В анализе молекулярной формулы из органических молекул , то степень ненасыщенности (также известный как индекс дефицита водорода (ИБС) , двойных эквивалентов связей , или ненасыщенности индекс [1] ) является вычисление , которое определяет общее количество колец и π-связи . Формула используется в органической химии для рисования химических структур. Он не дает никакой информации об этих компонентах по отдельности - конкретном количестве колец или двойных связей (по одной π-связи каждая) или тройных связей (по две π-связи каждая). Окончательная структура проверена с использованиемЯМР , масс-спектрометрия и ИК-спектроскопия , а также качественный контроль. Он основан на сравнении фактической молекулярной формулы с возможной формулой, если бы структура была насыщенной - без колец и содержала только σ-связи - со всеми атомами, имеющими стандартную валентность .
Общая формула [ править ]
Формула степени ненасыщенности:
где n i - количество атомов с валентностью v i . [2]
То есть атом, имеющий валентность x , дает в сумме x - 2 степень ненасыщенности. Затем результат уменьшается вдвое и увеличивается на 1.
Упрощенные формулы [ править ]
Для некоторых классов молекул общую формулу можно упростить или переписать более четко. Например:
где
- а = количество атомов углерода в соединении
- b = количество атомов водорода в соединении
- c = количество атомов азота в соединении
- f = количество атомов галогена в соединении
или же
где C = количество атомов углерода, H = количество атомов водорода, X = количество галогенов и N = количество атомов азота, [3] дает эквивалентный результат.
В любом случае кислород и другие двухвалентные атомы не влияют на степень ненасыщенности, так как 2-2 = 0.
Объяснение [ править ]
Для углеводородов DBE (или IHD) сообщает нам количество колец и / или дополнительных связей в ненасыщенной структуре, что равно количеству водородных пар , необходимых для насыщения структуры, просто потому, что два элемента соединяются друг с другом. образуют кольцо или добавление одной дополнительной связи в структуру снижает потребность в двух H. Для неуглеводородов элементы в паре могут включать любые элементы из семейства лития и семейства фтора в периодической таблице, не обязательно все H.
- Популярная форма формулы следующая:
- IHD = C + 1 + N / 2 - H / 2 - X / 2
где C , N , H и X представляют собой количество атомов углерода, азота, водорода и галогена соответственно. Каждый из терминов на RHS можно объяснить, соответственно, следующим образом:
- 1) За исключением концевых атомов углерода, каждый углерод, связанный со структурой одинарной связью, требует пары атомов водорода, прикрепленных к нему - вот почему в формуле присутствует число C , которое фактически представляет количество пар водорода, требуемых. для этого количества атомов углерода в насыщенной структуре. (Это также верно, если в структуру добавлен углерод, независимо от того, вставлен ли он в основную цепь, присоединен к концу, чтобы заменить H, или ответвлен от углерода, чтобы заменить H.)
- 2) Каждому из двух концевых атомов углерода нужен один дополнительный водород, поэтому в формулу добавляется 1. (Клемма ответвления не требует добавления дополнительного водорода в расчет, потому что водород в том месте, где присоединенная ветвь должна быть заменена, что верно для ветви, заканчивающейся любым элементом.)
- 3) За исключением концевых атомов азота, для каждого азота в цепи требуется только один присоединенный к нему H, который представляет собой половину пары атомов водорода - вот почему + N / 2 находится в формуле, которая дает значение 1 для каждых двух. азота. (Это также верно, если в структуру добавлен азот, независимо от того, вставлен ли он в основную цепь, присоединен к концу, чтобы заменить водород, или ответвлен от углерода, чтобы заменить водород.)
- 4) H / 2 представляет количество пар водорода, потому что оно дает значение 1 на каждые два атома водорода. Он вычитается из формулы, чтобы подсчитать, сколько пар атомов водорода отсутствует в ненасыщенной структуре, что говорит нам о степени дефицита водорода. (Водородная пара отсутствует, если IHD = 0, что соответствует отсутствию H-дефицита.)
- 5) Наличие X / 2 аналогично H / 2 по причине .
Добавление атома кислорода в структуру не требует добавления водорода, поэтому количество атомов кислорода не фигурирует в формуле. Кроме того, формулу можно обобщить, чтобы включить все элементы группы I (семейство водорода и лития), группы IV (семейство углерода), группы V (семейство азота) и группы VII (семейство фтора) группы CAS A в периодическая таблица Менделеева следующим образом:
- ИБС = С 4 + 1 + G , 5 /2 - G 1 /2 - G 7 /2
Или просто,
- IHD = G 4 + 1 + (G 5 - G 1 - G 7 ) / 2
Ссылки [ править ]
- ^ Sparkman, Дэвид О. (2006). Справочник по масс-спектрометрии . Питтсбург: Global View Pub. п. 54. ISBN 0-9660813-9-0.
- ^ Badertscher, M .; Bischofberger, K .; Munk, ME; Преч, Э. (2001). «Новый формализм для характеристики степени ненасыщенности органических молекул». Журнал химической информации и моделирования . 41 (4): 889–93. DOI : 10.1021 / ci000135o . PMID 11500105 .
- ^ Органическая структурная спектроскопия , глава 1.
Янг, Пол Р. (2000). Практическая спектроскопия . ISBN 0-534-37230-9.