Konjugaatio (kemia)
Kemiassa konjugoitu systeemi on systeemi, joka koostuu yhteen liitetyistä p-orbitaaleista, joissa on delokalisoituneita elektroneja. Konjugoituneet systeemit syntyvät useista moninkertaisista sidoksista, jotka on erotettu toisistaan yksinkertaisilla sidoksilla. Yleensä konjugoidut systeemit voivat alentaa molekyylin kokonaisenergiaa ja lisätä sen vakautta. Ne voivat sisältää yksinäisiä pareja, radikaaleja tai karbeniumioneja. Yhdiste voi olla syklinen, asyklinen, lineaarinen tai sekamuotoinen. Useimmissa tapauksissa molekyylin atomeja pitävät yhdessä yksinkertaiset sidokset (joissa vierekkäisten atomien orbitaalit ovat päällekkäin). Molekyyleillä, joissa on konjugoitu järjestelmä, on ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka eroavat tavallisista yhdisteistä, jotka syntyvät delokalisoituneiden elektronien jakamisesta monien atomien kesken.
Konjugaatio on yhden p-orbitaalin ja toisen p-orbitaalin päällekkäisyys välissä olevan sigmasidoksen (tai yksittäisen sidoksen) yli. (Myös suurempien atomien d-orbitaalit voivat vaikuttaa konjugoituneeseen systeemiin).
Konjugoituneessa systeemissä on päällekkäisten p-orbitaalien alue, joka yhdistää niiden välissä olevat yksittäiset sidokset. Ne mahdollistavat pi-elektronien delokalisaation kaikkien vierekkäisten kohdistettujen p-orbitaalien yli. Pi-elektronit eivät kuulu yksittäiseen sidokseen tai atomiin, vaan pikemminkin atomiryhmään.
Suurimmat konjugoituneet järjestelmät (joissa on eniten jaettuja elektroneja) ovat grafiitissa, johtavissa polymeereissä ja hiilinanoputkissa.
1,3-pentadieeni
Cinnamaldehydi, eräänlainen fenolinen yhdiste, jolla on konjugoitu järjestelmä.
Mekanismi
Erilaiset molekyylirakenteet voivat johtaa konjugaatioon. Konjugoituminen edellyttää, että ketjun kaikilla naapuriatomeilla on käytettävissä p-orbitaali. Monissa tapauksissa konjugoituneet systeemit ovat sarja yksinkertaisia sidoksia, joita kutakin seuraa kaksoissidos. Muitakin järjestelmiä on olemassa. Esimerkiksi furaani (ks. kuva) on viisirenkainen rengas, jossa on kaksi vuorottelevaa kaksoissidosta ja happi asemassa 1. Furaanin hapella on kaksi yksinäistä paria, joista toinen täyttää kyseisen paikan p-orbitaalin. Yksinäisen parin elektroni tekee konjugaation mahdolliseksi viisirenkaassa. Typen läsnäolo renkaassa voi olla konjugaatiossa tarvittavien pi-orbitaalien lähde. Konjugaatioon tarvittavia pi-orbitaaleja voi tulla myös renkaan α-substituenttiryhmistä, kuten karbonyyliryhmästä (C=O), imiiniryhmästä (C=N), vinyyliryhmästä (C=C) tai anionista.
Kromoforit
Konjugoidut järjestelmät ovat kromoforien tärkeimmät osatekijät. Kromoforit ovat molekyylin valoa absorboivia osia, jotka voivat saada yhdisteen saamaan näkyvän värin. Kromoforeja esiintyy usein erilaisissa orgaanisissa yhdisteissä ja joskus myös polymeereissä, jotka ovat värillisiä tai hehkuvat pimeässä. Kromoforit koostuvat usein sarjasta konjugoituneita sidoksia ja/tai rengasjärjestelmiä, jotka voivat sisältää C-C-, C=C-, C=O- tai N=N-sidoksia. Usein kromoforeissa on aromaattisia renkaita.
Konjugaatio erilaisilla p-orbitaalin luovuttajaryhmillä
Beetakaroteenin kemiallinen rakenne. Yksitoista konjugoitunutta kaksoissidosta, jotka muodostavat molekyylin kromoforin, on korostettu punaisella.
Aiheeseen liittyvät sivut
- Resonanssi (kemia)
- Hyperkonjugaatio
- Ristikytkentä
- Polyeeni
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on konjugoitu järjestelmä kemiassa?
A: Konjugoitu systeemi on jatkuvien ja rinnakkaisten p-orbitaalien systeemi, jossa on delokalisoituneita elektroneja.
K: Miten konjugoituja systeemejä syntyy?
V: Konjugoituneet systeemit syntyvät useista moninkertaisista sidoksista, jotka on erotettu toisistaan yksinkertaisilla sidoksilla.
K: Mitä asioita voi esiintyä konjugoituneessa systeemissä?
V: Konjugoituneet systeemit voivat sisältää yksinäisiä pareja, radikaaleja tai karboniumioneja.
K: Voiko yhdiste, jossa on konjugoitu järjestelmä, olla syklinen?
V: Kyllä, yhdiste, jossa on konjugoitu järjestelmä, voi olla syklinen, asyklinen, lineaarinen tai sekamuotoinen.
K: Mitkä ovat konjugoituneen järjestelmän omaavien molekyylien ainutlaatuiset ominaisuudet?
V: Molekyyleillä, joilla on konjugoitu järjestelmä, on tavallisista yhdisteistä poikkeavia ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka syntyvät delokalisoituneiden elektronien jakamisesta monien atomien kesken.
K: Mikä on konjugaatioon liittyvä päällekkäisyys?
V: Konjugaatio on yhden p-orbitaalin ja toisen p-orbitaalin päällekkäisyyttä välissä olevan sigmasidoksen (tai yksittäisen sidoksen) yli.
K: Mistä löytyvät suurimmat konjugoituneet järjestelmät?
V: Suurimmat konjugoituneet järjestelmät (joissa on eniten jaettuja elektroneja) ovat grafiitissa, johtavissa polymeereissä ja hiilinanoputkissa.
