कार्यात्मक समूह
केमिस्टों ने कार्बनिक यौगिकों के अध्ययन में जल्दी मनाया कि कुछ समूहों के समूह और संबंधित बंधन, जिन्हें कार्यात्मक समूहों के रूप में जाना जाता है, अणुओं पर विशिष्ट प्रतिक्रियात्मक पैटर्न प्रदान करते हैं, जिनमें से वे एक हिस्सा हैं। यद्यपि कई मिलियन कार्बनिक अणुओं में से प्रत्येक के गुण जिनकी संरचना ज्ञात है, किसी तरह से अद्वितीय हैं, सभी अणुओं में समान कार्यात्मक समूह होते हैं जो कार्यात्मक समूह साइट पर प्रतिक्रियात्मकता के समान पैटर्न होते हैं। इस प्रकार, कार्यात्मक समूह कार्बनिक रसायन विज्ञान की एक महत्वपूर्ण विशेषता है। अणु में मौजूद कार्यात्मक समूहों पर ध्यान केंद्रित करने से (अधिकांश अणुओं में एक से अधिक कार्यात्मक समूह होते हैं), कई प्रतिक्रियाएं जो अणु से गुजरेंगी, भविष्यवाणी की जा सकती है और समझी जा सकती है।
क्योंकि कार्बन-से-कार्बन और कार्बन-टू-हाइड्रोजन बॉन्ड बेहद मजबूत होते हैं और इन सहसंयोजक बंधों में इलेक्ट्रॉनों का आवेश कम या ज्यादा समान रूप से बंधे हुए परमाणुओं में फैला होता है, हाइड्रोकार्बन जिसमें इन दोनों प्रकारों के केवल एक ही बॉन्ड होते हैं, बहुत अधिक नहीं होते हैं पुनः सक्रिय। एक अणु की प्रतिक्रियाशीलता बढ़ जाती है यदि इसमें एक या अधिक कमजोर बंधन या बंधन होते हैं जो दो परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों का असमान वितरण होता है। यदि एक सहसंयोजक बंधन के दो इलेक्ट्रॉनों, एक कारण या किसी अन्य के लिए, बंधुआ परमाणुओं में से एक के लिए अधिक निकटता से खींचा जाता है, तो वह परमाणु एक आंशिक नकारात्मक चार्ज विकसित करेगा और जिस परमाणु को बंधुआ है वह आंशिक सकारात्मक चार्ज विकसित करेगा। एक सहसंयोजक बंधन जिसमें परमाणुओं को जोड़ने वाली इलेक्ट्रॉन जोड़ी को असमान रूप से साझा किया जाता है, एक ध्रुवीय बंधन के रूप में जाना जाता है। ध्रुवीय बांड, और किसी भी अन्य बांड जिनके पास अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक गुण हैं, वे अणु पर रासायनिक प्रतिक्रिया की क्षमता प्रदान करते हैं जिसमें वे मौजूद हैं। ऐसा इसलिए है, क्योंकि प्रत्येक प्रतिक्रिया के लिए, अणु के एक या एक से अधिक बंधनों को तोड़ना चाहिए और नए बंधों का निर्माण करना चाहिए। आंशिक नकारात्मक आवेश (उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व का एक क्षेत्र) की उपस्थिति स्वयं अन्य परमाणुओं या परमाणुओं के समूहों को आकर्षित करेगी जो इलेक्ट्रॉन घनत्व में कमी हैं। यह बॉन्ड ब्रेकिंग की प्रक्रिया शुरू करता है जो एक रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए एक शर्त है। इन कारणों से, रासायनिक परिवर्तन के लिए विशेष रूप से बढ़े हुए या कम इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले क्षेत्रों के अणु महत्वपूर्ण हैं।
दो प्रमुख संबंध विशेषताएं हैं जो कार्यात्मक समूहों की प्रतिक्रियाशील साइटों को उत्पन्न करती हैं। पहला, पहले से ही उल्लेख किया गया है, कई बांडों की उपस्थिति है। दोनों डबल और ट्रिपल बॉन्ड में उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व के क्षेत्र हैं जो परमाणु-से-एटम बॉन्ड अक्ष के बाहर स्थित हैं। डबल और ट्रिपल बांड को कार्यात्मक समूहों के रूप में जाना जाता है, एक शब्द जो अणु के परमाणुओं या समूहों के समूहों की पहचान करने के लिए उपयोग किया जाता है जो तुलनात्मक रूप से उच्च प्रतिक्रियात्मकता के स्थल हैं। एक दूसरे प्रकार की प्रतिक्रियाशील साइट का परिणाम तब होता है जब कार्बन या हाइड्रोजन (जिसे हेटेरोटॉम कहा जाता है) के अलावा एक परमाणु कार्बन से जुड़ा होता है। सभी हेटरोआटम्स में कार्बन की तुलना में इलेक्ट्रॉनों के लिए अधिक या कम आकर्षण होता है। इस प्रकार, एक कार्बन और एक हेटेरोटॉम के बीच प्रत्येक बंधन ध्रुवीय है, और ध्रुवीयता की डिग्री दो परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन-आकर्षित गुणों के बीच अंतर पर निर्भर करती है। सबसे महत्वपूर्ण परमाणु समूहों में ऐसे प्रतिक्रियाशील ध्रुवीय बंधन होते हैं जो कार्यात्मक समूहों को उत्पन्न करने में भी सक्षम होते हैं।
एक ही कार्यात्मक समूह वाले अणुओं के बीच प्रतिक्रियाओं की व्यापकता पर जोर देने के लिए, रसायनज्ञ अक्सर प्रतीक आर द्वारा एक अणु के कम प्रतिक्रियाशील भागों का प्रतिनिधित्व करते हैं। इस प्रकार, सभी अणुओं में एक दोहरा बंधन होता है, हालांकि जटिल, सामान्य सूत्र द्वारा दर्शाया जा सकता है। एक अल्केन के लिए- यानी
इस प्रकार के सूत्र से पता चलता है कि अणु उन प्रतिक्रियाओं से गुजरेंगे जो दोहरे बंधन के लिए सामान्य हैं और यह प्रतिक्रिया दोहरे बंधन में होगी। चार आर समूहों द्वारा प्रस्तुत अणु के बाकी, कार्यात्मक समूह साइट पर होने वाली प्रतिक्रिया से अपरिवर्तित रहेंगे।
एक से अधिक कार्यात्मक समूह के साथ अणु, जिन्हें पॉलीफ़ंक्शनियल कहा जाता है, में अधिक जटिल गुण हो सकते हैं जो कि कई कार्यात्मक समूहों की पहचान और परस्पर संबंध के परिणामस्वरूप होते हैं। कई प्राकृतिक उत्पादों में एक बड़े, जटिल, तीन-आयामी संरचना के भीतर विशिष्ट स्थानों पर स्थित कई कार्यात्मक समूह होते हैं।
प्रमुख कार्यात्मक समूहों का एक संक्षिप्त अवलोकन यहां प्रस्तुत किया गया है।
alkanes
अल्केन्स ऐसे यौगिक हैं जिनमें पूरी तरह से कार्बन और हाइड्रोजन के परमाणु शामिल होते हैं (हाइड्रोकार्बन के रूप में ज्ञात पदार्थों का एक वर्ग) एक दूसरे से एकल बंधनों में जुड़ते हैं। इन एकल बांडों में से प्रत्येक में साझा इलेक्ट्रॉन जोड़ी सीधे दो परमाणुओं के बीच स्थान रखती है; इस साझा जोड़ी द्वारा उत्पन्न बंधन को सिग्मा (bond) बंधन के रूप में जाना जाता है। कार्बन-कार्बन और कार्बन-हाइड्रोजन सिग्मा बॉन्ड दोनों ही मजबूत, नॉनपोलर सहसंयोजक बंधन हैं जो सामान्य रूप से कार्बनिक अणुओं में सबसे कम प्रतिक्रियाशील बंधन हैं। अल्केन अनुक्रम अधिकांश कार्बनिक यौगिकों के निष्क्रिय ढांचे का निर्माण करते हैं। इस कारण से, अल्कनों को औपचारिक रूप से एक कार्यात्मक समूह नहीं माना जाता है। जब एक हाइड्रोकार्बन श्रृंखला को एक अधिक मूलभूत संरचनात्मक इकाई के विकल्प के रूप में जोड़ा जाता है, तो इसे एक अल्किल समूह कहा जाता है। अल्केन्स के सबसे सरल उदाहरण हैं मीथेन (सीएच 4; प्राकृतिक गैस का प्रमुख घटक), ईथेन (सी 2 एच 6), प्रोपेन (सी 3 एच 8; व्यापक रूप से बारबेक्यू ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है), और ब्यूटेन (सी 4 एच 10); पॉकेट लाइटर में तरल ईंधन)। हाइड्रोकार्बन श्रृंखला आमतौर पर चक्रीय रूपों, या छल्ले में होती हैं; सबसे आम उदाहरण साइक्लोहेक्सेन (सी 6 एच 12) है। (इन यौगिकों की अधिक विस्तृत परीक्षा के लिए, हाइड्रोकार्बन देखें।)
alkenes
कार्बनिक यौगिकों को अल्केन्स कहा जाता है यदि उनमें कार्बन-कार्बन डबल बॉन्ड होता है। किसी एक बॉन्ड की साझा इलेक्ट्रॉन जोड़ी एक pair बॉन्ड है। इलेक्ट्रॉनों की दूसरी जोड़ी; बंधन के दोनों ओर अंतरिक्ष में रहती है; यह साझा जोड़ी एक पीआई (π) बांड का गठन करती है। ए the बॉन्ड बढ़े हुए इलेक्ट्रॉन घनत्व का एक क्षेत्र बनाता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन जोड़ी सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कार्बन नाभिक से अधिक दूर है, σ बांड की इलेक्ट्रॉन जोड़ी है (रासायनिक संबंध देखें: संबंध की क्वांटम यांत्रिकी)। भले ही कार्बन-कार्बन डबल बॉन्ड बहुत मजबूत है, एक draw बॉन्ड इलेक्ट्रॉन-कमी वाले परमाणुओं या परमाणु समूहों को स्वयं आकर्षित करेगा, जिससे बॉन्ड-ब्रेकिंग की एक प्रक्रिया शुरू हो सकती है जो and बॉन्ड के टूटने और नए के गठन का कारण बन सकती है। σ बंधन। एक एल्केन प्रतिक्रिया का एक सरल उदाहरण है, जो एक कार्यात्मक समूह के इलेक्ट्रॉनिक गुणों को जिस तरह से इसकी प्रतिक्रियाशीलता निर्धारित करता है, उसे दिखाता है, अल्कनेस बनाने के लिए आणविक हाइड्रोजन का अतिरिक्त है, जिसमें केवल। बॉन्ड होते हैं।
ऐसी प्रतिक्रियाएँ, जिसमें एक अल्केन का बंधन दो नए in बॉन्ड बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है, ऊर्जावान रूप से अनुकूल है क्योंकि नए बॉन्ड (दो कार्बन-हाइड्रोजन) बॉन्ड) टूटे हुए बॉन्ड (एक कार्बन-कार्बन) बॉन्ड और एक से अधिक मजबूत होते हैं हाइड्रोजन-हाइड्रोजन-बॉन्ड)। क्योंकि नए Because बॉन्ड बनाने के लिए अल्केन्स के of बॉन्ड में परमाणुओं को जोड़ना, एलकेन्स की एक सामान्य और चारित्रिक प्रतिक्रिया है, अलकेन्स को असंतृप्त कहा जाता है। अल्केन्स, जिन्हें अणुओं में अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं द्वारा cannot बंधों के साथ परिवर्तित नहीं किया जा सकता, को संतृप्त कहा जाता है।
एल्केन कार्यात्मक समूह रसायन विज्ञान में एक महत्वपूर्ण है और प्रकृति में व्यापक है। कुछ सामान्य उदाहरणों (यहां दिखाया गया है) में एथिलीन (पॉलीइथाइलीन बनाने के लिए उपयोग किया जाता है), 2-मिथाइल-1,3-ब्यूटाइनीसोप्रीन (रबर बनाने के लिए इस्तेमाल किया जाता है) और विटामिन ए (दृष्टि के लिए आवश्यक) शामिल हैं।
एथीन के लिए, एक एल्केन के दोनों कार्बन परमाणु और डबल बॉन्ड से जुड़े चार परमाणु एक ही विमान में झूठ बोलते हैं।
alkynes
अणु जिनमें दो कार्बन परमाणुओं के बीच एक ट्रिपल बॉन्ड होता है, एल्केनीज़ के रूप में जाना जाता है। ट्रिपल बॉन्ड एक ple बॉन्ड और दो bond बॉन्ड से बना होता है। जैसे कि अल्केन्स में, π बॉन्ड कार्बन-कार्बन बॉन्ड अक्ष के समानांतर झूठे इलेक्ट्रॉन घनत्व के क्षेत्रों का गठन करते हैं। कार्बन-कार्बन ट्रिपल बांड बहुत मजबूत बांड हैं, लेकिन प्रतिक्रियाएं होती हैं जो मजबूत σ बांड बनाने के लिए form बांड को तोड़ती हैं।
एक एल्केनी का सबसे आम उदाहरण एथीन है (जिसे एसिटिलीन भी कहा जाता है), जिसका उपयोग वेल्डिंग अनुप्रयोगों में ऑक्सीटेटिलीन मशालों के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है। अल्काइन प्रकृति में प्रचुर मात्रा में नहीं हैं, लेकिन कवकनाशी कैपिलन में दो एल्केनी कार्यात्मक समूह होते हैं।
