תרכובות חמצן: תכונות, תגובות, שימושים - כִּימִיָה - 2025

מהחמצן הוא אלה חמצן אשר משלב בין קוולנטית או ionically. הידוע ביותר מורכב ממולקולות אורגניות שיש להן קשרים CO; אבל המשפחה הרבה יותר רחבה, המארחת קישורים כמו Si-O, PO, Fe-O או דומים.

חמצן קובלינטי הוא בדרך כלל אורגני (עם שלדי פחמן), ואילו תרכובות יוניות אינן אורגניות, המורכבות בעיקר מתחמוצות (מתכתיות ולא מתכתיות). כמובן, ישנם חריגים רבים לכלל הקודם; אך לכולם משותף נוכחות אטומי חמצן (או יונים).

בועות חמצן העולות ממעמקי הים. מקור: Pxhere.

חמצן קיים בקלות כאשר הוא מבעבע במים (תמונה עליונה) או בכל ממיס אחר שאינו מתמס. זה באוויר שאנו נושמים, בהרים, במלט וברקמות צמחים ובעלי חיים.

חמצן נמצא בכל מקום. אלה מהסוג הקובלנטי אינם "נבדלים" כמו האחרים, מכיוון שיש להם מראה של נוזלים שקופים או צבעים קלושים; עם זאת החמצן נמצא שם, כבול במספר דרכים.

נכסים

מכיוון שמשפחת החמצן היא כה רחבה, מאמר זה יתמקד רק בסוגים האורגניים והקוואלנטיים.

דרגת חמצון

לכולם אג"ח CO משותפות, ללא קשר למבנה שלהם; אם זה ליניארי, מסועף, מחזורי, מורכב וכו '. ככל שקיימים יותר קשרי CO, כך אומרים על התרכובת או על המולקולה חמצן; ולכן דרגת החמצון שלו גבוהה יותר. בהיותם תרכובות חמוצות כל כך, ששווה יתירות, מתחמצן.

בהתאם לדרגת החמצון שלהם, סוגים שונים של תרכובות כאלה משתחררים. הפחות מחומצנים הם האלכוהולים והאתרים; בראשון יש קשר C-OH (להיות פחמן ראשוני, משני או שלישוני) ובקשרים האחרים ל- COC. מכאן ניתן לטעון כי האתרים מחמצנים יותר מאלכוהולים.

בעקבות אותו נושא, אלדהידים וקטונים עוקבים אחר מידת החמצון; אלה תרכובות קרבוניל, והם נקראים כך מכיוון שיש להם קבוצת קרבוניל, C = O. ולבסוף, יש את האסטרים וחומצות הקרבוקסיליות, שהאחרונות הן נשאות של קבוצת הקרבוקסיל, COOH.

קבוצות פונקציונליות

המאפיינים של תרכובות אלה הם פונקציה של דרגת החמצון שלהם; וכמו כן הדבר בא לידי ביטוי בנוכחותם, היעדרם או השפע של הקבוצות התפקודיות שהוזכרו לעיל: OH, CO ו- COOH. ככל שמספר הקבוצות הללו שנמצאות במתחם גדול יותר, כך הוא יהיה מחומצן יותר.

לא ניתן לשכוח את קשרי ה- COC הפנימיים, אשר "מאבדים" חשיבות בהשוואה לקבוצות מחומצן.

ואיזה תפקיד קבוצות פונקציונאליות כאלה ממלאות במולקולה? הם מגדירים את תגובתיותה, ומייצגים גם אתרים פעילים בהם המולקולה יכולה לעבור טרנספורמציות. זה מאפיין חשוב: הם אבני בניין עבור מקרולולות או תרכובות למטרות ספציפיות.

קוטביות

חמצן בדרך כלל קוטבי. הסיבה לכך היא כי אטומי חמצן הם אלקטרוניים מאוד, וכך נוצרים רגעים דיפול קבועים.

עם זאת, ישנם משתנים רבים שקובעים אם אלה קוטביים או לא; לדוגמה, הסימטריה של המולקולה, הכרוכה בביטול הווקטורי של רגעים דיפוליים כאלה.

מִנוּחַ

לכל סוג של תרכובות מחומצן יש את ההנחיות שלהן על פי שם ה- IUPAC. בהמשך נדון בקצרה הנוטריום של חלק מהתרכובות הללו.

אלכוהולים

אלכוהולים, למשל, נקראים על ידי הוספת הסיומת -ול בסוף שמות האלקנים מהם הם מגיעים. לפיכך, אלכוהול נגזר מתאן, CH ₄ , ייקרא מתנול, CH ₃ OH.

אלדהידים

משהו דומה קורה לאלדהידים, אך הוספת הסיומת -אל. במקרה שלך, אין להם קבוצת OH אלא CHO, שנקראת פורמיל. זו לא יותר מקבוצה קרבוניאלית עם מימן שנקשר ישירות לפחמן.

לפיכך, החל מ- CH ₄ ו"הסרת "שתי הידרוגנים, תהיה לנו את המולקולה של HCOH או H ₂ C = O, הנקראת מתנאל (או פורמלדהיד, על פי הננומקלציה המסורתית).

קטונים

עבור קטונים, הסיומת היא –אונה. בקבוצת הקרבוניל מבקשים להיות איתור הנמוך ביותר בעת רישום הפחמימות של השרשרת הראשית. לפיכך, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ COCH ₃ הוא 2-הקסנון, ולא 5-הקסנון; למעשה, שתי התרכובות שוות בדוגמה זו.

האתרים והאסתרות

שמותיהם דומים, אך לראשונים הנוסחה הכללית ROR ', ואילו לאחרונים יש RCOOR'. R ו- R 'מייצגים קבוצות אלקיל זהות או שונות, המוזכרות בסדר אלפביתי, במקרה של אתרים; או תלוי איזה מהם מחובר לקבוצה הפחמונית, במקרה של אסטרים.

לדוגמה, CH ₃ OCH ₂ CH ₃ הוא אתיל מתיל-ether. ואילו CH ₃ COOCH ₂ CH ₃ הוא אתיל אתנואט. מדוע אתנואט ולא מתנואט? כי זה נחשב לא רק את CH ₃ אלא גם בקבוצה קרבוניל, מאז CH ₃ יַחַד מייצג את "החלק חומצה" של אסתר.

תגובות

הוזכר שקבוצות פונקציונליות אחראיות על הגדרת הפעילות המחודשת של חמצן. OH, למשל, יכול להשתחרר בצורה של מולקולת מים; אחד מדבר אז על התייבשות. התייבשות זו מועדפת בנוכחות חום ומדיום חומצי.

האתרים מצדם מגיבים גם בנוכחות הלידים מימן, HX. בכך נשברים קשרי ה- COC שלהם ליצירת הלידים אלקיליים, RX.

בהתאם לתנאים הסביבתיים, ניתן להתחמצן עוד יותר בתרכובת. לדוגמה, אתרים ניתנים להפוך לפרוקסידים אורגניים, ROOR '. כמו כן, וידוע יותר, הם החמצון של האלכוהולים הראשוניים והמשניים, לאלדהידים וקטונים, בהתאמה.

אלדהידים, בתורם, יכולים להתחמצן לחומצות קרבוקסיליות. אלה, בנוכחות אלכוהולים ומדיום חומצי או בסיסי, עוברים תגובת ייסוס על מנת להביא לאסטרים.

במונחים כללים מאוד, התגובות מכוונות להגדיל או להקטין את דרגת החמצון של התרכובת; אך בתהליך זה יכול להוליד מבנים חדשים, תרכובות חדשות.

יישומים

כאשר נשלטת הכמויות שלהם, הם מועילים מאוד כתוספים (תרופות, מזון, בניסוח מוצרים, בנזין וכו ') או כממסים. השימושים שלהם כמובן כפופים לאופי החמצן, אך אם יש צורך במינים קוטביים, סביר להניח שהם יהיו אופציה.

הבעיה עם תרכובות אלה היא שכאשר הם שורפים הם יכולים לייצר מוצרים המזיקים לחיים ולסביבה. לדוגמה, עודף של תרכובות מחומצן כמו זיהומים בבנזין, מייצג היבט שלילי מכיוון שהוא מייצר מזהמים. אותו דבר קורה אם מקורות הדלק הם המוני ירקות (דלק ביולוגי).

דוגמאות

לבסוף מוזכרים סדרת דוגמאות לתרכובות מחומצן:

- אתנול.

- דיאתיל אתר.

- אצטון.

- Hexanol.

- Isoamyl ethaonoate.

- חומצה פורמית.

- חומצות שומן.

- אתרי הכתר.

- איזופרופנול.

- מתוקסי-בנזן.

- פניל ​​מתיל אתר.

- בוטנאל.

- פרופנון.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. מוריסון, RT ובויד, RN (1987). כימיה אורגנית. (המהדורה החמישית). אדיסון ווסלי איברואמריקנה
3. קארי, FA (2008). כימיה אורגנית. (מהדורה 6). מקגרו היל, אינטרמריקה, Editores SA
4. גרהם סולומונס TW, קרייג ב. פרלה. (2011). כימיה אורגנית. אמינים. (מהדורה 10). וויילי פלוס.
5. אנדרו טיפלר. (2010). קביעת תרכובות חמצן ברמה נמוכה בבנזין באמצעות קלרוס 680 GC עם טכנולוגיית זרימת Micro-Channel של S-Swafer. PerkinElmer, Inc. Shelton, CT 06484 ארה"ב.
6. צ'אנג, ג'., דנוטאי, ט., דווייאנטי, ש., וואנג, סי. ו בורנה, א. (2013). הידרודה-חמצן של גואיאקול על פני זרזים מתכתיים הנתמכים בפחמן. ChemCatChem 5, 3041-3049. dx.doi.org