فلش های منحنی: سیستم حسابداری برای حرکت الکترون
اگر الکترون ها را واحد پول شیمی در نظر بگیرید، واکنش ها تراکنش های الکترون ها بین اتم ها هستند.
درست مثل نگهداری دفترچه دو ورودی برای رسمی کردن نحوه ثبت تراکنش های مالی ایجاد شد، شیمیدانان قرارداد خود را برای نشان دادن تراکنش های الکترون ها بین اتم ها ایجاد کرده اند. به این می گویند فرمالیسم پیکان منحنی.
قبلا نحوه اعمال فرمالیسم پیکان منحنی را در رسم فرم‌های رزونانس توضیح دادیم. در اینجا، ما می خواهیم نشان دهیم که چگونه می توانیم آن را برای نشان دادن واکنش ها گسترش دهیم. همان اصولی که در مورد اشکال تشدید اعمال می‌شود، در اینجا برای واکنش‌ها نیز اعمال می‌شود، با این تفاوت که برخلاف اشکال تشدید، ما با واکنش‌های واقعی سر و کار داریم، نه اجزای یک هیبرید رزونانس.
1. هدف فرمالیسم پیکان منحنی
هدف از فلش منحنی این است که حرکت الکترون ها را از یک مکان به مکان دیگر نشان می دهد.
الکترون ها از دم به سمت سر حرکت می کنند. اکثر فلش هایی که می بینید دارای یک هستند دو خار در سر، نشان دهنده حرکت a جفت از الکترون ها (توجه داشته باشید: فلش های تک خاردار نیز وجود دارد که حرکت یک الکترون را نشان می دهد که در اینجا به تفصیل توضیح داده شده است. [see In Summary: Free Radicals).
2. The Three Legal Moves
There are only three legal moves you can do with curved arrows. These three moves are for depiction of a pair of electrons moving from:
- lone pair → bond
- bond → lone pair
- bond → bond
Other than a few problematic examples, every reaction you will encounter in Org 1/ Org 2 can be described using a combination of these three “moves”!
This is just like the three moves for drawing resonance curved arrows! [See: How to used Curved Arrows to interconvert resonance forms]
با این حال، بر خلاف اشکال رزونانس ترسیمی – که فقط شامل تغییرات در پیوندهای π است – پیوند مورد نظر در اینجا می تواند یک پیوند منفرد (سیگما) یا یک پیوند π باشد.
3. فلش های منحنی همچنین نشان دهنده راهی برای ردیابی تغییرات در هزینه رسمی است
فلش های منحنی نیز راهی برای ردیابی تغییرات در آن هستند اتهام رسمی:
- از آنجایی که یک جفت الکترون از “دم” اهدا می شود، اتم در دم یک “از دست دادن” رسمی یک الکترون خواهد داشت که بار آن را 1 مثبت می کند.
- همچنین، از آنجایی که یک جفت الکترون در “سر” پذیرفته می شود، اتم در had دارای یک “بهره” رسمی یک الکترون خواهد بود که بار آن را 1 منفی تر می کند.
در اینجا سه مثال کلی از هر تراکنش آورده شده است. لایه دومی از تجزیه و تحلیل وجود دارد که می توان در اینجا انجام داد (پیوند سیگما در مقابل پیوند π) اما می توان آن را برای بعد ذخیره کرد.
به پست نحوه محاسبه هزینه رسمی مراجعه کنید
4. مثال شماره 1: جفت تنها → باند
مثال اول مثال ساده شده یک جفت تنها روی یک یون هیدروکسید برهنه را نشان می دهد که به سمت یون هیدرونیوم (H+) می رود. (یادداشت 1). فلش تشکیل پیوندی بین O و H را نشان می‌دهد که الکترون‌هایی از جفت تنها روی اکسیژن وجود دارد. به تغییرات بار رسمی توجه کنید: “دم” مثبت تر و “سر” منفی تر می شود.
5. مثال شماره 2: Bond → Lone Pair
مثال دوم واکنش معکوس را نشان می دهد: تفکیک آب برای تولید یون H+ و هیدروکسید. در اینجا، فلش شکستن پیوند OH را نشان می‌دهد تا به یک جفت تنها روی اکسیژن ختم شود.
به تغییرات بار رسمی توجه کنید: در “دم”، هیدروژن از “اشتراک” به “فقدان” می رود، بنابراین یک الکترون از دست می دهد. در “سر”، اکسیژن از “به اشتراک گذاری” به “مالک کردن” می رود و یک الکترون به دست می آورد. ما هزینه ها را بر اساس آن تنظیم می کنیم.
(چرا به این ترتیب شکسته می شود؟ قانون سرانگشتی: پیوندها معمولاً شکسته می شوند تا الکترون ها را روی اتم قرار دهند که به بهترین وجه آنها را تثبیت کند. اکسیژن، الکترونگاتیوتر از هیدروژن (3.5 در مقابل 2.2) الکترون های اضافی را بهتر تثبیت می کند) .
6. مثال شماره 3: Bond → Bond
در نهایت، مثالی از شکستن پیوند برای تشکیل پیوند دیگری. در اینجا، فلش شکستن پیوند π بین C1 و C2، و تشکیل یک پیوند C-H جدید بین C1 و H را نشان می دهد.
باز هم، اتم در “دم” (C-1) با 1 مثبت تر می شود و اتم در سر (H+) با 1 منفی تر می شود.
مشکل کوچکی با این نوع پیکان منحنی وجود دارد: هویت اتمی که پیوند جدید را تشکیل می دهد (در این مورد C1) تا حدودی مبهم است.
به همین دلیل، برخی از مربیان (از جمله خود من) گاهی اوقات یک “خط نقطه چین” اضافی برای رفع ابهام ترسیم می کنند. دیگران تکنیک “پیکان پرنده” را توسعه داده اند.
7. نتیجه گیری: فلش های منحنی سیستم حسابداری شیمی آلی هستند
بنابراین به طور خلاصه، این «سیستم حسابداری» به ما امکان می دهد نه تنها پیوندهایی را که در طی واکنش شکل می گیرند و شکسته می شوند، حساب کنیم، بلکه به ما امکان می دهد هزینه ها را نیز پیگیری کنیم. این واقعا مفید است! اگر به شما یک مولکول داده شود که این “فلش های منحنی” روی آن کشیده شده است، بسیار شبیه یک برنامه کامپیوتری است. فلش‌ها به شما دستورالعمل‌های دقیقی را در مورد اینکه برای به دست آوردن محصول چه کاری باید انجام دهید، می‌دهد.
یادداشت
یادداشت 1. من می گویم تا حدودی مصنوعی است زیرا در واقعیت، هر یک از اینها با یک “یون ضد” بار مخالف همراه خواهد بود).