สารประกอบเคมีเฮเทอโรไซคลิก

ธรรมชาติของความแตกต่าง

Aromaticity หมายถึงความเสถียรที่สำคัญของสารประกอบวงแหวนโดยระบบของการสลับแบบเดี่ยวและคู่ - เรียกว่าระบบการผันแบบวนวัฏจักร - ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว 6 อิเล็กตรอนจะมีส่วนร่วม อะตอมไนโตรเจนในวงแหวนสามารถมีประจุบวกหรือประจุลบหรืออาจอยู่ในรูปแบบที่เป็นกลาง อะตอมของออกซิเจนหรือกำมะถันในวงแหวนสามารถอยู่ในรูปแบบที่เป็นกลางหรือมีประจุเป็นบวก ความแตกต่างพื้นฐานมักเกิดขึ้นระหว่าง (1) heteroatoms ที่มีส่วนร่วมในระบบการผันแบบวงกลมโดยใช้ lone หรือ unshared คู่อิเล็กตรอนที่อยู่ในแนวตั้งฉากกับระนาบของวงแหวนและ (2) heteroatoms ที่มี ทำเช่นนั้นเพราะพวกเขาเชื่อมต่อกับอะตอมอื่นโดยใช้พันธะคู่

ตัวอย่างของอะตอมประเภทแรกคืออะตอมของไนโตรเจนใน pyrrole ซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์เดี่ยวกับอะตอมของคาร์บอนสองอะตอมและไฮโดรเจนหนึ่งอะตอม ไนโตรเจนมีเปลือกนอกสุดของอิเล็กตรอนห้าตัวซึ่งสามตัวสามารถเข้าสู่พันธะโควาเลนต์สามอะตอมกับอะตอมอื่น หลังจากที่เกิดพันธะขึ้นเช่นเดียวกับในกรณีของ pyrrole ยังคงมีคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมซึ่งสามารถมีส่วนร่วมในการผันคำกริยาวงจร เกลออะโรมาติกใน pyrrole ประกอบด้วยอิเลคตรอนสองตัวจากพันธะคู่คาร์บอน - คาร์บอนสองตัวและอิเลคตรอนสองตัวที่ประกอบคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกันของอะตอมไนโตรเจน เป็นผลให้มีแนวโน้มที่จะมีการไหลสุทธิของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจากอะตอมไนโตรเจนไปยังอะตอมคาร์บอนในขณะที่อิเล็กตรอนของไนโตรเจนถูกดึงเข้าสู่เกลออะโรมาติก อีกวิธีหนึ่งโมเลกุล pyrrole อาจอธิบายได้ว่าเป็นลูกผสมเรโซแนนซ์ - นั่นคือโมเลกุลที่มีโครงสร้างที่แท้จริงสามารถประมาณโดยรูปแบบที่แตกต่างกันสองรูปแบบหรือมากกว่านั้นเรียกว่ารูปแบบกำทอน

ตัวอย่างของ heteroatom ประเภทที่สองคืออะตอมไนโตรเจนในไพริดีนซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์กับอะตอมคาร์บอนสองอะตอมเท่านั้น Pyridine ยังมีπ-อิเล็กตรอนเกลอ แต่อะตอมของไนโตรเจนนั้นประกอบไปด้วยอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเท่านั้นมันยังมีอิเล็กตรอนเพิ่มอีกหนึ่งตัวที่อะตอมคาร์บอนทั้งห้าของวงแหวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่ได้มีส่วนร่วมคู่อิเล็กตรอนของอะตอมไนโตรเจน ยิ่งไปกว่านั้นเนื่องจากความดึงดูดของไนโตรเจนสำหรับอิเล็กตรอน (อิเลคโตรเนกาติวีตี้) นั้นมีค่ามากกว่าคาร์บอนอิเลคตรอนจึงมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ไปยังอะตอมของไนโตรเจนแทนที่จะอยู่ห่างจากมันเช่นเดียวกับใน pyrrole

โดยทั่วไปค่อนข้าง heteroatoms อาจเรียกว่า pyrrolelike หรือ pyridine เหมือนขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาตกอยู่ในชั้นแรกหรือครั้งที่สองที่อธิบายไว้ข้างต้น heteroatoms pyrrolelike ―NR― ​​(R เป็นไฮโดรเจนหรือกลุ่มไฮโดรคาร์บอน), ―N ^- -, ―O― และ ―S― มีแนวโน้มที่จะบริจาคอิเล็กตรอนเข้าสู่ระบบ elect-อิเล็กตรอนในขณะที่ pyridine heteroatoms =N =, ―N ⁺ R =, ―O ⁺ = และ ―S ⁺ = มีแนวโน้มที่จะดึงดูดπอิเล็กตรอนของพันธะคู่

ในวงหก heteroaromatic สมาชิกที่ heteroatoms (ปกติไนโตรเจน) เป็นไพริดีน - เช่น - สารประกอบ pyrimidine ซึ่งประกอบด้วยสองอะตอมไนโตรเจนและ 1,2,4-triazine ซึ่งประกอบด้วยสามอะตอมไนโตรเจน

สารประกอบ heteroaromatic หกสมาชิกปกติไม่สามารถมี heteroatoms pyrrolelike สมาชิกห้าวง heteroaromatic อย่างไรมักจะมีหนึ่ง pyrrolelike ไนโตรเจนออกซิเจนหรืออะตอมกำมะถันและพวกเขาก็อาจจะมีถึงสี่ pyridine เหมือน heteroatoms ในขณะที่สารประกอบ thiophene (หนึ่งอะตอมกำมะถัน) 1,2,4 -oxadiazole (มีอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอมและไนโตรเจนสองอะตอม) และ pentazole (ที่มีอะตอมไนโตรเจนห้าอะตอม)

การวัดเชิงปริมาณของกลิ่นหอมและแม้แต่คำจำกัดความที่แม่นยำได้ท้าทายนักเคมีมาตั้งแต่นักเคมีชาวเยอรมัน August Kekule ได้กำหนดโครงสร้างของแหวนสำหรับเบนซีนในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 มีการใช้วิธีการต่าง ๆ ตามเกณฑ์โครงสร้างและแม่เหล็กที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดความหอมของสารประกอบคาร์โบไซคลิก อย่างไรก็ตามทั้งหมดของพวกเขายากที่จะใช้ปริมาณในระบบ heteroaromatic เนื่องจากภาวะแทรกซ้อนที่เกิดขึ้นจากการปรากฏตัวของ heteroatoms

ปฏิกิริยาเคมีสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความหอม ปฏิกิริยาของสารประกอบอะโรมาติกได้รับผลกระทบจากความเสถียรพิเศษของระบบคอนจูเกตที่ประกอบด้วย ความมั่นคงพิเศษในการเปิดกำหนดแนวโน้มของสารที่จะตอบสนองโดยการทดแทนของไฮโดรเจน - กล่าวคือการแทนที่ของอะตอมไฮโดรเจนที่ผูกมัดอย่างเดียวดายกับอะตอมหรือกลุ่มอื่นที่ถูกผูกมัดโดยลำพังมากกว่าโดยการเพิ่มของอะตอมหนึ่งอะตอมหรือมากกว่าไปยังโมเลกุลผ่านการแตก ของพันธะคู่ (ดูปฏิกิริยาการทดแทน; การเกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติม) ในแง่ของการเกิดปฏิกิริยาดังนั้นระดับของความหอมจะถูกวัดโดยแนวโน้มเชิงสัมพัทธ์ที่มีต่อการทดแทนมากกว่าการเติม ตามเกณฑ์นี้ pyridine มีกลิ่นหอมมากกว่า furan แต่เป็นการยากที่จะบอกว่ามีกลิ่นหอมมากเพียงใด