ما هي الهيدروكربونات الأليفاتية؟
الهيدروكربونات الأليفاتية هي المركبات الهيدروكربونية التي تتصل بها ذرات الهيدروجين والكربون بسلاسل أو روابط مستقيمة أو متفرعة ولكن ليست حلقية عطرية (بالإنجليزية Aromatic)، وتقسم إلى مركبات أليفاتية مشبعة حيث تتصل روابط الكربون الأحادية جميعها بذرات هيدروجين مثل الألكانات (بالإنجليزية: Alkanes) وغير مشبعة مثل الألكينات والألكاينات (بالإنجليزية: Alkynes).
تقسم الهيدروكربونات إلى الهيدروكربونات الأروماتية (العطرية) والهيدروكربونات الأليفاتية ومن الأمثلة على الهيدروكربونات الأليفاتية الإيثان (C2H6) والإيثين (C2H4) والإيثاين (C2H2) ويعتبر الميثان (CH4) أبسطها، ولا يقتصر ارتباط الكربون على ذرات الهيدروجين فقط بل قد ترتبط أيضًا بذرات عناصر أخرى مع الهيدروجين مثل الأكسجين والنيتروجين والكلور والكبريت.
أقسام الهيدروكربونات الأليفاتية
تقسم الهيدروكربونات الأليفاتية إلى قسمين رئيسيين هما كما يأتي:
الهيدروكربونات الأليفاتية المشبعة
هذا هو القسم الأبسط من الهيدروكربونات الأليفاتية ويشمل عائلة الألكانات، وتمتاز بما يأتي:
- جميع الروابط بين ذرات الكربون روابط أحادية.
- يمكن تمثيلها بالشكل الآتي (CnH2n 2)، حيث (n، عدد صحيح).
- يشكل الكربون بنية جزئية رباعية السطوح بارتباطه بذرات الهيدروجين.
- الرابطة بين C-C وبين H-C من نوع سيجما.
- أبسط الألكانات هي الميثان (CH4) والإيثان (C2H6) والبروبان (C3H8).
- الألكانات ذات ذرات الكربون من 4 وأكثر لها متصاوغات (بالإنجليزية: isomers) حيث المتصاوغ المبدوء باللفظ (n) تصطف ذرات الكربون به متجاورة، بينما ذلك الذي يبدأ باللفظ (iso) تتفرع فيه أحد الكربونات من السلسلة مثل البيوتان (بالإنجليزية: n-butane) والأيوبيون (بالإنجليزية: Isobutane).
- تختلف المتصاوغات في صفاتها الفيزيائية والكيميائية على الرغم من عدد ذراتها نفسه إلا أنها مركبات مختلفة.
- لا يوجد حد أعلى لعدد ذرات الكربون في الألكانات فهناك سلاسل ألكانات صناعية يصل فيها عدد ذرات الكربون إلى ما يفوق 300 ذرة كالمستخدمة في صناعة البوليمرات ، وهذا يعني أن عدد المتصاوغات أيضًا سيكون كبيرًا جدًا لبعض المركبات سيصل الملايين من المتصاوغات!
- في حالة ارتبطت ذرة الكربون مع ذرة كربون أخرى في المركب سيصبح المركب ألكانًا حلقيًا (بالإنجليزية: Cycloalkanes)
- أبسط الألكانات الحلقية السيكلوبروبان (Cyclopropane) حيث تمثل (CnHn)، (n، عدد صحيح أكبر من 2) المعادلة العامة للألكانات الحلقية.
- يعت مد نظام التسمية العام للألكانات على عدد ذرات الكربون فيها أما الاسم النظامي (IUPAC) فمختلف حيث يتم التسمية بناءً على عدد كربونات السلسلة مسبوقة بمقطع يدل على عدد كربونات التفرع مثال: 3-ميثل هيبتان هو الاسم النظامي، للأيزو أوكتان، الذي يقع التفرع فيه على ذرة الكربون الثالثة.
الهيدروكربونات الأليفاتية غير المشبعة
سُميت بغير المشبعة لأن ذرات الكربون ترتبط بعدد أقل من المفترض من ذرات الهيدروجين، وذلك لأنّها تحتوي فيما بينها على روابط ثنائية أو ثلاثية، ويمكن تقسيم الهيدروكربونات الأليفاتية غير المشبعة إلى نوعين رئيسيين هما كما يأتي:
الألكينات
تمتاز الألكينات بما يأتي:
- احتواؤها على رابطة ثنائية أو أكثر بين ذرات الكربون.
- الرابطة الثنائية تتكون من رابطة سيجما ورابطة باي.
- الأشكال الهندسية المختلفة للمركبات بسبب الروابط الثنائية تؤدي إلى خصائص متنوعة.
- يمكن وجود ألكينات حلقية.
- الإيثين (C2H4) هو أبسط الألكينات ويسمى أيضًا إيثيلين، يتبعه بالترتيب البروبين أو البروبلين، ثم البيوتين ومتصاوغاته وهكذا.
- يعتمد نظام التسمية على استبدال (إن) (بالإنجليزية: ane) في الألكان، إلى (ين) (بالإنجليزية: ene) في الألكين.
- تُسمى المتصاوغات بناءً على موقع الرابطة الثنائية للكربون ويذكر رقم الذرة الأصغر المرتبطة بالرابطة الثنائية، مثال 1-بيوتين يعني أن ذرة الكربون الأولى عليها الرابطة الثنائية.
- يعتمد نظام التسمية النظامي على تحديد السلسلة الأطول المحتوية على الرابطة الثنائية وتعطى اسم الألكين برقم ذرة الكربون الأصغر للرابطة الثنائية مسبوقة بأرقام ذرات الكربون المحتوية على المقطع الممثل للتفرعات.
الألكاينات
تمتاز الألكاينات بما يأتي:
- وجود رابطة ثلاثية واحدة على الأقل بين ذرات الكربون.
- الرابطة الثلاثية تتكون من رابطة واحدة من نوع سيجما، ورابطتين من نوع باي.
- الشكل الخطي (زاوية ° 180) بين ذرتي الكربون المربوطتين بالرابطة الثلاثية.
- يمكن وجود الكائنات حلقية.
- أبسط مركبات هذه المجموعة الإيثاين (C2H2) المعروف باسم أستيلين.
- تتم تسمية الألكاينات باستبدال المقطع ين (بالإنجليزية: ene) في الألكينات بالمقطع (أين) (بالإنجليزية: yne) في الألكاينات.
- يعتمد نظام التسمية النظامي على تحديد السلسلة الأطول المحتوية على الرابطة الثلاثية وتعطى اسم الألكاين برقم ذرة الكربون الأصغر للرابطة الثلاثية مسبوقة بأرقام ذرات الكربون المحتوية على المقطع الممثل للتفرعات، مثال لألكاين من خمس ذرات كربون الرابطة الثلاثية عند الذرة الثالثة والتفرع على الذرة الأولى: (1-ميثل 3-بنتان).
