Punkty topnienia i wrzenia
On 26 stycznia, 2022 by adminW pierwszej tabeli podano temperatury wrzenia niektórych nasyconych heterocykli i porównano je z temperaturami odpowiadających im cykloalkanów (najbardziej prawa kolumna tabeli). Temperatury topnienia lub wrzenia powszechnych związków heteroaromatycznych i ich podstawionych pochodnych są porównane z temperaturami benzenu i jego pochodnych w drugiej tabeli.
| układ pierścieniowy (z pozycją podstawnika) | podstawnik | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H | CH3 | C2H5 | CO2H | CO2C2H5 | CONH2 | NH2 | OH | OCH3 | Cl | Br | ||
| *W °C. Pogrubioną czcionką zaznaczono punkty topnienia. Myślnik wskazuje, że związek jest niestabilny lub nieznany, lub że dane nie są łatwo dostępne. | ||||||||||||
| **Obliczono przy użyciu doświadczalnie uzyskanej temperatury wrzenia przy obniżonym ciśnieniu. | ||||||||||||
| ***Związek topi się z rozkładem. | ||||||||||||
| benzen | 80 | 111 | 136 | 122 | 212 | 129 | 184 | 41 | 154 | 132 | 156 | |
| pirydyna (2) | 115 | 129 | 148 | 137 | 243 | 107 | 57 | 107 | 140 | 170 | 193 | |
| pirydyna (3) | 115 | 144 | 165 | 237 | 224 | 130 | 65 | 127 | 179 | 148 | 173 | |
| pirydyna (4) | 115 | 145 | 168 | 315 | 219 | 156 | 158 | 148 | 190 | 147 | 174 | |
| pyrrole (1) | 130 | 113 | 129 | 95 | 178 | 166 | 175 | 185** | – | – | – | |
| pirol (2) | 130 | 148 | 164 | 208 | 39 | 174 | 285** | – | – | – | ||
| pyrrole (3) | 130 | 130 | 143 | 179 | 148 | 40 | 152 | – | – | – | – | – |
| furan (2) | 31 | 65 | 92 | 133 | 34 | 142 | – | – | 110 | 78 | 103 | |
| furan (3) | 31 | 66 | 92 | 122 | 175 | 168 | – | – | 110 | 80 | 103 | |
| tiofen (2) | 84 | 113 | 134 | 129 | 218 | 180 | – | 218 | 151 | 128 | 150 | |
| tiofen (3) | 84 | 115 | 136 | 138 | 208 | 178 | 146 | 270** | 156** | 136 | 159 | |
| pirazol (1) | 68 | 127 | 136 | 102 | 213 | 141 | 185** | 72 | – | – | – | |
| pirazol (3) | 68 | 204 | 209 | 214 | 158 | 159 | 38 | – | 40 | 70 | ||
| pirazol (4) | 68 | 206 | 247** | 275 | 78 | – | 81 | 118 | 60 | 77 | 97 | |
| izoksazol (3) | 95 | 118 | 138 | 149 | – | 134 | – | 98 | – | – | – | |
| izoksazol (5) | 95 | 122 | 138** | 146 | – | 174 | 77 | – | 200** | – | – | |
| imidazol (1) | 90 | 196 | 208 | – | 218 | – | 315** | 93 | 252** | – | – | |
| imidazol (2) | 90 | 144 | 80 | 164 | 178 | 312 | – | 251 | 71 | 165 | 207 | |
| imidazol (4) | 90 | 56 | 76 | 281 | 157 | 215 | – | – | – | – | 117 | 130 |
| pirymidyna (2) | 124 | 138 | 152 | 197 | 64 | 166 | 127 | 180 | 175** | 65 | 56 | |
| pirymidyna (4) | 124 | 141 | 140 | 240 | 39 | 194 | 151 | 164 | 152 | – | – | |
| pirymidyna (5) | 124 | 153 | 175 | 270 | 38 | 212 | 170 | 210 | 47 | 37 | 75 | |
| pirazyna (2) | 55 | 137 | 155 | 225*** | 50 | 189 | 118 | 188 | 187 | 152 | 180 | |
| rozmiar pierścienia | liczba (i pozycja) heteroatomów | typ heteroatomu | nasycony cykloalkan | ||
|---|---|---|---|---|---|
| N (jako NH) | O | S | |||
| *Obliczono na podstawie doświadczalnie uzyskanego punktu przy obniżonym ciśnieniu. | |||||
| 3 | jeden | 56 | 11 | 55 | -33 |
| 4 | jeden | 63 | 48 | 94 | 13 |
| 5 | jeden | 87 | 65 | 121 | 49 |
| 6 | jeden | 106 | 88 | 141 | 80 |
| 6 | dwa (1,2) | 150 | 116 | 190* | 80 |
| 6 | dwa (1,3) | 150 | 106 | 207 | 80 |
| 6 | dwa (1,4) | 145 | 101 | 200 | 80 |
| 7 | jeden | 138 | 120 | 174 | 119 |
Zastąpienie jednostki dwuwęgla (dwa atomy węgla i dwa atomy wodoru, masa cząsteczkowa równa 26) przez pojedynczy atom siarki (masa atomowa 32) ma niewielki wpływ na temperaturę topnienia lub wrzenia. Z drugiej strony, zastąpienie jednostki dwuwęglowej atomem tlenu (masa atomowa 16) obniża temperaturę wrzenia o około 40 °C (72 °F), czego należy się spodziewać z powodu zmniejszonej masy cząsteczkowej związków furanu (lżejsze związki są bardziej lotne). Wprowadzeniu atomów azotu do pierścienia benzenowego towarzyszą mniej regularne zmiany. Zamiana jednostki dwuwęglowej na grupę iminową (NH) lub pojedynczego węgla na atom azotu powoduje wzrost temperatury wrzenia. Ponadto, dokonując tych dwóch zmian jednocześnie zwiększa temperaturę wrzenia jeszcze bardziej, prawdopodobnie w wyniku międzycząsteczkowej asocjacji przez wiązanie wodorowe (słaba forma przywiązania poprzez pewne rodzaje atomów wodoru; patrz wiązanie chemiczne) między pirydynopodobnym atomem azotu i grupy imino.
Wpływ grup podstawnikowych w pierścieniach heteroaromatycznych wykazują znaczną regularność. Grupy metylowe (CH3) i etylowe (C2H5) przyłączone do atomów węgla w pierścieniu zwykle podnoszą temperaturę wrzenia odpowiednio o około 20-30 °C (36-54 °F) i 50-60 °C (90-108 °F), podczas gdy podobne przyłączenie do atomu azotu w pierścieniu (np. pyrrole → 1-metylopyrrole) znacznie obniża temperaturę wrzenia ze względu na zmniejszoną łatwość łączenia międzycząsteczkowego przez wiązanie wodorowe (aktywny wodór został zastąpiony grupą węglowodorową). Wszystkie heterocykliczne kwasy karboksylowe i amidy są ciałami stałymi w temperaturze pokojowej. Kwasy karboksylowe heterocykli zawierających pierścieniowy atom azotu topią się zwykle w wyższych temperaturach niż kwasy zawierające pierścieniowe atomy tlenu lub siarki, ze względu na wiązanie wodorowe. Związki zawierające zarówno atom azotu w pierścieniu, jak i grupę hydroksylową (OH) lub aminową (NH2) są zwykle ciałami stałymi o stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia. Związki zawierające chlor (Cl) zwykle mają temperatury wrzenia podobne do tych z odpowiednich związków z podstawnikiem etylowym.
Dodaj komentarz