ترکیبات آروماتیک چیست؟

[Sara12]

در شیمی پیوند آروماتیک به یک پیوند آلی گفته میشود که در آن یک حلقه جفت از پیوندهای غیراشباع، جفتهای تکی یا اربیتال ها خالی یک استواری قویتر از استواری جفتسازی تنها را از خود نشان میدهند.
واژه آروماتیک به معنی خوشبو است.
برخی از مشتقات بنزن از صمغ درخت هایی که در مناطق گرم و استوایی مانند جاوه و سوماترا می رویند، به دست می آمد. این صمغ ها خوشبو و گران بها بودند. از اینرو بنزن و مشتقات آن را ترکیبات آروامتیک یامعطّر نامیدند.

آروماتیکها، دسته وسیعی از ترکیبات را تشکیل میدهند که شامل بنزن و ترکیباتی باشند که از نظر رفتار شیمیایی مشابه بنزن میباشند. برخی از این مواد، حتی بهظاهر شباهتی به بنزن ندارند. برخلاف آلکن ها وآلکین ها ، بنزن و سایر ترکیبات آروماتیک، تمایلی برای انجام واکنشهای افزایش از خود نشان نمیدهند، ولی در واکنشهای جانشینی شرکت میکنند که یکی از صفات شاخص این دسته از مواد میباشد.
اگر گروههای عاملی روی حلقه قرار بگیرند، بر واکنش پذیری حلقه اثر خواهند گذاشت. واکنش پذیری عوامل متصل به حلقه نیز بهوسیله بخش آروماتیک تحتتأثیر قرار میگیرد.
مولکولهایی آروماتیک هستند و خصلت آروماتیکی از خود نشان میدهند که تعداد الکترونهای سیستم π آنها، 2 و 4 و 6و 10و... باشد. این ضرورت، قاعده هوکل یا 4n+2 نامیده میشود. سپس ترکیباتی که برای آنها n=0, 1 , 2 ,… میباشد، آروماتیک خواهند بود.
خصلت آروماتیکی و قاعده 4n+2 هوکل افزون بر بنزن و ترکیبات هم خانواده آن مثل نفتالین و آنتراسین و... ، مواد دیگری نیز وجود دارند که بهظاهر هیچ شباهتی به بنزن ندارند، ولی رفتاری مشابه بنزن دارند و بهعبارت سادهتر ، آروماتیک هستند. از ویژگیهای این مواد میتوان به نکات زیر اشاره نمود:
1. گرمای هیدروژن دار شدن و گرمای سوختن آنها پایین است. 2. برای انجام واکنشهای افزایشی ، تمایل زیادی نشان نمیدهند 3. در واکنشهای جانشینی الکترونخواهی شرکت میکنند. بررسیهای تجربی مثل مطالعه خواص فیزیکی و انرژی هیدروژندار شدن سیستمها با تعداد الکترونهای π مختلف به این نتایج منجر شده است که:
1. مولکولهایی آروماتیک هستند و خصلت آروماتیکی از خود نشان می دهند که تعداد الکترونهای سیستم π آنها ، 2 و 4 و 6و 10و... باشد. این ضرورت ، قاعده هوکل یا 4n+2 نامیده میشود. سپس ترکیباتی که برای آنها n=0, 1 , 2 ,… میباشد، آروماتیک خواهند بود.
2. مولکول باید ساختمان مسطح داشته باشد. تمام ترکیباتی که این دو شرط اساسی در آنها رعات شده باشد، زوایای پیوندی در آنها طبیعی ، همپوشانی اوربیتالهای π مناسب و غیر مستقر شدن الکترونها بخوبی میسر باشد، پایداری مولکول بیشتر خواهد بود. یک مثال واکنش 3- کلرو سیکلوپروپن با SbCl5 ، ماده پایداری به فرمول C3H3SbCl6 ایجاد میکند که در حلالهای دیاکسید گوگرد مایع بخوبی حل نشده ، ولی در حلالهای غیرقطبی نامحلول است. مطالعه طیفNMR این ماده ، سه پروتون همارزش را به نمایش میگذارد. این نتایج ، با تشکیل کاتیون سیکلوپروپن که کوچکترین مولکول آروماتیک میباشد، مطابقت دارد. ترکیبهای آروماتیک ، هتروآروماتیک و انرژی رزونانس نتایج تجربی حاصل از واکنشهای هیدروژن دار شدن هیدروکربنهای جوش خورده دو حلقهای و سه حلقهای و... نشان میدهد که هر چه تعداد الکترونهای بیشتری در رزونانس شرکت کرده باشند، انرزژی آزاد شده بیشتر و پایداری نسبی نیز بیشتر خواهد بود.
نامگذاری مشتقات بنزن و ترکیبات آروماتیک جوش خورده برخی از مشتقات بنزن ، نام مخصوص به خود دارند، مثلاً هیدروکسی بنزن را فنل (C6H5OH) ، متوکسی بنزن را آنیزول (C6H5OCH3)، متیل بنزن را تولوئن (C6H5CH3) ، ایزوپروپیل بنزن را کیومن و آمینوبنزن را آنیلین میگویند.
برای نامگذاری خیلی از مشتقات بنزن ، نام گروه یا استخلاف به صورت پیشوند بر کلمه بنزن افزوده میشود. مثلاً فلوئورو بنزن ، ترسیوبوتیل بنزن ، نیتروبنزن ، سیکلوپروپیل بنزن نمونه هایی از این نوع هستند. جهت نامگذاری مشتقات دو استخلافی بنزن. لازم است که محل استخلافها از پیشوند اورتو ، متا یا پارا استفاده شود؛ به عنوان مثال ، اورتو دیمتیل بنزن ، متا دیمتیل بنزن ، پارا دیمتیل بنزن.
در مواردی که دو استخلاف متفاوت روی حلقه بنزن قرار گرفته باشد و هیچکدام از گروهها نام ویژه ای به مولکول نداده باشند، پس از ذکر موقعیت گروهها با پیشوند اورتو و... ، نام گروهها را ذکر نموده ، در پایان ، کلمه بنزن بر آنها افزوده میشود. اگر وجود یک گروه ، نام ویژه ای به مولکول بدهد، در آن صورت مولکول به عنوان مشتق آن ترکیب ویژه محسوب میشود.

[Sara12]

نگاه کلی
موضوع سرطانزا بودن ترکیبات آروماتیک چند هستهای هنوز نیاز به بررسیهای بیشتری دارد. با اینکه سرطانزا بودن تعدادی از ترکیبات این گروه ، روی حیوانات آزمایشگاهی ثابت شده است، اما هنوز معلوم نیست که آیا انسان در نتیجه تماس با این ترکیبات دچارسرطان میشود یا نه.

بیش از 200 سال است که معلوم شده تماس طولانی در کار حرفهای با غلظتهای بالای قطران زغال سنگ که جزء اصلی سمی آن بنزو (a) پیرن است، در انسان سرطانزا است. اما القای سرطان بوسیله PAH ها در میان کسانی که تماس مداومی با این ماده ندارند، چندان روشن نیست. عامل اصلی سرطان ریه ، سیگار است که علاوه بر PAH ها ، ترکیبات سرطانزای بسیاری دارد.

مهمترین ترکیبات سرطانزای PAH ها

بدنامترین ترکیب سرطانزای PAH ها ، بنزوپیرن است که دارای 5 حلقه بنزن جوش خورده است. این مولکول ، بصورت مشتق پیرن نامگذاری میشود. از نظر مفهومی اگر یک حلقه بنزنی دیگر به پیوند a در پیرن اضافه شود، مولکول بنزو پیرن بدست میآید. این ترکیب ، محصول جانبی احتراق ناقص سوختهای فسیلی ، چوب و مواد آلی مثل زبالههاست. این ماده در حیوانات آزمایشگاهی و احتمالا در انسان هم سرطانزا است.

نمونه دیگر PAH که به عنوان ماده سرطانزا شناخته شده است،هیدروکربن ها چهار حلقهای ، بنزو (a) آنترامن است. بعضی از PAH هایی که در آنها ، اتمهای هیدروژنها معینی توسط گروههای متیل جانشین شدهاند، نسبت به هیدروکربنهای عادی ، سرطانزایی بیشتری دارند.

نظریه ناحیه خلیج

محل فضایی نسبی حلقههای جوش خورده در ترکیبات چند هستهای آروماتیک نقش عمدهای در تعیین سطح رفتار سرطانزایی آنها در حیوانات دارد. PAH هایی که از قویترین سرطانزاها هستند، هر کدام یک ناحیه خلیج دارند که با ایجاد انشعاب در توالی حلقه بنزن بوجود میآیند. سازمان یافتن اتمهای کربن بصورت ناحیه خلیج در مولکول PAH ، واکنشپذیری زیست شیمیایی آن را افزایش میدهد.

مکانیسم سرطانزایی PAH

پژوهشهای انجام شده نشان میدهد که مولکولهای PAH ، به تنهایی سرطانزا نیستند، بلکه این مولکولها باید در بدن بوسیله واکنشهای سوخت و ساز تغییر یابند تا گونه سرطانزای واقعی تولید شود. نخستین تبدیل شیمیایی در بدن ، تشکیل یک حلقه اپوکسید ، روی یک پیوند دو گانه کربن _ کربن است.

واکنشهای سوخت و ساز ، تشکیل اپوکسید و افزایش آب ، بخشی از تلاش بدن برای وارد کردن گروههای -OHدر مولکولهای آبگریزی مثل PAH هاست تا به انحلال پذیری و حذف آنها کمک کند. برای مولکولهایی مثل بنزوپیرن که دارای ناحیه خلیج هستند، یکی از محصولات حد واسط در این فرایند چند مرحلهای میتواند به سمت تشکیل یک کاتیون بسیار پایدار که به مولکولهایی مانند DNA وصل شده است و به این طریق موجب سرطان میشود، کشیده شود.

راههای تماس انسان با PAH ها

گازهای خروجی از موتور دیزل که جزو عوامل سرطانزای احتمالی در انسان است، علاوه بر مولکولهای PAH ، تعدادی از مشتقات آنها را که شامل گروه نیترو هستند نیز دارند. این مشتقات از نظر سرطانزایی ، حتی فعالتر از مولکولهای PAH اصلی هستند. این مولکولها میتوانند دگرگونیهایی را بوجود آورند که در نهایت ، ایجاد سرطان کنند.

منبع دیگر PAH های سرطانزا ، دود سیگار است که بجز این ترکیبات ، ترکیبات سرطانزای دیگری نیز دارد. برای اکثر غیر سیگاریها در کشورهای پیشرفته ، تا به حال بیشترین تماس با PAH ها ، ناشی از رژیم غذایی آنهاست نه از آب یا هوا. شیوه تهیه برخی غذاها مانند کباب کردن گوشت روی زغال ، ماهی و گوشتهای دودی ، باعث ایجاد ترکیبات PAH در آنها میشود. تهنشین شدن PAH های سرطانزا روی برگهای سبزیجاتی مثل کاهو و اسفناج هم ، یکی از راههای ورود این ترکیبات به بدن انسان است.