مبانی شیمی فیزیک آلی (جلد اول)

پیشگفتار

در روزگاران بسیار دور، زمانیکه بشر هنوز پا به عرصه وجود نگذاشته بود. شیمی هم‌زاده نشده بود. اما هنگامی که انسان به حیات دست‌ یافت و به تغییر‌دادن ماهیت مواد و اثر گذاشتن روی محیط زیست مشغول گردید، فرآیندهایی انجام شد که آغازی بر پیدایش شیمی بود.

 یکی از اکتشافات انسان اولیه که در پیشرفت شیمی موثر واقع شد، تولید آتش بود. اگرچه داستان آن در ابتدا با خرافات همراه بود اما امروز به صورت یک منبع انرژی و به دور از پندارهای نادرست مورد استفاده قرار می‌گیرد.

قرن‌ها پیش انسان در ناحیه‌ای بادخیز در یک تپه، مجرایی به شکل L ایجاد کرد که باد بتواند در آن از پایین به بالا جریان یابد. در این مجرا قطعات چوب را آتش زد،  تصادفاً این آتشدان در دل توده‌ای از سنگ آهن (خاک سرخ) تعبیه شده بود. حرکت باد آتش را افروخته‌تر می‌کرد تا آنجا که در اثر وقوع یک واکنش شیمیایی خاک سرخ به آهن تبدیل شد. بعد انسان توانست از آهن ابزارهای جدید بسازد.

در کنار پیشرفت‌ها معضلاتی هم بوجود آمد که موجب نگرانی و پیدایش این اندیشه شد که آیا این دخالت‌ها بر کره خاکی تأثیر مثبت دارد یا منفی!

با تلاش‌هایـی ‌که دانشـمندان برای دستیـابی به ‌کـرات دیگر انجام می‌دهـند، این ظـن‌ قـوت ‌می‌گیرد که بشر تیزپا تصمیم دارد فرار را برقرار ترجیح داده قبل از نابودی کره زمین به کرات دیگر رخت سفر بر بندد که امید است چنین نباشد.

هر یک از اتفاق‌ها که از گذشته دور تا به امروز صورت گرفته مثال‌های خوبی از واکنش‌های شیمیایی‌هستند. از مواد‌اولیه، محصولات‌متنوعی به دست‌ می‌آید که می‌توانند پاسخگوی‌ نیازهای ما باشند.

هر روز در اطراف ما هزاران فرآیند شیمیایی صورت می‌گیرد و با این که سعی در ارائه خود دارند ولی ما به علت عدم توجه، قادر به درک و شناسایی آنها نیستیم چون عادت به مشاهده دقیق نداریم. به هر صورت برای آن که بتوانیم واکنش‌های شیمیایی را بهتر درک کنیم ضمن مشاهده دقیق در صدد یافتن پاسخ این پرسش‌ها باشیم.

1ـ محتوای مواد اولیه قبل از واکنش و محصولات بعد از واکنش چیست؟

2ـ چند مرحله باعث تبدیل مواد اولیه به محصولات می‌شود؟

3ـ مواد ‌اولیـه چه مراحـلی را طی‌ کـرده و انرژی کـدام مسیر باعث پیشرفت‌ واکـنش به سمت محصولات می‌شود؟

4ـ چرا یک واکنش انجام می‌گیرد و دیگری انجام نمی‌شود؟

5 ـ اگر از چند مسیر مختلف، محصولات متنوع بدست آید، چرا فقط یک مسیر غالب می‌شود؟

6 ـ چه امکاناتی باید در اختیار داشته باشیم تا بهتر بتوانیم مسیر واکنش‌ها را بشناسیم؟

7 ـ آیا در آینده کامپیوترها می توانند قبل از انجام یک واکنش به پرسش‌های بالا پاسخ دهند؟

به امید روزی‌که تحقیقات در کشور ما به مرزی که سزاوار مردم لایق ایران است سوق پیدا کند.

* * *

بی‌تردید تهیه این کتاب با تلاش و یاری همکاران و اشخاص دیگر میسر شده است.

از همکاران محترم خود جناب آقای دکتر محمدرضا سعیدی و جناب آقای دکتر حمیدرضا معماریان و جناب آقای مهندس رضا ‌‌‌کریم‌زاده ‌اصفهانی که با ‌دقت و حوصله فراوان ویرایش‌ کتاب را تقبل نمودند صمیمانه سپاسگـزاری و قـدردانی می‌نمایم. از آقای علیرضا نجفی دانشجوی دورة‌ دکترا که در امر ترسیم‌اشکال و ویرایش کتاب همکاری نمودند قدردانی‌می‌شود.
     از جناب ‌آقای مهندس‌محمد‌ترابیان مدیریت‌محترم‌انتشارات‌ارکان‌و‌سرکار‌خانم نسرین‌مختاری مدیریت داخلی انتشارات به خاطر هماهنگی‌های لازم در کلیة امور همچنین طراحی روی جلد و سرکار‌خانم‌ها مهناز جوادیان و فاطمه چلمقانی که در امر تایپ و صفحه‌آرایی‌کتاب همت‌گماردند و همچنین سرکار خانم مهشید سعادتمند که در تدوین این کتاب زحمات بسیاری را متقبل شدند سپاسگزاری می‌نمایم.
با توجه به تلاش فراوان مؤلف، شاید نوشتة حاضر دارای کاستیهایی هم باشد که پیشاپیش از خوانندگان ‌محترم پوزش می‌طلبیم. لازم به ذکر است که نظرات و پیشنهادات همکاران و دانشجویان و خوانندگان گرامی در آینده باعث ارائه بهتر تألیفات بعدی می‌گردد.
عبدالحسین دباغ
پاییز 1383

فصل اول: نگاهی جامع به شیمی آلی
1ـ1 Xray ـ مولکولی
1-2  طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) 
1ـ3  روش‌های دیگر آنالیز
 
فصل دوم: نظریه پیوند والانس
2ـ1 مقدمه
2ـ2 نظریه پیوند والانس (VBT) 
      2ـ2ـ1 اثر هیبریداسیون
      2ـ2ـ2 اثر رزونانس
               اهمیت رزونانس در تعیین خواص فیزیکی و شیمیایی
      2ـ2ـ3 اثر فوق مزدوج شدن
               شواهد تجربی در تأیید اثر فوق مزدوج شدن
      2ـ2ـ4 اثر القاء
      2ـ2ـ5 اثر میدان
      2ـ2ـ6 اثر تداخل فضایی
               تأثیر تداخل فضایی در رزونانس
      2ـ2ـ7 اثر پیوند هیدروژنی
               اهمیت پیوندهای هیدروژنی
      2ـ2ـ 8 اثر توتومری
                2ـ2ـ 8 ـ1 توتومری پروتون
                              توتومری پروتون در ترکیب‌های دیگر
                2ـ2ـ 8 ـ2 توتومری والانس
مسائل
 
فصل سوم: نظریه اوربیتال مولکولی
3ـ1 مقدمه
3ـ2 خواص موج
3ـ3 مکانیک کوانتومی
3ـ4 تعریف اوربیتال
      3ـ4ـ1 دانسیته الکترون اوربیتال و شرط نرمال
3ـ 5 اوربیتال اتمی
3ـ6 اوربیتال مولکولی (MO) 
3ـ7 نظریه اوربیتال مولکولی هوکل (HMO) 
      3ـ7ـ1 محاسبه توابع‌ انرژی و توابع‌ویژه با استفاده از روش دتر‌مینان عام برای چهارچوب‌آلیل
      3ـ7ـ2 روش دیگر برای حل ضرایب MO چهارچوب آلیل
      3ـ7ـ3 حل دقیق‌تر معادلة شرودینگر با انتخاب صحیح عملگرهای هامیلتونی
      3ـ7ـ4 کاربردهای دیگر روش اوربیتال مولکولی هوکل (HMO) 
3ـ 8 روش‌های ساده برای تعیین توابع انرژی و یا توابع ویژه
      3ـ 8 ـ1روش گره‌ها و تقارن لپها (فازها)
      3ـ 8 ـ2 روش هیدروکربنهای متناوب (AH) و غیر متناوب (NAH) 
                 محاسبة ضرایب MO با استفاده از روش هیدروکربنهای متناوب
      3ـ 8 ـ3 محاسبه مقادیر توابع انرژی با استفاده از روش دایره فراست
      3ـ 8 ـ4 کاربرد ساده از تقارن
3ـ 9 روش‌های محاسباتی یا نظری
      3ـ 9ـ1 مکانیک کلاسیک
      3ـ 9ـ2 مکانیک کوانتومی
                3ـ 9ـ2ـ1 روش MNDO 
                3ـ 9ـ2ـ2 روش 1AM 
                3ـ 9ـ2ـ3 روش 3PM 
      3ـ 9ـ3  نظریه عاملیت دانسیته
مسائل
 
فصل چهارم: واکنش‌های همزمانی
4ـ1 مقدمه
4ـ2 واکنش‌های حلقه‌زایی بین مولکولی
      4ـ2ـ1 واکنش‌های حلقه‌زایی از نوع ]1+2[ ، تشکیل حلقه‌های سه ‌ضلعی
      4ـ2ـ2 واکنش‌های حلقه‌زایی از نوع  ]2+2[ ، تشکیل حلقه‌های چهارضلعی
      4ـ2ـ3 واکنش‌های حلقه‌زایی از نوع  ]2+3[ و ]1+4[ ، تشکیل حلقه‌های پنج‌ضلعی
      4ـ2ـ4 واکنش‌های حلقه‌زایی از نوع  ]2+2+2[ ، ]2+4[ ، تشکیل حلقه‌های شش‌ضلعی
      4ـ2ـ 5 واکنش‌های حلقه‌زایی از نوع ]3+4[ ، تشکیل حلقه‌های هفت‌ضلعی
      4ـ2ـ6  واکنش‌های حلقه‌زایی از نوع ]2+6[ ، تشکیل حلقه‌های هشت‌ضلعی
      4ـ2ـ7 واکنش‌های حلقه‌زایی از نوع ]4+6[ ، تشکیل حلقه‌‌های ده‌ضلعی
مسائل
4ـ3 واکنش‌های حلقه‌زایی درون مولکولی (الکتروسیکلیک)
مسائل
4ـ4 واکنش‌های نوآرایی همزمانی درون مولکولی ( سیگماتروپی)
      4ـ4ـ1 نوآرایی ییلید
      4ـ4ـ2 نوآرایی کلایزن
      4ـ4ـ3 نوآرایی واگنر ـ مرواین (نوآرایی کربوکاتیون)
      4ـ4ـ4  نوآرایی پیناکول
      4ـ4ـ5 پیرو‌لیز استرها (واکنش‌های حذفی از نوع سین)
      4ـ4ـ6  نوآرایی ویتیگ
      4ـ4ـ7  نوآرایی اکسی ـ کوپ
      4ـ4ـ 8 نوآرایی الکیل سولفوکسید
      4ـ4ـ9 نوآرایی آلیل‌دی‌ایمین
مسائل
 
فصل پنجم: مکانیسم واکنش‌های همزمانی
5 ـ1 مقدمه
5 ـ2 مکانیسم واکنش‌های هماهنگ حلقه‌زایی
      5 ـ2ـ1 مکانیسم واکنش‌های حلقه‌زایی از نوع ]2‌+‌4[
      5 ـ2ـ2 توجیه تشکیل سیکوهگزن در شرایط گرما
      5 ـ2ـ3 توجیه تشکیل ‌نشدن سیکلوبوتان در شرایط گرما
      5 ـ2ـ4  شیمی فضائی واکنش‌های همزمانی حلقه‌زایی بین مولکولی ]2‌+‌4[
      5 ـ2ـ 5  مکانیسم واکنش‌های حلقه‌زایی ]1‌+‌2[
                  5 ـ2ـ ‌5 ـ1 شرایط گرمایی
                  5 ـ2ـ 5 ـ2 شرایط فتو‌شیمیایی
      5 ـ2ـ6 مکانیسم واکنش‌های حلقه‌زایی همزمانی کاتالیز شده
مسائل
5 ـ3 مکانیسم واکنش‌های همزمانی الکتروسیکلیک
مسائل
5 ـ4 مکانیسم واکنش‌های نوآرایی درون مولکولی همزمانی (سیگماتروپی)
مسائل
5 ـ 5 واکنش‌های حلقه‌زایی غیرهمزمانی
مسائل
5 ـ6 واکنش‌های حلقه‌زایی همزمانی کاتالیز شده
مسائل
5 ـ7 واکنش‌های حلقه‌زایی همزمانی کلو‌تروپی
مسائل
5 ـ 8 واکنش‌‌های همزمانی جابجایی گروهی (انتقال گروهی)
 
فصل ششم: نظریه اختلال (آشفتگی) اوربیتال مولکولی
6ـ1 مقدمه
6ـ2 کاربرد نظریه PMO در بررسی واکنش‌های هسته‌دوستی و الکترون‌دوستی
مسائل
 
فصل‌ هفتم: خصلت آروماتیکها
7ـ1 مقدمه
7ـ2 بررسی خصلت آروماتیک با استفاده از نظریه پیوند والانس
7ـ3 بررسی خصلت غیر آروماتیک با استفاده از نظریه پیوند والانس
7ـ4 بررسی خصلت ضد آروماتیک بر اساس نظریه پیوند والانس
7ـ 5 بررسی خصلت‌آروماتیک، ضد‌آروماتیک یا غیر‌آروماتیک با استفاده از نظریه اوربیتال مولکولی
7ـ6 بررسی خصلت هوموآروماتیک
7ـ7 موارد استثناء در نقض قواعد خصلت آروماتیک
7ـ 8 خصلت آروماتیک در ترکیبات حلقوی جوش‌خورده
مسائل
واژه‌‌نامه 
مراجع 
مراجع عمومی