السيكلوبروبان شديد الذوبان في الماء. صيغة البروبان الحلقي كيميائية هيكلية. الخصائص الفيزيائية للألكانات الحلقية

"سيكلوبارافين. التركيب والبنية والتشابه »

سيكلو ألكانات (سيكلوبارافين)

الألكانات الحلقية عبارة عن هيدروكربونات غير مشبعة تحتوي جزيئاتها على حلقة مغلقة من ذرات الكربون.

على عكس الهيدروكربونات المشبعة ، التي تتميز بوجود سلاسل كربون مفتوحة ، توجد هيدروكربونات ذات سلاسل مغلقة (دورات). تشبه في خصائصها ألكانات الهيدروكربونات المشبعة العادية (البارافينات) ، ومن هنا جاءت تسميتها - الألكانات الحلقيّة (السيكلوبارافينات).

الصيغة العامة للسلسلة المتجانسة من الألكانات الحلقية هي C n H 2n ، أي أن الألكانات الحلقية هي أيزومرية بالنسبة لهيدروكربونات الإيثيلين. ممثلو هذه السلسلة من المركبات هم cyclopropane ، cyclobutane ، cyclopentane ، cyclohexane.

وفقًا لتركيبها ، تنقسم جزيئات المركبات العضوية إلى مركبات مفتوحة السلسلة ودائرية. يمكن بناء الدورات إما من ذرات الكربون فقط (دورات كربونية) ، أو يمكن أن تشمل ذرات عناصر أخرى (دورات غير متجانسة). في المقابل ، تكون المركبات الحلقية مشبعة وغير مشبعة وعطرية.

تحتوي جزيئات الألكان الحلقي على هيكل عظمي مبني على شكل دورة من ذرات الكربون الهجينة sp 3 فقط. لتشكيل اسم الألكانات الحلقيّة ، من الضروري إضافة البادئة "سيكلو" إلى اسم الهيدروكربون المشبع المقابل. وبالتالي ، فإن أصغر ألكان حلقي ممكن هو البروبان الحلقي ، متبوعًا بالبيوتان الحلقي ، ثم السيكلوبنتان ، وهكذا.

تتم الإشارة إلى مواضع البدائل عن طريق ترقيم ذرات الدورة ، ويتم تعيين الرقم 1. في الألكانات الحلقية غير المستبدلة ، يمكن وضع البدائل على واحد (cis-) أو على جوانب متقابلة من الحلقة الطائرة (العابرة).

يمكن أن تتكون جزيئات الألكان الحلقي من دورتين أو أكثر. يجب تمييز الهيدروكربونات ثنائية الحلقات بطريقة التوصيل (الحل) للدورات. إذا كانت الحلقتان تشتركان في ذرة كربون واحدة فقط ، فإن المركبات تسمى الحلقات الحلزونية. يتم تشكيل أسماء هذه الدراجات عن طريق إضافة البادئة "سبيرو" إلى اسم متماثل الألكان المقابل. بعد البادئة بين قوسين مربعين ، يشير رقمان إلى عدد ذرات الكربون الموجودة على كل جانب من ذرة C العقدي. يبدأ ترقيم الذرات بدورة أصغر ، الرقم الأخير هو الذرة العقدية.

في طريقة إبطال أخرى ، تشترك الحلقات في ذرتين من الكربون. هذه هي الألكانات الحلقية المزعومة. تبدأ أسماء هذه المركبات بعدد الدورات مع البادئة bicyclo- ، tricyclo- ، متبوعة بثلاثة أرقام تشير إلى عدد ذرات الكربون لكل جسر مرتبط بالذرات العقدية. يتم كتابة اسم الألكان المقابل في النهاية. يتم ترقيم الذرات ، بدءًا من عقدة واحدة وتتحرك على طول دورة (رئيسية) أكبر إلى ذرة C عقيدية أخرى. في بعض الأحيان يشار إلى إحداثيات إضافية للجسر.

إيصال

1. توجد الألكانات الحلقية بكميات كبيرة في زيوت بعض الحقول (ومن هنا جاء أحد أسمائها من - نافثينيس). أثناء تكرير الزيت ، يتم عزل الألكانات الحلقية بشكل أساسي C 5 H 10 - C 7 H 14

2. يؤدي عمل الفلزات الفعالة على الألكانات المستبدلة (تفاعل Wurtz) إلى تكوين ألكانات حلقيّة مختلفة:

(بدلاً من الصوديوم المعدني ، يستخدم مسحوق الزنك أيضًا).

يتم تحديد هيكل الألكان الحلقي الناتج عن طريق بنية ديالوالكان البداية. وبهذه الطريقة يمكن الحصول على ألكانات حلقية من هيكل معين. على سبيل المثال ، لتخليق 1،3-ثنائي ميثيل سيكلوبنتان ، يجب استخدام 1،5-ديهالوجين - 2،4-ثنائي ميثيل البنتان:

هناك طرق أخرى للحصول على الألكانات الحلقية. على سبيل المثال ، يتم الحصول على الهكسان الحلقي ومشتقاته من الألكيل عن طريق هدرجة البنزين ومثيلاته ، وهي منتجات تكرير النفط.

ايزومرية

بالنسبة للسيكلوبارافينات ، بدءًا من C 4 H 8 ، تتميز بعض أنواع التماكب البنيوي بخصائص مرتبطة:

أ) بعدد ذرات الكربون في الحلقة - على سبيل المثال ، (ethylcyclopropane) ، (methylcyclobutane) ؛

ب) بعدد ذرات الكربون في البدائل - (1-ميثيل-2-بروبيل سيكلوبنتان) ، (1،2-ثنائي إثيل سيكلوبنتان)

ج) مع موضع البديل في الحلقة - (1،1-dimethylcyclohexane) ، (1،2-dimethylcyclohexane)

تتميز الألكانات الحلقية أيضًا بتشابه بين الطبقات مع الألكينات.

في وجود بدائلين في الحلقة عند ذرات كربون مختلفة ، يمكن التماثل الهندسي المتماثل ، بدءًا من C 5 H 10 ، والتماكب البصري. تحدث التماثل البصري عندما لا يكون للجزيء مستوى تناظر.

ايزومرية رابطة الدول المستقلة العابرة في المركبات الحلقية

في وجود اثنين من البدائل في المركبات الحلقية ، يمكن أيضًا التماثل المتماثل. يمكن أن توجد مجموعات الميثيل في الأمثلة المقدمة على جانب واحد من مستوى الحلقة (يسمى هذا الايزومر ايزومر رابطة الدول المستقلة) وعلى جوانب متقابلة (يسمى هذا الايزومر الايزومر العابر).

بطبيعة الحال ، عندما يتم تركيب نماذج الأيزومرات المترابطة وعبر الأيزومرات على بعضها البعض ، فإنها لا تتطابق. تتطلب المتماكبات المتبادلة انقسام الحلقة متبوعًا بإغلاق الحلقة ، أو كسر رابطة البديل مع ذرة الكربون في الحلقة وتشكيل رابطة جديدة على الجانب الآخر من الحلقة.

وتجدر الإشارة إلى أنه في المركبات الحلقية ، قد لا يحدث فقط cis-trans ، ولكن أيضًا تماثل المرآة. عندما يتم فرض نموذج لجزيء أيزومر رابطة الدول المستقلة مع نفس البدائل وانعكاسه المرآة ، يتم دمجهما ، في حين أن هذا مستحيل بالنسبة إلى أيزومر رابطة الدول المستقلة مع بدائل مختلفة. بالنسبة للأيزومرات العابرة ، يكون الجمع بين نموذج الجزيء وانعكاس المرآة الخاص به مستحيلًا مع البدائل المتطابقة والمختلفة.

سيكلوبوتان ، سيكلوبنتان وتوافقها

المركبات الحلقية هي تلك المركبات العضوية التي تشكل فيها ذرات الكربون سلاسل مغلقة ، أي دورات. أبسط ممثلي هذه المركبات هم السيكلوبارافينات أو الألكانات الحلقية.

تعتمد قوة الروابط في المركبات الحلقية على عدد الذرات المشاركة في تكوين الدورة. يتم تحديده من خلال درجة شدته ، بسبب التغير في زوايا رابطة ذرات الدورة وانحراف هذه الذرات عن الاتجاه الطبيعي.

بالنسبة إلى البروبان الحلقي ، تكون زوايا النوى الداخلية 60 درجة ، كما هو الحال في مثلث متساوي الأضلاع ، بالنسبة إلى البيوتان الحلقي ، 90 درجة ، كما هو الحال في المربع ، وفي السيكلوبنتان ، 108 درجة ، كما هو الحال في البنتاغون العادي. زاوية الرابطة العادية لذرة الكربون هي 109.5 درجة. لذلك ، عندما توجد جميع ذرات الكربون في نفس المستوى في هذه المركبات ، يكون الانخفاض في زوايا الرابطة 49.5 درجة مئوية في السيكلوبروبان ، و 19.5 درجة في السيكلوبروبان ، و 1.5 درجة في السيكلوبنتان.

كلما زاد انحراف زاوية الرابطة عن الزاوية العادية ، زادت توتر الدورات ، وبالتالي هشاشتها. ومع ذلك ، على عكس cyclopropane ، فإن cyclobutane و cyclopentane لهما حلقات غير مستوية. تخرج إحدى ذرات الكربون باستمرار من الطائرة. يوجد Cyclobutane في مطابقة "مطوية" غير مستوية. يتميز السيكلوبنتان بتشكيل المغلف. وبالتالي ، فإن الدورات قيد المناقشة تكون في حركة تذبذبية ، مما يؤدي إلى انخفاض "التعتيم" لذرات الهيدروجين من ذرات الكربون المجاورة وانخفاض في الجهد.

سيكلوهكسان وتشكيلاته

بالنسبة للهكسان الحلقي ، كمسدس منتظم ، تكون زوايا النوى الداخلية 120 درجة. إذا كان لجزيء الهكسان الحلقي هيكل مسطح ، فإن الانحراف عن زاوية الرابطة العادية لذرة الكربون كان: 109.5º-120º = 10.5º.

ومع ذلك ، فإن الهكسان الحلقي والحلقات الكبيرة لها بنية غير مستوية. في جزيء الهكسان الحلقي قيد الدراسة ، يتم الحفاظ على زوايا التكافؤ المعتادة ، بشرط أن تكون موجودة في شكلين "كرسي بذراعين" و "حمام". يكون شكل "الكرسي" أقل تشديدًا ، وبالتالي فإن الهكسان الحلقي موجود بشكل أساسي في شكل المطابقات الأول والثالث ، وتخضع الدورة لانقلاب مستمر (العكس - من التقليب اللاتيني ، التقليب) مع التكوين الوسيط للمطابقة II:

محور التناظر II III I

تنقسم روابط C-H الاثني عشر التي يحتوي عليها الهكسان الحلقي في شكل الكرسي إلى نوعين. يتم توجيه ستة روابط شعاعيًا من الحلقة إلى محيط الجزيء وتسمى روابط استوائية (روابط إلكترونية) ، ويتم توجيه الروابط الست المتبقية بالتوازي مع بعضها البعض ومحور التناظر وتسمى محوري (روابط أ - روابط). يتم توجيه ثلاث روابط محورية في اتجاه واحد من مستوى الدورة ، وثلاثة في الاتجاه الآخر (هناك تناوب: لأعلى ولأسفل).

خصائص الألكانات الحلقية

الخصائص الفيزيائيةتتغير الألكانات الحلقية بانتظام مع نمو وزنها الجزيئي. في الظروف العادية ، البروبان الحلقي والبوتان الحلقي عبارة عن غازات ، والألكانات الحلقية C 5 H 10 - C 16 H 32 عبارة عن مواد صلبة تبدأ بـ C 17 H 34. نقاط غليان الألكانات الحلقية أعلى من تلك الموجودة في الألكانات المقابلة. ويرجع ذلك إلى التعبئة الأكثر كثافة والتفاعلات الأقوى بين الجزيئات للهياكل الحلقية.

الخواص الكيميائيةالألكانات الحلقية تعتمد بشدة على حجم الحلقة الذي يحدد ثباتها. دورات من ثلاثة وأربعة أعضاء ( دورات صغيرة) ، كونها مشبعة ، تختلف بشكل حاد عن جميع الهيدروكربونات المشبعة الأخرى. زوايا الرابطة في cyclopropane و cyclobutane أصغر بكثير من الزاوية العادية رباعية السطوح 10928 '، وهي خاصية ذرة الكربون المهجنة sp 3.

هذا يؤدي إلى كثافة عالية من هذه الدورات وميلها للانفتاح تحت تأثير الكواشف. لذلك ، تدخل السيكلوبروبان والسيكلوبوتان ومشتقاتهما ردود فعل الإضافة، تظهر صفة المركبات غير المشبعة. تقل سهولة تفاعلات الإضافة مع انخفاض شدة الدورة في السلسلة:

سيكلوبروبان> سيكلوبيوتان >> سيكلوبنتان.

الأكثر ثباتًا هي الدورات المكونة من 6 أعضاء ، والتي لا يوجد فيها ضغط زاوي وأنواع أخرى من الإجهاد.

دورات صغيرة(C 3 H 6 - C 4 H 8) تدخل بسهولة في تفاعلات الهدرجة:

تضيف البروبان الحلقي ومشتقاته الهالوجينات وهاليدات الهيدروجين:

في دورات أخرى (تبدأ بـ C 5) ، تتم إزالة الضغط الزاوي بسبب التركيب غير المستوي للجزيئات. لذلك ، بالنسبة للألكانات الحلقية (C 5 وما فوق) ، نظرًا لاستقرارها ، تكون التفاعلات مميزة حيث يتم الحفاظ على الهيكل الدوري ، أي تفاعلات الاستبدال.

هذه المركبات ، مثل الألكانات ، تدخل أيضًا في تفاعلات نزع الهيدروجين والأكسدة في وجود محفز ، إلخ.

يؤدي هذا الاختلاف الحاد في خصائص الألكانات الحلقية اعتمادًا على حجم الحلقة إلى الحاجة إلى عدم مراعاة السلسلة المتجانسة العامة للألكانات الحلقية ، ولكن سلسلتها الفردية وفقًا لأحجام الحلقة. على سبيل المثال ، تتضمن السلسلة المتجانسة من البروبان الحلقي: cyclopropane C 3 H 6 ، methylcyclopropane C 4 H 8 ، ethylcyclopropane C 5 H 10 ، إلخ.

طلب

يعتبر الهكسان الحلقي وإيثيل سيكلوهكسان الأكثر أهمية من الناحية العملية. يستخدم سيكلوهكسان لإنتاج سيكلوهكسانول وسيكلوهكسانون وحمض أديبيك وكابرولاكتام وأيضًا كمذيب. يستخدم السيكلوبروبان في الممارسة الطبية كمخدر للاستنشاق.

قائمة الأدب المستخدم

1. الكيمياء: الكيمياء العضوية: طبعة تعليمية لـ 10 خلايا. متوسط المدرسة - موسكو ، التنوير ، 1993

2 - جلينكا ن. كيمياء عامة. -25th ed.، rev. - لام: الكيمياء

3 - أرتيمينكو أ. الكيمياء العضوية: كتاب مدرسي. للبناء. متخصص. الجامعات. - م: المدرسة العليا 2000.

4. Berezin B.D.، Berezin D.B. دورة الكيمياء العضوية الحديثة. كتاب مدرسي للجامعات. - م: المدرسة العليا ، 1999.

5. الكيمياء. كتيب تلاميذ المدارس ، - M. ، 1995.

6. الكيمياء. موسوعة للأطفال. أفانتا ، 2000.

7. Khomchenko G.P. كيمياء دخول الجامعات. - م ، 1995

8. "الكيمياء العضوية" ، التنوير ، 1991

سيكلوبروبان

سيكلوبروبان (سيكلوبروبانوم).

مرادف: السيكلوبروبان.

غاز قابل للاشتعال عديم اللون برائحة مميزة تشبه الأثير البترولي ومذاق لاذع. الكثافة النسبية 1 ، 879. عند درجة حرارة 4 - 20 درجة مئوية وضغط 5 ضغط جوي ، ينتقل إلى الحالة السائلة ؛ نقطة غليان البروبان الحلقي عند الضغط الجوي هي 347 درجة مئوية وهو قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء (حجم واحد من الغاز عند + 20 درجة مئوية قابل للذوبان في 2.85 حجم من الماء). قابل للذوبان بسهولة في الكحول ، الأثير البترولي ، الكلوروفورم والزيوت الدهنية.

السيكلوبروبان له تأثير مخدر عام قوي. شديدة الاشتعال قد تنفجر مخاليطه مع الأكسجين وأكسيد النيتروز والهواء عند التلامس مع اللهب والشرر الكهربائي ومصادر أخرى قد تسبب الاشتعال. عند استخدام البروبان الحلقي ، يجب اتخاذ جميع التدابير لاستبعاد احتمال حدوث انفجار ، بما في ذلك الاحتياطات المرتبطة باستخدام المعدات الكهربائية والأشعة السينية واستبعاد تكوين الكهرباء الساكنة. فيما يتعلق بهذه الميزات ، وكذلك مع ظهور طرق ووسائل جديدة للتخدير العام ، نادرًا ما يستخدم البروبان الحلقي حاليًا كمخدر. يعمل السيكلوبروبان بسرعة. بتركيز 4 المجلد. ٪ يسبب التسكين ، 6 المجلد. ٪ - يطفئ الوعي ، 8-10 المجلد. ٪ - يسبب التخدير (المرحلة الثالثة) بتركيز 20-30 مجلدا. ٪ - تخدير عميق.

في الجسم ، لا يتلف البروبان الحلقي ويتم إفرازه دون تغيير تقريبًا بعد 10 دقائق من توقف الاستنشاق.

السيكلوبروبان ليس له تأثير واضح على وظائف الكبد والكلى. يقلل بشكل طفيف من إدرار البول. في بعض الأحيان ، أثناء التخدير باستخدام البروبان الحلقي ، يحدث ارتفاع السكر في الدم على المدى القصير ، المرتبط بإثارة أنظمة الغدة الكظرية. هذا التأثير أقل وضوحًا من استخدام الأثير.

البروبان الحلقي له تأثير مثير على أنظمة الكوليني في الجسم ويسبب بعض التباطؤ في النبض ، ومن الممكن حدوث عدم انتظام في ضربات القلب. تحت تأثير السيكلوبروبان ، تزداد حساسية عضلة القلب للأدرينالين بشكل كبير ؛ يمكن أن يسبب إدخال الأدرينالين تحت التخدير مع البروبان الحلقي الرجفان البطيني.

يرتفع ضغط الدم قليلاً أثناء التخدير ، مما قد يؤدي إلى زيادة النزيف.

يستخدم Cyclopropane للتحريض والتخدير الرئيسي (السيكلوبروبان بالأكسجين) ؛ غالبًا ما يستخدم مع أدوية أخرى للتخدير (أكسيد النيتروز والأثير) ومع مرخيات العضلات. يوصف لمرضى الرئة حيث أنه لا يسبب تهيج الأغشية المخاطية للقناة التنفسية. يمكن وصفه لأمراض الكبد والسكري.

يمكن استخدام التخدير السيكلوبروباني للتدخلات الجراحية قصيرة المدى.

يستخدم البروبان الحلقي في خليط مع الأكسجين في نظام مغلق وشبه مغلق (أحيانًا في نظام شبه مفتوح) باستخدام آلات التخدير مع مقاييس الجرعات. للحفاظ على التخدير ، يتم استخدام 15-18٪ سيكلوبروبان. تتم مقدمة التخدير بواسطة تركيزات أعلى من البروبان الحلقي. بحلول نهاية العملية ، توقف إمداد السيكلوبروبان ، وبعد 2 إلى 5 دقائق. استنشاق الأكسجين النقي يستيقظ المرضى.

يجب أن يكون إمداد الأكسجين مستمرًا. من الضروري التأكد من الحفاظ على تهوية كافية للرئتين وأن الجسم يتحرر من ثاني أكسيد الكربون.

في بعض الأحيان يتم استخدام البروبان الحلقي كجزء لا يتجزأ. بعد التخدير الوريدي التعريفي باستخدام ثيوبنتال الصوديوم ، يتم توفير خليط من الغازات (وفقًا لطريقة شبه مغلقة) بالنسب التالية: أكسيد النيتروز - جزء واحد ، أكسجين - جزءان ، سيكلوبروبان - 0.4 جزء.

عند استخدام هذا المزيج ، بعد نهاية التخدير ، من الضروري استبعاد مكونات التخدير في تسلسل معين (لتجنب تطور نقص الأكسجة): أولاً ، توقف إمداد السيكلوبروبان ، بعد 2-3 دقائق - أكسيد النيتروز ، وبعد نفس الفترة - الأكسجين.

مع الجرعات الصحيحة من البروبان الحلقي ، يستمر التخدير دون مضاعفات ، ويستيقظ المرضى بسرعة بعد نهاية الاستنشاق. في حالة تناول جرعة زائدة ، قد يحدث توقف تنفسي واكتئاب قلبي ، حتى السكتة القلبية.

بسبب الاستيقاظ السريع بعد التوقف عن التخدير ، قد يعاني المرضى من آلام شديدة بعد الجراحة ، لذلك يوصى بإعطاء المسكن قبل نهاية العملية. بعد التخدير ، غالبًا ما يتم ملاحظة الصداع نسبيًا ، في بعض الحالات - القيء بعد الجراحة ، شلل جزئي في الأمعاء. لذلك يحتاج المرضى بعد الاستيقاظ من التخدير إلى مراقبة دقيقة.

مع تخدير السيكلوبروبان ، يمنع استخدام الأدرينالين والنورادرينالين.

شكل الإطلاق: في أسطوانات فولاذية غير ملحومة بسعة 1 و 2 لتر من البروبان الحلقي السائل تحت ضغط 5 ضغط جوي ؛ الاسطوانات مطلية باللون البرتقالي وعليها نقش.

يُسمح باستخدام السيكلوبروبان فقط للعاملين الطبيين الذين خضعوا للتعليمات المناسبة.

التخزين: في مكان بارد بعيداً عن مصادر الحريق.

كتاب مرجعي للأدوية. 2012

انظر أيضًا التفسيرات والمرادفات ومعاني الكلمة وما هو السيكلوبروبان في اللغة الروسية في القواميس والموسوعات والكتب المرجعية:

• سيكلوبروبان
  (ثلاثي الميثيلين) غاز عديم اللون ، BP -32.7 درجة مئوية. أداة لـ ...
• سيكلوبروبان
  تريميثيلين ، هيدروكربون ألي حلقي ؛ غاز عديم اللون ، BP 32.8 | C ، الكثافة 0.720 جم / سم 3 (-79 | C) ؛ غير قابل للذوبان في الماء ، قابل للذوبان في الكحول ، ...
• سيكلوبروبان في القاموس الموسوعي لبروكهاوس وإوفرون:
  (ثلاثي الميثيلين) - b75_173-1.jpg حاول الحصول ، ولكن دون جدوى ، على Reboul من بروميد ثلاثي الميثيلين عن طريق إزالة البروم: ظهر البروبيلين العادي ؛ في عام 1882 Freund ، ...
• سيكلوبروبان في القاموس الموسوعي:
  أ ، رر. لا ، م. المركب العضوي هو هيدروكربون حلقي ، وهو غاز يستخدم في الجراحة لـ ...
• سيكلوبروبان في القاموس الموسوعي الروسي الكبير:
  CYCLOPROPAN (ثلاثي إيثيلين) ، عديم اللون. الغاز ، تي كيب -32.7 درجة مئوية. أداة لـ ...
• سيكلوبروبان في موسوعة Brockhaus و Efron:
  (تريميثيلين)؟ حاولت ، ولكن دون جدوى ، الحصول على Reboul من بروميد ثلاثي الميثيلين عن طريق إزالة البروم: ظهر البروبيلين العادي ؛ في عام 1882 ، ومع ذلك ، ...
• سيكلوبروبان في القاموس الجديد للكلمات الأجنبية:
  (انظر الدورة ... + البروبان) مركب عضوي ، هيدروكربون من سلسلة اليكسيليك ؛ غاز؛ تطبيق. في الجراحة كعامة ...
• سيكلوبروبان في قاموس التعبيرات الأجنبية:
  [سم. دورة ... + بروبان] مركب عضوي ، هيدروكربون من سلسلة اليكسيليك ؛ غاز؛ تطبيق. في الجراحة كعامة ...
• سيكلوبروبان في قاموس المرادفات للغة الروسية.
• سيكلوبروبان في قاموس التدقيق الإملائي الكامل للغة الروسية:
  سيكلوبروبان ...
• سيكلوبروبان في قاموس التدقيق الإملائي:
  سيكلوبروبان ، ...
• سيكلوبروبان في القاموس التوضيحي الحديث TSB:
  (ثلاثي إيثيلين) ، غاز عديم اللون ، BP -32.7 درجة مئوية. أداة لـ ...
• ميثوكسي فلوران في دليل الأدوية:
  METHOXYFLURANE (Methoxyfluganum) 1، 1 - (Difluoro-2، 2-dichloro-1 methoxyethane) المرادفات: Ingalan، Pentran، Inhalanum، Methofluranum، Metofane، Penthrane، Pentran. سائل متطاير شفاف عديم اللون ...
• الرجفان البطيني في القاموس الطبي:
  
• الرجفان البطيني في القاموس الطبي الكبير:
  الرجفان البطيني (VF) هو شكل من أشكال عدم انتظام ضربات القلب ، يتميز بعدم التزامن التام في تقلص الألياف الفردية لعضلة القلب البطيني ، مما يتسبب في فقدان الانقباض الفعال و ...
• المركبات المشبعة في القاموس الموسوعي الكبير:
  (مركبات محدودة) المركبات العضوية في الجزيئات التي ترتبط ذراتها ببعضها البعض فقط عن طريق روابط بسيطة في سلاسل "مفتوحة" (مركبات مشبعة أليفاتية) ...
• مركبات ALICYCLIC في القاموس الموسوعي الكبير:
  المركبات العضوية التي تحتوي على دورات (حلقات) من ثلاث ذرات كربون أو أكثر في الجزيئات (باستثناء المركبات العطرية). يشمل الهيدروكربونات و ...
• سيكلولكان في الموسوعة السوفيتية العظمى TSB:
  cycloparaffins ، cyclanes ، هيدروكربونات حلقية مشبعة من الصيغة العامة CnH2n (انظر مركبات Alicyclic). تتكون حلقة أبسط C. - cyclopropane - ...
• المركبات الدائرية في الموسوعة السوفيتية العظمى TSB:
  مركبات ، مركبات (عضوية بشكل أساسي) ، تحتوي جزيئاتها على حلقة واحدة أو أكثر (دورات ، نوى) من ثلاث ذرات أو أكثر. معظم…

على عكس الهيدروكربونات المشبعة ، التي تتميز بوجود سلاسل كربون مفتوحة ، توجد هيدروكربونات بها دوائر مغلقة(دورات). تشبه في خصائصها ألكانات الهيدروكربونات المشبعة العادية (البارافينات) ، ومن هنا جاءت تسميتها - الألكانات الحلقيّة (السيكلوبارافينات). الصيغة العامة للسلسلة المتماثلة من الألكانات الحلقية جنح2 ن، أي أن الألكانات الحلقية هي أيزومرية لهيدروكربونات الإيثيلين. ممثلو هذه السلسلة من المركبات هم cyclopropane ، cyclobutane ، cyclopentane ، cyclohexane.

سيكلوبروبان

سيكلوبوتان

سيكلوبنتان

سيكلوهكسان

في كثير من الأحيان في الكيمياء العضوية ، يتم تصوير الصيغ الهيكلية للألكانات الحلقية المدرجة بدون الرمزين C و H كأشكال هندسية بسيطة.

الصيغة العامة للسلسلة المتجانسة من الألكانات الحلقية هي CnH2n. بالضبط نفس الصيغة تصف سلسلة متجانسة من الألكينات. ويترتب على ذلك أن كل ألكان حلقي هو أيزومر من الألكين المقابل. هذا مثال على ما يسمى بالتشابه بين الطبقات.

الايزومرية وتسميات الألكانات الحلقية

1) بالنسبة إلى الألكانات الحلقية ، كما هو الحال بالنسبة لجميع فئات المركبات العضوية ، فإن تشابهات الهيكل الكربوني (التماثل البنيوي) مميزة. يتم تحديد التماثل البنيوي للألكانات الحلقية ، أولاً ، من خلال حجم الحلقة. لذلك ، هناك نوعان من الألكانات الحلقية للصيغة C4H8: سيكلوبوتان وميثيل سيكلوبروبان. ثانيًا ، ترجع هذه الأيزومرية إلى موضع البدائل في الحلقة (على سبيل المثال ، 1،1 و 1،2-ثنائي ميثيل بوتان).

أ) تماثل الحلقة:

أ) تماثل السلاسل الجانبية:

2) تماثل موضع البدائل في الحلقة:

3) إيزومرية Interclass مع الألكينات:

4) التماثل المكاني. يخلق عدم وجود دوران حر حول روابط C-C في الدورة المتطلبات الأساسية لوجود أيزومرات مكانية في بعض الألكانات الحلقية المستبدلة. على سبيل المثال ، في جزيء 1،2-ثنائي ميثيل حلقي البروبان ، يمكن أن تكون مجموعتان من CH 3 على نفس الجانب من المستوى الحلقي (أيزومر رابطة الدول المستقلة) أو على الجانبين المتقابلين (الأيزومر العابر):

وفقًا لحجم الحلقة ، يتم تقسيم الألكانات الحلقية إلى عدد من المجموعات ، والتي سننظر فيها إلى حلقات صغيرة (C3 ، C4) وعادية (C5-C7).

وفقًا لقواعد التسميات الدولية في الألكانات الحلقية ، يتم النظر في السلسلة الرئيسية لذرات الكربون التي تشكل دورة. تم بناء الاسم على اسم هذه السلسلة المغلقة مع إضافة البادئة "cyclo-" (cyclopropane ، cyclobutane ، cyclopentane ، cyclohexane ، إلخ). في حالة وجود بدائل في الدورة ، يتم ترقيم ذرات الكربون في الحلقة بحيث تتلقى الفروع أصغر عدد ممكن من الأعداد. وبالتالي ، يجب أن يسمى المركب 1،2-ثنائي ميثيل سيكلوبوتان وليس 2،3-ثنائي ميثيل سيكلوبوتان أو 3،4-ثنائي ميثيل سيكلوبوتان.

عادة ما تكتب الصيغ الهيكلية للألكانات الحلقية بصيغة مختصرة ، باستخدام الشكل الهندسي للدورة مع حذف رموز ذرات الكربون والهيدروجين.

الخصائص الفيزيائية للألكانات الحلقية

في الظروف العادية ، أول عنصرين من السلسلة (C3 - C4) عبارة عن غازات (C5 - C11) عبارة عن سوائل ، بدءًا من C12 - المواد الصلبة. نقاط غليان وانصهار الألكانات الحلقية أعلى من تلك الخاصة بالألكانات المقابلة. الألكانات الحلقية غير قابلة للذوبان عمليا في الماء. مع زيادة عدد ذرات الكربون ، تزداد الكتلة المولية ، وبالتالي تزداد نقطة الانصهار.

الخواص الكيميائية للألكانات الحلقية

تعتمد الخصائص بشدة على حجم الدورة التي تحدد ثباتها.

الدورات المكونة من ثلاثة وأربعة أعضاء (دورات صغيرة) ، كونها مشبعة ، تختلف بشكل حاد عن جميع الهيدروكربونات المشبعة الأخرى. زوايا الرابطة في cyclopropane و cyclobutane أصغر بكثير من الزاوية العادية رباعية السطوح 109 ° 28 'المميزة لذرة الكربون المهجنة sp3.

هذا يؤدي إلى كثافة عالية من هذه الدورات وميلها للانفتاح تحت تأثير الكواشف. لذلك ، يدخل السيكلوبروبان والسيكلوبوتان ومشتقاتهما في تفاعلات إضافية ، مما يوضح طبيعة المركبات غير المشبعة. تقل سهولة تفاعلات الإضافة مع انخفاض شدة الدورة في السلسلة:

سيكلوبروبان> سيكلوبيوتان >> سيكلوبنتان

الأكثر ثباتًا هي الدورات المكونة من 6 أعضاء ، والتي لا يوجد فيها ضغط زاوي وأنواع أخرى من الإجهاد.

الدورات الصغيرة (C3 - C4) تدخل بسهولة في تفاعلات الهدرجة:

تضيف البروبان الحلقي ومشتقاته الهالوجينات وهاليدات الهيدروجين:

يتفاعل السيكلوبروبان ومثيلاته مع هاليدات الهيدروجين لفتح الحلقة وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف.

عندما يتحد ألكين غير متماثل مع حمض الهيدروليك ، فإن الهالوجين يرتبط بذرة كربون تحتوي على عدد أقل من ذرات الهيدروجين.

في دورات أخرى (تبدأ بـ C5) ، تتم إزالة الضغط الزاوي بسبب التركيب غير المستوي للجزيئات. لذلك ، نظرًا لاستقرارها ، تتميز الألكانات الحلقية (C5 وما فوقها) بتفاعلات يتم فيها الحفاظ على الهيكل الدوري ، أي تفاعلات الاستبدال.

يستمر التفاعل بواسطة آلية جذرية متسلسلة (على غرار الاستبدال في الألكانات).

تدخل هذه المركبات ، مثل الألكانات ، أيضًا في تفاعلات نزع الهيدروجين ، على سبيل المثال ، نزع الهيدروجين من الهكسان الحلقي ومشتقاته من الألكيل:

وكذلك الأكسدة في وجود عامل مساعد ، على سبيل المثال ، أكسدة سيكلو هكسان:

تلخيصًا للخواص الكيميائية للألكانات الحلقية ، يمكن كتابة خصائصها الكيميائية على النحو التالي:

المواد المرجعية لاجتياز الاختبار:

طاولة منديليف

جدول الذوبان

تم اكتشاف Cyclopropane في عام 1881 بواسطة August Freund ، الذي اقترح أيضًا الهيكل الصحيح للمادة الجديدة في عمله الأول. عالج Freund 1.3-dibromopropane بالصوديوم ، مما تسبب في تفاعل Wurtz داخل الجزيء يؤدي مباشرة إلى cyclopropane.

$ BrCH_2CH_2CH_2Br + 2Na \ to (CH_2) _3 + 2NaBr $

تم تحسين مردود التفاعل بواسطة Gustavson في عام 1887 باستخدام الزنك بدلاً من الصوديوم. لم يكن لبروبان السيكلوبروبان أي استخدام تجاري حتى اكتشف هندرسون ولوكاس خصائصه المخدرة في عام 1929 ؛ بدأ الإنتاج الصناعي عام 1936.

هيكل البروبان الحلقي

البروبان الحلقي هو جزيء ألكان حلقي الصيغة الجزيئية $ C_3H_6 $ تتكون من ثلاث ذرات كربون مرتبطة ببعضها البعض لتشكيل حلقة ، كل ذرة كربون مرتبطة بذرتين من الهيدروجين ، مما ينتج عنه تناظر $ D3h $ للجزيء.

الصورة 1.

البروبان الحلقي والبروبيلين لهما نفس الصيغة الجزيئية - $ C_3H_6 $ ، لكن لهما تركيبات مختلفة ، مما يجعلهما أيزومرات بنيوية.

السيكلوبروبان مخدر. في ممارسة التخدير الحديثة ، تم استبداله بعوامل أخرى ، بسبب تفاعله الشديد في ظل الظروف العادية: عندما يتم خلط الغاز بالأكسجين ، يكون هناك خطر كبير لحدوث انفجار.

Enantiomerism لمشتقات البروبان الحلقي

ينشأ التماثل المتماثل للمركبات الحلقية في وجود ذرة كربون مراوان وغياب عناصر التناظر ، وبشكل أساسي مستوى التناظر. وبالتالي ، فإن cyclopropane مع بدائلين متطابقين في موضع trans-1،2 أو مع بدائلين مختلفين في كل من trans-1،2 وفي موضع cis-1،2 موجود كمتصورات:

الشكل 4

المركبات التي تحتوي على مواضع cis-1،2 و trans-1،2 من بدائل متطابقة هي أيزومرات ثنائية مع بعضها البعض.

التركيب الجزيئي للبروبان الحلقي

يمكن تمثيل التركيب الجزيئي للبروبان الحلقي كمثلث عادي بزوايا رابطة بين ثلاث ذرات كربون 60 $ ^ \ circ $ وزوايا الهيدروجين والكربون والهيدروجين 114 $ ^ \ circ $:

الشكل 5

وبالتالي ، فإن زوايا الرابطة في حلقة البروبان الحلقي هي 49.5 $ ^ \ circular $ أقل من الزوايا الرباعية السطوح بين ذرات الكربون للألكانات ، مما يؤدي إلى إجهاد يسمى إجهاد Bayer الزاوي.

وفقًا للحسابات الميكانيكية الكمومية في جزيئات البروبان الحلقي ، فإن الزوايا الحقيقية بين ذرات الكربون المرتبطة (مداراتها الهجينة $ 3 $ sp) ليست 60 $ ^ \ circ $ ، ولكن 104 $ ^ \ circ $:

الشكل 6

يتم تفسير هذا الانحراف من خلال نظريتين مختلفتين:

نتيجة لذلك ، لا يحدث الحد الأقصى للتداخل بين المدارات على طول المحاور الداخلية للسندات $ CC $ ، ولكن خارجها إلى حد ما (خارج جوانب المثلث) مع تكوين روابط ضعيفة "شبيهة بالموز" ، والتي تكون في الواقع وسيطة بين $ \ sigma $ - و $ \ pi $ -bonds (الشكل 7 ، أ ، أ. كولسون وإي.موفيت ، 1947).

هناك أيضًا رأي حول الحالة الهجينة $ sp ^ 2 $ لذرات الكربون في cyclopropane والمساهمة الكبيرة لمدارات ذرية $ p $ في تكوين روابط شبيهة بالموز (الشكل 7 ب ، أ. وولب ، 1949) و

الشكل 7. مخطط تكوين الرابطة في البروبان الحلقي: أ - هيكل أ ، كولسون وإي موفيت ، ب - هيكل أ. والش. المؤلف 24 - تبادل أوراق الطلاب عبر الإنترنت

يؤدي وجود مثل هذه الرابطة وضغط "باير" الداخلي إلى انحراف الطاقة الداخلية للبروبان الحلقي مقارنة مع الألكانات الحلقية الأخرى ويسبب تفاعلها العالي ، على غرار الألكينات. هذا يعني بشكل مشروط أن تحلل البروبان إلى البروبان الحلقي هو تفاعل ماص للحرارة بدرجة أكبر ، والذي يحتاج إلى طاقة إضافية "فولطية" مقارنة بدورة الهكسان إلى حلقي الهكسان. لذلك ، في التفاعلات التي تحدث مع انقسام دورة البروبان ، يتم تحرير "الجهد" الزائد من الطاقة ، وهو مظهر من مظاهر تفاعلها العالي.

سيكلوبروبان كمخدر

تم إدخال البروبان الحلقي في الممارسة السريرية من قبل طبيب التخدير الأمريكي رالف ووترز ، الذي استخدم نظامًا مغلقًا لامتصاص ثاني أكسيد الكربون للحفاظ على هذا العامل الباهظ الثمن. البروبان السيكلوبروبان هو مخدر قوي نسبيًا ، غير مهيج وله رائحة حلوة مع تركيز حويصلي بحد أدنى 17.5٪ ومعامل فصل الدم / الغاز 0.55. هذا يعني أن تحريض التخدير عن طريق استنشاق السيكلوبروبان والأكسجين كان سريعًا وليس مزعجًا. ومع ذلك ، أثناء التخدير المطول باستخدام البروبان الحلقي ، قد يعاني المرضى من انخفاض مفاجئ في ضغط الدم ، مما قد يؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب. رد فعل يعرف باسم "صدمة سيكلوبروبان". لهذا السبب ، بالإضافة إلى تكلفته العالية وقابليته للاشتعال ، يتم استخدامه الآن فقط لتحريض التخدير ولم يعد قيد الاستخدام السريري منذ منتصف الثمانينيات. تم طلاء أسطوانات البروبان الحلقي وعدادات التدفق باللون البرتقالي.

Cyclopropane غير نشط في مستقبلات GABA والجليسين ، وبدلاً من ذلك يعمل كمضاد لمستقبلات NMDA. كما أنه يثبط مستقبلات AMPA ومستقبلات الأسيتيل كولين النيكوتين وينشط بعض قنوات K2P.

في جزيء البروبان الحلقي ، توجد جميع ذرات الكربون في نفس المستوى.

مع هذا الترتيب لذرات الكربون في الدورة ، يجب أن تكون زوايا الرابطة مساوية لـ 60 0 ، ويجب أن تكون قيمة انحرافها عن زاوية الرابطة العادية (109 0 28): α = (109 0 28-60 0): 2 = 24 0 44. هذا هو النظام الدوري الأكثر كثافة.

ومع ذلك ، في الواقع ، زوايا الرابطة بين ذرات الكربون في حلقة السيكلوبروبان هي 106 0. ويفسر ذلك حقيقة أن الروابط σ بين ذرات الكربون في البروبان الحلقي تختلف عن الروابط المعتادة المتكونة من تداخل المدارات الهجينة sp 3 في الألكانات.

عندما تتشكل روابط الكربون والكربون في دورة البروبان الحلقي ، يحدث تداخل جزئي فقط من المدارات الهجينة sp 3 ، لا يتم توجيهها على طول الخط المستقيم الذي يربط بين مراكز ذرات الكربون المترابطة ، ولكن خارج مستوى البروبان الحلقي ، مما يؤدي إلى التكوين من مدارات منحنية أو ما يسمى الموز أو τ- (اليونانية "تاو") السندات.

يؤدي تكوين روابط الموز (أو τ-) في السيكلوبروبان إلى انخفاض الضغط الزاوي في الدورة ، نظرًا لأن الزاوية بين محاور اثنين من السحب الإلكترونية تزداد من 60 0 إلى 106 0 ، وتكتسب روابط τ نفسها شخصية غير مشبعة جزئيًا وتحتل موقعًا وسيطًا في القوة بين روابط-و.

هذا ما يفسر ميل السيكلوبروبان لتفاعلات الإضافة. تشهد أيضًا زيادة حركة البروتون في ذرات الهيدروجين على الطبيعة الجزئية غير المشبعة لذرات الكربون في جزيء البروبان الحلقي.

هيكل السيكلوبوتان والسيكلوبنتان

في cyclobutane وخاصة في cyclopentane ، يكون الإجهاد الزاوي (الزاوي) المرتبط بانحراف زوايا رابطة ذرات الكربون عن زاوية الرابطة العادية (109 0 28) أقل بكثير.

عندما تقع جميع ذرات الكربون للحلقات المكونة من أربع وخمسة أعضاء في نفس المستوى ، يكون انحراف زوايا الرابطة ، على التوالي:

للسيكلوبوتان - (109 0 28-90 0): 2 = 9 0 44

للسيكلوبنتان - (109 0 28-108 0): 2 = 0 0 44

ومع ذلك ، في الواقع ، جزيئات السيكلوبوتان والسيكلوبنتان ليست مستوية ، لأنه في الهياكل المستوية تكون جميع ذرات الهيدروجين في حالة خسوف ، مما يؤدي إلى ظهور إجهاد الالتواء وانخفاض في استقرار الجزيئات.

لتقليل الإجهاد الالتوائي ، تتبنى جزيئات السيكلوبوتان والسيكلوبنتان تشكيلات غير مستوية ، حيث تغادر إحدى ذرات الكربون في سيكلوبوتان أو ذرتان من الكربون في سيكلوبنتان مستوى الدورات باستمرار بسبب قوى التنافر بين ذرات الهيدروجين.

لذلك ، فإن حلقات السيكلوبوتان والسيكلوبنتان هي ، كما كانت ، في حركة شبيهة بالموجة المستمرة ، حيث يكون هناك تحول سريع من شكل إلى آخر:

بالنسبة للسيكلوبوتان:

للسيكلوبنتان:

في شكل "الكرسي" ، 6 ذرات هيدروجين متعامدة على المستوى المتوسط ​​للحلقة وتسمى محوري (أ-) ، و 6 ذرات أخرى قريبة من هذا المستوى الشرطي وتسمى خط الاستواء (هـ-). إذا تم استبدال أحد الهيدروجين بمجموعة ألكيل أو مجموعة وظيفية ، فيمكن أن يكون في وضع استوائي أو محوري. في درجة حرارة الغرفة ، يوجد هكسان حلقي واحد ، وليس أيزومرين. والسبب في ذلك هو الانعكاس السريع للدورة ، ونتيجة لذلك تصبح مجموعة الميثيل من المحور استوائية.

أرز. 16.3. انقلاب ميثيل سيكلوهكسان

وفقًا لباير ، فإن السيكلوبنتان ليس له إجهاد زاوي عمليًا. ومع ذلك ، حتى أنه لا يوجد في شكل مستو ، لأنه في الجزيء المسطح ، ستكون جميع ذرات الهيدروجين في شكل مكسوف ، مما سيؤدي إلى إجهاد الالتواء ملحوظ. الأمر الأكثر ملاءمة هو وجود السيكلوبنتان في شكل ما يسمى "المغلف" ، حيث توجد 4 ذرات كربون في نفس المستوى ، والخامسة تخرج منه.

أرز. 16.4. التغييرات التوافقية للسيكلوبنتان

Cyclobutane هو أيضًا غير مستوٍ ، ويتكون من مثلثين متساويين الأضلاع متصلان على طول أحد الجانبين ويقعان في مستويات مختلفة. لا يزال سبب خروج ذرتين من الكربون من المستوى في نفس التشكل الكسوف لمجموعات الميثيلين ، وهو أمر غير مواتٍ بقوة.

أرز. 16.5. التغييرات التوافقية في السيكلوبوتان

في البروبان الحلقي ، لا يمكن أن تكون ذرات الكربون في مستويات مختلفة (موضع النقاط الثلاث هو المستوى). يمكن تمثيل الجزيء كمثلث منتظم. ومع ذلك ، تظهر البيانات التجريبية أن cyclopropane يتصرف كما لو كانت الزاوية بين روابط C-C 102 درجة. من المستحيل تخيل مثلث عادي بزوايا داخلية لا تساوي 60 درجة.

يظهر التداخل بين المدارات المهجنة الذرية في جزيء البروبان الحلقي في الشكل. 16.6. كما يتضح ، لا تتشكل الرابطة على طول الخط الذي يربط بين مراكز الذرات. تسمى هذه الوصلات "الموزة" أو المنحنية. وفقًا لخصائصها ، فإنها تحتل موقعًا وسيطًا بين السندات s و p. تفسر هذه الحقيقة عدم التشبع الجزئي للبروبان الحلقي.

أرز. 16.6. المدارات الذرية المتداخلة في جزيء البروبان الحلقي

نتيجة لذلك ، في جزيئات السيكلوبوتان والسيكلوبنتان ، يتناقص "إخفاء" ذرات الهيدروجين عند ذرات الكربون المجاورة ، مما يؤدي إلى انخفاض إجهاد الالتواء بسبب ظهور إجهاد زاوي صغير.