เขียนสูตรโครงสร้างลิวอิส สูตรโครงสร้างแบบย่อ และสูตรโครงสร้างแบบเส้น ของสารประกอบอินทรีย์

สูตรโครงสร้างลิวอิส ( Lewis structure )

หรือโครงสร้างแบบจุดอิเล็กตรอน เป็นวิธีการเขียนเพื่อแสดงเวเลนซ์ อิเล็กตรอนและการสร้างพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมในโมเลกุล โดยอะตอมแต่ละอะตอมต้องมีเวเลนซ์ อิเล็กตรอนครบ 8 ยกเว้นกรณีไฮโดรเจนมีเพียง 2 อิเล็กตรอน

ซึ่งการเขียนสูตรโครงสร้างต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับความสามารถในการสร้างพันธะของอะตอม ดังนี้ 

1. คาร์บอนอะตอม  มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน เท่ากับ 4 จึงสามารถใช้อิเล็กตรอนร่วมกับอะตอมอื่นอีก 4 อิเล็กตรอน เกิดเป็นพันธะโคเวเลนซ์ ได้ 4 อาจเป็นพันธะเดี่ยว พันธะคู่ หรือ พันธะสาม ดังนี้
   
2. ไนโตรเจนอะตอม มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 1 คู่  สามารถเกิดพันธะโคเวเลนซ์ได้ 3 พันธะ ดังนี้
   
3. ออกซิเจนอะตอม มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 2 คู่  สามารถเกิดพันธะโคเวเลนซ์ได้ 2 พันธะ ดังนี้
   
4. แฮโลเจนอะตอม มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 3 คู่  สามารถเกิดพันธะโคเวเลนซ์ได้ 1 พันธะ ดังนี้
   

ส่วนไฮโดรเจนสามารถเกิดพันธะโคเวเลนซ์ได้ 1 พันธะ  ดังนี้  H-

สูตรโครงสร้างแบบย่อ ( Condense structural formula)

เป็นการเขียนสัญลักษณ์ของคาร์บอนต่อเนื่องกัน โดยไม่ต้องแสดงพันธะแบบเส้น (ยกเว้นพันธะคู่และพันธะสาม ) ส่วนอะตอมของธาตุอื่น ๆ ที่เกิดพันธะกับคาร์บอนอะตอมใด ให้เขียนไว้ติดกับคาร์บอนอะตอมนั้น โดยไม่ต้องแสดงพันธะ และถ้าโครงสร้างมีลักษณะซ้ำ ๆ กัน ให้ใช้วงเล็บแทนการเขียนทั้งหมด

การเขียนโครงสร้างแบบย่อมีข้อดีกว่าการเขียนด้วยโครงสร้างแบบลิวอิส เพราะใช้เนื้อที่น้อย เขียนได้สะดวกและรวดเร็ว แต่อาจพิจารณาโครงสร้างของโมเลกุลได้ยากและสับสน

นอกจากนี้การเขียนสูตรโครงสร้างสามารถเขียนแบบย่อบางส่วน (Partially extended structural formula) ซึ่งเป็นการเขียนสูตรโครงสร้างผสมระหว่างสูตรโครงสร้างลิวอิสผสมกับสูตรโครงสร้างแบบย่อ โดยใช้ขีดแทนพันธะระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนหรือระหว่างคาร์บอนกับหมู่ฟังก์ชันเพื่อต้องการเน้นบางอย่างให้เด่นชัดขึ้น

สูตรโครงสร้างแบบเส้นและมุม ( bond-line structural formula)

เป็นการแสดงโครงสร้างตามลักษณะการจัดเรียงตัวของอะตอมใน 2 มิติ โดยใช้เส้นตรงแทนพันธะระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอน เขียนหักมุมต่อกันแบบซิกแซก และไม่ต้องเขียนอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจน

เนื่องจาก ปลายเส้นตรงและที่แต่ละมุมของโซ่หมายถึง อะตอมของคาร์บอนที่ต่ออยู่กับไฮโดรเจนในจำนวนที่ทำให้อะตอมคาร์บอนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนครบ 8

การเขียนสูตรโครงสร้างแบบเส้นและมุม

นิยมใช้กับสารอินทรีย์ที่มีโครงสร้างแบบวงหรือมีโมเลกุลขนาดใหญ่ เนื่องจากเขียนได้สะดวกและรวดเร็วกว่าสูตรโครงสร้างแบบอื่นๆ

ตัวอย่างเช่น

สูตรโครงสร้างของสาร penicillin G

การเขียนสูตรโครงสร้างแบบต่างๆดังที่กล่าวมาแล้ว เป็นการแสดงการจัดเรียงตัวของอะตอมที่ประกอบกันเป็นโมเลกุลในลักษณะ 2 มิติเท่านั้น แต่ในความเป็นจริงอะตอมของธาตุในโมเลกุลจะมีการจัดเรียงตัวในลักษณะ 3 มิติ ซึ่งการจัดเรียงตัวของธาตุส่วนใหญ่ไม่อยู่ในระนาบเดียวกัน เนื่องจากถูกกำหนดโดยทิศทางของพันธะรอบอะตอมของคาร์บอนซึ่งต้องจัดเรียงตัวให้อยู่ห่างกันมากที่สุด

• โมเลกุลที่มีพันธะเดี่ยวทั้งหมด เช่น

CH₄ จะมีมุมระหว่างพันธะประมาณ 109.5 องศาและมีรูปร่างโมเลกุลแบบทรงสี่หน้า

• โมเลกุลที่มีพันธะคู่ 1 พันธะ เช่น

C₂H₄ จะมีมุมระหว่างพันธะประมาณ 120 องศา และมีรูปร่างโมเลกุลเป็นสามเหลี่ยมแบนราบ

• โมเลกุลที่มีพันธะสาม เช่น

C₂H₂ จะมีมุมระหว่างพันธะเท่ากับ 180 องศา และมีรูปร่างโมเลกุลเป็นเส้นตรง

ตารางแสดงโครงสร้างลิวอิสและแบบจำลองโมเลกุล 3 มิติ ของสารประกอบอินทรีย์บางชนิด