Rakennekaava on graafinen esitys joukkovelkakirjojen molekyylin valotetaan sen rakenteen kerran määrittää spektroskooppisilla menetelmillä. Se on tarkin tapa viitata tiettyyn yhdisteeseen, eikä useisiin isomeereihin, jotka vastaavat samaa molekyylikaavaa.
Esimerkiksi, butaani, C 4 H 10, on kaksi isomeeriä: n-butaani (lineaarinen) ja 2-metyyli-propaania (haarautunut). Molekyylikaava ei erottele kumpaakaan näistä; kun taas turvaudumme rakennekaavoihin, nähdään tarkalleen, että yksi on lineaarinen ja toinen haarautunut.
Rakennekaavat mahdollistavat yhdisteiden molekyylirakenteiden tarkastelun. Lähde: Pixabay.
Rakennekaavojen käyttö helpottaa muutosten ymmärtämistä, jotka molekyylissä tapahtuu kemiallisen reaktion aikana; mitkä sen linkit ovat katkenneet, miten sen rakennetta muutetaan prosessissa ja sen lopussa. Näiden kaavojen lukeminen on sama kuin ennustaa pinnallisesti molekyylien ominaisuuksia.
Rakennekaavat ovat 2D-esityksiä, vaikka ne voivat osoittaa joitain kolmiulotteisia ja geometrisiä näkökohtia. Mitä enemmän yhdisteen rakennetta tutkitaan, sitä hienostuneemmaksi ja uskollisemmaksi sen rakennekaava lopulta tulee. Muuten se jättää pois olennaiset näkökohdat molekyylin luonteen ymmärtämiseksi.
Rakennekaavan esimerkit
Jokaisella yhdisteellä on vastaava rakennekaava, joka voi vaihdella riippuen käytetystä projektiosta tai perspektiivistä. Esimerkiksi tiivistetyt ja luurankokaavat, Lewis-rakenteet ja stereokemialliset projektiot ovat kaikki rakennekaavoja, jotka on omistettu kuvaamaan mahdollisimman paljon tietoa molekyylirakenteesta.
Niitä on niin paljon, että vain muutama yksinkertainen esimerkki otetaan huomioon.
Glukoosi
Erilaisia esityksiä alfa-glukoosin rakenteesta. Lähde: Yikrazuul Wikipedian kautta.
Yläkuvassa on esitetty neljä glukoosimolekyylin esitystä. Jokainen on kelvollinen rakennekaava; mutta 2 (Haworth-projektio) ja 3 (tuoli-projektio) käytetään yleensä eniten akateemisissa tekstissä ja julkaisuissa.
4: n etuna on, että se osoittaa suoraan, mitkä OH-ryhmät ovat (paksut kiilat) tai alapuolella (katkoviivat kiilat) kuusikulmainen rengas; toisin sanoen se helpottaa stereokemian ymmärtämistä. Sitä vastoin 1 (Tollens-Fisher -projektio) osoittaa glukoosin lineaarisen luonteen ennen muuttumista sykliseen muotoon.
Metaani
Metaanin rakennekaava. Lähde: Gabriel Bolívar MolView'n kautta.
Edellä on kaksi rakennekaavat metaani, jonka kondensoidaan molekyylikaava on CH 4. Niille, joilla ei ole tietoa kemian, ne voivat tulkita, jolla on kaava CH 4 ikään kuin se olisi molekyyli, jossa on vetyatomi keskelle.
Mutta todellisuudessa (ja välttämättä) rakennekaavat tekevät selväksi, että hiili on keskeinen atomi. Siksi meillä on neljä CH-sidosta. Huomaa myös, että vasemmalla oleva kaava luo väärän kuvan siitä, että molekyyli on litteä, vaikka se onkin tetraedra (kaava oikealla).
Siksi oikealla puolella olevassa rakennekaavassa sidoksia edustavat kiilat, jotka osoittavat kunkin vetyatomin (tetraedron huiput) suhteelliset alueelliset sijainnit.
metanoli
Metanolin rakennekaava. Lähde: NEUROtiker
Metanolin rakennekaava on käytännössä sama kuin metaanin, sillä erolla, että siinä on H, joka on substituoitu OH: lla. Sen kondensoitunut tai kemiallinen kaava on CH 3 OH, ja molekyyli CH 4 O. On havaittu, että se koostuu myös tetraedrin.
etanoli
Etanolin rakennekaava. Lähde: Gabriel Bolívar MolView'n kautta.
Nyt siirrymme etanoliin, joka on seuraava luettelossa oleva alkoholi. Sen kemiallinen tai kondensoitu kaava on CH 3 CH 2 OH, joka itsessään jo osoittaa sen lineaarinen rakenne. Selvyyden vuoksi yllä olevan kuvan rakennekaava osoittaa tehokkaasti, että etanoli on suoraketjuinen tai selkärankainen.
Jos tarkastellaan tarkkaan, kunkin hiiliatomin ympäristö on tetraedrinen.
Fruktoosi
Beeta-D-fruktofuranoosin rakennekaava. Lähde: NEUROtiker (keskustelu • kirjoittajat)
Edellä on fruktoosin rakennekaava, tarkemmin sanottuna sen furanusrenkaan (viisijäseninen) Haworth-projektio. Huomaa, kuinka paljon rakennekaava paljastaa, toisin kuin molekyylikaavan, C 6 H 12 O 6, joka on samanaikainen glukoosin kanssa, mutta molemmat ovat kuitenkin erilaisia sokereita.
vesi
Veden rakennekaava. Lähde: Benjah-bmm27 Wikipedian kautta.
Kemiallinen kaava vettä on H 2 O, myös vastaavat kondensoidaan ja molekyylirakenteet. Kuten metaani, ne, jotka eivät tunne vesimolekyyliä (ja joilla ei ole käsitystä kemiallisista sidoksista), voivat uskoa, että sen rakenne on OHH; mutta yllä olevan kuvan rakennekaava selventää todellista rakennetta.
Vaikka sitä ei arvosteta, happea ja vetyatomeja sisältävien vapaiden elektronien parit vetävät tetraedron hapen ympärille; tämä on veden elektroninen geometria: tetraedrinen. Samaan aikaan kaksi vetyatomia muodostavat bumerangin kaltaisen tason; tämä on veden molekyylin geometria: kulma.
Vaikka veden rakennekaava on ylivoimaisesti yksinkertaisin käydyistä esimerkeistä, se piilottaa enemmän salaisuuksia ja poikkeavuuksia kuin se yksin pystyy edustamaan.
Aspiriini
Aspiriinin rakennekaava. Lähde: Gabriel Bolívar MolView'n kautta.
Meillä on yksi ensimmäisistä rakennekaavojen "virheistä": niiden kyvyttömyys edustaa rakenteen aromaattista luonnetta; joka tässä tapauksessa vastaa aspiriinin (edellä) bentseenirenkaan (heksagonaalisen) renkaan aromaattisuutta.
Jos tarkastelet tätä kaavaa huolellisesti, päädyt siihen, että se on oleellisesti litteä molekyyli; että on lähes kaikki sen atomit "levätä" samassa tasossa, lukuun ottamatta metyyliryhmän, CH 3, sen vasemmalle, jossa tetraedrisen ympäristön hiili on jälleen visualisoidaan.
Jälleen rakennekaava tarjoaa paljon enemmän tietoa kuin sen tasainen molekyylikaava C 9 H 8 O 4; joka vastaa lukuisia rakenteellisia isomeerejä, täysin erilaisia kuin aspiriini.
Bentseeni
Bentseenin rakennekaava. Lähde: Gabriel Bolívar MolView'n kautta.
Viimeiseksi meillä on bentseenin rakennekaavan yläpuolella. Sen molekyylikaava on C 6 H 6, osoittaa, että se tehokkaasti sisältää kuusi hiiliatomia ja kuusi vetyatomeja. Mutta se ei sano mitään bentseenin todellisesta rakenteesta.
C = C-kaksoissidokset eivät ole staattisia, koska elektronipari, erityisesti se, joka sijaitsee hiilen p-orbitaaleissa, siirtyy renkaan sisällä. Tämän seurauksena bentseenillä on useita resonanssirakenteita, jokaisella on oma rakennekaava.
Tämä delokalloituminen on osa bentseenin aromaattista luonnetta, jota ei esitetä tarkasti vasemmalla olevassa rakennekaavassa. Lähin asia on korvata kaksoissidokset ympyrällä (jota jotkut kutsuvat donitsiksi) renkaan aromaattisuuden osoittamiseksi (kuvan oikealla puolella).
Entä luurankokaava? Tämä on hyvin samanlainen kuin rakenteellinen, eroaa vain siitä, että se ei edusta vetyatomeja; ja siksi sen piirtäminen on yksinkertaisempaa ja mukavampaa. Oikealla oleva bentseenirengas olisi sen luustokaava.
Viitteet
- Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
- Wikipedia. (2020). Rakennekaava. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
- Nissa Garcia. (2020). Rakennekaava: Määritelmä ja esimerkit. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
- Clark Jim. (2012). Orgaanisten molekyylien piirtäminen. Palautettu: kemguide.co.uk
- William Reusch. (5. toukokuuta 2013). Molekyylien muoto. Palautettu: 2.chemistry.msu.edu