الصيغة الهيكلية

الهيكل الأساسي للمركب العضوي هو سلسلة الذرات المرتبطة معًا والتي تُشكّل البنية الأساسية للمركب. يمكن أن يتكون الهيكل من سلاسل أو فروع أو حلقات من الذرات المرتبطة. تُسمى الذرات الهيكلية الأخرى غير الكربون أو الهيدروجين بالذرات غير المتجانسة . ^{[ 2 ]}

يحتوي الهيكل على ذرات الهيدروجين و/أو بدائل مختلفة مرتبطة بها. يُعدّ الهيدروجين أكثر الذرات غير الكربونية شيوعًا المرتبطة بالكربون، ولتبسيط الرسم، لا يُرسم بشكل صريح. إضافةً إلى ذلك، لا تُسمى ذرات الكربون عادةً بشكل مباشر (أي بـ "C")، بينما تُذكر الذرات غير الكربونية دائمًا بشكل صريح ("N" للنيتروجين ، "Cl" للكلور ، إلخ).

تُسمى الذرات غير المتجانسة ومجموعات الذرات الأخرى التي تُسهم في ارتفاع معدلات التفاعل الكيميائي، أو تُضفي خصائص مميزة ومثيرة للاهتمام على أطياف المركبات ، بالمجموعات الوظيفية ، لأنها تُعطي الجزيء وظيفةً ما. وتُسمى الذرات غير المتجانسة والمجموعات الوظيفية مجتمعةً بـ"المستبدلات"، لأنها تُعتبر بديلاً لذرة الهيدروجين الموجودة في الهيدروكربون الأصلي للمركب العضوي.

كما هو الحال في تراكيب لويس، تُشير الخطوط المستقيمة إلى الروابط التساهمية، حيث يدل الخط المزدوج أو الثلاثي على الرابطة الثنائية أو الثلاثية على التوالي. وبالمثل، تُشير الصيغ الهيكلية إلى الشحنات الرسمية المرتبطة بكل ذرة، وعادةً ما تكون أزواج الإلكترونات الحرة اختيارية . في الواقع، يمكن اعتبار الصيغ الهيكلية تراكيب لويس مختصرة تُراعي التبسيطات التالية:

• تُمثَّل ذرات الكربون برؤوس (نقاط تقاطع أو نهايات) القطع المستقيمة. ولتوضيح الصورة، تُكتب مجموعات الميثيل عادةً صراحةً على شكل Me أو _CH3 ، بينما تُمثَّل ذرات الكربون (غير المتجانسة) في الكومولين عادةً بنقطة مركزية سميكة .
• يُفترض وجود ذرات هيدروجين مرتبطة بالكربون. يُفهم من الرأس غير المُسمى أنه يُمثل ذرة كربون مرتبطة بعدد ذرات الهيدروجين اللازمة لتحقيق قاعدة الثمانية ، بينما يُفهم من الرأس المُسمى بشحنة رسمية و/أو إلكترون (إلكترونات) غير رابطة أنه يحتوي على عدد ذرات الهيدروجين اللازمة لمنح ذرة الكربون هذه الخصائص المُشار إليها. يُمكن، اختياريًا، إظهار هيدروجينات الأسيتيلين والفورميل بشكل صريح لزيادة الوضوح.
• تُظهر ذرات الهيدروجين المرتبطة بذرة غير متجانسة بشكل صريح. عادةً ما تُعرض الذرة غير المتجانسة وذرات الهيدروجين المرتبطة بها كمجموعة واحدة (مثل OH أو NH₂ ₎ دون إظهار رابطة الهيدروجين-الذرة غير المتجانسة بشكل صريح. تُعرض الذرات غير المتجانسة ذات بدائل الألكيل أو الأريل البسيطة، مثل الميثوكسي (OMe) أو ثنائي ميثيل أمينو (NMe₂ ₎ ، أحيانًا بنفس الطريقة، قياسًا على ذلك.
• يجب الإشارة صراحةً إلى الأزواج الإلكترونية غير المزدوجة على ذرات الكربون في الكاربين ، بينما تُعدّ هذه الأزواج اختيارية في الحالات الأخرى وتُعرض فقط للتأكيد. في المقابل، تُعرض الشحنات الرسمية والإلكترونات غير المزدوجة على عناصر المجموعة الرئيسية دائمًا بشكل صريح.

في التمثيل القياسي للجزيء، يُرسم الشكل الكنسي (بنية الرنين) ذو المساهمة الأكبر. مع ذلك، يُفهم أن الصيغة الهيكلية تمثل "الجزيء الحقيقي" - أي المتوسط ​​المرجح لجميع الأشكال الكنسية المساهمة. وبالتالي، في الحالات التي يساهم فيها شكلان كنسيان أو أكثر بوزن متساوٍ (كما في البنزين أو أنيون الكربوكسيلات )، ويتم اختيار أحد الأشكال الكنسية عشوائيًا، يُفهم أن الصيغة الهيكلية تُصور البنية الحقيقية، التي تحتوي على روابط متكافئة من الرتبة الكسرية، حتى وإن تم تصوير الروابط غير المتمركزة على أنها روابط أحادية وثنائية غير متكافئة . 

منذ ظهور الهياكل العظمية في النصف الثاني من القرن التاسع عشر، شهد مظهرها تطورًا ملحوظًا. تعود الاصطلاحات الرسومية المستخدمة اليوم إلى ثمانينيات القرن العشرين. وبفضل اعتماد برنامج ChemDraw كمعيار صناعي فعلي (من قِبل الجمعية الكيميائية الأمريكية ، والجمعية الملكية للكيمياء ، ومنشورات جمعية الكيميائيين الألمان ، على سبيل المثال)، أصبحت هذه الاصطلاحات شبه عالمية في الأدبيات الكيميائية منذ أواخر تسعينيات القرن العشرين. لا تزال بعض الاختلافات الطفيفة في الاصطلاحات، خاصةً فيما يتعلق باستخدام الروابط الفراغية، قائمةً نتيجةً لاختلاف الممارسات في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وأوروبا، أو كمسألة تفضيل شخصي. ^{[ 3 ]} ومن الاختلافات الطفيفة الأخرى بين المؤلفين، إمكانية تمثيل الشحنات الرسمية بعلامة الجمع أو الطرح داخل دائرة (⊕، ⊖) أو بدونها. ترد أدناه مجموعة الاصطلاحات التي يتبعها معظم المؤلفين، إلى جانب أمثلة توضيحية.

• X لأي ذرة هالوجين ( شبه ) ^{[ 5 ]} (في تدوين MLXZ ذي الصلة ، يمثل X ربيطة مانحة للإلكترون الواحد)
• L أو L _n للرابطة أو الروابط (في تدوين MLXZ ذي الصلة، يمثل L رابطة مانحة للإلكترونين)
• M أو Met لأي ذرة معدنية (يتم استخدام [M] للإشارة إلى معدن مرتبط، ML _n ، عندما تكون هوية الروابط غير معروفة أو غير ذات صلة)
• E أو El لأي إلكتروفيلي (في بعض السياقات، يُستخدم E أيضًا للإشارة إلى أي عنصر من عناصر المجموعة p ).
• Nu لأي نيوكليوفيل ^{[ 5 ]}
• Z للمجموعات الساحبة للإلكترونات المترافقة (في تدوين MLXZ ذي الصلة، يمثل Z رابطة مانحة للإلكترونات الصفرية؛ في استخدام غير ذي صلة، Z هو أيضًا اختصار لمجموعة كاربوكسي بنزيل .)
• D للديوتيريوم ( ^2H ) ^{[ 5 ]}
• T للتريتيوم ( ^3H )

• R لأي مجموعة ألكيل أو حتى أي مجموعة عضوية (يمكن استخدام Alk للإشارة بشكل لا لبس فيه إلى مجموعة ألكيل) ^{[ 5 ]}
• Me لمجموعة الميثيل ^{[ 5 ]}
• Et لمجموعة الإيثيل ^{[ 5 ]}
• Pr أو n -Pr أو ⁿ Pr لمجموعة البروبيل ( العادية ) ( Pr هو أيضًا رمز عنصر البراسيوديميوم . ^{[ 5 ]} ومع ذلك، نظرًا لأن مجموعة البروبيل أحادية التكافؤ، بينما يكون البراسيوديميوم دائمًا تقريبًا ثلاثي التكافؤ، فنادرًا ما يحدث غموض في الممارسة العملية. )
• i -Pr أو ⁱ Pr لمجموعة الأيزوبروبيل
• جميعها لمجموعة الأليل (غير شائعة)
• Bu أو n -Bu أو ^nBu لمجموعة البوتيل ( العادية ) ^{[ 5 ]}
• i -Bu أو ^iBu ( غالباً ما يُكتب i بخط مائل) لمجموعة الأيزوبوتيل
• s - Bu أو ^sBu لمجموعة البوتيل الثانوية
• t - Bu أو ^tBu لمجموعة البيوتيل الثالثية
• Pn لمجموعة البنتيل ( أو Am لمجموعة الأميل المرادفة، على الرغم من أن Am هو أيضًا رمز الأمريسيوم . )
• Np أو Neo لمجموعة النيوبنتيل ( تحذير: غالبًا ما يستخدم الكيميائيون العضويون المعدنيون Np لمجموعة النيوفيل ذات الصلة ، PhMe ₂ C–. Np هو أيضًا رمز عنصر النبتونيوم . )
• Cy أو Chx لمجموعة السيكلوهكسيل ^{[ 5 ]}
• إعلان لمجموعة 1- أدامانتيل ^{[ 5 ]}
• Tr أو Trt لمجموعة التريتيل

• Ar لأي بديل عطري (Ar هو أيضًا رمز عنصر الأرجون . ومع ذلك، فإن الأرجون خامل في جميع الظروف المعتادة التي تواجهها في الكيمياء العضوية، لذا فإن استخدام Ar لتمثيل بديل أريل لا يسبب أي لبس بشكل عام.)
• Het لأي بديل عطري غير متجانس
• Bn أو Bzl لمجموعة البنزيل ( لا ينبغي الخلط بينها وبين Bz لمجموعة البنزويل ؛ ومع ذلك، قد تستخدم المراجع القديمة Bz لمجموعة البنزيل ) .
• Dipp لمجموعة 2,6-ثنائي أيزوبروبيل فينيل
• Mes لمجموعة الميسيتيل
• Ph أو Φ أو φ لمجموعة الفينيل ( وقد انخفض استخدام φ للفينيل )
• يشير اختصار Tol إلى مجموعة التوليل ، وعادةً ما يكون المتصاوغ بارا.
• Is أو Tip لمجموعة 2,4,6-triisopropylphenyl ( الرمز الأول مشتق من المرادف isityl )
• يرمز An لمجموعة الأنيسيل ، وعادةً ما يكون المتصاوغ بارا ( يرمز An أيضًا لعنصر أكتينويد عام . ومع ذلك، نظرًا لأن مجموعة الأنيسيل أحادية التكافؤ، بينما الأكتينيدات عادةً ما تكون ثنائية التكافؤ أو ثلاثية التكافؤ أو حتى ذات تكافؤ أعلى، فنادرًا ما يحدث غموض في الممارسة العملية، إن وجد ) .
• Cp لمجموعة السيكلوبنتادينيل ( كان Cp رمزًا للكاسوبيوم، وهو اسم سابق للوتيتيوم )
• Cp* لمجموعة بنتاميثيل سيكلوبنتادينيل
• Vi لمجموعة الفينيل (غير شائع)

• Ac لمجموعة الأسيتيل ( Ac هو أيضًا رمز عنصر الأكتينيوم . ومع ذلك، نادرًا ما يُصادف الأكتينيوم في الكيمياء العضوية، لذا فإن استخدام Ac لتمثيل مجموعة الأسيتيل لا يسبب أي لبس) ؛
• Bz لمجموعة البنزويل ؛ OBz لمجموعة البنزوات
• Piv لمجموعة البيفاليل ( ثلاثي بوتيل كربونيل)؛ OPiv هي مجموعة البيفالات
• Bt لمجموعة 1-بنزوتريازوليل
• أنا لمجموعة 1-إيميدازوليل
• NPhth لمجموعة الفثاليميد-1-يل

تُعدّ إسترات السلفونات من المجموعات المغادرة الشائعة في تفاعلات الاستبدال النيوكليوفيلي. راجع المقالات المتعلقة بمجموعات السلفونيل والسلفونات لمزيد من المعلومات.

• Bs لمجموعة البروسيل ( بارا -بروموبنزين سلفونيل)؛ OBs لمجموعة البروسيلات
• Ms لمجموعة الميسيل (ميثان سلفونيل)؛ OMs لمجموعة الميسيلات
• Ns لمجموعة نوسيل ( بارا -نيتروبنزين سلفونيل) (كان Ns هو الرمز الكيميائي للنييلسبوروم، ولكن أعيد تسميته إلى بوريوم ، Bh) ؛ ONs هي مجموعة نوسيلات
• يرمز Tf إلى مجموعة التريفليل (تريفلورو ميثان سلفونيل)؛ بينما يرمز OTf إلى مجموعة التريفلات
• Nf لمجموعة نونافليل (نونافلوروبوتان سلفونيل)، CF₃ (CF₂ )₃ SO₂ ؛ ONf هيمجموعةالنونافلات
• يرمز Ts إلى مجموعة توسيل ( بارا- تولوين سلفونيل) (يُستخدم Ts أيضًا كرمز لعنصر التينيسين . مع ذلك، فإن التينيسين غير مستقر لدرجة أنه لا يُستخدم في الكيمياء العضوية، لذا فإن استخدام Ts لتمثيل التوسيل لا يُسبب أي لبس) ؛ أما OTs فهو مجموعة التوسيلات

يتم إدخال مجموعة حماية أو مجموعة وقائية في جزيء عن طريق التعديل الكيميائي لمجموعة وظيفية للحصول على انتقائية كيميائية في تفاعل كيميائي لاحق، مما يسهل التخليق العضوي متعدد الخطوات.

• Boc لمجموعة ثالثي بوتوكسي كربونيل
• Cbz أو Z لمجموعة الكربوكسي بنزيل
• Fmoc لمجموعة فلورينيل ميثوكسي كربونيل
• مخصص لمجموعة أليلوكسي كربونيل
• Troc لمجموعة ثلاثي كلورو إيثوكسي كربونيل
• TMS، TBDMS، TES، TBDPS، TIPS، ... لمجموعات إيثر السيليل المختلفة
• PMB لمجموعة 4-ميثوكسي بنزيل
• MOM لمجموعة الميثوكسي ميثيل
• THP لمجموعة 2-تتراهيدروبيرانيل