DBE-laskuri - Laske kaksoisidoksen ekvivalentti kaavasta

Mikä on kaksoissidosekvivalentti?

Kaksoissidosekvivalentti (DBE) on molekyylin kemiallisesta kaavasta laskettava luku. Se on molekyylin sisältämien renkaiden ja kaksoissidosten kokonaismäärä yhteenlaskettuna. Kemistit kutsuvat sitä myös tyydyttymättömyysasteeksi tai vetypuutoksen indeksiksi. Kolmoissidos lasketaan kahdeksi, koska se korvaa kaksi kaksoissidosta.

DBE on hyödyllinen, koska se voidaan määrittää pelkän kaavan perusteella ennen kuin todellinen rakenne tunnetaan. Kemisti, jolla on käytössään vain molekyylikaava, esimerkiksi massaspektrometristä saatu, voi käyttää DBE-arvoa sulkemaan pois rakenteet, jotka eivät sovi kaavaan.

Kaksoissidosekvivalentin toiminta

Täysin tyydyttyneessä molekyylissä, jossa on vain yksinkertaisia sidoksia eikä renkaita, on hiiliatomien määrään nähden suurin mahdollinen määrä vetyatomeja. Jokainen rengas tai kaksoissidos korvaa kaksi vetyatomia olemassa olevien atomien välisellä sidoksella. DBE laskee, kuinka monta vetyparia puuttuu verrattuna täysin tyydyttyneeseen kaavaan.

Esimerkiksi heksaani (C₆H₁₄) on täysin tyydyttynyt, ja sen DBE on 0. Bentseenissä (C₆H₆) on kahdeksan vetyatomia vähemmän kuin heksaanissa, vaikka hiiliatomien määrä on sama. Nämä kahdeksan puuttuvaa vetyatomia vastaavat neljää kaksoissidosekvivalenttia: yhtä rengasta ja kolmea kaksoissidosta.

Kaksoissidosekvivalentin kaava

Hiiltä (C), piitä (Si), typpeä (N), fosforia (P), happea (O), rikkiä (S), vetyä (H) ja halogeeneja (F, Cl, Br, I) sisältävälle molekyylille kaava on:

$\mathrm{DBE} = 1 + (C + \mathrm{Si}) + \frac{N + P}{2} - \frac{H + F + \mathrm{Cl} + \mathrm{Br} + I}{2}$

jossa kukin alkuaineen symboli edustaa kyseisen alkuaineen atomien lukumäärää molekyylissä.

Hiili ja pii muodostavat kumpikin neljä sidosta, joten kumpikin lisää yhden kokonaisen yksikön. Typpi ja fosfori muodostavat kumpikin kolme sidosta, joten kumpikin lisää puoli yksikköä. Vety ja halogeenit muodostavat kukin yhden sidoksen, joten kukin vähentää puoli yksikköä. Happi ja rikki muodostavat yleensä kaksi sidosta eivätkä muuta kokonaismäärää lainkaan, minkä vuoksi ne puuttuvat kaavasta.

Tämä oikokaava perustuu yleisempään sääntöön, joka määräytyy sen mukaan, kuinka monta sidosta (valenssi) kukin atomi yleensä muodostaa:

$\mathrm{DBE} = 1 + \frac{\sum n_i (v_i - 2)}{2}$

Tässä nᵢ on alkuaineen i atomien määrä ja vᵢ kyseisen alkuaineen tavallinen valenssi. Kaksi sidosta muodostava atomi antaa nollan, neljä sidosta muodostava atomi yhden ja niin edelleen. Tämä yleinen muoto toimii mille tahansa alkuaineelle, vaikka edellä esitetty lyhennetty C/H/N/P/halogeeni-muoto kattaa lähes kaikki tavalliset orgaaniset yhdisteet.

DBE-arvon laskeminen

1. Laske kaavan kunkin alkuaineen atomien määrä.
2. Laske hiili- ja piiatomien määrät yhteen.
3. Lisää typen ja fosforin atomien määrästä puolet.
4. Vähennä vedyn ja halogeeniatomien määrästä puolet.
5. Lisää juoksevaan summaan 1.

Laskuesimerkki

Etyyni (C₂H₂). C = 2, H = 2. DBE = 1 + 2 − 2/2 = 1 + 2 − 1 = 2. Etyynissä on hiili-hiili-kolmoissidos, joka vastaa kahta tyydyttymättömyysyksikköä, eikä siinä ole renkaita.

Bentseeni (C₆H₆). C = 6, H = 6. DBE = 1 + 6 − 6/2 = 1 + 6 − 3 = 4. Tämä vastaa yhtä rengasta ja kolmea vuorottelevaa kaksoissidosta.

Kofeiini (C₈H₁₀N₄O₂). C = 8, H = 10, N = 4, O = 2. DBE = 1 + 8 + 4/2 − 10/2 = 1 + 8 + 2 − 5 = 6. Kofeiinin happiatomit eivät sisälly kaavaan. Sen kuusi tyydyttymättömyysyksikköä muodostuvat kahdesta fuusioituneesta renkaasta ja neljästä kaksoissidoksesta (kaksi C=O-sidosta ja kaksi C=N-sidosta).

Mitä DBE-arvo tarkoittaa

DBE antaa vain kokonaismäärän. Se ei yksinään kerro, johtuvatko tyydyttymättömyysyksiköt renkaista, kaksoissidoksista vai kolmoissidoksista. Arvo 2 voi tarkoittaa kahta kaksoissidosta, yhtä kolmoissidosta, kahta rengasta tai yhtä rengasta ja yhtä kaksoissidosta. Sen selvittäminen, mikä näistä on kyseessä, edellyttää muita tietoja, kuten infrapuna- tai NMR-spektriä.

Rajoitteet

Tavallisen varauksettoman molekyylin DBE-arvon on oltava kokonaisluku. Murtolukutulos, kuten 2,5, tarkoittaa yleensä, että kaava on kirjoitettu väärin. Se voi myös viitata radikaaliin eli molekyyliin, jossa on pariton elektroni, koska radikaalit eivät noudata tavallista kokonaislukusääntöä.

DBE ei voi olla todelliselle molekyylille negatiivinen. Negatiivinen tulos tarkoittaa, että kaava on mahdoton tai se on syötetty väärin.

Muut alkuaineet kuin C, Si, N, P, O, S, H ja halogeenit käsitellään ikään kuin ne muodostaisivat kaksi sidosta, joten ne eivät muuta tulosta. Tämä toimii useimpien orgaanisten yhdisteiden kohdalla, mutta metallia tai muita epätavallisesti sitoutuvia atomeja sisältävien kaavojen DBE-arvo voi olla epätarkka.

Usein kysyttyä

Mikä on kaksoissidosekvivalentti (DBE)? DBE on molekyylin renkaiden ja kaksoissidosten määrä, joka lasketaan kemiallisesta kaavasta. Kolmoissidos lasketaan kahdeksi.

Miten kaksoissidosekvivalentti lasketaan? Käytä kaavaa $\mathrm{DBE} = 1 + (C + \mathrm{Si}) + \frac{N + P}{2} - \frac{H + F + \mathrm{Cl} + \mathrm{Br} + I}{2}$, jossa kukin kirjain ilmaisee kyseisen alkuaineen lukumäärän kaavassa.

Mitä DBE-arvo 0 tarkoittaa? Yhdiste on täysin tyydyttynyt: siinä ei ole renkaita eikä kaksoissidoksia. Metaani ja heksaani ovat esimerkkejä.

Miksi happi ja rikki eivät esiinny kaavassa? Happi ja rikki muodostavat yleensä kumpikin kaksi sidosta, kuten haarautumattomassa yksinkertaisia sidoksia sisältävässä ketjussa. Niiden lisääminen tai poistaminen ei muuta tyydyttymiseen tarvittavien vetyatomien määrää, joten ne eivät vaikuta DBE-arvoon.

Voiko DBE olla negatiivinen tai murtoluku? Kumpikaan ei ole mahdollinen tavalliselle molekyylille. Negatiivinen arvo viittaa kaavassa olevaan virheeseen. Murtolukuarvo tarkoittaa yleensä kirjoitusvirhettä, mutta se voi myös viitata radikaaliin.

Kertooko DBE, onko molekyylissä renkaita tai kaksoissidoksia? Ei. Se antaa vain yhdistetyn kokonaismäärän. Sen selvittämiseen, mitkä rakennepiirteet vastaavat tästä arvosta, tarvitaan spektroskooppisia menetelmiä, kuten NMR- ja infrapunaspektroskopiaa.