الميثيلين (مركب)

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

الميثيلين (الاسم النظامي: ميثيليدين ، ويُسمى أيضاً كاربين أو ميثين ) هو مركب عضوي صيغته الكيميائية CH₂ (يُكتب أيضاً [ CH₂ ] ، ويجب عدم الخلط بينه وبين الهيدروجين المضغوط الذي يُرمز له أيضاً بـ CH₂ ) . وهو غاز عديم اللون يتألق في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة ، ولا يبقى إلا بالتخفيف أو كمركب إضافي .

الميثيلين هو أبسط أنواع الكاربين . [ 3 ] [ 4 ] وعادة ما يتم اكتشافه فقط عند درجات حرارة منخفضة للغاية أو كوسيط قصير العمر في التفاعلات الكيميائية . [ 5 ]

التسمية

الاسم الشائع كاربين هو الاسم المفضل وفقًا لتسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) . [ 2 ] أما الأسماء النظامية ميثيليدين وثنائي هيدريدوكربون، وهي أسماء صالحة وفقًا لتسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) ، فتُبنى وفقًا للتسميات الاستبدالية والإضافية، على التوالي.

يُنظر إلى الميثيليدين على أنه ميثان منزوع ذرتي هيدروجين. ولا يُراعي هذا الاسم، في الأصل، طبيعة مجموعة الميثيلين. مع ذلك، في سياق يُؤخذ فيه الطابع الجذري بعين الاعتبار، يُمكن أن يُطلق الاسم أيضًا على الحالة المثارة غير الجذرية ، بينما تُسمى الحالة الأرضية الجذرية التي تحتوي على إلكترونين منفردين "ميثانيديل".

يُستخدم مصطلح الميثيلين أيضًا كاسم شائع لمجموعتي الاستبدال ميثانيدييل ( CH₂ ) وميثيليدين ( CH₂ ). وقد تم تقديمه في وقت مبكر من عام 1835 من قبل الكيميائيين الفرنسيين جان باتيست دوماس ويوجين بيليجو بعد تحديد التركيب الكيميائي للميثانول . وقد أطلقوا عليه اسمًا مشتقًا من الكلمتين اليونانيتين μέθυ ( ميثي ) بمعنى "نبيذ" و ὕλη ( هيلي ) بمعنى "غابة، حطب، مادة"، وذلك بهدف تسليط الضوء على أصوله، أي "الكحول المصنوع من الخشب (مادة)". [ 6 ]

مجموعة الميثيليدين

الجزء الأزرق من هذا الرسم التخطيطي لجزيء البروبين هو مجموعة الميثيليدين.

مجموعة الميثيليدين هي أي جزء من الجزيء يتكون من مجموعة = CH2 . [ 7 ]

في المقابل، ترتبط مجموعة الميثيلين ببقية الجزيء برابطتين أحاديتين . [ 8 ] غالباً ما يكون هذا التمييز مهماً، لأن الرابطة المزدوجة تختلف كيميائياً عن رابطتين أحاديتين.

يُطلق على مركب 3-ميثيليدين سيكلوبروب-1-ين اسم سيكلوبروبين مع بديل ميثيليدين.

استُخدم الاسم نفسه (ميثيليدين) للجزيء المتميز CH2 ، المعروف أيضًا باسم الكاربين . [ 9 ] في السابق، كان اسم الميثيلين يُستخدم لجميع المتصاوغات الثلاثة (الميثيلين، والميثيليدين، والكاربين).

تُسمى العديد من المركبات العضوية وتُصنف كما لو كانت ناتجة عن استبدال مجموعة ميثيليدين بذرتي هيدروجين متجاورتين في جزيء أصلي (حتى لو لم يتم الحصول عليها بهذه الطريقة فعلياً). فعلى سبيل المثال، سُمي مركب ميثيلين سيكلوبروبين نسبةً إلى مركب سيكلوبروبين .

تحضير

يمكن تحضير الميثيلين عن طريق تحلل المركبات التي تحتوي على مجموعة ميثيليدين أو ميثانيدييل، مثل الكيتين ( الإيثينون ) ( CH₂ =CO )، والديازوميثان ( CH₂ =N₂ الخطي ) ، والديازيرين (حلقي [ -CH₂ - N=N-] ) ، وثنائي يوديد الميثان ( I-CH₂ - I ). ويمكن إجراء التحلل عن طريق التحليل الضوئي ، أو باستخدام كواشف حساسة للضوء (مثل البنزوفينون )، أو التحلل الحراري. [ 5 ] [ 10 ] ويمكن إنتاج الميثيلين عن طريق التحليل الضوئي للديازوميثان . [ 11 ] يمتص الميثيلين الغازي في طيفه فوق البنفسجي عند حوالي 141.5 نانومتر، وقد تبين أن زاوية الرابطة فيه تبلغ حوالي 140 درجة . [ 12 ] 

كما دُرست تفاعلات الميثيلين حوالي عام 1960 باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء من خلال تجارب عزل المصفوفة . [ 13 ] [ 14 ]

الخواص الكيميائية

الشخصية الراديكالية

تقع العديد من الحالات الإلكترونية للميثيلين بالقرب من بعضها البعض، مما يؤدي إلى درجات متفاوتة من التفاعلات الكيميائية الجذرية. الحالة الأرضية هي جذر ثلاثي يحتوي على إلكترونين منفردين ( ∑X 3B 1 ) ، والحالة المثارة الأولى هي حالة أحادية غير جذرية ( ∑A 1 ) .عند مستوى طاقة أعلى من الحالة الأرضية بمقدار 38  كيلوجول ، توجد عينة من الميثيلين على شكل خليط من الحالات الإلكترونية حتى في درجة حرارة الغرفة، مما يؤدي إلى تفاعلات معقدة. [ 10 ] على سبيل المثال، تتضمن تفاعلات الجذر الثلاثي مع الأنواع غير الجذرية عمومًا عملية انتزاع الإلكترونات، بينما لا تقتصر تفاعلات الأنواع غير الجذرية المفردة على انتزاع الإلكترونات فحسب، بل تشمل أيضًا الإدخال أو الإضافة.

[ CH 2 ] 2 • ( ~ X 3 B 1 ) + + H 2 O → [ CH 3 ] • + [ H O ] •
[ CH2 ] ( ã1A1 ) + H2O → H2CO + H2 ( أو H3COH )​

كما أن الحالة المفردة أكثر تحديدًا فراغيًا من الحالة الثلاثية. [ 10 ]

يتفاعل الميثيلين تلقائيًا لتكوين بوليمرات قليلة مثارة مختلفة، أبسطها هو الشكل المثار للإيثيلين . تتحلل هذه البوليمرات القليلة المثارة بدلًا من أن تعود إلى حالتها الأرضية. على سبيل المثال، يتحلل الشكل المثار للإيثيلين إلى أسيتيلين وهيدروجين ذري. [ 10 ]

2 CH 2 → H 2 CCH • 2 → HCCH + 2 H

ستشكل جزيئات الميثيلين غير المذابة والمثارة جزيئات قليلة الوحدات مستقرة في الحالة الأرضية.

2 CH • 2 → H 2 CCH 2

بناء

تبلغ طاقة تأين الحالة الأرضية للميثيلين 10 ...تبلغ طاقته 10.396 إلكترون فولت  . يتميز بتكوين منحني، بزاوية H−C−H مقدارها 133.84 درجة، وبالتالي فهو بارامغناطيسي . كان التنبؤ الصحيح بهذه الزاوية نجاحًا مبكرًا لأساليب الكيمياء الكمية من المبادئ الأولى . يتطلب التحويل إلى تكوين خطي فقط5.5 كيلو كالوري/مول  . [ 10 ]

تتمتع الحالة المفردة بطاقة أعلى قليلاً (بحوالي تبلغ طاقة الحالة الثلاثية 9 كيلو كالوري/مول ، وزاوية الرابطة H−C−H فيها أصغر، حوالي 102 درجة. في المخاليط المخففة مع غاز خامل، تتحول الحالتان إلى بعضهما البعض حتى الوصول إلى حالة التوازن. [ 10 ]

التفاعلات الكيميائية

الكيمياء العضوية

تخضع معقدات الميثيلين المتعادلة لتفاعلات كيميائية مختلفة تبعًا لطبيعة الرابطة التناسقية مع ذرة الكربون المركزية. يؤدي وجود رابطة ضعيفة، كما في ديازوميثان، إلى تفاعلات استبدال بشكل رئيسي، بينما يؤدي وجود رابطة قوية، كما في إيثينون ، إلى تفاعلات إضافة بشكل رئيسي. عند معالجتها بقاعدة قياسية، تتحول المعقدات ذات الرابطة الضعيفة إلى ميثوكسيد فلزي. وباستخدام أحماض قوية (مثل حمض الفلوروسلفوريك )، يمكن بروتنتها لإنتاج CH₃L⁺ . يؤدي أكسدة هذه المعقدات إلى إنتاج الفورمالديهايد، بينما يؤدي اختزالها إلى إنتاج الميثان .

يخضع الميثيلين الحر للتفاعلات الكيميائية النموذجية للكاربين . وتكون تفاعلات الإضافة سريعة جداً وطاردة للحرارة. [ 15 ]

عندما يكون جزيء الميثيلين في حالة أدنى طاقة له ، تكون إلكترونات التكافؤ غير المزدوجة في مدارات ذرية منفصلة ذات دوران مستقل ، وهو تكوين يُعرف باسم حالة الثلاثية .

قد يكتسب الميثيلين إلكترونًا مُنتجًا أنيونًا أحادي التكافؤ ، وهو الميثانيدِل ( CH • −2 )، والذي يُمكن الحصول عليه على هيئة ملح رباعي ميثيل الأمونيوم ( (CH3 ) 4N + ) من خلال تفاعل فينيل الصوديوم ( C6H5Na ) مع بروميد رباعي ميثيل الأمونيوم ( ( CH3 ) 4N + Br− ) . [ 5 ] يتميز هذا الأيون بهندسة منحنية، بزاوية H −C−H تبلغ حوالي 103°. [ 10 ]

التفاعلات مع المركبات غير العضوية

الميثيلين هو أيضًا ربيطة شائعة في مركبات التنسيق ، مثل ميثيلين النحاس CuCH 2. [ 16 ]

يمكن أن يرتبط الميثيلين كرابط طرفي، والذي يسمى ميثيليدين ، أو كرابط جسري، والذي يسمى ميثانيدييل .

ذُكرت صيغة جزيء الميثيلين ( CH₂ ) في إحدى قصص ديزني المصورة، تحديدًا في قصة "الكيميائي المجنون" لكارل باركس عام ١٩٤٤ ، وذلك بأسلوب فكاهي. وبنفس الأسلوب، استُشهد بهذه القصة لاحقًا في المراجع العلمية من قِبل بيتر غاسبار وجورج س. هاموند . [ ١٧ ] [ ١٨ ] كما استُشهد بها في مصادر أخرى منذ ذلك الحين، بما في ذلك كتابٌ دراسيٌّ واسع الانتشار في الكيمياء العضوية من تأليف روبرت موريسون وروبرت بويد. [ ١٩ ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 "ميثانيدييل (CHEBI:29357)" . الكيانات الكيميائية ذات الأهمية البيولوجية . المملكة المتحدة: المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية. 14 يناير 2009. أسماء الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . تم الاسترجاع في 2 يناير 2012 .
  2. 1 2 هنري أ. فافر؛ وارن هـ. باول (2014). تسمية الكيمياء العضوية : توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية والأسماء المفضلة 2013. كامبريدج، إنجلترا: الجمعية الملكية للكيمياء. ص 1054. ISBN   978-0-85404-182-4.
  3. ↑ جان، إيف (2005). المدارات الجزيئية لمركبات الفلزات الانتقالية . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. ص 7. doi : 10.1093/oso/9780198530930.001.0001 . ISBN  0-19-853093-5.
  4. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " الكاربينات ". doi : 10.1351/goldbook.C00806
  5. 1 2 3 ديمور، دبليو بي؛ بنسون، إس دبليو (2009) [1964]. "تحضير وخواص وتفاعلية الميثيلين". في فولمان، ديفيد إتش؛ هاموند، جورج إس؛ جولنيك، كلاوس (محررون). التقدم في الكيمياء الضوئية . جون وايلي وأولاده. ص 219. ISBN  9780470133590.
  6. ^ دوماس، ج. بيليجوت، إي. (1835). "Mémoire sur l'espirit de bois et sur les divers composés ethérés qui en proviennent" [ مذكرات عن روح الخشب والمركبات الأثيرية المختلفة المشتقة منه ] . حوليات الكيمياء والفيزياء (باللغة الفرنسية). 58 :9 . هذا هو النبيذ أو المسكرات الروحية من الخشب. [ سنعطي اسم "ميثيلين" (1) إلى الجذر... (1) الميثي، والنبيذ، وهولي، والخشب؛ أي النبيذ أو روح الخشب. ]
  7. ↑ "ميثيليدين (الاسم المفضل وفقًا لتسمية IUPAC)" (PDF) . ص 314. 
  8. ↑ "الميثيلين (الاسم المفضل وفقًا لتسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية)" (ملف PDF) . ص 58. 
  9. ↑ "ميثيليدين (الاسم المفضل وفقًا لتسمية IUPAC)" (PDF) . ص 921. 
  10. 1 2 3 4 5 6 7 شافيت، إشعيا (1985). "الهندسة وفجوة الطاقة بين الحالة المفردة والثلاثية في الميثيلين: مراجعة نقدية للتحديدات التجريبية والنظرية". تيتراهيدرون . 41 (8): 1531-1542 . doi : 10.1016/S0040-4020(01)96393-8 .
  11. ↑ هيرزبرغ، ج.؛ شوسميث، ج. (1959). "طيف وبنية جذر الميثيلين الحر". نيتشر . 183 (4678): 1801-1802 . Bibcode : 1959Natur.183.1801H . doi : 10.1038/1831801a0 . S2CID 4272040 . 
  12. ↑ بانكر، فيليب ر. (1985). بارتليت، رودني ج. (محرر). الطيف، والبنية، وانفصال الحالة المفردة-الثلاثية في الميثيلين (CH2 ) . مقارنة بين الكيمياء الكمية من المبادئ الأولى والتجربة للجزيئات الصغيرة. هولندا: ريدل دوردريخت. ص 141-170 . doi : 10.1007/978-94-009-5474-8_6 . 
  13. ↑ ديمور، ويليام ب؛ بريتشارد، هـ. أو؛ ديفيدسون، نورمان (1959). "تجارب كيميائية ضوئية في أوساط صلبة عند درجات حرارة منخفضة. الجزء الثاني: تفاعلات الميثيلين، وسيكلوبنتادينيلين، وثنائي فينيل ميثيلين". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 81 (22): 5874. Bibcode : 1959JAChS..81.5874D . doi : 10.1021/ja01531a008 .
  14. ↑ جاكوكس، مارلين إي.؛ ميليجان، دولفوس إي. (1963). "دراسة بالأشعة تحت الحمراء لتفاعلات CH2 وNH مع C2H2 وC2H4 في الأرجون الصلب". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 85 (3): 278. Bibcode : 1963JAChS..85..278J . doi : 10.1021/ja00886a006 .
  15. ↑ لازار، ميلان (1989). الجذور الحرة في الكيمياء والبيولوجيا . بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 0-8493-5387-4.
  16. ↑ تشانغ، سو تشان؛ كافافي، زكية ح.؛ هاوج، روبرت هـ.؛ بيلوبس، دبليو. إدوارد؛ مارغريف، جون ل. (1987). "عزل وتوصيف ميثيلين النحاس (CuCH2) باستخدام مطيافية عزل المصفوفة بالأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 109 (15): 4508-4513 . Bibcode : 1987JAChS.109.4508C . doi : 10.1021/ja00249a013 .
  17. ↑ غاسبار، بيتر ب.؛ هاموند، جورج س. (1964). "الفصل 12: حالات الدوران للكاربينات". في كيرمس، فولفغانغ (محرر). كيمياء الكاربين . المجلد 1. نيويورك: أكاديميك برس. الصفحات 235-274 . OCLC 543711. من بين التجارب التي لم تُجرَ، على حد علمنا، حتى الآن، تجربةٌ بالغة الأهمية ، وردت في الأدبيات منذ ما لا يقل عن 19 عامًا (91). [تشير الحاشية 91 إلى العدد ذي الصلة من مجلة والت ديزني للقصص المصورة ].   
  18. ↑ قصص والت ديزني المصورة ، العدد 44 (1944). " إذا خلطت CH2 مع NH4 وقمت بغلي الذرات في ضباب أسموزي، فسأحصل على نيتروجين مرقط. " 
  19. ↑ موريسون، روبرت ثورنتون؛ بويد، روبرت نيلسون (1973). الكيمياء العضوية . ألين وبيكون. ISBN 978-0-205-04136-7.