موسوعة الكيمياء - الكيمياء العضوية : المركبات الأروماتية أو العطرية

الأروماتية أو العطرية

في الكيمياء تعنى كلمة العطرية أو الأروماتية, هي خاصية كيميائية يكون بها الجزيء له حلقة بها روابط غير مشبعة مترافقة, أو أزوج وحيدة, أو مدارات فارغة لها ثبات أقوى من المتوقع حدوثه من الاقتران بمفرده.

وهذا يقال أنه يحدث بسبب حرية دوران الإلكترونات حول ترتيب دائرى من الذرات, وتتبادل فيما بينها الوضع الأحادي والثنائي للرابطة التساهمية. (لتوضيح أكثر, هذه الروابط يمكن أن تلاحظ كتهجين بين الروابط الأحادية والثنائية, فكل رابطة في الحلقة تكون متطابقة مع الأخرى.) وهذا هو التصور العام للحلقات العطرية الذي تم اقتراحه بواسطة كيكولي. ويتكون هذا التصور للبنزين من شكلان بهما رنين, وهما يمثلان تبادل الوضع للوابط الأحادية والثنائية. ويكون البنزين أكثر ثباتا من "الهيكسا ترايين الحلقي", وهو جزيء نظري.

ويمثل السهم ذو الرأسين هنا عملية الرنين. وهندسيا فإن البنزين شكل سداسي تام. وبصفة عامة فإن الرابطة C=C أقصر من C-C, ولا يجب أن يخلط بين الشكلين حيث أن طول الرابطة C-C يتذبذب.

ويوجد تمثيل أفضل لحلقة البنزين, وهو وضع دائرة حيث تتوزع الكثافة الإلكترونية من الرابطة باي أسفل وأعلى الحلقة. وهذا التمثيل للحلقة أفضل في تمثيل الكثافة الإلكترونية في الحلقة.

خصائص المركبات الأروماتية

معظم المركبات الأروماتية لها الخواص الآتية:

1. بها نظام إلكترونات باي غير متمركزة ( ومعنى هذه الجملة فى لأسفل )  تتبادل فيما بينها الروابط الأحادية والثنائية.
2. مسطحة.
3. تحتوى على حلقة واحدة على الأقل.
4. عدد الإلكترونات باي الغير متمركزة يساوي 4n + 2. وهذا ما يعرف بقاعدة هوكل.

وبالرغم من أن البنزين عطري, فإن البيوتاديين حلقي غير عطري, حيث أن عدد إلكترونات باي الغير متمركزة يساوى 4, وهذا لا ينتج أى رقم صحيح عند تطبيق قاعدة هوكل. ولكن أيون البيوتاديين الحلقي (-2) عطري.

والجزيئات الغير عطرية يقال عليها أليفاتية. وتمثل الجزيئات العطرية شكل محسن من الثبات الكيميائي, بمقارنته بالجزيئات غير العطرية المماثلة. ويسبب دوران الإلكترونات باي في الجزيء الأروماتي توليد مجال مغناطيسي موضعي, ويمكن التعرف عليه بواسطة الرنين النووي المغناطيسي. الجزيئات المستوية التي تحتوى على حلقة وحيدة بها إلكرتونات باي عددها 4n يقال عليها ضد أروماتية, أو موبيوس, وغالبا ما تكون غير ثابتة. سيكلو أوكتا تيترا يين (Cyclooctatetraene COT) لا تعانى من عدم الثبات عن طريق تغيير شكلها المسطح.

أمثلة للمركبات الأروماتية

أكثر الهيدروكربونات الأروماتية التي لها أهمية إقنصادية البنزين, التولوين, (أورثو, بارا) زيلين. ويتم إنتاج ما يقرب من 35 مليون طن من هذه المواد سنويا. ويتم الحصول عليهم من المخاليط الناتجة من تقطير قطران الفحم, ويتم استخدامهم لإنتاج كثير من الكيماويات والبوليمرات, ومنها الستيرين, الفينول, الأنيلين, البولي إستر, النايلون.

الحلقيات الغير متجانسة

الأروماتيات ذات الحلقات الغير متجانسة، يكون فيها واحدة أو أكثر من ذرات الكربون الموجودة في الحلقة الأروماتية مستبدلة بعنصر أخر:

• البيريدين يستخدم كمذيب وكمركب وسيط في التفاعلات.
• الفيوران أيضا أروماتي, ولكن ليس أروماتي بنفس درجة البنزين, وعلى ذها فهو أكثر نشاطا. والمركب تيترا هيدرو فيوران المشتق منه, يستخدم بتوسع كبير كمذيب ومتفاعل كما يستخدم أيضا كوسيط كيميائي. وهو من المواد المسرطنة.

عديد الحلقات

الأروماتيات المتعددة الحلقات هي جزيئات تحتوى على إثنين أو أكثر من الحلقات الأروماتية البسيطة مندمجة معا بمشاركة ذرتين كربون مجاورتين (شاهد أيضا حلقة كربون بسيطة).

• نفثالين
• أنثراسين
• فينانثرين
• هيدرو كربون أروماتي عديد الحلقات
• إندول
• كوينولين
• أيزو كينولين

الأروماتيات المستبدلة

يوجد جزء كبير من المركبات الكيميائية تحتوى على حلقة أروماتية بسيطة في تركيبها أمثلة لذلك:

• DNA (بيورين, بيريميدين).
• تراي نيترو تولوين TNT (بنزين).
• حمض أسيتيل سالسيليك الأسبرين (بنزين).
• بارا سيتامول (بنزين)

ملحوظة

في الكيمياء, الرابطة باي (الرابطة π) هي الرابطة التي لها شكل مسطح عقدي يحتوى على الخط الفاصل بين الذرتين. وتحدث الرابطة عند حدوث تداخل جانبي بين مدارين p.

الرابطة باي تم تسميتها على الحرف الإغريقي "π", كما في المدار p, حيث أن تشابه المدار للرابطة باي هو نفسه الموجود في المدار p (عند ملاحظتها من أسفل محور الرابطة). وعادة ما تتداخل المدارات p في مثل هذا النوع من الترابط. وعموما, فإن الاوبيتلات d وحتى الرابطة سيجما يمكن أن يمكن أن تتداخل في الترابط باي.

الروابط باي عادة ما تكون أضعف من الرابطة سيجما لأن مداراتها تذهب أبعد من الشحنة الموجبة الموجودة في النواة, مما يتطلب طاقة أقل. وأظهرت نظريات الكم أن ضعف الرابطة باي يرجع لقلة التداخل بين المدارات p نظرا لوضعهم الموازي لبعض. وبالرغم من أن الرابطة باي في حد ذاتها أضعف من الرابطة سيجما, فإن الرابطة باي تتواجد في الروابط المتعددة مع وجود رابطة سيجما من ضمن هذه الروابط, وناتج تواجد النوعين معا هو روابط أقوى من الرابطة سيجما المفردة. الذرات التي ترتبط برابطة ثنائية أو رابطة ثلاثي يكون بها رابطة سيجما واحدة, وباقى الروابط تكون من النوع باي. الروابط باي تنتج من تداخل المدارات المتوازية: يتقابل المداران المرتبطان يتقابلا طوليا ويكونا رابطة متوزعة أكثر من الرابطة سيجما. وتسمي الإلكترونات الموجودة في الرابطة باي بالإلكترونات باي

والالكترون غير المتمركز

في الكيمياء الإلكترونات غير المتمركزة هي إلكترونات في جزيء ما. ولا تنتمي إلى ذرة وحيدة أو إلى رابطة تساهمية. الإلكترونات غير المتمركزة هي جزء من نظام الإلكترونات باي التي تمتد لعديد من الذرات. ويمكن ملاحظة الإلكترونات غير المتمركزة في الأنظمة المترافقة للروابط الثنائية والأنظمة الأروماتية.

في البنزين وهو من الحلقات الأروماتية البسيطة عدم تمركز 6 إلكترونات باي حول الحلقة يتم التعبير عنه بواسطة دائرة في منتصف الحلقة.

وأيضا, يمكن رسم أنواع البناء الميزوميري داخل أقواس مربعة مفصولة بسهم ذو إتجاهين. ويتم استخدام هذه الطريقة للمركبات الأروماتية المتعددة الحلقات.

وهناك مثال أخر للإلكترونات غير المتمركزة, في حمض الكربوكسيليك. عند وضعه في محلول مائي, تحرر مجموعة الكحول كاتيون هيدروجين وتظل الإلكترونات غير متمركزة بين ذرتي الأكسجين.

وللإلكترونات غير المتمركزة أهمية كبيرة لعديد من الأسباب. أحدها, توقع إتجاه تفاعل كيميائي بطريقة معينة يمكن أن لا يحدث, نظرا لأن الإلكترونات عند تمركزها ستؤدى لسير التفاعل في إتجاه معين قد يكون غير المتوقع.

ومثال لذلك محاولة ضم 1-كلورو-2-ميثيل-بروبان إلى حلقة البنزين, ولكن كيمياء الكاتيون الكربوني ينتج مجموعة تيرت-بيوتيل.

كما أن الإلكترونات غير المتمركزة تتواجد أيضا في الفلزات. فإن البناء الفلزي يتكون من صفوف من الأيونات (كاتيونات) في "بحر" من الإلكترونات غير المتمركزة. وهذا يعنى أن الإلكترونات تكون حرة في الحركة خلال البناء الفلزي, وهذا يؤدى لتحسن خوال معينة مثل التوصيل.