A szerves molekulák szerkezetének ábrázolása

Az egyik legnehezebb rész a kémia, kiváltképpen a szerves kémia területén a jelölések és a nevezéktan elsajátítása. Ebben és a következő videókban szeretném szilárdan megalapozni a jelöléseket és a nevezéktant, és akkor a többi rész remélhetőleg nem lesz túl nehéz. Kezdjük egy kis általános kémiai ismétléssel. Vegyünk egy szénláncot, mivel a szerves kémia szénláncokkal foglalkozik. Rajzolok egy egytagú szénláncot. Ezt elég vicces láncnak nevezni, szóval itt egy szénatom a 4 vegyértékelektronjával, és nyolcat szeretne. Ezt a bűvös számot az általános kémiában tanultuk. Minden molekula számára ez jelenti a stabil vegyértékszerkezetet, úgy hiszem, ezt a jó kifejezés. Ehhez a hidrogén jó kötőpartner. A szénnek van 4 vegyértékelektronja, minden hidrogének 1-1, így mind megoszthatnak egymással 1-1 elektront, és így mindegyik elégedett. Mint mondtam, mindenkinek a 8 jelenti a bűvös számot, kivéve a hidrogént és a héliumot. Ők így is elégedettek, hiszen csak az 1s pályájukat szeretnék betölteni. így nekik a 2 a bűvös szám. Most tehát az összes hidrogén úgy érezheti, hogy 2 elektronja van. A szén pedig úgy, hogy 8. Ezt sokféleképpen ábrázolhatjuk. Lehet úgy is, ahogyan most tettük, külön-külön jelölve minden elektront, vagy pedig kis vonalakkal. Ugyanezt a molekulát, a metánt... (A metán elnevezéséről később még lesz szó ebben a videóban.) Ugyanezt a szerkezetet így is felírhatjuk: itt a szén, 4 hidrogénhez kötődik. Ilyen formában felírva, ezeket a kötéseket 2-2 elektron alkotja, amelyek közül egyik a széntől, a másik a hidrogéntől származik. Lássunk most valamivel hosszabb láncokat. Mondjuk, egy két szénatomos láncot. Vagy inkább három szénatomosat, hogy tényleg láncnak látsszon. Ha minden részletet feltüntetek, akkor így néz ki. Itt egy szénatom, van 1, 2, 3, 4 elektronja. Itt egy másik szénatom, aminek... ezt a sárga egy másik árnyalatával jelölöm. Itt egy másik szén, aminek van 1, 2, 3, 4 elektronja. A következő szenet újra az első sárgával jelölöm. Szóval itt van még egy szén, ezzel 3 szénatomos lesz a lánc. Ennek is van 1, 2, 3, 4 vegyértékelektronja. Ezek itt párosítatlanok. A legegyszerűbb esetben ide hidrogének kerülnek, tehát ide hidrogéneket rajzolok. Egy hidrogént ide, egyet ide, egyet ide, egyet ide, egyet ide, egyet ide, mindjárt kész van, egyet ide, egyet pedig ide. Vizsgáljuk meg a felrajzolt szerkezetben a három szénatomot! Mindegyikük 4 kötést tud kialakítani. Ez 3 hidrogénnel és egy másik szénnel, ez 2 hidrogénnel és 2 szénnel, ez 3 hidrogénnel és ezzel a szénnel. Ez a molekulaszerkezet teljesen helytálló, de elég macerás dolog az összes vegyértékelektront lerajzolni. Ehelyett általában úgy csináljuk, hogy legalább... (később a videóban még ennél egyszerűbb módszereket is bemutatunk) ...legalább vonalas ábrává átalakítva így is lerajzolhatjuk. Itt van a 3 szén, amelyek a hidrogénekhez kötődnek. Szinte sohasem fogjuk látni így felírva, mert ez is rettentő hosszadalmas. Hidrogén, hidrogén – – legalábbis őrültség felírni, a végtelenségig tart. Ebben a kuszaságban nem is látni, hogy melyik elektron hová tartozik. Nem sikerült olyan szépen, mint szerettem volna. Ezeknek itt 2 elektronja van, amiket ezzel a 2 atommal osztanak meg. Remélem, elég érthető volt. Tehát ilyen a vonalas szerkezeti képlet. Egy kicsit tisztább, gyorsabban kész, és ugyanazt jelenti, mint az előbbi. Erről részletesebben is lesz szó, ez a háromszénatomos lánc, amelyben csupa egyszeres kötés van, ez a propán. Segítségképpen ideírom ezeket a neveket. Ez a metán. Nemsokára látni fogjuk, miért éppen ez a neve. Ez a metán, ez pedig a propán. A propán ennél egyszerűbb módon is felírható. Így is felírhatjuk: Ahelyett, hogy az összes kötést lerajzolnánk, ez a rész felírható CH₃ alakban, tehát ez a CH₃, amely egy CH₂-részhez kötődik, amely aztán egy újabb CH₃-részhez kötődik. A lényeg, hogy mindegy, melyik módon jelöljük, ha a pontos szerkezet megállapítható belőle. Itt az utolsó CH₃-rész. Akár ezt, akár azt vagy amazt a jelölést használjuk, megállapítható a molekula szerkezete. Bármelyik felírható bármely másik alapján. Van azonban egy még egyszerűbb módszer is. Így is felírható, ehhez egy másik színt használok. Szó szerint felírjuk a három szénatomot, így: 1, 2, 3. Ez nevetségesen egyszerűnek tűnik, de hogyan jelentheti ez az irkafirka ugyanazt, mint a bonyolultabb ábrák? A kémiában, különösen a szerves kémiában bármelyikük... ezt vonalábrának nevezzük. Ez a legegyszerűbb és valószínűleg a leghasznosabb mód a szénláncok, a szerves vegyületek ábrázolására. Enélkül túl bonyolulttá válna, szinte lehetetlen volna felírni a sok H betűt. Ezt a jelölést használva minden szakasz minden végpontja 1-1 szénatomot jelent. Úgy vesszük, hogy ezen a végén van egy szén, ezen egy másik, azon pedig egy harmadik szén. Azt is tudjuk, hogy a szén 4 kötést alakít ki. Itt nincsenek töltések. Minden szén 4 kötést alakít ki, ennek 2 kötését már feltüntettük, a másik 2 kötést pedig úgy tekintjük, hogy hidrogénekhez kapcsolódnak. Ha nincsenek feltüntetve, akkor úgy vesszük, hogy oda hidrogének kapcsolódnak. Ennek egy kötése van, így a másik hárommal hidrogénhez kapcsolódik. Ennek is 1 kötése van feltüntetve, így a másik 3 hidrogénekhez kapcsolódik. Tehát ezzel a kicsike vonallal ugyanazt az információt fejeztem ki, mint ezzel, vagy azzal vagy amazzal az ábrával. Sokszor találkozunk majd ezzel. Lényegesen leegyszerűsíti a dolgokat. Néha köztes megoldásokkal is találkozunk. Van, aki azzal kezdi, hogy felír egy CH₃-részt, aztán így folytatja. Ez egyfajta kombinált módszer a molekula felírására, amiben felírjuk a CH₃-csoportokat a szerkezet végeire, de a lánc középső részére csak odaértjük a CH₂-csoportokat. Úgy vesszük, hogy ez a pont egy szén, és 2 hidrogén kötődik hozzá. Ezek tehát mind teljesen alkalmasak a molekulaszerkezet ábrázolására ezekben a szénláncokban, illetve szerves vegyületekben.