7 عوامل تزيد من ثبات الشحنة السالبة - الكيمياء العضوية

التفاعلات العضوية

اكمالاً لسلسلة الكيمياء العضوية سأتطرق اليوم عن الشحنة السالبة في العضوية وماهي العوامل التي تزيد او تثبت هذه الشحنة أثناء التفاعل الكيميائي وأيضاً يمكنك عزيزي القارئ ان تطلع على المقال التالي الذي تطرقت فيه إلى العوامل التي تزيد من ثبات الشحنة الموجبة سواء بعد اكمال الشحنة السالبة ام قبلها، لكن يجب عليك فهم هذه العوامل المؤثرة على الشحنتين السالبة والموجبة، ومن الجيد - ولكن ليس كافيًا - التعرف على الشحنات الجزئية ومعرفة مكان تفاعلها.

ويمكنك الأطلاع ايضا

 عوامل 7 تزيد من ثبات الشحنة الموجبة - الكيمياء العضوية 

نظرًا لأن التفاعلات تتضمن عمليات تؤدي إلى اكتساب الشحنات أو فقدانها ، فإن فهم العوامل التي تعمل على زيادة استقرار (أو عدم استقرار) الشحنة يكون لها تأثير كبير على مدى احتمالية حدوث التفاعل! واليوم سنتحدث عن الشحنة السالبة، والتي تسمى في اغلب الاحيان بـ "الأنيونات"  ومن الممكن أن تدل أيضاً وفي كثير من الأحيان على أي زوج وحيد من الإلكترونات.

الشحنة السالبة

يساعدنا فهم استقرار الشحنات السالبة على فهم التفاعلات التي من المحتمل حدوثها.

ولنأخذ عنها مثال ملموس. على سبيل المثال ، إذا أدى أي تفاعل إلى تكوين شحنة سالبة غير مستقرة للغاية ، فمن غير المرجح أن يحدث هذا التفاعل أساساً. ولكن إذا أدى التفاعل إلى فقدان هذه الشحنة السالبة غير مستقرة ، فمن المرجح بشكل كبير ان يحدث هذا التفاعل.

إذن ما هي العوامل التي تؤدي إلى زيادة استقرار الشحنة السالبة؟

وللأجابة المختصرة هناك نقطتان رئيسيتان يجب ان تعرفهما في الأول:

1. يتم تثبيت الشحنة السالبة من خلال الشحنة الموجبة المجاورة لها (الشحنات المعاكسة تنجذب إلى بعضها البعض(
2. تميل الشحنة السالبة إلى أن تكون أقل استقرارًا عندما تكون متمركزة وأكثر استقرارًا عندما تكون مشتتة.

فكر في هذه النقاط وأنت تنظر إلى هذه التدوينة التي تحتوي على قائمة مكونة من سبعة عوامل تعمل على تثبيت الشحنة السالبة.

1- نقصان كثافة الشحنات

هذا واضح إلى حد ما لفهمه. كثافة الشحنة العالية غير مستقرة. لذلك عندما يتفكك الماء إلى أيون HO(-)  الذي يحتوي على شحنة سالبة واحدة ومن ثم إلى أيون O(2-) الذي يحتوي على شحنتان سالبتان، فإن الشحنة السالبة على الأوكسجين تصبح أقل استقرارًا بشكل تدريجي. على سبيل المثال ، الأكسيد الفائق مقابل الهيدروكسيد مقابل الماء

وكما موضح من خلال المثال التالي حيث الشحنة السالبة تستقر بنقصان كثافة او عدد الشحنات.

2- السالبية الكهربائية

السالبية الكهربائية هي مقياس يوضح مدى فعالية نواة الذرة موجبة الشحنة في "سحب" الإلكترونات سالبة الشحنة نحوها. (تجذب الشحنات المعاكسة.) تزداد السالبية الكهربائية في الجدول الدوري عند الاتجاه من اليسار إلى اليمين. لذلك إذا قمت بمقارنة الأنيونات التي تتدرج من C وإلى N و O وإلى F عبر الجدول الدوري ، فسوف يزداد استقرار الشحنة السالبة. ينعكس هذا أيضًا في قيم الحموضة.

بشكل عام ، فإن زيادة السالبية الكهربائية للذرة تزيد من استقرار الشحنة السالبة، مثلاً أيون الفلوريد يكون أكثر استقرارًا من ايونات  الأكسجين والنيتروجين والكربونيوم (الكاربو أنيون(

3- زيادة الاستقطاب

عند النزول إلى أسفل الجدول الدوري ، سيزداد معدل الأستقطاب، وإذا كنت تتصور في أن الشحنة ستتشتت بدلاً من جذبها فهذا أمر جيد.

لفهم هذا العامل جيداً قارن بين الفلور واليود. حجم أيون الفلور (نصف القطر: 119) أصغر بكثير من اليود (نصف القطر: 206). ومع ذلك ، فإن شحنة كلاهما تساوي سالب 1.

تخيل كرتين تزن كل منهما رطلًا واحدًا. لكن أحدهما مصنوعة من الحديد والأخرى مصنوعة من المطاط. أي كرة ستكون أصغر؟ الكرة الحديدية (الأصغر والأكثر صلابة - الأكثر كثافة) تشبه الفلور ، والكرة المطاطية (أكبر وأكثر إسفنجية) مثل اليود. وتساعد "الطبيعة الاسفنجة" المعينة على استقرار الشحنة السالبة ، لأن هذه الشحنة لا تتركز على حجم صغير. هذه طريقة للتعبير عن الاستقطاب الأكبر لليود.

يتم تثبيت الشحنة السالبة في الجدول الدوري بواسطة الاستقطاب الكبير لليوديد الذي يكون أكثر استقطاباً وبالتالي اكثر استقرارًا من الفلورايد.

4- الرنين

على نفس المنوال ، يمكن للشحنة السالبة المجاورة لرابطة واحدة أو أكثر من روابط Pi أن يشتت شحنتها السالبة على ذرات متعددة. نصف هذه الظاهرة بـ "الرنين"، لذا في المثال أدناه ، الألكان سالب الشحنة الموجود على اليسار أقل استقرارًا بكثير من الأنواع المجاورة ذات الشحنة السالبة ، حيث يمكن تشتيت الشحنة السالبة على عدة ذرات كربون من خلال الرنين. هذا مثال آخر على أن تقليل كثافة الشحنة (أو نشرها) هو تأثير على زيادة الاستقرار.

يزداد استقرار الشحنة السالبة بوجود الرنين الذي يزيل تموضع هذه الشحنة في مكان واحد.

5- المجاميع الساحبة للألكترون

وهذا العامل يمثل تجاذب الشحنات المتعاكسة. حيث أن الشحنة السالبة المجاورة لذرة تحتوي على مجاميع ساحبة للألكترون تكون أكثر استقرارًا. ومثال على ذلك لـ CCl3 (-) ، يكون الأيون الناتج أكثر استقرارًا لكون الكلور يعتبر مجموعة ساحبة للإلكترون قوية وبالتالي تزيد من استقرارية الشحنة السالبة على الكربون (هذا هو أساس تفاعل الهالوفورم).

6- زيادة الصفة s في عملية التهجين

المدارات s أقرب إلى النواة من المدارات p. لذا فإن الإلكترونات الموجودة في المدارات s ستكون أقرب إلى النواة من الإلكترونات الموجودة في المدارات p - وبالتالي ، تكون أقل في الطاقة ("الشحنات المتعاكسة تتجاذب"). لهذا السبب ، فإن الإلكترونات الموجودة في المدارات sp هي اقل طاقة من الألكترونات الموجودة في sp2 ، وهي أقل طاقة من الإلكترونات الموجودة في sp3 ، نظرًا لأن لها صفة s أكبر 33٪ لـ sp2 من sp3 (25٪). هذا يجعل الأنيونات أكثر استقرارًا ، تمامًا كما لو كانت على ذرة ذات سالبية كهربائية عالية.

7- الأروماتية (العطرية)

الأروماتية هي وجود اواصر ثنائية متعاقبة مع اواصر أحادية في الحلقات العضوية، حيث تمتلك جزيئات معينة استقرارًا خاصًا - يسمى بالأروماتية - وهو استقرار كبير. بعض الجزيئات سالبة الشحنة - مثل أنيون سيكلوبنتاديينيل ، في الصورة أدناه - اروماتية ، وبالتالي فأن الشحنة السالبة ستدخل إلى النظام الأروماتي وبالتالي زيادة مواضع التموضع مما يؤدي إلى زيادة استقرارها.

هناك عاملان يجب الانتباه لهما:  تجاذب الشحنات المتعاكسة وتشتت الشحنة.

1. تميل الأنيونات غير المستقرة إلى أن تكون في بداية الأسهم المستخدمة في التفاعل (لتشكل روابط).
2. تميل الأنيونات المستقرة إلى أن تكون في نهاية الأسهم المستخدمة في التفاعل (من المحتمل أن تغادر كـ مجموعة مغادرة)

وبهذا أتمنى أن أكون قد وفقت في شرح العوامل التي تزيد من ثبات الشحنة السالبة، اذا كان لديك اي سؤال أو استفسار اكتبه في التعليقات وسأرد عليك في اقرب وقت.

المصادر

1.       Organic Chemistry / G. Patrick  . ( Second edition) , 2004 , BIOS Scientific , UK .

2.      Organic Chemistry / G. Marc Loudon  . ( Fourth edition ) , 2002 , Oxford University Press , Inc . USA

3.      Stereochemistry /  David G. Morris  , 2001, Royal Society of Chemistry , UK .

4.      Organic Chemistry / Philip S. Bailey , Christina A. Bailey . ( Sixth edition ) ,  2000, Prentice-Hall , Inc . New Jersey .

5.      Organic Chemistry / Graham Solomons , Craig Fryhle . ( Seventh edition ) , 2000,  John Wiley & Sons .

6.      Organic Chemistry / Thomas N. Sorrell , 1999, University Science Books .

7.       Foundations of  Organic Chemistry / Michael Hornby , Josephine  Peach  , 1997,  Oxford University Press , Inc .  New York .

8.      Textbook of Practical Organic Chemistry / Vogel's. ( Fifth edition ) , 1996,  Longman , Edinburgh Gate , UK .

9.      Organic Chemistry / John McMurry . ( Fourth edition ) , 1996, T I P , Inc .USA

10.   Organic Chemistry / Morrison , Boyd . ( Fifth edition ) , 1987,  Allyn  and  Bacon  , Inc .

11.    Introduction to Organic Chemistry / Douglas Applequist , Charles Depuy , Kennth  L. Rinehart , (Third edition ) ,1982 , John Wiley & Sons , Inc .

12.   Organic Chemistry " A Short Course " / Harold  Hart ,  Robert  D.  Schuetz .  ( Fifth edition ) , 1978 , Houghton Mifflin Company . USA .

13.   Organic Chemistry / Douglas C. Neckers , Michael P. Doyle , 1977 , John Wiley  & Sons , Inc . USA .

14.   Solution Manual /Douglas C. Neckers , Michael P. Doyle , Erich C, 1977 , John  Wiley & Sons , Inc .

15.   Fundamental Principal  Lecturer in Organic Chemistry / I. Finar, Sixth edition  ,1976, Longman , London .

16.   Organic Chemistry / G. A. Taylor , 1975, Longman Group Limited , London .

17.    Essential of Organic and Biochemistry / Donald  J. Burton , Joseph  I. Routh .   1974,  W. B. Saunders Company . Toronto , Canada .

18.   Inorganic Chemistry , Principles of Structure  and  Reactivity  / James HuHeey ,  Ellen A. Keiter , Richard  L. Keiter  . ( Fourth edition ) , 1993, Harper Collins .

19.   General Chemistry / James E. Brady . ( Fifth edition ) , 1990, John Wiley & Sons ,  Inc . Canada .

20.  Chemical Principles / William L. Masterton , Emil J. Slowinski , Conrad  L.  Staitski . ( fifth edition ) , 1981, Holt-Saunders Japan , LTD .

21.   General Chemistry / Luder , Zuffanti , Shepard , Vernon . ( Third edition ) , 1966,

22.  W. B. Saunders Company . London W. C. I

23.  Biochemical Calculations / Irwin H. Segel . ( Second Edition ) , 1975