البوتيلينات  The butylenes

عند الانتقال إلى البوتيلين C₄H₈ سنرى ان هنالك عدداً من الاحتمالات لترتيب الجزيء.

قبل كل شيء يمكن ان نحصل على هيكل سلسلة – مستقيمة كما في نظامي البوتان او على بنية سلسلة متفرعة كما في ايزو البوتان ، بعد ذلك إذا قيدنا انفسنا بهيكل السلسلة – المستقيمة فإن هناك احتمالين للترتيب مختلفين في موضع الرابطة المزدوجة في السلسلة ، وعملياً نحصل على ثلاثة بنى كما هو مشار إليه ادناه وتعطى التسميات -1 البوتن ، -2 البوتن، إيزو البوتيلين.

ولكن هل تتفق الحقيقة مع توقع وجود ثلاثة مماكبات للبوتيلين؟ تبين التجارب وجود أربعة الكنات صيغتها C₄H₈ عوضاً عن ثلاثة وتملك الخواص الفيزيائية التي بينها الجدول 1.1.

الجدول 1.1 : الخواص الفيزيائية للبوتيلينات

يتشكل الإيزوبوتان عند هدرجة المماكب ذي نقطة الغليان 7- ْس مما يدل بوضوح على ان البوتيلين المستخدم يحوي سلسلة متفرعة وبالتالي لدينا بنية توافق الصيغة المقترحة للإيزوبوتيلين. اما عند هدرجة المماكبات الثلاثة الاخرى ينتج مركب واحد هو نظامي البوتان ويشير ذلك بوضوح إلى انه ينتج عن هيكل سلسلة مستقيمة. واعتماداً على الطريقة التي سندرسها لاحقاً  من الممكن ان نكسر الالكن إلى اجزاء منفصلة عند الرابطة المزدوجة حيث تتشكل جسيمات تتبع موضع الرابطة المزدوجة في الالكن. عندما نجزري هذه العملية على المماكب ذي نقطة الغليان – 6 ْس تتشكل نواتج تدل بوضوح على ان الرابطة المزدوجة تقع عند طرف السلسلة وهذا يتناسب مع البوتيلين الذي اسميناه -1 البوتن. وعندما نجري نفس العملية على المماكبين الباقيين فإن المنتجات النهائية تكون متماثلة وتظر هذه المنتجات ان الرابطة المزدوجة تقع في منتصف السلسلة.

عند الحكم على منتجات الهدرجة ومنتجات التشطر يمكننا ان نستنتج ان البوتيلنات التي تملك نقاط غليان 1+ ْس و 4+ ْس لها نفس البنية وتدعي -2 البوتن. ومع ذلك، فإن الاختلافات في نقطة الغليان ونقطة الانصهار والخواص الفيزيائية الأخرى تظهر بوضوح انهما ليس نفس المركب وانما هما مماكبان.

ولكن ما هي الطريقة التي تمكننا من معرفة ان لهما بنية مختلفة؟

حتى نفهم نوع التماسك الذي يعطي مركبين من -2 البوتن ، يجب علينا ان نتفحص وعن قرب بنية الالكنات وطبيعة الرابطة المزدوجة كربون – كربون . يعد الايتيلين ذا بنية مستوية. وتعزى البنية المستوية إلى الترتيب الهندسي للمدارات الرابطة وخصوصاً التراكب بين المدارات لتشكيل المدار π ولنفس السبب يجب ان يكون اي جزء الكني ذي بنية مسطحة، حيث يرتبط الكربونات برابطة مزدوجة مع أربع ذرات مرتبطة عليها وتقع في نفس المستوى.

الآن، إذا تفحصنا بنية -2 البوتن بدقة وباستعمال النماذج الجزيئية نجد طريقتين مختلفتين تماما I و II لترتيب ذرات الكربون (إلى جانب العدد اللامتناهي من الاحتمالات التي تنشأ نتيجة الدوران الحر حول الرابطة الاحادية). في البنية الأولى تقع زمرتا المتيل في نفس الجهة للجزيء I وفي البنية الاخرى تقع زمرتا المتيل في جهتين متعاكستين من الجزيء II.

والسؤال الذي ينشأ هو : هل من الممكن فصل المماكبين -2 البوتن اعتماداً على الاختلاف في البنية ام أنهما يتحولان إلى بعضهما بسهولة ، مثل، التهايؤات في نظامي البوتان ؟

يتضمن التحول من I إلى II دوراناً حول الرابطة المزدوجة كربون – كربون وان احتمال فصل المركبين يعتمد على الطاقة اللازمة لمثل هذا الدوران. رأينا سابقاً ان تشكيل الرابطة … يستوجب تراكباً بين المدارات P والتي تقع أعلى وأسفل المستوي الذي يحوي الرابطة a. وللأنتقال من احد هذين المماكبين إلى الآخر يتطلب من الجزيء ان ينقتل وهذا يعود إلى فقدان التراكب بين المدارات P الأمر الذي يعني كسر الرابطة π (انظر الشكل 1.1).

الشكل 1.1: الدوران المعاق حول الرابطة المزدوجة كربون – كربون سيمنع الدوران من تراكب المدارات p وسيكسر الرابطة π .

يتطلب كسر الرابطة  π  طاقة مقدارها 70 كيلو حريرة. وعند درجة حرارة الغرفة هنالك نسبة ضئيلة من التصادمات يمكن أن تقود إلى هذه الطاقة الضرورية. لهذا السبب تكون سرعة التحول صغيرة جداً بسبب حاجز الطاقة الذي يبلغ 70 كيلو حريرة. لذلك ، تكون هنالك إعاقة دورانية حول الرابطة المزدوجة كربون – كربون . ونتيجة لهذه الإعاقة الدورانية يمكن فصل مماكبي -2 البوتن. وهما بالطبع البوتيلين (ن. غ + 1 ْس) والبوتيلين (ن.غ +4 ْس).