สูตรโครงสร้างเป็นตัวแทนกราฟิกของพันธบัตรของโมเลกุลที่ส่องแสงในโครงสร้างของมันครั้งเดียวที่กำหนดโดยวิธีสเปกโทรสโก เป็นวิธีที่เฉพาะเจาะจงที่สุดเมื่อกล่าวถึงสารประกอบเฉพาะและไม่ใช่ไอโซเมอร์หลายตัวที่สอดคล้องกับสูตรโมเลกุลเดียวกัน
ตัวอย่างเช่นบิวเทน C 4 H 10มีสองไอโซเมอร์: n-butane (เชิงเส้น) และ 2-methyl-propane (แยกแขนง) สูตรโมเลกุลไม่ได้แยกแยะระหว่างอย่างใดอย่างหนึ่ง ในขณะที่ถ้าเราใช้สูตรโครงสร้างก็จะเห็นได้อย่างแม่นยำว่าสูตรหนึ่งเป็นเส้นตรงและอีกอันแตกแขนง
สูตรโครงสร้างช่วยให้สามารถตรวจสอบโครงสร้างโมเลกุลของสารประกอบได้ ที่มา: Pixabay
การใช้สูตรโครงสร้างช่วยให้เข้าใจการเปลี่ยนแปลงที่โมเลกุลเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเคมีได้ง่ายขึ้น ลิงก์ใดเสียโครงสร้างมีการแก้ไขอย่างไรในกระบวนการและในตอนท้าย การเรียนรู้ที่จะอ่านสูตรเหล่านี้เหมือนกับการทำนายคุณสมบัติของโมเลกุลอย่างผิวเผิน
สูตรโครงสร้างเป็นการแสดง 2 มิติแม้ว่าจะสามารถบ่งชี้ลักษณะสามมิติและเรขาคณิตได้บ้าง ยิ่งมีการตรวจสอบโครงสร้างของสารประกอบมากเท่าไหร่สูตรโครงสร้างของมันก็จะยิ่งละเอียดและซื่อสัตย์มากขึ้นเท่านั้น มิฉะนั้นจะทิ้งประเด็นสำคัญในการทำความเข้าใจธรรมชาติของโมเลกุล
ตัวอย่างสูตรโครงสร้าง
สารประกอบแต่ละชนิดมีสูตรโครงสร้างตามลำดับซึ่งอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของการฉายภาพหรือมุมมองที่ใช้ ตัวอย่างเช่นสูตรควบแน่นและโครงร่างโครงสร้างลิวอิสและการคาดการณ์ทางเคมีเป็นสูตรโครงสร้างทั้งหมดที่อุทิศให้กับการสร้างกราฟข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลให้ได้มากที่สุด
มีมากมายที่จะกล่าวถึงเพียงตัวอย่างง่ายๆ
กลูโคส
การแสดงโครงสร้างของอัลฟา - กลูโคสต่างๆ ที่มา: Yikrazuul ผ่าน Wikipedia
การแสดงโมเลกุลกลูโคสสี่รายการแสดงอยู่ในภาพบน แต่ละสูตรเป็นสูตรโครงสร้างที่ถูกต้อง แต่ 2 (Haworth projection) และ 3 (chair projection) มักใช้มากที่สุดในตำราวิชาการและในสิ่งพิมพ์
4 มีข้อได้เปรียบที่บ่งบอกโดยตรงว่ากลุ่ม OH ใดอยู่เหนือ (เวดจ์หนา) หรือต่ำกว่า (ลิ่มจุด) วงแหวนหกเหลี่ยม นั่นคือมันอำนวยความสะดวกในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับสเตอริโอเคมี ในทางตรงกันข้าม 1 (Tollens-Fisher projection) จะแสดงลักษณะเชิงเส้นของกลูโคสก่อนที่จะแปลงเป็นรูปแบบวัฏจักร
มีเทน
สูตรโครงสร้างของมีเทน ที่มา: Gabriel Bolívarผ่าน MolView
ดังกล่าวข้างต้นคุณมีสองสูตรโครงสร้างของก๊าซมีเทนซึ่งข้นสูตรโมเลกุลคือ CH 4 สำหรับผู้ที่ไม่มีความรู้ทางเคมีพวกเขาสามารถตีความสูตร CH 4 ได้ราวกับว่าเป็นโมเลกุลที่มีอะตอมของไฮโดรเจนอยู่ตรงกลาง
แต่ในความเป็นจริง (และจำเป็น) สูตรโครงสร้างทำให้ชัดเจนว่าคาร์บอนเป็นอะตอมกลาง ดังนั้นเราจึงมีพันธะ CH สี่ตัว โปรดทราบด้วยว่าสูตรทางด้านซ้ายจะสร้างการแสดงผลที่ผิดพลาดว่าโมเลกุลแบนในความเป็นจริงมันเป็นเตตระฮีดอล (สูตรทางด้านขวา)
นั่นคือเหตุผลที่ในสูตรโครงสร้างทางด้านขวาพันธะจะแสดงด้วยเวดจ์ซึ่งแสดงตำแหน่งเชิงพื้นที่สัมพัทธ์ของอะตอมไฮโดรเจนแต่ละตัว (จุดยอดของจัตุรมุข)
เมทิลแอลกอฮอล์
สูตรโครงสร้างของเมทานอล ที่มา: NEUROtiker
สูตรโครงสร้างของเมทานอลแทบจะเหมือนกับของมีเทนโดยมีความแตกต่างที่มี H แทนที่ด้วย OH สูตรควบแน่นหรือทางเคมีคือ CH 3 OH และโมเลกุล CH 4 O สังเกตได้ว่าประกอบด้วยจัตุรมุขด้วย
เอทานอล
สูตรโครงสร้างของเอทานอล ที่มา: Gabriel Bolívarผ่าน MolView
ตอนนี้เราไปสู่เอทานอลแอลกอฮอล์ตัวต่อไปในรายการ สูตรทางเคมีหรือสูตรควบแน่นคือ CH 3 CH 2 OH ซึ่งโดยตัวมันเองแสดงโครงสร้างเชิงเส้นแล้ว เพื่อความชัดเจนสูตรโครงสร้างในภาพด้านบนแสดงให้เห็นอย่างมีประสิทธิภาพว่าเอทานอลเป็นโซ่ตรงหรือกระดูกสันหลัง
หากคุณมองอย่างใกล้ชิดสภาพแวดล้อมของอะตอมของคาร์บอนแต่ละตัวจะเป็นเตตระฮีดอล
ฟรักโทส
สูตรโครงสร้างของเบต้า - ดี - ฟรุกโตฟูราโนส ที่มา: NEUROtiker (talk • contribs)
ด้านบนเรามีสูตรโครงสร้างของฟรุกโตสการฉาย Haworth ของวงแหวนฟูรานัส (ห้าเมมเบรน) อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น สังเกตว่าสูตรโครงสร้างเผยให้เห็นเท่าใดซึ่งแตกต่างจากโมเลกุล C 6 H 12 O 6ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับกลูโคสทั้งสองเป็นน้ำตาลที่แตกต่างกัน
น้ำ
สูตรโครงสร้างของน้ำ ที่มา: Benjah-bmm27 จาก Wikipedia
สูตรทางเคมีของน้ำคือ H 2 O ซึ่งสอดคล้องกับสูตรควบแน่นและโมเลกุล เช่นเดียวกับก๊าซมีเทนผู้ที่ไม่รู้จักโมเลกุลของน้ำ (และไม่มีความคิดเกี่ยวกับพันธะเคมี) อาจเชื่อว่าโครงสร้างของมันคือ OHH แต่สูตรโครงสร้างในภาพด้านบนชี้แจงโครงสร้างที่แท้จริง
แม้ว่าจะไม่ได้รับการชื่นชม แต่คู่ของอิเล็กตรอนอิสระของออกซิเจนและอะตอมของไฮโดรเจนจะวาดรูปจัตุรมุขรอบ ๆ ออกซิเจน นี่คือเรขาคณิตอิเล็กทรอนิกส์ของน้ำ: tetrahedral ในขณะเดียวกันอะตอมของไฮโดรเจนทั้งสองก็สร้างระนาบคล้ายกับบูมเมอแรง นี่คือเรขาคณิตโมเลกุลของน้ำ: เชิงมุม
แม้ว่าสูตรโครงสร้างของน้ำจะเป็นตัวอย่างที่ง่ายที่สุด แต่ก็ซ่อนความลับและความผิดปกติไว้มากกว่าที่จะเป็นตัวแทนเพียงอย่างเดียว
แอสไพริน
สูตรโครงสร้างของแอสไพริน ที่มา: Gabriel Bolívarผ่าน MolView
เรามี "ข้อบกพร่อง" ประการแรกของสูตรโครงสร้างนั่นคือไม่สามารถแสดงลักษณะของโครงสร้างที่มีกลิ่นหอมได้ ซึ่งในกรณีนี้จะสอดคล้องกับความหอมของวงแหวนเบนซีน (หกเหลี่ยม) ของแอสไพริน (ด้านบน)
ถ้าคุณดูสูตรนี้อย่างละเอียดคุณจะได้ข้อสรุปว่ามันเป็นโมเลกุลแบนเป็นหลัก กล่าวคือเกือบทั้งหมดของอะตอม "พัก" ในระนาบเดียวกันยกเว้นหมู่เมธิล CH 3ทางด้านซ้ายซึ่งจะแสดงสภาพแวดล้อมแบบเตตระฮีดอลของคาร์บอนอีกครั้ง
อีกครั้งสูตรโครงสร้างให้ข้อมูลเพิ่มเติมกว่าสูตรโมเลกุลแบน, C 9 H 8 O 4 ; ซึ่งสอดคล้องกับไอโซเมอร์ที่มีโครงสร้างจำนวนมากซึ่งแตกต่างจากแอสไพรินโดยสิ้นเชิง
เบนซิน
สูตรโครงสร้างของเบนซิน ที่มา: Gabriel Bolívarผ่าน MolView
ในที่สุดเราก็มีเหนือสูตรโครงสร้างของเบนซิน สูตรโมเลกุลของมันคือ C 6 H 6ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามันมีคาร์บอน 6 อะตอมและไฮโดรเจนหกอะตอมอย่างมีประสิทธิภาพ แต่มันไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับโครงสร้างที่แท้จริงของเบนซิน
พันธะคู่ C = C ไม่คงที่เนื่องจากอิเล็กตรอนคู่หนึ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อยู่ในวงโคจรของคาร์บอน ดังนั้นเบนซินจึงมีโครงสร้างเรโซแนนซ์หลายแบบซึ่งแต่ละแบบมีสูตรโครงสร้างของตัวเอง
การลดความหมายนี้เป็นส่วนหนึ่งของลักษณะอะโรมาติกของเบนซินซึ่งไม่ได้แสดงอย่างซื่อสัตย์ในสูตรโครงสร้างทางด้านซ้าย สิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดคือการแทนที่พันธะคู่ด้วยวงกลม (เรียกว่าโดนัทโดยบางอัน) เพื่อระบุความหอมของวงแหวน (ด้านขวาของภาพ)
แล้วสูตรโครงกระดูกล่ะ? สิ่งนี้คล้ายกับโครงสร้างมากแตกต่างกันเพียงที่ไม่ได้แสดงถึงอะตอมของไฮโดรเจน ดังนั้นจึงง่ายกว่าและสะดวกสบายในการสร้างกราฟ วงแหวนเบนซีนทางด้านขวาจะเป็นสูตรโครงร่าง
อ้างอิง
- Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
- วิกิพีเดีย (2020) สูตรโครงสร้าง. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- Nissa Garcia (2020) สูตรโครงสร้าง: ความหมายและตัวอย่าง ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com
- คลาร์กจิม (2012) การวาดโมเลกุลอินทรีย์ สืบค้นจาก: chemguide.co.uk
- William Reusch (5 พฤษภาคม 2556). รูปร่างของโมเลกุล กู้คืนจาก: 2.chemistry.msu.edu