அலகு 8 — ஐதரோகார்பன்களும் ஹாலோஐதரோகார்பன்களும்
முழுமையான பார்வை — இவ்வலகு ஏன் முக்கியம்?
ஐதரோகார்பன்கள் (hydrocarbons) என்பவை காபன் (C), ஐதரசன் (H) ஆகிய இரு மூலகங்களை மட்டுமே கொண்டுள்ள சேர்வைகளாகும். இவை எளிமையான சேதனச் சேர்வைகளாக இருந்தாலும், ஏனைய அனைத்துச் சேதனச் சேர்வைகளுக்கும் இவையே சட்டகமாக (framework) அமைகின்றன. ஓர் அற்ககோல், அல்டிகைட்டு அல்லது அமிலம் ஆகிய எந்தவொரு சேர்வையையும் எடுத்துப் பார்த்தால், அதன் காபன்-ஐதரசன் எலும்புக்கூட்டின் (carbon skeleton) மீது ஒரு தொழிற்பாட்டுக் கூட்டம் (functional group) பொருத்தப்பட்டிருப்பதைக் காணலாம். எனவே ஐதரோகார்பன்களைக் கற்பது சேதன இரசாயனத்தின் அடிப்படையைக் கற்பதாகும்.
பெற்றோலியம் (petroleum) மற்றும் இயற்கை வாயு போன்ற முக்கிய எரிபொருட்கள், நெகிழிகள் (plastics) தயாரிக்கப் பயன்படும் மூலப்பொருட்கள், கரைப்பான்கள் என அன்றாட வாழ்க்கையில் பயன்படும் பல பொருட்கள் ஐதரோகார்பன்களே ஆகும். ஹாலோஐதரோகார்பன்கள் (halohydrocarbons) என்பவை ஓர் ஐதரோகார்பனில் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட ஐதரசன் அணுக்கள் அலசன் அணுக்களால் (F, Cl, Br, I) பதிலீடு செய்யப்பட்டுப் பெறப்படும் சேர்வைகளாகும். அலசன் அணு ஒரு வினைபடும் தளமாக (reactive site) அமைவதால், ஹாலோஐதரோகார்பன்கள் மேலதிக இரசாயனத் தாக்கங்களுக்கு உட்படும் வாய்ப்பைப் பெறுகின்றன.
இவ்வலகின் மைய எண்ணக்கரு
இவ்வலகின் மைய எண்ணக்கரு பின்வரும் ஒரு தொடர் சிந்தனையாக அமைகின்றது. ஓர் ஐதரோகார்பனின் தாக்கத்திறன் (reactivity), அது தெவிட்டியதா (saturated) அல்லது தெவிட்டாததா (unsaturated) என்பதனால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றது. ஒற்றைப் பிணைப்புகளை மட்டுமே கொண்ட அற்கேன்கள் (alkanes) தெவிட்டியவை; எனவே அவை பதிலீட்டுத் தாக்கங்களுக்கு (substitution reactions) உட்படுகின்றன. இரட்டை அல்லது மும்மைப் பிணைப்புகளைக் கொண்ட அற்கீன்களும் (alkenes) அற்கைன்களும் (alkynes) தெவிட்டாதவை; எனவே அவை கூட்டல் தாக்கங்களுக்கு (addition reactions) உட்படுகின்றன. பென்சீன் (benzene) ஒரு வளையமான தெவிட்டாத சேர்வையாக இருந்தாலும், அதன் அரோமாத்தன்மை (aromaticity) காரணமாகக் கூட்டலுக்குப் பதிலாக இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீட்டுக்கு (electrophilic substitution) உட்படுகின்றது. அற்கைல் ஏலைட்டுகள் (alkyl halides) ஓர் பகுதி நேர் ஏற்றம் (δ+) கொண்ட காபன் அணுவைக் கொண்டிருப்பதால், கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கங்களுக்கு (nucleophilic substitution) உட்படுகின்றன.
- அற்கேன்கள்: தெவிட்டியவை, பதிலீடு செய்கின்றன. காபன்-காபன் ஒற்றைப் பிணைப்புகளை மட்டுமே கொண்டுள்ள அற்கேன்கள் ஒப்பீட்டளவில் வினைபடாத சேர்வைகளாகும். சுயாதீன மூலிகப் பதிலீட்டுத் தாக்கத்தின் (free-radical substitution) மூலம் இவற்றில் ஓர் ஐதரசன் அணு அலசன் அணுவால் பதிலீடு செய்யப்படுகின்றது.
- அற்கீன்களும் அற்கைன்களும்: தெவிட்டாதவை, கூட்டல் தாக்கங்களைத் தருகின்றன. இரட்டை அல்லது மும்மைப் பிணைப்பில் காணப்படும் π இலத்திரன்கள் இலத்திரனடர்த்தி கூடிய ஒரு பகுதியை உருவாக்குகின்றன. எனவே இவை இலத்திரன் ஈர்ப்பிகளால் (electrophiles) தாக்கப்பட்டு, இலத்திரனாட்டக் கூட்டல் தாக்கங்களுக்கு (electrophilic addition) உட்படுகின்றன.
- பென்சீன்: அரோமாத்தன்மை கொண்டது, பதிலீடு செய்கின்றது. பென்சீன் வளையத்தின் ஆறு π இலத்திரன்களும் வளையம் முழுவதும் இடப்பெயர்வுசெய்யப்பட்டு (delocalised) ஒரு உறுதியான அரோமாத்தன்மையை உருவாக்குகின்றன. இவ்வுறுதியைப் பேணுவதற்காகப் பென்சீன் கூட்டலுக்குப் பதிலாக இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீட்டுத் தாக்கங்களுக்கு உட்படுகின்றது.
- அற்கைல் ஏலைட்டுகள்: கருநாடியால் பதிலீடு செய்யப்படுகின்றன. காபன்-அலசன் பிணைப்பின் முனைவுத்தன்மை (polarity) காரணமாகக் காபன் அணு ஒரு பகுதி நேர் ஏற்றத்தைப் பெறுகின்றது. எனவே கருநாடிகள் (nucleophiles) இக்காபனைத் தாக்கி, SN1 அல்லது SN2 வழிமுறையில் அலசனைப் பதிலீடு செய்கின்றன.
இவ்வலகில் தனிப்பட்டத் தாக்கங்களை மனனம் செய்வதைவிட, தெவிட்டிய அல்லது தெவிட்டாத தன்மையே தாக்கத்திறனைத் தீர்மானிக்கின்றது என்னும் மைய எண்ணக்கருவைப் புரிந்துகொள்வதே முக்கியமாகும். இதனை ஒருமுறை தெளிவாகப் புரிந்துகொண்டால், ஒவ்வொரு ஐதரோகார்பன் வகுப்பும் எவ்வகைத் தாக்கத்திற்கு உட்படுகின்றது என்பதை ஊகித்து அறிய முடியும்.
ஒரு சேர்வையின் கட்டமைப்பே (தெவிட்டியதா, தெவிட்டாததா, அரோமாத்தன்மை உள்ளதா, அல்லது காபன்-அலசன் பிணைப்பு உள்ளதா என்பதே) அது எவ்வகைத் தாக்கத்திற்கு உட்படுகின்றது என்பதைத் தீர்மானிக்கின்றது.
இவ்வலகு உள்ளடக்கும் பகுதிகள்
இவ்வலகு NIE பாடநூலின் இரண்டாம் அலகின் 2.1 முதல் 2.7 வரையான பிரிவுகளை உள்ளடக்குகின்றது. பகுதிகள் பின்வருமாறு அமைகின்றன.
- 2.1 அலிபாட்டிக் ஐதரோகார்பன்களின் கட்டமைப்பு (Structure of Aliphatic Hydrocarbons): அற்கேன்கள், அற்கீன்கள், அற்கைன்கள் ஆகியவற்றின் கட்டமைப்பு இங்கு கற்பிக்கப்படுகின்றது. அற்கேனில் காபன் sp³ கலப்பாக்கத்தையும் (hybridisation), அற்கீனில் sp², அற்கைனில் sp கலப்பாக்கத்தையும் கொண்டிருப்பதும், இதனால் ஏற்படும் வடிவவியலும் (geometry) பிணைப்புக் கோணங்களும் இங்கு விளக்கப்படுகின்றன.
- 2.2 அலிபாட்டிக் ஐதரோகார்பன்களின் தாக்கங்கள் (Reactions of Aliphatic Hydrocarbons): அற்கேன்களின் சுயாதீன மூலிகப் பதிலீடு, அற்கீன்கள் மற்றும் அற்கைன்களின் இலத்திரனாட்டக் கூட்டல், மார்க்கோனிக்கோ விதி (Markovnikov's rule), நிரம்பாத் தன்மையைச் சோதிக்கும் தாக்கங்கள் ஆகியன இங்கு கற்பிக்கப்படுகின்றன.
- 2.3–2.4 பென்சீனிலுள்ள பிணைப்பும் இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீடும் (Bonding in Benzene and Electrophilic Substitution): பென்சீன் வளையத்தின் இலத்திரன் இடப்பெயர்வும் (delocalisation) அரோமாத்தன்மையும், அதன் விளைவாகப் பென்சீன் இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீட்டுத் தாக்கங்களுக்கு உட்படும் முறையும் இங்கு கற்பிக்கப்படுகின்றன. அலசனேற்றம், நைத்திரேற்றம், சல்போனேற்றம், பிரீடல்-கிராப்ட்சு தாக்கம் ஆகிய நான்கு தாக்கங்கள் இதில் அடங்கும்.
- 2.5 திசைப்படுத்தும் விளைவுகள் (Directing Effects): பென்சீன் வளையத்தில் ஏற்கனவே ஒரு பதிலி இருக்கும்போது, அடுத்த இலத்திரன் ஈர்ப்பி எந்த நிலையில் வந்து இணையும் என்பதைத் தீர்மானிக்கும் ஓர்த்தோ–பாரா (ortho-para) திசைப்படுத்திகளும் மெத்தா (meta) திசைப்படுத்திகளும் இங்கு கற்பிக்கப்படுகின்றன.
- 2.6–2.7 அற்கைல் ஏலைட்டுகளும் கருநாட்டப் பிரதியீடும் (Alkyl Halides and Nucleophilic Substitution): அற்கைல் ஏலைட்டுகளின் கட்டமைப்பும், அவை கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கங்களுக்கு உட்படும் SN1 மற்றும் SN2 வழிமுறைகளும், அவற்றின் இயக்கவியலும் (kinetics) இங்கு கற்பிக்கப்படுகின்றன.
முன்னோக்கிய இணைப்புகள்
இவ்வலகில் கற்கும் ஐதரோகார்பன்களும் அவற்றின் தாக்கங்களும் தொடர்ந்து வரும் சேதன இரசாயன அலகுகளுக்கு நேரடி அடிப்படையாக அமைகின்றன. அலகு 9 இல் கற்கப்படும் ஒட்சிசனைக் கொண்டுள்ள சேர்வைகளான அற்ககோல்கள், அல்டிகைட்டுகள், கீற்றோன்கள், காபொட்சிலிக்கு அமிலங்கள் ஆகியன இவ்வலகில் கற்கும் அற்கைல் ஏலைட்டுகளின் கருநாட்டப் பிரதியீட்டுத் தாக்கங்களின் மூலமும், அற்கீன்களின் கூட்டல் தாக்கங்களின் மூலமும் தயாரிக்கப்படுகின்றன. அலகு 10 இல் கற்கப்படும் அரோமாத்தன்மை கொண்ட சேர்வைகளும் அவற்றின் தயாரிப்பும், இவ்வலகில் கற்கும் பென்சீனின் இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீட்டுத் தாக்கங்களையும் திசைப்படுத்தும் விளைவுகளையும் நேரடியாகப் பயன்படுத்துகின்றன. எனவே இவ்வலகின் தாக்க வழிமுறைகள் தெளிவாக இல்லாவிட்டால் தொடர்ந்து வரும் அலகுகளைக் கற்பது கடினமாகும்.
- பதிலீட்டையும் கூட்டலையும் குழப்புதல்: அற்கேன்கள் பதிலீட்டுத் தாக்கங்களுக்கு உட்படுகின்றன; அற்கீன்களும் அற்கைன்களும் கூட்டல் தாக்கங்களுக்கு உட்படுகின்றன. தெவிட்டிய சேர்வையில் கூட்டல் நிகழாது, ஏனெனில் அதில் இணைப்பதற்கு இரட்டைப் பிணைப்போ மும்மைப் பிணைப்போ இல்லை; தெவிட்டாத சேர்வைக்கே கூட்டல் நிகழும் என்பதை நினைவில் கொள்ள வேண்டும்.
- மார்க்கோனிக்கோ விதியைத் தவறாகப் பயன்படுத்துதல்: சமச்சீரற்ற அற்கீனுடன் HX போன்ற சமச்சீரற்ற தாக்கி சேர்க்கப்படும்போது, ஐதரசன் ஏற்கனவே கூடிய எண்ணிக்கையான ஐதரசன்களைக் கொண்ட காபனுடனேயே இணையும். சுயாதீன மூலிக நிலையில் நிகழும் மார்க்கோனிக்கோ-எதிர் கூட்டலுடன் இதனைக் குழப்பக் கூடாது.
- பென்சீன் கூட்டலுக்கு உட்படும் என எண்ணுதல்: பென்சீன் வளையம் மூன்று தனித்த இரட்டைப் பிணைப்புகளைக் கொண்டிருப்பதாக எண்ணி, அது கூட்டல் தாக்கங்களுக்கு உட்படும் எனத் தவறாகக் கருதக் கூடாது. பென்சீனின் இலத்திரன்கள் இடப்பெயர்வுசெய்யப்பட்டுள்ளமையால், அது உறுதியைப் பேணும் பதிலீட்டுத் தாக்கங்களையே விரும்புகின்றது.
- SN1 ஐயும் SN2 ஐயும் குழப்புதல்: SN1 இரு படிநிலைகளில் நிகழ்வதோடு ஒரு காபோகற்றயன் (carbocation) இடைநிலையைக் கொண்டிருக்கும்; புடை (3°) அற்கைல் ஏலைட்டுகள் இதனை விரும்பும். SN2 ஒரு படிநிலையில் நிகழ்வதோடு பின்புறத் தாக்குதலால் (back-side attack) அமைப்பு தலைகீழாகும்; முதல் (1°) அற்கைல் ஏலைட்டுகள் இதனை விரும்பும்.
- நிரம்பாத் தன்மைச் சோதனைத் தாக்கங்களைத் தவறாக எழுதுதல்: புரோமின் நீரின் (bromine water) நிறம் மறைவதும், காரத்தன்மையுள்ள KMnO₄ (பேயரின் பரிசோதனை) கரைசலின் நிறமாற்றமும் C=C அல்லது C≡C பிணைப்பு இருப்பதையே காட்டுகின்றன; அற்கேன்கள் இத்தாக்கங்களைத் தராது.
இவ்வலகு சேதன இரசாயனத்தின் தாக்க வழிமுறைகளை அறிமுகப்படுத்துகின்றது; இங்குள்ள தாக்கங்கள் தனித்து வினாவாகக் கேட்கப்படுவதோடு, அலகு 9 மற்றும் 10 இன் தயாரிப்பு வினாக்களிலும் மறைமுகமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பகுதி I இன் MCQ வினாக்களில் ஒரு தாக்கத்தின் பெயரை அதன் வினைபடிகளுடன் பொருத்துதல், நிரம்பாத் தன்மைச் சோதனைகளை இனங்காணுதல், மார்க்கோனிக்கோ விளைபொருளைத் தெரிவு செய்தல், திசைப்படுத்திகளை வகைப்படுத்துதல் ஆகியன அடிக்கடி கேட்கப்படுகின்றன. பகுதி II இன் கட்டமைப்பு வினாக்களில், ஓர் இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீட்டு வழிமுறையை அம்புக்குறிகளுடன் வரைதல், SN1 ஐயும் SN2 ஐயும் வேறுபடுத்துதல், ஒரு தயாரிப்பு வழியை வடிவமைத்தல் என்பன வழமையானவை. தாக்கங்களை மனனம் செய்வதைவிட, ஒவ்வொரு வழிமுறையும் ஏன் அவ்வாறு நிகழ்கின்றது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதே மதிப்பெண் பெறுவதற்கான திறவுகோலாகும்.
Hydrocarbons overview
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →