تعيين البنية Determination of structure

يعد تعيين الصيغة البنيوة لمركب قد حضر أو عزل من مصدر طبيعي أحد أهم أعمال الكيمياء العضوية.

يقع المركب ضمن إحدى مجموعتين، يحتمل ألا نكون قادرين على البداية على معرفة أي المجموعتين تنتمي إذ يمكن أن يكون:

• مركباً معروفاً مسبقاً ويجب علينا تحديد هويته.
• مركباً جديداً، يجب علينا تعيين بنيته وبرهنتها.

إذا كان أحد الكيميائيين قد درس هذا المركب من قبل وحدد بنيته عندها يمكن أن نجد وصفاً لخواصه في الأدبيات الكيميائية، الى جانب البرهان على تعيين بنيته. وفي هذه الحالة نحتاج فقط الى الإشارة الى أن مركبنا هذا مطابق لآخر موصوف سابقاً.

بالمقابل، إذا كان المركب جديداً ولم يعرف من قبل، عندها يجب علينا إجراء عمليات أكثر إتقاناً لبرهنة بنيته.

دعونا نرى – بأسلوب عام الآن، وبتفصيل أكثر فيما بعد – فقط، كيف يمكن أن ننجز هذا العمل. إننا في مواجهة دورق مليء بغاز، أو بضع ميليليترات من سائل، أو كومة، لطيفة من بلورات ناعمة. يجب علينا إيجاد الإجابة على السؤال: ماذا يكون هذا؟

أولاً نقوم بتنقية المركب ثم نحدد صفاته الفيزيائية مثل نقطة الانصهار ونقطة الغليان والكثافة وقرينة الانكسار والذوبانية في مذيبات مختلفة. يمكن في المخبر اليوم قياس مختلف أطياف المركب (الفصل 17)، وبشكل خاص، طيف تحت الأحمر وطيف الطنين النووي المغناطيسي (NMR)؛ وبسبب غنى المعلومات التي يمكن الحصول عليها بهذه الطريقة، فإن الاختبار الطيفي بقدر بالضرورة في مقدمة الأعمال بعد التنقية. نحصل من مطيافية الكتلة على وزن جزيئي دقيق جداً. وبشكل متزايد، يصبح تعيين البنية، بوساطة أشعة (X)، أكثر إمكانية وبشكل مباشر إذ يمكن، بوساطة التحليل بأشعة (X)، إظهار توزع الذرات، بدقة، في الجزيء.

يجب إجراء تحليل عنصري كيفي بغية معرفة العناصر الموجودة في المركب (الفقرة 27.2) ثم يتبع هذا بتحليل كمي، يمكننا منه ومن معرفة الوزن الجزيئي حساب الصيغة الجزيئية (الفقرة 30.2)؛ يجب، بالتأكيد، إجراء هذا التحليل إذا شككنا في كون المركب جديداً.

ندرس من ثم بشكل منهجي، سلوك المركب تجاه بعض الكواشف. يسمح معرفة هذا السلوك، مع التحليل الكمي والذوبانية والمطيافية بتمييز المركب، بشكل عام، أي معرفة غلى أي طائفة ينتمي. يمكن أن نجد، مثلاً، أن المركب ألكان، أو ألكن، أو الدهيد، أو إستر.

والسؤال الذي يبرز هنا: أي ألكان هو؟ أو أي ألكن أي ألدهيد أو أي إستر؟ وللإجابة على هذا السؤال، يجب أن نبحث في المراجع للتعرف على مركبات الطائفة التي ينتمي إليها مركبنا المجهول.

إذا وجدنا أن الصفات الفيزيائية لأحد المركبات مطابقة للصفات الفيزيائية لمركبنا المجهول، عندها سيكون الحظ جيداً بأن يكون المركبان متطابقين (متماثلين). ولتأكيد ذلك، نقوم بتحويل مركبنا هذا، بتفاعل كيميائي، الى مركب جديد يسمى (مشتقاً)، ثم نبرهن أن هذا المشتق مطابق للمنتج المشتق، بالأسلوب نفسه ومن المركب الموصوف سابقاً.

ومن ناحية أخرى إذا لم نجد مركباً موصوفاً مسبقاً، تطابق صفاته الفيزيائية، وصفات مركبنا المجهول، عندها يكون بين أيدينا عمل صعب: إننا أمام مركب جديد، علينا تعيين بنيته والبرهان عليها. ويمكن أن نجري عملية تدرك وهي تقسيم الجزيء الى أقسام (أجزاء) وتعيين هوية الأجزاء، ثم استقراء ما يجب أن تكون عليه البنية. نحاول، لتلمس أي برهان على البنية، تركيب مجهولنا بطريقة لا تترك شكاً حول بنيته.