المتصاوغات في الكيمياء

بالنسبة لأحد الجوانب المثيرة للاهتمام في مركبات الكيمياء وخاصة في مركبات الكيمياء العضوية هو أنها تكون ثلاثية الأبعاد، حيث أنه يمكن أن يكون للجزيئات أو للجزيء الواحد شكل معين في الفضاء أو الفراغ قد يساهم في خصائص هذا المركب، حيث أنه يمكن أن تختلف الجزيئات في طريقة ترتيب الذرات فيها، يعني أنه من الممكن تركيب نفس المجموعة من الذرات بأكثر من طريقة واحدة بالفعل، تعرف هذه المركبات باسم الأيزومرات أو المتصاوغات (Isomers).

مقدمة في الإيزومرات (Isomers)

الإيزومرات أو ما يعرف بالمتصاوغات هي عبارة عن جزيئات كيميائية تمتلك نفس الصيغ الجزيئية، لكنها تختلف في ترتيب الذرات، حيث أنه هناك عدة أنواع مختلفة من الإيزومرات التي سنقوم بوصفها، وهناك بعض المخططات التي تساعدك في تحديد نوع الإيزومرات الموجودة.

الإيزومرات التوافقية (Conformational Isomers)

الإيزومرات التوافقية، والتي تعرف أيضًا باسم المطابقات (conformers)، تعرف أنه تختلف عن بعضها البعض من خلال الدوران حول رابطة واحدة، حيث يحدث الدوران بحرية حول روابط كربون-كربون مفردة، وذلك على عكس الروابط الكيميائية التي تكون ثنائية أو روابط ثلاثية، حيث تكون “مغلقة” في اتجاهها، حيث أن الروابط الثنائية أو الثلاثية لا تستطيع الحركة بحرية، لذا فإن الروابط المفردة لا تمتلك مثل هذه القيود في حرية الحركة.

الإيزومرات الهيكلية (Structural Isomers)

الإيزومرات الهيكلية، والتي تعرف أيضًا باسم الأيزومر الدستوري (constitutional isomer)، حيث أنه عبارة عن  مركب أو مركبين عضويين أو أكثر من ذلك لهما نفس الصيغ الجزيئية ولكن يمتلكان تراكيب بنائية مختلفة، حيث أنه يمكن للألكينات أيضًا إظهار التماثل البنيوي في الألكينات، حيث توجد أيزومرات هيكلية متعددة بناء على مكان وجود الرابطة الثنائية في السلسلة، مثلا 1-بيوتين و 2-بيوتين يمتلكان نفس الصيغة الجزيئية ولكن يختلفان بالصيغة البنائية، حيث أنه في الحالة الأولى توجد الرابطة الثنائية على الكربونة الأولى، بينما في الحالة الثانية توجد الرابطة الثنائية على الكربونة الثانية، وهكذا، من المهم الإشارة إلى أن الرقم الموجود في اسم الألكين يشير إلى أقل عدد من الكربون في السلسلة والذي يعد جزءًا من الرابطة الثنائية.

الإيزومرات المجسمة (Stereoisomers)

الإيزومرات المجسمة هي عبارة عن مركبات تمتلك نفس الاتصال في ذراتها، ولكن يكون ترتيب الذرات مختلف في الفضاء ثلاثي الأبعاد، حيث أنه هناك تصنيفات مختلفة من الإيزومرات الفراغية اعتمادًا على كيفية اختلاف الترتيبات عن بعضها البعض، كما يمكننا أن نلاحظ أنه في الإيزومرات الهيكلية كان هناك بعض الاختلاف في اتصال الذرات على عكس الإيزومرات المجسمة.

على سبيل المثال، يحتوي مركب 1 – بيوتين على رابطة ثنائية متبوعة برابطة واحدة بينما يحتوي مركب 2 – بيوتين على رابطة واحدة، ثم رابطة مزدوجة، ثم رابطة واحدة، لذا فإنه سيكون لدى الأيزومر الفراغي نفس الاتصال بين جميع الذرات في الجزيء.

النظائر الهندسية (Geometric Isomers)

باستخدام جزيء مثل جزيء 2-بيوتين، فإنه يمكن ملاحظة نوع مختلف من أنواع التصاوغات يسمى بالتماثل أو التناظر الهندسي، حيث أن الإيزومرات الهندسية هي عبارة عن أيزومرات يكون فيها ترتيب الرابطة الذرية هو نفسه ولكن الاختلاف يكون في ترتيب الذرات في الفضاء.

الرابطة المزدوجة  في مركب من نوع ألكين يكون ليس حرا في الدوران، وذلك بسبب طبيعة الرابطة الموجودة، لذلك، فإن هناك طريقتان مختلفتان لنقوم ببناء جزيء 2-بيوتين، فيكون إما على شكل  (cis-2-butene) أو على شكل (trans-2-butene).

يحتوي الأيزومر من نوع (cis -isomer) على ذرتي هيدروجين منفردتين على نفس الجانب من الجزيء، بينما يحتوي الأيزومر من نوع (trans -isomer) على ذرتين متقابلتين من الجزيء، حيث أنه في كلا الجزيئين، يكون ترتيب الترابط للذرات هو نفسه.

ومن أجل وجود أيزومرات هندسية، يجب أن يكون هناك بنية صلبة في الجزيء؛ وذلك لمنع الدوران الحر حول الرابطة، وهذا يظهر مع رابطة مزدوجة أو حلقة، بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون لكل ذرتين من الكربون مجموعتان مختلفتان متصلتان حتى يكون هناك أيزومرات هندسية.

تختلف الخصائص الفيزيائية والخصائص الكيميائية للأيزومرات الهندسية بشكل عام، كما هو الحال مع الألكينات، تعرض الألكينات تماثل بنيوي يبدأ بـ 1-بوتين و 2-بوتين، ومع ذلك، فإنه لا توجد أيزومرات هندسية تحتوي على ألكينات لأن هناك مجموعة واحدة أخرى مرتبطة بذرات الكربون التي تشارك في الرابطة الثلاثية.

الإيزومرات البصرية (Optical Isomers)

تعرف الإيزومرات المجسمة والتي تكون ليست من الأيزومرات الهندسية بالأيزومرات الضوئية، حيث تختلف الأيزومرات الضوئية في وضع المجموعات المستبدلة حول ذرة واحدة أو أكثر من الجزيء، وقد تم إعطاؤهم اسمهم بسبب تفاعلهم مع الضوء المستقطب، كما ويشار إلى الأيزومرات الضوئية المتشابهة أو متماثلة (enantiomers) أو المتباينات (diastereomers).

(Enantiomers) هي عبارة عن صورة مرآة غير قابلة للتركيب، ومن الأمثلة الشائعة على ذلك هو يديك، حيث أن يديك عبارة عن صور معكوسة لبعضها البعض ولكن بغض النظر عن كيفية تدوير يديك أو لفها أو تدويرها، فهي ليست قابلة للتركيب.