بيسان
22-08-2007, 09:07 PM
تعرف الكيمياء الفراغية بانها ذلك الفرع من الكيمياء الذي يبحث وصف العلاقة بين ترتيب الذرات داخل الجزيئات وفقا للابعاد الفراغية الثلاثة (شكل هرمي رباعي) ومن ثم تاثير هذا الترتيب على الصفات الكيميائية والفيزيائية لكل جزئ وتاثيره ايضا على ميكانيكية وسرعة التفاعلات الكيميائية.
هذا ويطلق لفظ متماكبات ( وتعني تماثل المركبات او الجزيئات Isomers ) على المركبات التي تمتلك صيغة جزيئية واحدة وتختلف فيما بينها اما في ترتيب ذراتها في الفراغ او في قدرتها على انحراف الضوء ولهذا فقد قسمت المتماكبات الى ثلاثة اقسام هي المتماكبات البنائية (التركيبية)، والمتماكبات الهندسية ، والمتماكبات الضوئية ويطلق على هذه الظاهرة بالمتماكب (التشابه Isomerism).
1. المتماكبات البنائية " التركيبية" : Structural isomers
وهذه جزيئات تمتلك الصيغة الجزيئية نفسها ولكن تختلف فيما بينها في صيغتها البنائية أي في ترتيب مواقع الذرات المختلفة على ذرات الكربون المكونة لسلسة الجزئ.
2. المتماكبات الهندسية Geometrical isomers
المتماكب الهندسي يتصف به أي جزيئين او مركبين لهما صيغة جزيئية واحدة ويختلفان فيما بينهما في ترتيب الذرات في الفراغ نسبة لمستوى الحلقة الالكانية أو مستوى الرابطة الثنائية في الالكينات .
3. المتماكبات الضوئية Optical isomers
ينطبق على أي مركبين يمتلكان صيغة جزيئية وبنائية واحدة الا أنهما يختلفان في قدرتهما على ادارة مستوى الضوء المستقطب حيث يدير أحدهما الضوء المستقطب جهة اليمين ويديره المتماكب الاخر جهة اليسار بكمية متساوية .
الضوء المستقطب ذو الضوء الواحد Plane polarized Light :
يتكون شعاع الضوء العادي (الابيض) من حزمة من الاشعة ذات أطوال موجية مختلفة تتراوح مابين (400 – 800 nm ) تهتز هذه الاشعة في جميع الاتجاهات عمودا على اتجاه الانتشار ( أي مسار الضوء ) . ويمكن حجز هذه الاشعة ماعدا اشعة مختارة ذات اطوال موجية متساوية ولون واحد وذلك بوضع مرشح Filter ملون امام الضوء الابيض والشعاع النافذ في هذه الحالة يسمى بالشعاع الاحادي اللون العادي Ordinary monochromatic light) ) ، يهتز هذا الشعاع في جميع الاتجاهات عموديا على المستوى الساقط عليه الا ان تذبذباته منتظمة وذلك بخلاف الشعاع الابيض .
هذا وعندما يوضع لوح غشائي مستقطب ( Sheet of polarized film) يسمى المستقطب polarizer امام الشعاع احادي اللون فان الشعاع النافذ يهتز"يتذبذب" في مستوى واحد ، ويسمى بالشعاع المستقطب ذي المستوى الواحد ( Plane polarized light)
مما يجدر ذكره انه يمكن الحصول على شعاع احادي اللون " له اطوال موجية متساوية" باستخدام مصدر اضاءة خاص مثل " مصباح الصوديوم الاصفر" الذي يعطي ما يسمى بخط D (D-Line) .
النشاط الضوئي Optical activity:
عندما يكون المركب الكيميائي له قدرة على تغيير اتجاه مسار الضوء المستقطب ذي المستوى الواحد ناحية اليمين أو ناحية اليسار فيعتبر مركبا له نشاطا ضوئيا
ويعبر عن تغيير اتجاه او انحراف الضوء بمصطلح النشاط الضوئي (Optical activity)
ويقاس النشاط الضوئي لمركب ما بواسطة جهاز بولاريمتر(Polarimeter) ويتم ذلك بوضع محلول من المركب امام الضوء المستقطب ذي المستوى الواحد فإذا كان المركب فعال ضوئيا ، فان الضوء المستقطب النافذ من المحلول سينحرف أو يدور بزاوية معينة على يمين أو يسار المستوى الأصلي وعدد الدرجات المحسوبة من دوران الضوء خلال التجربة يسمى زاوية الدوران الملاحظ (Observed angle of rotation) ويرمز لها بالرمز α .
ونظرا لان مقدار α يعتمد على تركيز المحلول وطول انبوبة الجهاز ونوع المذيب ودرجة الحرارة .... الخ، فقد وضع نظام "معادلة" يشمل المعايير السابقة ويسمى بالدوران النوعي أو المحدد ( Specific rotation) ويرمز له بالرمز[α] .
ويمكن تعريف الدوران النوعي " المحدد" [α] بانه الانحراف أوالدوران الناتج عن استخدام محلول من مركب ما ذو تركيز مقدر بـ 1 جم في مللتر واحد ( جم /مل ) في انبوب طوله 1 سم (1dm = 10 cm) .
- يرمز للمركب الكيميائي الذي له نشاط ضوئي يميني أي "dextrorotatory" (D) بالرمز (+) للدلالة على ان اتجاه الدوران يكون ناحية اليمين
- كما يرمز للمركب الذي له نشاط ضوئي يساري أي (Levorotatory) بالرمز (-) للدلالة على ان اتجاه الدوران ناحية اليسار.
المتماكبات الضوئية :
من الممكن توقع ما اذا كان المركب العضوي نشط ضوئيا من خلال توفر بعض الشروط في تركيبه ، واحد هذه الشروط هو ان يحتوي المركب العضوي "الجزئ" على ذرة كربون او اكثر غير متناظرة (Assymetric carbon atom) .
ويقصد بذرة الكربون غير المتناظرة بأنها الذرة التي تتصل بها أربع ذرات او مجموعات مختلفة وتوصف ذرة الكربون هذه بأنها ذرة كايرالية (Chiral) ، وهذه كلمة يونانية تعني يدوي ، وتسمى أحيانا بمركز الاتصال أو المركز اليدوي (Chiral centre)
ويطلق على المركبات التي تحتوي ذرة كربون واحدة غير متناظرة بالمركبات غير المتماثلة أو المركبات اليدوية (chiral compounds) مثلها في ذلك كاليد اليمنى واليد اليسرى كل منهما تعتبر صورة المرآة للأخرى ، ولكن لا تنطبق احداهما على الاخرى (Non-superimpsabale) وهذا هو الشرط الثاني لكي يكون المركب نشطا ضوئيان بان لا تنطبق عليه صورته في المرآة مهما تم تدوير احداهما .
مما يجدر ذكره أنه اطلق حديثا على النشاط الضوئي التضاد الضوئي (Enantiomerism) ، فكل مركب نشطا ضوئيا مع صورته في المرآة يسميان بالمتماكبان الضوئيان (Optical isomers) ويسميان ايضا بالمتضادان الضوئيان (Enantiomers) ، وهذان المتماكبان لهما الصفات الفيزيائية والكيميائية نفسهما عدا أن احدهما يدير مستوى الضوء المستقطب جهة اليمين (+) والاخر يدير مستوى الضوء المستقطب جهة اليسار(-) بالدرجة نفسها، ويمكن تحويل احد المتماكبين الضوئيين الى المتماكب الاخر بتغيير موقع أحد المجموعات او الذرات على المركز الكايرالي.
تسمى المركبات التي لاتحتوي على مركز يدوي (كايرال) باسم أكايرال (Achiral) أو غير يدوي ومن امثلتها CH3CH2CH3/ CH3CH3 / CH4 وهذه تنطبق على صورتها في المراة لذا فلا نتوقع لها نشاطا ضوئيا.
ومما يجدر ذكره ان المحلول المحتوي على الوزن نفسه أو الكمية (50%) من كل من المتماكبين ضوئيا يسمى مخلوطا راسيمي (Racemic mixture) ، والمخلوط هذا يعتبر غير فعال ضوئيا لان احد المركبين يدير مستوى الضوء المستقطب جهة اليمين (+) والاخر يديره جهة اليسار (-) والمحصلة هي صفر.
هذا ويطلق لفظ متماكبات ( وتعني تماثل المركبات او الجزيئات Isomers ) على المركبات التي تمتلك صيغة جزيئية واحدة وتختلف فيما بينها اما في ترتيب ذراتها في الفراغ او في قدرتها على انحراف الضوء ولهذا فقد قسمت المتماكبات الى ثلاثة اقسام هي المتماكبات البنائية (التركيبية)، والمتماكبات الهندسية ، والمتماكبات الضوئية ويطلق على هذه الظاهرة بالمتماكب (التشابه Isomerism).
1. المتماكبات البنائية " التركيبية" : Structural isomers
وهذه جزيئات تمتلك الصيغة الجزيئية نفسها ولكن تختلف فيما بينها في صيغتها البنائية أي في ترتيب مواقع الذرات المختلفة على ذرات الكربون المكونة لسلسة الجزئ.
2. المتماكبات الهندسية Geometrical isomers
المتماكب الهندسي يتصف به أي جزيئين او مركبين لهما صيغة جزيئية واحدة ويختلفان فيما بينهما في ترتيب الذرات في الفراغ نسبة لمستوى الحلقة الالكانية أو مستوى الرابطة الثنائية في الالكينات .
3. المتماكبات الضوئية Optical isomers
ينطبق على أي مركبين يمتلكان صيغة جزيئية وبنائية واحدة الا أنهما يختلفان في قدرتهما على ادارة مستوى الضوء المستقطب حيث يدير أحدهما الضوء المستقطب جهة اليمين ويديره المتماكب الاخر جهة اليسار بكمية متساوية .
الضوء المستقطب ذو الضوء الواحد Plane polarized Light :
يتكون شعاع الضوء العادي (الابيض) من حزمة من الاشعة ذات أطوال موجية مختلفة تتراوح مابين (400 – 800 nm ) تهتز هذه الاشعة في جميع الاتجاهات عمودا على اتجاه الانتشار ( أي مسار الضوء ) . ويمكن حجز هذه الاشعة ماعدا اشعة مختارة ذات اطوال موجية متساوية ولون واحد وذلك بوضع مرشح Filter ملون امام الضوء الابيض والشعاع النافذ في هذه الحالة يسمى بالشعاع الاحادي اللون العادي Ordinary monochromatic light) ) ، يهتز هذا الشعاع في جميع الاتجاهات عموديا على المستوى الساقط عليه الا ان تذبذباته منتظمة وذلك بخلاف الشعاع الابيض .
هذا وعندما يوضع لوح غشائي مستقطب ( Sheet of polarized film) يسمى المستقطب polarizer امام الشعاع احادي اللون فان الشعاع النافذ يهتز"يتذبذب" في مستوى واحد ، ويسمى بالشعاع المستقطب ذي المستوى الواحد ( Plane polarized light)
مما يجدر ذكره انه يمكن الحصول على شعاع احادي اللون " له اطوال موجية متساوية" باستخدام مصدر اضاءة خاص مثل " مصباح الصوديوم الاصفر" الذي يعطي ما يسمى بخط D (D-Line) .
النشاط الضوئي Optical activity:
عندما يكون المركب الكيميائي له قدرة على تغيير اتجاه مسار الضوء المستقطب ذي المستوى الواحد ناحية اليمين أو ناحية اليسار فيعتبر مركبا له نشاطا ضوئيا
ويعبر عن تغيير اتجاه او انحراف الضوء بمصطلح النشاط الضوئي (Optical activity)
ويقاس النشاط الضوئي لمركب ما بواسطة جهاز بولاريمتر(Polarimeter) ويتم ذلك بوضع محلول من المركب امام الضوء المستقطب ذي المستوى الواحد فإذا كان المركب فعال ضوئيا ، فان الضوء المستقطب النافذ من المحلول سينحرف أو يدور بزاوية معينة على يمين أو يسار المستوى الأصلي وعدد الدرجات المحسوبة من دوران الضوء خلال التجربة يسمى زاوية الدوران الملاحظ (Observed angle of rotation) ويرمز لها بالرمز α .
ونظرا لان مقدار α يعتمد على تركيز المحلول وطول انبوبة الجهاز ونوع المذيب ودرجة الحرارة .... الخ، فقد وضع نظام "معادلة" يشمل المعايير السابقة ويسمى بالدوران النوعي أو المحدد ( Specific rotation) ويرمز له بالرمز[α] .
ويمكن تعريف الدوران النوعي " المحدد" [α] بانه الانحراف أوالدوران الناتج عن استخدام محلول من مركب ما ذو تركيز مقدر بـ 1 جم في مللتر واحد ( جم /مل ) في انبوب طوله 1 سم (1dm = 10 cm) .
- يرمز للمركب الكيميائي الذي له نشاط ضوئي يميني أي "dextrorotatory" (D) بالرمز (+) للدلالة على ان اتجاه الدوران يكون ناحية اليمين
- كما يرمز للمركب الذي له نشاط ضوئي يساري أي (Levorotatory) بالرمز (-) للدلالة على ان اتجاه الدوران ناحية اليسار.
المتماكبات الضوئية :
من الممكن توقع ما اذا كان المركب العضوي نشط ضوئيا من خلال توفر بعض الشروط في تركيبه ، واحد هذه الشروط هو ان يحتوي المركب العضوي "الجزئ" على ذرة كربون او اكثر غير متناظرة (Assymetric carbon atom) .
ويقصد بذرة الكربون غير المتناظرة بأنها الذرة التي تتصل بها أربع ذرات او مجموعات مختلفة وتوصف ذرة الكربون هذه بأنها ذرة كايرالية (Chiral) ، وهذه كلمة يونانية تعني يدوي ، وتسمى أحيانا بمركز الاتصال أو المركز اليدوي (Chiral centre)
ويطلق على المركبات التي تحتوي ذرة كربون واحدة غير متناظرة بالمركبات غير المتماثلة أو المركبات اليدوية (chiral compounds) مثلها في ذلك كاليد اليمنى واليد اليسرى كل منهما تعتبر صورة المرآة للأخرى ، ولكن لا تنطبق احداهما على الاخرى (Non-superimpsabale) وهذا هو الشرط الثاني لكي يكون المركب نشطا ضوئيان بان لا تنطبق عليه صورته في المرآة مهما تم تدوير احداهما .
مما يجدر ذكره أنه اطلق حديثا على النشاط الضوئي التضاد الضوئي (Enantiomerism) ، فكل مركب نشطا ضوئيا مع صورته في المرآة يسميان بالمتماكبان الضوئيان (Optical isomers) ويسميان ايضا بالمتضادان الضوئيان (Enantiomers) ، وهذان المتماكبان لهما الصفات الفيزيائية والكيميائية نفسهما عدا أن احدهما يدير مستوى الضوء المستقطب جهة اليمين (+) والاخر يدير مستوى الضوء المستقطب جهة اليسار(-) بالدرجة نفسها، ويمكن تحويل احد المتماكبين الضوئيين الى المتماكب الاخر بتغيير موقع أحد المجموعات او الذرات على المركز الكايرالي.
تسمى المركبات التي لاتحتوي على مركز يدوي (كايرال) باسم أكايرال (Achiral) أو غير يدوي ومن امثلتها CH3CH2CH3/ CH3CH3 / CH4 وهذه تنطبق على صورتها في المراة لذا فلا نتوقع لها نشاطا ضوئيا.
ومما يجدر ذكره ان المحلول المحتوي على الوزن نفسه أو الكمية (50%) من كل من المتماكبين ضوئيا يسمى مخلوطا راسيمي (Racemic mixture) ، والمخلوط هذا يعتبر غير فعال ضوئيا لان احد المركبين يدير مستوى الضوء المستقطب جهة اليمين (+) والاخر يديره جهة اليسار (-) والمحصلة هي صفر.