เคมีครูจ๋อม: การเขียนสูตรโครงสร้าง

การเขียนสูตรโครงสร้างในสารประกอบของคาร์บอน

สูตรโครงสร้าง คือ สูตรที่นอกจากจะแสดงจำนวนอะตอมของธาตุที่เป็นองค์ประกอบของสารแล้ว ยังแสดงลักษณะการจัดเรียงอะตอมของธาตุต่าง ๆ ในโมเลกุล ซึ่งทำให้ทราบว่ามีธาตุใดบ้าง อย่างละกี่อะตอม แต่ละอะตอมยึดเหนี่ยวกับอะตอมอื่น ๆ อย่างไร โดยทั่วไปสามารถเขียนสูตรโครงสร้างของสารประกอบคาร์บอนได้ 4 วิธีตามความเหมาะสมดังนี้

ก. สูตรโครงสร้างแบบเส้น (Extended structural formula)

วิธีนี้เป็นการเขียนสูตรที่แสดงรายละเอียดของชนิดของพันธะและตำแหน่งที่อยู่ในโมเลกุลทั้งหมด เหมาะสำหรับโมเลกุลที่มีขนาดเล็ก หรือโมเลกุลที่ไม่ซับซ้อนมากนัก เช่น
บิวทีน (C₄H₈) เขียนสูตรโครงสร้างแบบเส้นได้เป็น

เอทานอล (C₂H₅OH) เขียนสูตรโครงสร้างแบบเส้นได้เป็น

ข. สูตรโครงสร้างแบบย่อ (Condensed structural formula)

วิธีนี้เป็นการเขียนสัญลักษณ์ของ C ต่อเนื่องกันโดยไม่ต้องแสดงพันธะแบบเส้น (ยกเว้นพันธะคู่และพันธะสาม) อะตอมของธาตุอื่น ๆ ที่เกิดพันธะกับ C อะตอมใด ให้เขียนไว้ติดกับ C อะตอมนั้นโดยไม่ต้องแสดงพันธะ และถ้าโครงสร้างมีลักษณะซ้ำ ๆ กัน ให้ใช้วงเล็บแทนการเขียนทั้งหมดได้

เช่น โพรเพน (C₃H₈) เขียนเป็น CH₃CH₂CH₃

บิวเทน (C₄H₁₀) เขียนเป็น CH₃CH₂CH₂CH₃ หรือ CH₃(CH₂)₂CH₃

ออกเทน (C₈H₁₈) เขียนเป็น CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

หรือ CH₃(CH₂)₆CH₃

บิวทีน (C₄H₈) เขียนเป็น CH₂=CHCH₂CH₃

เอทานอล (C₂H₆O) เขียนเป็น CH₃CH₂OH

ค. สูตรโครงสร้างแบบย่อบางส่วน (Partially extended structural formula)

เป็นการเขียนสูตรโครงสร้างแบบย่ออีกประเภทหนึ่ง โดยผสมระหว่างแบบ ก. และ ข. เพื่อต้องการเน้นบางอย่างให้เด่นชัดขึ้น การเขียนสูตรประเภทนี้มักจะแสดงพันธะระหว่าง C กับ C สำหรับพันธะระหว่าง C กับอะตอมอื่น ๆ จะแสดงหรือไม่ก็ได้ เช่น

บิวเทน (C₄H₁₀) เขียนเป็น CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₃

เอทานอล (C₂H₆O) เขียนเป็น CH₃ - CH₂ - OH หรือ C₂H₅ - OH

ง. Bond line convention

เหมาะสำหรับโมเลกุลใหญ่ ๆ ที่มีจำนวนอะตอมของคาร์บอนมาก ๆ ในสูตรโครงสร้างแบบนี้ไม่ต้องแสดงอะตอมของ C หรืออะตอมของ H ที่เกาะกับ C ให้ใช้เส้นตรงแทนโครงสร้างโดยตรง จุดตัดของเส้นตรงจะแสดงตำแหน่งของ C จุดปลายของโครงสร้างถ้าไม่มีอะตอมอื่นเขียนไว้แสดงว่าเป็นอะตอม C เช่น

จะเห็นได้ว่าสูตรโครงสร้างแบบต่าง ๆ ที่แสดงให้ดูนั้น อยู่ในลักษณะ 2 มิติ ซึ่งความจริงการจัดเรียงอะตอมของธาตุจะเป็นลักษณะ 3 มิติ เนื่องจากทิศทางการเกิดพันธะของคาร์บอนบังคับไว้ ทำให้ไม่ได้ต่อกันอยู่ในแนวเส้นตรง

พิจารณา ตัวอย่างการเขียนสูตรโครงสร้างแบบ 3 มิติต่อไป

ก. มีเทน (CH₄)