Aromatic

สารประกอบอะโรมาติก (Aromatic)

1.บทนำ

    

      สารประกอบอะโรมาติก เป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีลักษณะเป็นโซ่ปิด ไม่มีสูตรทั่วไป โดยในตอนแรกนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองกับเบนซีน และพบว่าเบนซีน ไม่ทำปฏิกิริยาเหมือนกันไฮโดรคาร์บอนชนิดอื่นๆ

     

       ต่อมาก็ได้ค้นพบว่า เบนซีนมีลักษณะโครงสร้างที่กลับไปกลับมาอย่างรวดเร็ว ในภายหลังจึงทราบว่า เกิดปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ขึ้นในวงของเบนซีน จนกระทั่งได้ตั้งเป็นกฎเพื่อใช้บ่งบอกสารอะโรมาติก โดยสารที่เป็นอะโรมาติกนั้น จะต้องมีจำนวนอิเล็กตรอนไพ เป็น 4n+2, n เป็นจำนวนเต็ม

2.การเรียกชื่อ

          จะนิยมใช้ชื่อสามัญในการเรียก โดยจะเรียกเป็นอนุพันธ์ของเบนซีน

               

              - สารประกอบอะโรมาติกที่มีหมู่อะตอมมาเกาะหนึ่งหมู่

                  - สารประกอบอะโรมาติกที่มีหมู่อะตอมเกาะ 2 หมู่

               หากว่าจัดแบบ 1,2 จะเรียก ortho (o-) แบบ1,3 เรียก mete (m-) แบบ 1,4 เรียก para (p-)

               - สารประกอบอะโรมาติกที่มีหมู่อะตอมมาเกาะมากกว่า 2 หมู่

2,4,6 - tribromotoluene

5-Chloro-2-Methoxy Benzoic Acid

               - สารประกอบอะโรมาติกอื่นๆ

               - ถ้าเบนซีน กลายเป็นหมู่แทนที่ ?

phenyl group

benzyl group

3.ปฏิกิริยาของสารประกอบอะโรมาติก
               

                 - ปฏิกิริยาแทนที่ด้วยอิเล็กโทรไฟล์
                    

                       แม้ว่าสารประกอบอะโรมาติกจะมีความเสถียรสูง ซึ่งเนื่องมาจากอิเล็กตรอนไพ

                       ในวงเบนซีน แต่หากนำไปทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไฟล์ โดยมีกรดเป็นตัวเร่ง 

                       ก็จะสามารถเกิดปฏิกิริยาได้
                   
                    1. Halogenation of Benzene : การแทนที่ด้วยธาตุฮาโลเจน

                    2. Nitration of Benzene : การแทนที่ด้วยหมู่ไนโตร

                    3. Sulfonation of Benzene : เป็นการแทนที่ด้วยหมู่ซัลโฟนิก

                    4. Friedel-Crafts Alkylation : การแทนที่ด้วยหมู่อัลคิล

               - ปฏิกิริยาของเบนซีนเมื่อมีหมู่อะตอมมาเกาะแล้ว 1 หมู่
                   
                   หมู่อะตอมที่มาเกาะตัวแรกจะเป็นตัวกำหนดว่า สารที่มาแทนที่สารต่อไปจะเกาะที่ตำแหน่งใด
                    

                        Ortho and Para Directing Group
                    

                     เป็นหมู่ที่สามารถเกิดเรโซแนนซ์ร่วมกับวงเบนซีนได้ และตำแหน่ง ortho และ para

                     มีความเป็นลบมากขึ้น ส่งผลให้สองตำแหน่งนี้ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยา

                        Meta Directing Group
                    

                    เป็นหมู่ที่จะดึงอิเล็กตรอนไพจากเบนซีนเพื่อเกิดเรโซแนนซ์ในหมู่ของตน ทำให้ตำแหน่ง

                    ortho และ para มีสภาพเป็นบวกมากขึ้น ส่งผลให้ตำแหน่งที่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยา

                    มากที่สุดคือ meta

Ortho&Para Directing Group and Meta Directing Group

               - ปฏิกิริยาอื่นๆ
                 

                1. ปฏิกิริยา oxidation ของอัลคิลเบนซีน 

                     

                     จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นกรดเบนโซอิก และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ โดยหมู่อัลคิล

                     จะต้องไม่ใช่คาร์บอนตติยภูมิ ไม่เช่นนั้นจะไม่เกิดปฏิกิริยาขึ้น
                 

                 2. ปฏิกิริยา oxidation ของอนุพันธ์อัลคิลเบนซีนที่มีหมู่อะตอมมาเกาะอยู่ 

                      คล้ายกับในข้อ 1 เพียงแต่ต้องใช้ตัวเร่งที่แรงกว่า

                 3. Polymerization of Styrene

                 4. ปฏิกิริยาระหว่าง toluene กับ กรดไนตริกเข้มข้น
                    

                        เมื่อทำปฏิกิริยา ไนเตรชัน กับ toluene ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็น 2,4,6-trinitrotoluene

Alkadienes

สารประกอบอัลคาไดอีน (Alkadienes)

1.บทนำ

- เป็นสารประกอบที่มีพันธะคู่ 2 ต่ำแหน่งภายในสายโมเลกุล
 - คุณสมบัติคล้ายกับอัลคีน

2.การเรียกชื่อ 

                การเรียกชื่อคล้ายกับอัลคีน แต่ลงท้ายด้วย diene แล้วใช้ตัวเลขแทนตำแหน่งของพันธะคู่ใส่หน้าชื่อด้วยเสมอ

                             

3.การเตรียมสามประกอบอัลคาไดอีน (Synthesis of alkadienes)

                3.1. Dehydration of diols

                 เตรียมโดยต้มสารประกอบที่มี OH 2 ต่ำแหน่ง กับกรดแก่ ทำให้ OH หลุดเกิดพันธะคู่

                3.2. Dehylohalogenation of isolated dihalide

                 เตรียมโดยใช้ isolated dihalide ต้มกับ alcohol กำจัด halogen เกิดเป็นพันธะคู่ทั้ง 2 ต่ำแหน่ง 

               3.3. Polymerization reaction of Alkadiene

                  เมื่อนำโมเลกุลของ alkadiene มาจะเกิดเป็น polymer ได้

Alkynes

สารประกอบอัลไคน์ (Alkynes)

1.บทนำ

- เป็นสารประกอบ”ฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะสาม 1 พันธะ
             - สารประกอบอัลไคน์ที่เล็กทุด คือ อะเซทิลีน (Acetylene) มีสูตรโครงสร้างเป็นเส้นตรง

2.การเรียกชื่อ

การเรียกชื่อเหมือนกับการเรียกของ Alkane และ Alkene โดยให้ตำแหน่งของพันธะสามอยู่ตำแหน่งที่น้อยที่สุด

3.สมบัติทางกายภาพ
 
-   มีขนาดเล็กสุดและจุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำสุด ยิ่งสารใหญ่มากขึ้น ค่าเหล่านี้ก็จะสูง  
    ตามไม่มีขั้วจึงไม่ละลายน้ำ แต่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์
-   จุดเดือกจุดหลอมเหลว ถ้าหาก C เท่ากัน    Alkyne > Alkane > Alkene

** ความหนาแน่นของ อิเล็กตรอน มีความแตกต่างกันมากระหว่างตำแหน่งพันธะสามกับตำแหน่งข้างเคียง จึงคล้ายๆว่ามีขั้ว ทำให้เกิดแรงระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงขึ้น Alkyne จึงมีจุดเดือดจุดหลอมเหลวที่มากขึ้น ส่วนAlkeneกับAlkaneนั้น เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลนั้น เป็นแรงลอนดอน จุดเดิอดจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้นตามมวล Alkaneจึงมีจุดเดอดจุดหลอมเหลวมากกว่าAlkene **

4.การเตรียมอัลไคน์ 

                                4.1. การเตรียมอะเซทิลีน

                                    เกิดจากปฎิกิริยาระหว่าง แคลเซียมคาร์ไบด์ กับ น้ำ

               

                                4.2. การเตรียมอัลไคน์ด้วยการกำจัดออก

เกิดจากปฎิกิริยาของ germinal dihalides หรือ vicinal dihalide ส่วนมากจะทำในเบสแก่

                                   4.3. การเตรียมจากปฎิกิริยาการขจัดออกของสารประกอบเตตระฮาโลเจน

ให้สารประกอบเตตระฮาโลเจนทำปฎิกิริยากับสังกะสี สังกะสีจะกำจัดฮาโลเจนออกหมด เกิดเป็นพันธะสาม

5. ปฎิกิริยาของอัลไคน์ (Reaction of alkynes)

                                5.1. Hydrogenation of alkynes

                                เป็นการเติม Hydrogen โดยมีโลหะเป็นตัวเร่งปฎิกิริยา

                               

        5.2. Synthesis of alkene

เป็นการเติม Hydrogen ลงใน alkyne โดยเหมือน Hydrogenation of alkyne เพียงทำให้ 

หยุดโดยใช้ Pd ใน BaSO₄ หรือ CaCO₃

        5.3. Halogenation of alkynes

                            เป็นการเติม Halogen ลงใน alkyne จะได้เตตระฮาโลเจนโดยไม่ต้องใช้แสงเป็นตัวเร่ง

            
                                    5.4. Oxidation reaction

                           สำหรับ alkyne จะเกิดได้ง่าย โดยใช้ สารละลายด่างทับทัมในเบสร้อยเป็นตัวออกซิไดส์                           จะได้ เกลือของกรดอินทรีย์ สามารถเปลี่ยนเป็นกรดอินทรีย์ได้เมื่อเติมกรดเจือจางลงไป
                           แต่หาก alkyne ที่เป้น terminal alkynes จะได้ carbondioxide ด้วย

 

                            5.5. Polymerization of acetylene

                         อะเซทิลีนในหลอดร้อนจะได้สารประกอบที่เป็นวง

        

Alkenes

สารประกอบอัลคีน (Alkenes)

1. บทนำ

สารประกอบอัลคีน คือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะไพอยู่ในโมเลกุล 1 เเห่ง 

สูตรอัลคีนโซ่เปิด : C_nH_2n

สูตรอัลคีนโซ่ปิด : C_nH_2n-2

2. การเรียกชื่อ

2.1 การเรียกชื่อสามัญ

ใช้เรียกสารประกอบอัลคีนตัวเล็กๆ ทำได้โดยเปลี่ยนคำลงท้าย-ane เป็น -ylene เช่น

2.2 การเรียกชื่อ IUPAC

ใช้หลักการเดียวกับการอ่านชื่อสารประกอบอัลเคน โดยเปลี่ยนคำลงท้ายเป็น-ene ให้ตำแหน่งพันธะคู่เป็นตัวเลขระบุตำแหน่งที่น้อยที่สุด แต่ถ้าเป็น cycloalkenes ตำแหน่งของพันธะคู่จะเป็นตำแหน่งที่1เสมอ

* หมู่Alkenylที่พบบ่อย เช่น 

2.2.1 การแทนที่ไฮโดรเจนด้วยหมู่ alkyl 2หมู่

การแทนที่ลักษณะนี้จะมองในรูปแบบของสารประกอบที่เป็นอนุพันธ์ของ Ethylene ซึ่งก่อให้เกิด ไอโซเมอร์เชิงเรขาคณิต (Geometrical Isomer)ซึ่งมีการเรียกชื่อในระบบ cis- และ trans-

การอ่านชื่อ

 3. สมบัติทางกายภาพ

-สารประกอบอัลคีนที่มีคาร์บอนน้อยกว่า5อะตอม จะระเหยง่ายที่อุณหภูมิห้อง

-สารประกอบอัลคีนจะละลายน้ำได้ในตัวทำละลายอินทรีย์

-จุดเดือดจุดหลอมเหลว มากกว่า สารประกอบอัลเคน

ความเสถียร

4. การเตรียมสารประกอบอัลคีน

4.1 Dehydrohalogenation of Alkylhalides by alc. KOH

4.2 Dehydration of Alcohols

4.3 Reduction of Alkynes

5. ปฏิกิริยาของสารประกอบอัลคีน

5.1 Addition Reaction of Alkenes

        5.1.1 Halogenation of Alkenes

        5.1.2 Hydrogenation of  Alkenes

         5.1.3 Hydrohalogination of Alkenes(Markovnikov's Rule)

*** ไฮโดรเจนจะเข้าที่ตำแหน่งที่มีไฮโดรเจนมากอะตอม ส่วนอะตอมของฮาโลเจนจะเข้าอีกข้างหนึ่ง ***

          5.1.4 Hydration of Alkenes

5.2 Hydroxylation of Alkenes(Oxidation reaction/Glycol formation reaction)

5.3 Ozonolysis of Alkenes

*** จะเป็นaldehyde หรือ ketone ดูที่อัลคีนมีลักษณะอย่างไร ***

5.4 Polymerization

Alkanes

สารประกอบอัลเคน (Alkanes)

1. บทนำ

อัลเคนเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีสูตรทั่วไปเป็น C_nH_2n+2สำหรับอัลเคนที่เป็นโซ่เปิด และ C_nH_2nสำหรับ

อัลเคนที่เป็นโซ่ปิด

(อัลคิล:Alkyl: R อัลเคนที่เอาHออก1อะตอม เป็นแขนว่างไว้สำหรับเชื่อมพันธะกับสารอื่นๆ)

2. การเรียกชื่อ

การเรียกชื่อสารประกอบอัลเคนนั้น จะเรียกได้2ประเภทคือ ชื่อสามัญและชื่อ IUPAC ซึ่งชื่อIUPACนั้นจะเป็นชื่อที่ยอมรับกันทั่วไป

ก่อนอื่นต้องรู้จักชื่อบ่งบอกจำนวนคาร์บอนในแต่ละโมเลกุลก่อน

C-1  =  Meth-

C-2  =  Eth-

C-3  =  Prop-

C-4  =  But-

C-5  =  Pent-

C-6  =  Hex-

C-7  =  Hept-

C-8  =  Oct-

C-9  =  Non-

C-10=  Dec- 

2.1 ชื่อสามัญ

นักเคมีนิยมตั้งขึ้นเพื่อใช้เรียกสารที่มีสูตรโครงสร้างไม่ซับซ้อน และเป็นโครงสร้างเล็กๆ โดยบ่งบอกถึงลักษณะการจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนในลักษณะที่เป็น Structural isomers

normal pentane

isopentane

neopentane

2.2 การเรียกชื่อหมู่อัลคิล

หมู่อัลคิลคือหมู่ที่เกาะกับโซ่หลักทำใ้ห้เกิดเป็นแขนงขึ้น

ข้อตกลง : 1. คำนำหน้า n- ย่อมาจาก normal คือหมู่อัลคิลที่เป็นโซ่ตรง

                 2. คำนำหน้า iso- ใช้กับหมู่อัลคิลที่มีmethylเกาะอยู่ที่คาร์บอนตัวรองสุดท้าย นับจากปลายที่ห่าง                    

                      จากปลายที่จะไปเชื่อมกับโซ่หลัก 

               3. คำนำหน้า sec- ย่อมาจาก secondary ใช้กับหมู่อัลคิลที่มีจุดต่อ ณ ตำแหน่งที่เป็นคาร์บอนทุติยภูมิ

               4. คำนำหน้า tert- ย่อมาจาก tertiary ใช้กับหมู่อัลคิลที่มีจุดต่อ ณ ตำแหน่งที่เป็นคาร์บอนตติยภูมิ

2.3 การเรียกชื่อ IUPAC

1. นับจำนวนคาร์บอนที่ติดต่อกันยาวที่สุดเป็นโซ่หลัก ที่เหลือเป็นหมู่อัลคิล

2. ตำแหน่งโซ่หลักเริ่มต้นจากด้านที่หมู่อัลคิลมาเกาะก่อน

3. บอกตำแหน่งพร้อมชื่อหมู่อัลคิลที่มาเกาะหน้าชื่อโซ่หลัก โดยระหว่างเลขกับเลขใช้เครื่องหมาย , ส่วนเลขกับอักษรใช้เครื่องหมาย -

4. เมื่อมีหมู่อัลคิลมาเกาะที่โซ่หลักมากกว่า1หมู่ ให้เรียกชื่อโดยเรียงลำดับอักษรภาษาอังกฤษ

    เพิ่มเติม : mono , di , tri , ... ไม่นับเรียงอักษร

                  sec-,tret-,n-,... ไม่นับเรียงอักษร

                  iso-,neo-,cyclo- นับเรียงอักษร

5. ถ้ามีหมู่อัลคิลมาเกาะมากกว่า1หมู่ ที่คาร์บอนอะตอมเดียวกัน ให้บอกลำดับเลขนั้นซ้ำ

6. เมื่อมีอัลคิลชนิดเดียวกันมาเกาะที่โซ่หลักเดียกันให้ใช้คำนำหน้าว่า di.tri.tetra บอกจำนวนที่หมู่อัลคิลเหมือนกัน 

7. ในกรณีที่โซ่หลักเลือกได้มากกว่า1ทาง ซึ่งมีจำนวนคาร์บอนเท่ากัน ให้เลือกโซ่หลักที่มีหมู่อัลคิลมาเกาะมากที่สุด

8. ในกรณีที่หมู่อัลคิลห่างจากปลายโซ่เท่าๆกัน ให้เลือกตำแหน่งที่มีผลรวมของเลขทั้งหมดน้อยที่สุึด

9. ถ้าหากมีหมู่ฮาโลเจนมาเกาะ ให้เรียกหมู่ฮาโลเจนนั้นก่อน  

ตัวอย่าง

อ่านชื่อว่า 2,2,4 - trimethypentane

3. สมบัติทางกายภาพ

อัลเคนเป็นสารประกอบที่ไม่มีขั้ว ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงลอนดอน 

ที่อุญหภูมิห้อง และ ความดัน1บรรยากาศ

C₁-C₄เป็นก๊าซ

C₅-C₁₇เป็นของเหลว

C₁₈-ขึ้นไปเป็นของแข็ง

3.1 จุดเดือดและจุดหลอมเหลว  : 1. จุดเดือดและจุดหลอมเหลวขึ้นตามมวลโมเลกุล

                                            2. ถ้ามีมวลโมเลกุลเท่ากัน จะดูที่โครงสร้างโดยที่จุดเดือดจุดหลอมเหลว                                                        

                                            ของอัลเคนโซ่ตรงจะมากกว่าจุดเดือดจุดหลอมเหลวของอัลเคนโซ่กิ่ง

3.2 ความหนาแน่น : อัลเคนทุกตัวมีความหนานแน่นน้อยที่สุดในจำพวกโมเลกุลสารอินทรีย์ ทำให้ลอยน้ำได้

3.3 การละลาย : อัลเคนไม่ละลายน้ำ เพราะเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว อัลเคนที่เป็นของเหลวจะละลายด้วยกันเอง                          

                           ตัวทำละลายส่วนใหญ่คือ Benzene , CCl₄เป็นต้น

4. การเตรียมสารประกอบอัลเคน

4.1 Hydrogenation of Alkenes or Alkynes

4.2 Hydrogenation of Alkylhalides

5. ปฏิกิริยาของสารประกอบอัลเคน

5.1 Halogenation of Alkanes(ปฏิกิริยาฟอกจางสี) : แทนที่Hด้วยหมู่7

5.2 Combustion reaction : การสันดาป(ระเบิดด้วยออกซิเจน)

R-H  +  O₂มากเกินพอ  -----> CO₂  +  H₂O

R-H  +  O₂ ไม่พอ        -----> CO + H₂O + CO₂ + C

6.สารประกอบไซโคลอัลเคน

6.1 การเรียกชื่อ

ใช้หลักเกณฑ์เดียวกับโซ่ตรงแต่ต้องมีคำว่า Cyclo นำหน้าโซ่หลัก (หากมีโซ่ตรงยาวกว่าโซ่ปิด โซ่ปิดจะกลายเป็นกิ่ง) ส่วนการนับกิ่งถ้ามีเพียงกิ่งเดียว ไม่ต้องมีเลข 1 หน้าหมู่อัลคิลเพราะจะเป็นที่รู้ว่ากันว่าเป็นตำแหน่งที่ 1 การให้ตำแหน่งหมู่อัลคิลนั้น จะให้ตำแหน่งโดยผลรวมของตำแหน่งต้องน้อยที่สุด

ตัวอย่าง

6.2 ปฎิกิริยาของสารประกอบไซโคลอัลเคน

ในวงขนาดเล็ก เช่น cyclopropane จะมีความเครียดภายในสูง สามารถเกิดปฎิกิริยาได้โดยการแตกวง แต่หากวงใหญ่ขึ้น ความเครียดภายในลดลง การเกิดปฎิกิริยาจึงเป็นไปได้ยากกว่า การเกิดปฎิกิริยาแบบแทนที่ โดยใช้พลังงานความร้อนหรือแสงเป็นตัวเร่ง