Bond cleavage

شیمی شامل فرآیند شکافت پیوند است که به نام شکافت پیوند نیز شناخته می شود که مستلزم جداسازی پیوندهای شیمیایی است. هنگامی که یک مولکول به دو یا چند قطعه تقسیم می شود، معمولاً به این پدیده تفکیک می گویند.^[۱]

معمولاً دو دسته برای برش پیوند وجود دارد: همولیتیک و هترولیتیک که بر اساس ماهیت فرآیند تعیین می شوند. با بررسی انرژی‌های تحریک سه‌گانه و منفرد یک پیوند سیگما، می‌توان مشخص کرد که آیا پیوند دچار شکاف همولیتیک یا هترولیتیک می‌شود. با این حال، توجه به این نکته مهم است که یک پیوند سیگمای فلز-فلز از این الگو منحرف می‌شود، زیرا انرژی تحریک آن فوق‌العاده زیاد است و بنابراین نمی‌توان از آن برای اهداف مشاهده‌ای استفاده کرد.^[۲]

در موارد خاص، کاتالیزورها برای شکاف پیوند ضروری هستند. جدا شدن پیوندهای C-H، که دارای انرژی تفکیک پیوند بالا تقریباً 100 کیلوکالری در مول (420 کیلوژول بر مول) هستند، مقدار قابل توجهی انرژی برای جدا کردن اتم هیدروژن از کربن و تشکیل پیوندی با یک پیوند متفاوت اتم می طلبد.^[۳]

برش همولیتیک[ویرایش]

در فرآیند برش همولیتیک، که به آن همولیز نیز گفته می شود، دو الکترون درون یک پیوند کووالانسی شکافته شده به طور مساوی بین محصولات حاصل توزیع می شوند. این پدیده به طور متناوب با نام شکافت همولیتیک یا شکافت رادیکال شناخته می شود. انرژی تفکیک پیوند یک پیوند نشان دهنده انرژی لازم برای جدا کردن پیوند به روش همولیتیک است. این تغییر در آنتالپی به عنوان شاخصی از استحکام پیوند عمل می کند.

برش همولیتیک

انرژی مورد نیاز برای تفکیک همولیتیک به عنوان انرژی تحریک سه گانه یک پیوند سیگما نامیده می شود. با این حال، توجه به این نکته مهم است که انرژی واقعی تحریک ممکن است از انرژی تفکیک پیوند به دلیل دافعه الکترون در حالت سه گانه فراتر رود.^[۲]

برش هترولیتیک[ویرایش]

در فرآیند شکاف هترولیتیک یا هترولیز، پیوند به روشی شکسته می‌شود که یکی از قطعات، جفت الکترون‌های مشترک اولیه را حفظ می‌کند. در نتیجه، یک قطعه یک الکترون به دست می آورد که دارای هر دو الکترون پیوندی است، در حالی که قطعه دیگر یک الکترون را از دست می دهد.^[۴] به این پدیده شکافت یونی نیز می گویند.

برش هترولیتیک

انرژی مورد نیاز برای تفکیک هترولیتیک به عنوان انرژی تحریک منفرد یک پیوند سیگما شناخته می شود. با این حال، انرژی واقعی تحریک منفرد ممکن است کمتر از انرژی تفکیک پیوند هترولیز به دلیل جاذبه کولمبی بین قطعات یونی باشد.^[۲] علیرغم داشتن استحکام پیوند به ترتیب 80 کیلوژول بر مول و 70 کیلوژول بر مول، انرژی برانگیختگی یک پیوند سیگما سیلیکون-سیلیکون کمتر از پیوند سیگما کربن-کربن است. این به این دلیل است که سیلیکون میل الکترونی بالاتر و پتانسیل یونیزاسیون کمتری نسبت به کربن دارد.^[۲]

هترولیز به طور طبیعی در واکنش هایی انجام می شود که لیگاندهای دهنده الکترون و فلزات واسطه با اوربیتال های خالی درگیر هستند.^[۴]

حلقه باز شدن[ویرایش]

در طی یک واکنش باز کردن حلقه، مولکولی که شکافته می شود به عنوان یک موجودیت یکپارچه دست نخورده باقی می ماند.^[۵] پیوند شکسته شده است، با این حال دو قطعه حاصل از طریق سایر اجزای ساختار مولکولی به هم متصل می شوند. به عنوان مثال، یک حلقه اپوکسید را می توان با شکستن یکی از پیوندهای قطبی کربن-اکسیژن به روش هترولیتیک باز کرد و در نتیجه یک ساختار غیر حلقوی منفرد تشکیل شد.^[۵]

برنامه های کاربردی[ویرایش]

کاتابولیسم به فرآیند بیوشیمیایی تجزیه مولکول های بزرگ با شکستن پیوندهای داخلی آنها اشاره دارد. لیازها آنزیم‌هایی هستند که مسئول کاتالیز کردن شکاف پیوند هستند، مگر اینکه از طریق هیدرولیز یا کاهش اکسیداسیون عمل کنند، که در این صورت به ترتیب هیدرولازها و اکسیدوردوکتازها نامیده می‌شوند.

عوامل شکاف نقش مهمی در پروتئومیکس ایفا می کنند، زیرا در تجزیه و تحلیل پروتئوم ها برای تجزیه پروتئین ها به قطعات پپتیدی کوچکتر استفاده می شوند. سیانوژن برومد، پپسین وتریپسین از جمله عوامل شکافنده هستند که معمولاً در این فرآیند مورد استفاده قرار می گیرند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

↑ Muller, Paul (1994). "Glossary of terms used in physical organic chemistry (IUPAC Recommendations 1994)". Pure and Applied Chemistry. 66 (5): 1077. doi:10.1351/pac199466051077. ISSN 0033-4545.
↑ ^۲٫۰ ^۲٫۱ ^۲٫۲ ^۲٫۳ Michl, Josef (1990-05-01). "Relationship of bonding to electronic spectra. Comments". Accounts of Chemical Research (به انگلیسی). 23 (5): 127–128. doi:10.1021/ar00173a001. ISSN 0001-4842.
↑ Wencel-Delord, Joanna; Colobert, Françoise (2017-11-01). "Super-reactive catalyst for bond cleavage". Nature (به انگلیسی). 551 (7681): 447–448. doi:10.1038/d41586-017-07270-0. ISSN 1476-4687.
↑ ^۴٫۰ ^۴٫۱ «Wayback Machine» (PDF). web.archive.org. بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۱۱ اوت ۲۰۱۷. دریافت‌شده در ۲۰۲۴-۰۱-۲۶.
↑ ^۵٫۰ ^۵٫۱ Parker, R. E.; Isaacs, N. S. (1959-08-01). "Mechanisms Of Epoxide Reactions". Chemical Reviews (به انگلیسی). 59 (4): 737–799. doi:10.1021/cr50028a006. ISSN 0009-2665.

[1] Muller, Paul (1994). "Glossary of terms used in physical organic chemistry (IUPAC Recommendations 1994)". Pure and Applied Chemistry. 66 (5): 1077. doi:10.1351/pac199466051077. ISSN 0033-4545.

[:0-2] ۲٫۰ ^۲٫۱ ^۲٫۲ ^۲٫۳ Michl, Josef (1990-05-01). "Relationship of bonding to electronic spectra. Comments". Accounts of Chemical Research (به انگلیسی). 23 (5): 127–128. doi:10.1021/ar00173a001. ISSN 0001-4842.

[3] Wencel-Delord, Joanna; Colobert, Françoise (2017-11-01). "Super-reactive catalyst for bond cleavage". Nature (به انگلیسی). 551 (7681): 447–448. doi:10.1038/d41586-017-07270-0. ISSN 1476-4687.

[:1-4] ۴٫۰ ^۴٫۱ «Wayback Machine» (PDF). web.archive.org. بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۱۱ اوت ۲۰۱۷. دریافت‌شده در ۲۰۲۴-۰۱-۲۶.

[:2-5] ۵٫۰ ^۵٫۱ Parker, R. E.; Isaacs, N. S. (1959-08-01). "Mechanisms Of Epoxide Reactions". Chemical Reviews (به انگلیسی). 59 (4): 737–799. doi:10.1021/cr50028a006. ISSN 0009-2665.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]