تسمية الألدهيدات

كيف تتم تسمية الألدهيدات؟

تحتوي الألدهيدات على مجموعة الكاربونيل وتعتبر الألدهيدات أهم مجموعة وظيفية وغالبًا ما يطلق عليها مجموعة الفورميل أو الميثانويل. تشتق الألدهيدات اسمها من جفاف الكحول وتحتوي الألدهيدات على مجموعة الكربونيل المرتبطة بذرةهيدروجين واحدة على الأقل وتتأثر كيمياء الألدهيدات بوجود مجموعة كاربونيل فيها.

الألدهيدات: هي عبارة عن مركبات عضوية تضم مجموعة وظيفية من الكربونيل (C = O) وتحتوي ذرة الكربون في هذه المجموعة على رابطتين متبقيتين يمكن أن تشغلهما بدائل الهيدروجين أو الألكيل أو الأريل، إذا كان أحد هذه البدائل على الأقل هو الهيدروجين يكون المركب ألدهيد إذا لم يكن أي من الهيدروجين فإنّ المركب عبارة عن كيتون.

الألدهيدات التي تنشأ من أسباب طبيعية وبشرية المنشأ على حد سواء هي مركبات الكربونيل التي توجد في كل مكان في البيئة. لذلك نظرًا لأنّ الألدهيدات هي أنواع تفاعلية فهي عادةً ما تكون سامة للجسم.

خصائص الألدهيدات

الاختلاف الهيكلي الوحيد بين الهيدروكربونات والألدهيدات هو الوجود في المجموعة الأخيرة من مجموعة كاربونيل وهذه المجموعة هي المسؤولة عن الاختلافات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية. تنشأ الاختلافات لأنّ مجموعة الكربونيل قطبية بطبيعتها أي أنّ الإلكترونات التي تشكل الرابطة (C = O) تنجذب إلى الأكسجين أكثر من الكربون وهذا يعطي الأكسجين شحنة سالبة جزئية والكربون شحنة موجبة جزئية وغالبًا ما يتم تمثيل قطبية مجموعة الكربونيل باستخدام الحرف اليوناني دلتا (δ) للإشارة إلى شحنة جزئية (أي شحنة أقل من واحد).

الخصائص الفيزيائية للألدهيدات

تؤثر قطبية مجموعة الكاربونيل بشكل ملحوظ على الخصائص الفيزيائية لنقطة الانصهار ونقطة الغليان والقابلية للذوبان وعزم ثنائي القطب. الهيدروكربونات المركبات التي تتكون من عنصري الهيدروجين والكربون فقط هي في الأساس غير قطبية وبالتالي لها نقاط انصهار وغليان منخفضة. نقاط الانصهار والغليان للمركبات المحتوية على الكربونيل أعلى بكثير.

على سبيل المثال، البوتان والبروبانال والأسيتون جميعها لها نفس الوزن الجزيئي (58) لكن نقطة غليان الهيدروكربون البيوتان هي 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) بينما تلك الخاصة بالبروبانال والأسيتون 49 درجة مئوية (120 درجة فهرنهايت) و56 درجة مئوية (133 درجة فهرنهايت) على التوالي. سبب الاختلاف الكبير هو أنّ الجزيئات القطبية لها جاذبية أكبر لبعضها البعض مقارنة بالجزيئات غير القطبية وتتطلب طاقة أكبر وبالتالي درجة حرارة أعلى لفصلها وهو ما يجب أن يحدث إذا كانت المركبات ستذوب أو تغلي.

الفورمالديهايد (HCHO) هو غاز في الظروف القياسية ويغلي الأسيتالديهيد (C₂H₄O) عند درجة حرارة الغرفة تقريبًا والألدهيدات الأخرى باستثناء تلك ذات الوزن الجزيئي العالي هي سوائل في ظل الظروف العادية.

لا تختلط الجزيئات القطبية بسهولة مع الجزيئات غير القطبية لأنّ الجزيئات القطبية تجتذب بعضها البعض ولا تستطيع الجزيئات غير القطبية أن تنضغط فيما بينها وبالتالي فإنّ الهيدروكربونات غير قابلة للذوبان في الماء لأنّ جزيئات الماء قطبية. والألدهيدات التي تحتوي على أقل من خمس ذرات كربون قابلة للذوبان في الماء ومع ذلك فوق هذا العدد فإنّ الجزء الهيدروكربوني من جزيئاتها يجعلها غير قابلة للذوبان. إنّ قابلية ذوبان مركبات الكربونيل منخفضة الوزن الجزيئي في الماء ناتجة عن الروابط الهيدروجينية التي تتشكل بين ذرة الأكسجين لمجموعة الكربونيل وذرات الهيدروجين في جزيئات الماء.

يمكن قياس قطبية الجزيئات برقم يسمى العزم ثنائي القطب. يتم الحصول على هذه القيمة عن طريق وضع المركب في مجال كهربائي وقياس المنشأة التي تصطف بها جزيئاته مع المجال والنهايات السالبة تشير إلى الجانب الإيجابي للحقل والنهايات الموجبة تشير إلى الجانب السلبي. معظم الهيدروكربونات ليس لديها أو لديها فقط لحظات ثنائية القطب صغيرة للغاية ولكن تلك الموجودة في الألدهيدات أعلى من ذلك بكثير.

الألدهيدات هي مواد أولية مهمة ووسيطة في التصنيع العضوي لأنّها تخضع لمجموعة متنوعة من التفاعلات ومتاحة بسهولة عن طريق العديد من الطرق الاصطناعية وتنشأ تفاعلات هذه المركبات إلى حد كبير من خلال سمتين لهيكلها: قطبية مجموعة الكربونيل وحموضة هيدروجين ألفا.

الألدهيدات: هي جزيئات قطبية والكثير من الكواشف تبحث عن ذرات بها نقص في الإلكترونات. تسمى هذه الكواشف (nucleophiles) أي محبة النواة وتمتلك النواة النووية إلكترونات يمكنها مشاركتها مع مركز موجب الشحنة لتكوين رابطة تساهمية جديدة. تبدأ العديد من تفاعلات مركبات الكربونيل بهجوم من محب للنيوكليوفيل (يختصر بـ Nu−) في ذرة الكربون لمجموعة كربونيل متبوعًا بمزيج من الأكسجين سالب الشحنة مع أيون هيدروجين موجب.

تسمية الألدهيدات

هناك طريقتان عامتان لتسمية الألدهيدات. تعتمد الطريقة الأولى على النظام المستخدم من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) وغالبًا ما يشار إليها باسم التسميات المنهجية وتفترض هذه الطريقة أطول سلسلة من ذرات الكربون التي تحتوي على مجموعة الكربونيل باعتبارها الألكان الأصلي ويظهر الألدهيد بتغيير اللاحقة (-e) إلى (-al). ونظرًا لأنّ مجموعة الكربونيل للألدهيد يمكن أن تكون فقط في نهاية السلسلة الأصلية وبالتالي، يجب أن تكون الكربون 1 فلا داعي لاستخدام رقم لتحديد موقعه.

في المركب المسمى (4-methylpentanal) تحتوي أطول سلسلة كربون على خمس ذرات كربون وبالتالي فإنّ الاسم الأصلي هو البنتان وتتم إضافة اللاحقة (-al) للإشارة إلى وجود مجموعة الألدهيد ويتم ترقيم السلسلة بدءًا من مجموعة الكاربونيل. أعطيت مجموعة الميثيل الرقم 4 لأنّها مرتبطة بالكربون الرابع من السلسلة.

الطريقة الأخرى لتسمية الألدهيدات والتي يشار إليها بالتسميات الشائعة هي تسميتها بعد الاسم الشائع لحمض الكربوكسيل المقابل، على سبيل المثال: حمض الكربوكسيل له نفس بنية الألدهيد باستثناء أنّ (―COOH) يظهر بدلاً من (―CHO) وعادةً ما يتم إعطاء الأحماض اسمًا ينتهي بـ (-ic acid)، يتم إعطاء الألدهيدات نفس الاسم ولكن مع استبدال اللاحقة (-ic acid) بـ (-aldehyde) على سبيل المثال: الفورمالديهايد والبنزالديهايد. كمثال آخر الاسم الشائع لـ (CH = CHCHO) والذي يكون اسم (IUPAC) هو (2-propenal) وهو اسم مشتق من حمض الأكريليك حمض الكربوكسيل الأصل.

قواعد التسمية حسب نظام – IUPAC

يخصص نظام (IUPAC) للتسمية لاحقة مميزة (-al) للألدهيدات. على سبيل المثال (H₂CO) هو الميثان ويسمى بشكل أكثر شيوعًا الفورمالديهايد. نظرًا لأنّ مجموعة ألدهيد كربونيل يجب أن تقع دائمًا في نهاية سلسلة كربون يتم إعطاؤها دائمًا موضع الموقع رقم 1 في الترقيم وليس من الضروري تضمينها في الاسم وهناك العديد من المركبات البسيطة المحتوية على الكربونيل والتي لها أسماء شائعة يتم الاحتفاظ بها بواسطة (IUPAC).

وفقًا لنظام IUPAC للتسمية (-al) يتم إرفاقه كلاحقة للألكان الأصلي لتسمية الألدهيدات. يتم إرفاق مجموعة الألدهيد دائمًا في نهاية سلسلة الكربون الرئيسية وبالتالي يتم دائمًا تخصيص الموضع الأول في الترقيم لها وليس من الضروري دائمًا تضمين الترقيم في التسمية. بدلاً من (IUPAC) يتم استدعاء الألدهيدات والكيتونات أيضًا بأسمائها الشائعة.

بالنسبة للألدهيدات والكيتونات تنعكس الأسماء باليونانية واللاتينية وتُستخدم الأحرف اليونانية مثل ألفا (α) وبيتا (β) وما إلى ذلك لتحديد موقع البدائل في سلسلة الكربون ويتم توصيل (α-carbon) مباشرة بمجموعة الألدهيد والكربون بيتا (β) متصل بالكربون المجاور لمجموعة الألدهيد وما إلى ذلك.

أيضًا، هناك طريقة شائعة لتسمية الألدهيدات فبالنسبة للألدهيدات يتم استخدام أسماء السلاسل الأصلية الشائعة المشابهة لتلك المستخدمة في الأحماض الكربوكسيلية وتضاف اللاحقة – الألدهيد إلى النهاية. في الأسماء الشائعة للألدهيدات غالبًا ما يتم تحديد ذرات الكربون بالقرب من مجموعة الكربونيل بأحرف يونانية والذرة المجاورة لوظيفة الكاربونيل هي ألفا والذرة التالية التي تمت إزالتها هي بيتا وهكذا.

أمثلة على أسماء الألدهيدات

إذا كان الألدهيد يمتلك ذرة هيدروجين واحدة على الأقل على ذرة الكربون المجاورة لمجموعة كاربونيل تسمى كربون ألفا (α) يمكن لهذا الهيدروجين أن ينتقل إلى ذرة الأكسجين في مجموعة كاربونيل ثمّ تهاجر الرابطة المزدوجة إلى (α-carbon) ونتيجةً لذلك يمكن أن يوجد مركب كربونيل بهيدروجين ألفا في شكلين متشابهين يُطلق عليهما توتومرات. في شكل الكيتو يرتبط الهيدروجين بكربون ألفا بينما في شكل إنول يرتبط بأكسجين الكربونيل مع هجرة الرابطة المزدوجة.

يشتق الاسم (enol) من تسمية (IUPAC) لها على أنّها ألكين (-ene) وكحول (-ol). توجد أيزومرات كيتو وإينول في حالة توازن حيث يوجد كل من توتومرات التوتومرات ولكن في حالات بسيطة يكون شكل الكيتو أكثر ثباتًا من شكل إينول. في الأسيتالديهيد على سبيل المثال يوجد حوالي 6 جزيئات فقط من كل 10 ملايين جزيء في شكل (enol) في أي وقت.

ومع ذلك فإنّ التوازن موجود دائمًا ويتم تحويل كل جزيء من الأسيتالديهيد (بالإضافة إلى أي ألدهيد أو كيتون آخر به هيدروجين ألفا) إلى شكل إينول (والعودة مرة أخرى) عدة مرات في الثانية وهذه خاصية مهمة لأنّ عددًا من تفاعلات مركبات الكربونيل تحدث فقط من خلال أشكال (enol) ومع ذلك تحتوي بعض مركبات الكربونيل على نسبة أعلى بكثير من جزيئاتها في شكل (enol).