Den strukturelle formel er en grafisk repræsentation af obligationer for et molekyle, som kaster lys over dets struktur når bestemt ved spektroskopiske metoder. Det er den mest specifikke måde, når der henvises til en specifik forbindelse, og ikke til flere isomerer svarende til den samme molekylformel.
For eksempel butan, C 4 H 10, har to isomerer: n-butan (lineære) og 2-methyl-propan (forgrenet). Den molekylære formel skelner ikke mellem nogen af de to; mens hvis vi tyr til strukturelle formler, ses det netop, at den ene er lineær og den anden forgrenet.
Strukturformler tillader gennemgang af molekylære strukturer af forbindelser. Kilde: Pixabay.
Brug af strukturformler gør det lettere at forstå de ændringer, som et molekyle gennemgår under en kemisk reaktion; hvilke af dets links er brudt, hvordan dens struktur ændres i processen og i slutningen af det. At lære at læse disse formler er det samme som overfladisk at forudsige molekylers egenskaber.
Strukturformler er 2D-repræsentationer, selvom de kan indikere nogle tredimensionelle og geometriske aspekter. Jo mere strukturen af en forbindelse undersøges, jo mere raffineret og trofast ender dens strukturelle formel med at blive. Ellers udelader det væsentlige aspekter for at forstå molekylets natur.
Eksempler på strukturelle formler
Hver forbindelse har sin respektive strukturformel, som kan variere afhængigt af den anvendte projektion eller det anvendte perspektiv. For eksempel er kondenserede og skeletformler, Lewis-strukturer og stereokemiske fremskrivninger alle strukturelle formler, der er dedikeret til at tegne så meget information som muligt om molekylstruktur.
Der er så mange, at kun et par enkle eksempler vil blive dækket.
Glukose
Forskellige repræsentationer af strukturen af alfa-glukose. Kilde: Yikrazuul via Wikipedia.
Fire repræsentationer af glukosemolekylet er vist i det øverste billede. Hver er en gyldig strukturformel; men 2 (Haworth-projektion) og 3 (stolprojektion) er normalt de mest anvendte i akademiske tekster og i publikationer.
4'eren har den fordel, at det direkte angiver, hvilke OH-grupper der er over (tykke kiler) eller under (prikkede kiler) den hexagonale ring; det vil sige, det letter forståelsen af dens stereokemi. I modsætning hertil viser 1 (Tollens-Fisher-projektion) den lineære karakter af glukose, før den konverteres til dens cykliske form.
Metan
Strukturformel af metan. Kilde: Gabriel Bolívar via MolView.
Ovenfor du har to strukturformler af methan, hvis kondenseret molekylformel er CH 4. For dem, der mangler viden om kemi, kunne de fortolker formlen CH 4 som om det var et molekyle med et hydrogenatom i midten.
Men i virkeligheden (og nødvendigvis) gør de strukturelle formler det klart, at kulstof er det centrale atom. Derfor har vi fire CH-obligationer. Bemærk også, at formlen til venstre skaber det falske indtryk, at molekylet er fladt, når det faktisk er tetrahedralt (formlen til højre).
Derfor er bindingerne i strukturformlen til højre repræsenteret af kiler, der indikerer de relative rumlige positioner for hvert brintatom (toppunktet af tetrahedronen).
methanol
Strukturformel af methanol. Kilde: NEUROtiker
Den strukturelle formel for methanol er praktisk talt den samme som metan med den forskel, at den har en H substitueret med en OH. Dens kondenseret eller kemiske formel er CH 3 OH, og den molekylære CH 4 O. Det bemærkes, at det består også af et tetraeder.
ethanol
Strukturformel af ethanol. Kilde: Gabriel Bolívar via MolView.
Nu går vi videre til ethanol, den næste alkohol på listen. Dens kemiske eller kondenseret formel er CH 3 CH 2 OH, som i sig selv allerede viser sin lineær struktur. For at være klar viser den strukturelle formel på billedet ovenfor effektivt, at ethanol er ligekædet eller rygraden.
Hvis du ser nøje, er omgivelserne i hvert carbonatom tetraedriske.
fruktose
Strukturformel af beta-D-fructofuranose. Kilde: NEUROtiker (tale • bidrag)
Ovenfor har vi den strukturelle formel for fruktose, mere præcist Haworth-fremspringet af dens furanusring (fem-leddet). Bemærk, hvor meget strukturformlen afslører, i modsætning til den molekylære, C 6 H 12 O 6, der falder sammen med glukosestørrelsen, men begge er forskellige sukkerarter.
Vand
Strukturformel af vand. Kilde: Benjah-bmm27 via Wikipedia.
Den kemiske formel af vand er H 2 O, også svarer til de kondenserede og molekylformler. Som med metan, kan de, der ikke kender vandmolekylet (og ikke har nogen opfattelse af kemiske bindinger), tro, at dens struktur er OHH; men strukturformlen på billedet ovenfor tydeliggør den ægte struktur.
Selvom det ikke forstås, trækker parene med frie elektroner af ilt og brintatomer en tetrahedron omkring ilt; dette er den elektroniske geometri af vand: tetrahedral. I mellemtiden opretter de to hydrogenatomer et plan, der ligner en boomerang; dette er, molekylær geometri af vand: vinkelformet.
Selvom den strukturelle formel for vand er langt den enkleste af de diskuterede eksempler, skjuler den flere hemmeligheder og uregelmæssigheder, end det alene formår at repræsentere.
Aspirin
Strukturformel for aspirin. Kilde: Gabriel Bolívar via MolView.
Vi har en af de første "mangler" i strukturformler: deres manglende evne til at repræsentere den aromatiske karakter af en struktur; hvilket i dette tilfælde svarer til aromatisiteten af benzen (hexagonal) ring af aspirin (ovenfor).
Hvis du ser på denne formel omhyggeligt, vil du konkludere, at det er et i det væsentlige fladt molekyle; dvs. næsten alle sine atomer "hvile" i samme plan, med undtagelse af methylgruppen, CH 3, til dens venstre, hvor det tetraedriske miljø carbon igen visualiseres.
Igen strukturformlen giver meget mere information end dens flade molekylformel, C 9 H 8 O 4; hvilket svarer til adskillige strukturelle isomerer, som er helt forskellige fra aspirin.
benzen
Strukturformel af benzen. Kilde: Gabriel Bolívar via MolView.
Endelig har vi over den strukturelle formel for benzen. Dets molekylære formel er C 6 H 6, hvilket indikerer, at det effektivt indeholder seks carbonatomer og seks hydrogenatomer. Men det siger intet om den rigtige struktur af benzen.
C = C-dobbeltbindingerne er ikke statiske, da et par elektroner, specifikt dem, der er placeret i kulstofbilledet, delokaliseres inden i ringen. Følgelig har benzen flere resonansstrukturer, hver med sin egen strukturformel.
Denne delokalisering er en del af den aromatiske karakter af benzen, ikke trofast repræsenteret i den strukturelle formel til venstre. Den nærmeste ting er at erstatte dobbeltbindingerne med en cirkel (kaldet en doughnut af nogle) for at indikere aromatiteten i ringen (til højre for billedet).
Og hvad med skeletformlen? Dette ligner meget den strukturelle, der kun adskiller sig i, at den ikke repræsenterer brintatomer; og derfor er det mere forenklet og mere behageligt at tegne graf. Benzenringen til højre ville være dens skeletformel.
Referencer
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
- Wikipedia. (2020). Strukturformel. Gendannet fra: en.wikipedia.org
- Nissa Garcia. (2020). Strukturformler: Definition og eksempler. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com
- Clark Jim. (2012). Tegning af organiske molekyler. Gendannes fra: chemguide.co.uk
- William Reusch. (5. maj 2013). Formen på molekyler. Gendannes fra: 2.chemistry.msu.edu