولنا ان ناخذ منها بعض الاشكال التي لم تسعفنا قدراتنا الحاسوبية على انتاجها او نقلها . ونعتقد انها جميلة جدا وتظهر الحياة وروحها المتحركة في هذه الخيالية الواقية .
وبانتظار مداخلاتكم واستفساراتكم سيكون بوسعنا التعمق لاننا توخينا هنا اكبر قدر من التبسيط مع الحفاظ على جوهر المعلومات ولله الفضل والمنة.
http://www.chem.ucalgary.ca/courses/351/Carey5th/Ch03/ch3-06.html
لكي ندخل على الموضوع مدخلا مبسطا وهو من بين اكثر موضوعات الكيمياء تعقيدا وتشابكا وتطورا ساقدم تعريفا شاملا في البداية :
يقصد بالايزومرية او التشاكل او التشابه الجزيئي وجود اكثر من صيغة تركيبية او بنائية لذات الصيغة الجزيئية . وهي احدى ظواهر الكيمياء العضوية المهمة والتي كانت من بين اسباب الكم الهائل من المركبات العضوية المتوفر طبيعيا او الذي ياتي عن طريق الاصطناع synthesis.
لنبدأ بمثال بسيط لنوع من الايزومرات التي تعرف باسم الايزومرات الوظيفية ولناخذ الصيغة الجزيئية C2H6O حيث ان لهذه الصيغة تركيبين او صيغتين بنائيتين مختلفتين تجعل منهما مركبين مختلفين تماما وذلك حين يختلف موقع الارتباط بذرة الاوكسجين مع الكاربون :
H
:
C – O - CH3 H3 و CH3 - C – O – H
:
H
ثنائي مثل ايثر كحول الايثانول
وتحصل ايزومرية اخرى في المركبات الاليفاتية المعروفة باسم الالكانات ALKANES تعرف باسم الايزومرية الهيكلية SKELETAL ISOMERISM ناتجه عن وجود سلاسل كاربونية مستمرة واخرى متفرعه لنفس الصيغة الجزيئة: مثلا
C-C-C-C و C –C – C
:
C
فيكون للبيوتان ايزومرين او شبهين جزيئيين هما البيوتان الاعتيادي والايزوبيوتان اي الذي يكون متفرعا .ويزداد عدد الاشباه او المتشاكلات مع زيادة عدد ذرات الكاربون في المركب
وتمتاز الانواع التي ذكرناها اعلاها وما هو قابل للقياس عليها بانها قابلة للفصل كمركبات عضوية لها خواص مختلفه .
النوع الثالث من الايزومرات هو ما يعرف ب: الايزومرات الدورانية CONFORMATIONAL ISOMERS....ويقصد بها التراكيب الناتجه عن ترتبات فضائية مختلفة تحصل بسبب الدوران الحر FREE ROTATIONحول الروابط كاربون-كاربون المنفردة ويمكن تشبيه البعض منها كجسم وصورته المراتية غير المنطبقة
NONSUPERIMPOSABLE MIRROR IMAGE
وتمتاز هذه الايزومرات بانها تنقلب من واحد الى اخر نتيجة التصادمات COLLISSIONS بين جزيئات المركب او بتاثير درجة حرارة واطئة تتراوح بحدود 20 درجة مئوية ولذلك يصير من غير الممكن عزلها عن بعضها الا بعد معالجات خاصة في اطار كيمياء متقدمة.
يوجد نوعين اساسيين من الايزومرات الدورانية لكل من الالكانات بدءا من الايثان احدهما يعرف بالكونفرمر المنفرج والذي يكون محتواه من الطاقة هو الاوطأ بين مئات التشكيلات الدورانية ويعرف باسم STAGGARED في الايثان والبروبان وباسم ANTI في البيوتان والمركبات الاعلى ويمتلك صورة مميزة تكون فيها ذرات الهيدروجين او المجاميع المعوضة عنها بانها في ترتيب متباعد عن بعضها البعض. اما الكونفرمر الاعلى طاقة فهو الذي يعرف بوضعية الازدحام ECLIPSED في الايثان والبروبان في حين يطلق عليه GAUCH ف في البيوتان والمركبات الاعلى.
وضع الانفراج لمركب الايثان
وضع الازدحام لمركب الميثان
وضع الانفراج لمركب البيوتان ANTI
.
GAUCH وضع الازدحام لمركب البيوتان
syn conformerمزدحم آخر للبيوتان
.
Gauchوضع منفرج آخر للبيوتان بزوايا مختلفة لمجاميع المثيل
ان التدقيق في الكونفرمرات المختلفة للبيوتان سيظهر ان الزوايا بين مجاميع المثيل هي ليست نفسها بل تختلف من هيئة دورانية الى اخرى.
وتظهر الهيئات الدورانية او الكونفرمرات ايضا في الالكانات الحلقية . وقد شخصت العديد من هذه الكونفرمرات ومحتوياتها من الطاقة :
حيث تتكون صيغتين تركيبيتين للهكسان الحلقي في حلقة اخذت هيئة الكرسي chair conformation.ويمكن للهيئات الوضعية الحلقية ان تاخذ صيغة القارب boat وصيغة ظرف الرسالة envelope.وتختلف هذه الصيغ الفضائية عن بعضها البعض في درجات الاستقرار . وسوف نجد انفسنا مرغمين على التعامل معها بكثرة عند الدخول في كيمياء السكريات وخاصة الاحادية التي تتواجد في المحاليل ومنها السوائل الحية في جسم الكائنات الحيوانية وكما يخلق بعضها بقدرة الله سبحانه في النباتات ,بشكل حلقات ايثرية وليس في صيغها الالدهايدية او الكيتونية المفتوحة ومن اكثر الحلقات انتشارا وثباتا طبعا هي تراكيب ال FURANOSE وال PYRANOSE .
ولكي لانذهب بعيدا في هذا الجزء فاننا نشير الى نقطتين مهمتين : الاولى هي ان هناك ايزومرات مهمة تحصل بسبب مناقض تماما لسبب ظهور الايزومرات الدورانية وهي ما سناتي عليها في الجزء الثاني .
الثانية : هي ان نضع بين ايدي القراء الكرام احد المصادر التي حاولنا ان ناخذ منها بعض الاشكال التي لم تسعفنا قدراتنا الحاسوبية على انتاجها او نقلها . ونعتقد انها جميلة جدا وتظهر الحياة وروحها المتحركة في هذه الخيالية الواقية .
وبانتظار مداخلاتكم واستفساراتكم سيكون بوسعنا التعمق لاننا توخينا هنا اكبر قدر من التبسيط مع الحفاظ على جوهر المعلومات ولله الفضل والمنة.
http://www.chem.ucalgary.ca/courses/351/Carey5th/Ch03/ch3-06.html