"Cikloparaffinok. Összetétel, szerkezet, izoméria»
Cikloalkánok (cikloparaffinok)
A cikloalkánok telítetlen szénhidrogének, amelyek molekulái zárt szénatomgyűrűt tartalmaznak.
A telített szénhidrogénekkel ellentétben, amelyeket nyitott szénláncok jelenléte jellemez, vannak zárt láncú szénhidrogének (ciklusok). Tulajdonságaikban hasonlítanak a szokásos telített szénhidrogénekre, alkánokra (paraffinokra), innen ered a nevük - cikloalkánok (cikloparaffinok).
A cikloalkánok homológ sorozatának általános képlete C n H 2n, azaz a cikloalkánok izomerek az etilén szénhidrogénekre. Ennek a vegyületsorozatnak a képviselői a ciklopropán, ciklobután, ciklopentán, ciklohexán.
Szerkezetük szerint a szerves vegyületek molekuláit nyílt láncú és ciklikus vegyületekre osztják. A ciklusok vagy csak szénatomokból (karbociklusok) épülhetnek fel, vagy tartalmazhatnak más elemek atomjait (heterociklusok). A ciklusos vegyületek viszont telítettek, telítetlenek és aromásak.
A cikloalkán molekulák váza csupán sp 3 hibrid szénatomokból álló ciklus formájában épül fel. A cikloalkánok nevének kialakításához hozzá kell adni a "cyclo" előtagot a megfelelő telített szénhidrogén nevéhez. Így a lehető legkisebb cikloalkán a ciklopropán, ezt követi a ciklobután, majd a ciklopentán és így tovább.
A szubsztituensek helyzetét a ciklus atomjainak számozása jelzi, a legidősebb szubsztituenssel rendelkező atom pedig az 1-es számot kapja. A diszubsztituált cikloalkánokban a szubsztituensek a gyűrű egyik (cisz-) vagy ellentétes oldalán helyezkedhetnek el. sík (trans-).
A cikloalkán molekulák két vagy több ciklusból állhatnak. A biciklusos szénhidrogéneket a ciklusok összekapcsolásának (annelációjának) módszerével kell megkülönböztetni. Ha két gyűrűnek csak egy szénatomja van, a vegyületeket spirociklusosnak nevezzük. Az ilyen kerékpárok nevét úgy alakítják ki, hogy a megfelelő alkán homológ nevéhez hozzáadják a "spiro" előtagot. A szögletes zárójelben lévő előtag után két számjegy jelzi a csomóponti C atom mindkét oldalán elhelyezkedő szénatomok számát. Az atomok számozása egy kisebb ciklussal kezdődik, az utolsó szám a csomóponti atom.
Egy másik anulációs módszer szerint a gyűrűk két szénatomot tartalmaznak. Ezek az úgynevezett áthidalt cikloalkánok. Az ilyen vegyületek neve a ciklusok számával kezdődik a biciklo-, triciklo- előtaggal, amelyet három számjegy követ, amelyek jelzik az egyes hidak csomóponti atomjaihoz kapcsolódó szénatomjainak számát. A megfelelő alkán nevét a végére írjuk. Az atomok meg vannak számozva, az egyik csomóponttól kezdve, és a nagyobb (fő) ciklus mentén haladva egy másik csomóponti C-atomig. Néha a híd további koordinátái is megjelennek.
Nyugta
1. A cikloalkánok jelentős mennyiségben találhatók meg egyes mezők olajaiban (innen ered az egyik elnevezésük is: naftének). Az olajfinomítás során főleg a C 5 H 10 - C 7 H 14 cikloalkánokat izolálják
2. Az aktív fémek hatása a dihalogénnel szubsztituált alkánokra (Wurtz-reakció) különféle cikloalkánok képződéséhez vezet:
(a fémes nátrium helyett porított cinket is használnak).
A kapott cikloalkán szerkezetét a kiindulási dihalogén-alkán szerkezete határozza meg. Ily módon adott szerkezetű cikloalkánokat lehet előállítani. Például 1,3-dimetil-ciklopentán szintéziséhez 1,5-dihalogén-2,4-dimetil-pentánt kell használni:
Vannak más módszerek is a cikloalkánok előállítására. Például a ciklohexánt és alkilszármazékait benzol és homológjainak hidrogénezésével állítják elő, amelyek az olajfinomítás termékei.
izoméria
A cikloparaffinokra a C 4 H 8-ból kiindulva a szerkezeti izoméria bizonyos típusai jellemzőek, amelyekhez társulnak:
a) a gyűrűben lévő szénatomok számával - például (etil-ciklopropán), (metil-ciklobután);
b) a szubsztituensekben lévő szénatomok számával - 
(1-metil-2-propil-ciklopentán), (1,2-dietil-ciklopentán)
c) a szubsztituens helyzetével a gyűrűben - (1,1-dimetil-ciklohexán), (1,2-dimetil-ciklohexán)
A cikloalkánokat az alkénekekkel való osztályok közötti izoméria is jellemzi.
A gyűrűben különböző szénatomokon lévő két szubsztituens jelenlétében lehetséges a C 5 H 10-ből kiinduló geometriai cisz-transz izoméria és optikai izoméria. Az optikai izoméria akkor fordul elő, ha a molekulának nincs szimmetriasíkja.
Cisz-transz izoméria ciklikus vegyületekben
A ciklusos vegyületekben két szubsztituens jelenlétében cisz-transz izoméria is lehetséges. A megadott példákban a metilcsoportok a gyűrű síkjának egyik oldalán helyezkedhetnek el (az ilyen izomert cisz-izomernek nevezzük) és az ellentétes oldalon (az ilyen izomert transz-izomernek nevezzük).
Természetesen, ha a cisz- és transz-izomerek modelljeit egymásra helyezzük, ezek nem egyeznek. A reciprok izomerizációk gyűrűhasítást, majd gyűrűzárást igényelnek, vagy a szubsztituens kötésének a gyűrű szénatomjával való felszakítását és egy új kötés kialakítását a gyűrű másik oldalán.
Megjegyzendő, hogy a ciklusos vegyületekben nemcsak cisz-transz, hanem tükörizoméria is előfordulhat. Ha egy azonos szubsztituenseket tartalmazó cisz-izomer molekula modelljét és annak tükörreflexióját egymásra helyezzük, akkor ezek kombinálódnak, míg a különböző szubsztituenseket tartalmazó cisz-izomereknél ez lehetetlen. A transz-izomerek esetében a molekula modelljének és tükörreflexiójának kombinációja nem lehetséges azonos és különböző szubsztituensek esetén.
Ciklobután, ciklopentán és konformációik
Ciklikus vegyületek azok a szerves vegyületek, amelyekben a szénatomok zárt láncot alkotnak, pl. ciklusok. Az ilyen vegyületek legegyszerűbb képviselői a cikloparaffinok vagy cikloalkánok.
A ciklusos vegyületekben a kötések erőssége a ciklus kialakításában részt vevő atomok számától függ. Az intenzitás mértéke határozza meg, a ciklus atomjainak kötésszögeinek változása és ezen atomok normál iránytól való eltérése miatt.
Ciklopropán esetében a magok közötti szögek 60º, mint egy egyenlő oldalú háromszögben, ciklobutánnál 90º, mint egy négyzetben, és ciklopentánban 108º, mint egy szabályos ötszögben. A szénatom normál kötési szöge 109,5°. Ezért, ha ezekben a vegyületekben minden szénatom ugyanabban a síkban helyezkedik el, a kötési szögek csökkenése ciklopropánban 49,5º, ciklobutánban 19,5º és ciklopentánban 1,5º.
Minél nagyobb a kötési szög eltérése a normáltól, annál feszültebbek, következésképpen törékenyebbek a ciklusok. A ciklopropántól eltérően azonban a ciklobután és a ciklopentán nem sík gyűrűkkel rendelkezik. Az egyik szénatom folyamatosan kimegy a síkból. A ciklobután nem síkbeli „hajtogatott” konformációkban létezik. A ciklopentánt burok alakzat jellemzi. Így a tárgyalt ciklusok oszcilláló mozgásban vannak, ami a hidrogénatomok szomszédos szénatomoktól való „elfedésének” csökkenéséhez és a feszültség csökkenéséhez vezet.
Ciklohexán és konformációi
A ciklohexán, mint szabályos hatszög esetében a magok közötti szögek 120°-osak. Ha a ciklohexán molekula lapos szerkezetű, akkor a szénatom normál kötési szögétől való eltérés: 109,5º-120º = 10,5º.
A ciklohexán és a nagy gyűrűk azonban nem sík szerkezetűek. A vizsgált ciklohexánmolekulában a szokásos vegyértékszögek megmaradnak, feltéve, hogy két konformációban, „fotelben” és „fürdőben” létezik. A „szék” konformáció kevésbé feszült, ezért a ciklohexán főleg I. és III. konformer formájában létezik, és a ciklus folyamatos inverzión (inverzió - latinból átfordulás, permutáció) megy keresztül a II. konformer köztes képződésével:
szimmetriatengely II III I
A tizenkét C-H kötés, amelyet a ciklohexán tartalmaz a szék konformációjában, két típusra oszlik. Hat kötés irányul sugárirányban a gyűrűből a molekula perifériájára, és ekvatoriális kötéseknek (e - kötéseknek) nevezik, a maradék hat kötés egymással és a szimmetriatengellyel párhuzamosan irányul, és axiálisnak (a - kötéseknek) nevezik. Három axiális kötés irányul az egyik irányba a ciklus síkjából, és három - a másikban (váltakozás van: fel és le).
A cikloalkánok tulajdonságai
Fizikai tulajdonságok a cikloalkánok molekulatömegük növekedésével rendszeresen változnak. Normál körülmények között a ciklopropán és a ciklobután gázok, a C 5 H 10 - C 16 H 32 cikloalkánok folyékonyak, a C 17 H 34-től kezdve szilárd anyagok. A cikloalkánok forráspontja magasabb, mint a megfelelő alkánoké. Ez a ciklikus struktúrák sűrűbb pakolódásának és erősebb intermolekuláris kölcsönhatásainak köszönhető.
Kémiai tulajdonságok A cikloalkánok erősen függnek a gyűrű méretétől, ami meghatározza annak stabilitását. Három- és négytagú ciklusok ( kis ciklusok) telítettek, azonban élesen különböznek az összes többi telített szénhidrogéntől. A ciklopropánban és a ciklobutánban a kötési szögek sokkal kisebbek, mint a normál 10928' tetraéderszög, amely az sp 3 hibridizált szénatomra jellemző.
Ez az ilyen ciklusok nagy intenzitásához vezet, és hajlamos arra, hogy a reagensek hatására kinyíljanak. Ezért a ciklopropán, ciklobután és származékaik belépnek addíciós reakciók, amely a telítetlen vegyületek jellegét mutatja. Az addíciós reakciók egyszerűsége csökken a sorozat ciklusintenzitásának csökkenésével:
ciklopropán > ciklobután >> ciklopentán.
A legstabilabbak a 6 tagú ciklusok, amelyekben nincs szög- és egyéb feszültség.
Kis ciklusok(C 3 H 6 - C 4 H 8) meglehetősen könnyen belépnek a hidrogénezési reakciókba:
A ciklopropán és származékai halogéneket és hidrogén-halogenideket adnak hozzá:
Más ciklusokban (C 5-től kezdve) a szögfeszültség megszűnik a molekulák nem síkbeli szerkezete miatt. Ezért a cikloalkánokra (C 5 és magasabb) stabilitásuk miatt olyan reakciók jellemzőek, amelyekben a ciklikus szerkezet megmarad, pl. helyettesítési reakciók.
Ezek a vegyületek az alkánokhoz hasonlóan dehidrogénezési, katalizátor jelenlétében végzett oxidációs reakciókba is belépnek.
A cikloalkánok tulajdonságainak ilyen éles különbsége a gyűrűmérettől függően ahhoz vezet, hogy nem a cikloalkánok általános homológ sorozatát kell figyelembe venni, hanem a gyűrűméretek szerinti egyedi sorozataikat. Például a ciklopropán homológ sorozata a következőket tartalmazza: ciklopropán C 3 H 6, metilciklopropán C 4 H 8, etilciklopropán C 5 H 10 stb.
Alkalmazás
A ciklohexán és az etilciklohexán a legnagyobb gyakorlati jelentőséggel bír. A ciklohexánt ciklohexanol, ciklohexanon, adipinsav, kaprolaktám előállítására, valamint oldószerként használják. A ciklopropánt az orvosi gyakorlatban inhalációs érzéstelenítőként használják.
Felhasznált irodalom jegyzéke
1. Kémia: Szerves kémia: Oktatási kiadás 10 cellához. átl. iskola - Moszkva, Felvilágosodás, 1993
2. Glinka N.L. Általános kémia. -25. kiadás, rev. - L .: Kémia
3. Artemenko A.I. Szerves kémia: tankönyv. építkezéshez. szakember. egyetemek. - M.: Felsőiskola, 2000.
4. Berezin B.D., Berezin D.B. Modern szerves kémia tanfolyam. Tankönyv egyetemek számára. - M .: Felsőiskola, 1999.
5. kémia. Iskolás kézikönyv, - M., 1995.
6. kémia. Enciklopédia gyerekeknek. AVANTA, 2000.
7. Khomchenko G.P. Kémia az egyetemekre való belépéshez. - M., 1995
8. "Szerves kémia", Felvilágosodás, 1991
Ciklopropán
CIKLOPPROPÁN (Cyclopropanum).
Szinonimája: ciklopropán.
Színtelen éghető gáz, jellegzetes petroléterre emlékeztető szagú és csípős ízű. Relatív sűrűsége 1, 879. 4 - 20 C hőmérsékleten és 5 atm nyomáson folyékony halmazállapotba megy át; a ciklopropán forráspontja légköri nyomáson 347 C. Vízben gyengén oldódik (egy térfogatrész gáz + 20 C-on 2,85 térfogatrész vízben oldódik). Könnyen oldódik alkoholban, petroléterben, kloroformban és zsíros olajokban.
A ciklopropán erős általános érzéstelenítő hatású. Rendkívül gyúlékony; oxigénnel, dinitrogén-oxiddal és levegővel alkotott keverékei lángokkal, elektromos szikrákkal és egyéb forrásokkal érintkezve felrobbanhatnak, ami gyulladást okozhat. Ciklopropán használatakor minden intézkedést meg kell tenni a robbanás lehetőségének kizárására, beleértve az elektromos és röntgenberendezések használatával kapcsolatos óvintézkedéseket, valamint a statikus elektromosság képződésének kizárását. Ezekkel a sajátosságokkal, valamint az általános érzéstelenítés új módszereinek és eszközeinek megjelenésével összefüggésben a ciklopropánt jelenleg ritkán használják érzéstelenítőként. A ciklopropán gyorsan hat. 4 térfogat koncentrációban. % fájdalomcsillapítást okoz, 6 köt. % - kikapcsolja a tudatot, 8 - 10 vol. % - érzéstelenítést okoz (III. stádium), 20 -30 térf. koncentrációban. % - mély érzéstelenítés.
A szervezetben a ciklopropán nem pusztul el, és szinte teljesen változatlan formában ürül ki az inhaláció megszűnése után 10 perccel.
A ciklopropánnak nincs kifejezett hatása a máj- és vesefunkcióra; enyhén csökkenti a diurézist. Néha a ciklopropánnal végzett érzéstelenítés során rövid távú hiperglikémia lép fel, amely a mellékvese-reaktív rendszerek gerjesztésével jár. Ez a hatás kevésbé kifejezett, mint éter használatakor.
A ciklopropán izgalmasan hat a szervezet kolinerg rendszereire, és némileg lassítja a pulzust, szívritmuszavarok léphetnek fel. A ciklopropán hatására a szívizom érzékenysége az adrenalinra jelentősen megnő; az adrenalin bevitele altatásban ciklopropánnal kamrafibrillációt okozhat.
Érzéstelenítés alatt a vérnyomás enyhén megemelkedik, ami némi fokozott vérzést okozhat.
A ciklopropánt indukciós és fő érzéstelenítésre használják (ciklopropán oxigénnel); gyakran más érzéstelenítő gyógyszerekkel (nitrogén-oxid, éter) és izomrelaxánsokkal kombinálva alkalmazzák. Tüdőbetegek számára javasolt, mivel nem irritálja a légutak nyálkahártyáját. Májbetegségekre és cukorbetegségre írható fel.
A ciklopropán érzéstelenítés rövid távú sebészeti beavatkozásokhoz használható.
A ciklopropánt oxigénnel keverékben használják zárt és félig zárt rendszerben (néha félig nyitott rendszerben), dózismérőkkel ellátott érzéstelenítő gépekkel. Az érzéstelenítés fenntartásához 15-18% ciklopropánt használnak. Az érzéstelenítés bevezetése magasabb ciklopropánkoncentrációval történik. A művelet végére a ciklopropán adagolása leáll, majd 2-5 perc múlva. tiszta oxigén belélegzése betegek felébrednek.
Az oxigénellátásnak folyamatosnak kell lennie. Gondoskodni kell a tüdő megfelelő szellőztetéséről és a szervezet szén-dioxid-mentességéről.
Néha a ciklopropánt szerves részként használják. A nátrium-tiopentállal végzett indukciós intravénás érzéstelenítés után gázkeveréket vezetünk be (félig zárt módszer szerint) a következő arányban: dinitrogén-oxid - 1 rész, oxigén - 2 rész, ciklopropán - 0,4 rész.
Ennek a keveréknek a használatakor az érzéstelenítés befejezése után bizonyos sorrendben ki kell zárni az érzéstelenítő komponenseket (a hipoxia kialakulásának elkerülése érdekében): először leállítják a ciklopropán ellátását, 2-3 perc múlva - a dinitrogén-oxidot. , és ugyanazon időszak után - oxigén.
A ciklopropán helyes adagolásával az érzéstelenítés komplikációk nélkül megy végbe, a betegek gyorsan felébrednek az inhaláció befejezése után. Túladagolás esetén légzésleállás és szívdepresszió léphet fel, egészen a szívmegállásig.
Az érzéstelenítés megszűnése utáni gyors ébredés miatt a műtét után a betegek erős fájdalmat érezhetnek, ezért a műtét vége előtt fájdalomcsillapító beadása javasolt. Érzéstelenítés után viszonylag gyakran fejfájás figyelhető meg, egyes esetekben - műtét utáni hányás, bélparézis. Ezért az érzéstelenítésből való felébredés után a betegeknek gondos megfigyelésre van szükségük.
Ciklopropán érzéstelenítés esetén az adrenalin és a noradrenalin adása ellenjavallt.
Kiadási forma: varrat nélküli acélhengerekben, 1 és 2 liter űrtartalmú folyékony ciklopropánnal 5 atm nyomáson; a hengerek narancssárgára festettek és felirattal vannak ellátva.
A ciklopropán használata csak megfelelő oktatáson átesett egészségügyi személyzet számára engedélyezett.
Tárolás: hűvös helyen, tűzforrástól távol.
Gyógyszerkönyv. 2012
Lásd még a szó értelmezéseit, szinonimáit, jelentését és azt, hogy mi a ciklopropán oroszul a szótárakban, enciklopédiákban és kézikönyvekben:
- ciklopropán
(trimetilén) színtelen gáz, fp. -32,7 °С. Eszköz a… - ciklopropán
trimetilén, egy aliciklusos szénhidrogén; színtelen gáz, forráspontja 32,8 °C, sűrűsége 0,720 g/cm3 (-79 °C); vízben oldhatatlan, alkoholban oldódik, ... - ciklopropán a Brockhaus és Euphron enciklopédikus szótárában:
(trimetilén) - b75_173-1.jpg megpróbálták bróm eltávolításával Reboul-t szerezni trimetilén-bromidból, de sikertelenül: közönséges propilénből derült ki; 1882-ben Freund,... - ciklopropán az enciklopédikus szótárban:
a, pl. nem, m. chem. A szerves vegyület egy aliciklusos szénhidrogén, a sebészetben használt gáz... - ciklopropán a Nagy orosz enciklopédikus szótárban:
CIKLOPROPÁN (trimetilén), színtelen. gáz, t kip -32,7 °C. Eszköz a… - ciklopropán Brockhaus és Efron enciklopédiájában:
(trimetilén) ? Megpróbáltam bróm eltávolításával Reboul-t szerezni trimetilén-bromidból, de sikertelenül: közönséges propilén lett; 1882-ben Freund azonban... - ciklopropán az Új Idegenszavak Szótárban:
(lásd ciklus ... + propán) szerves vegyület, az aliciklusos sorozat szénhidrogénje; gáz; appl. a sebészetben általános... - ciklopropán az Idegen kifejezések szótárában:
[cm. ciklus ... + propán] szerves vegyület, szénhidrogén az aliciklusos sorozatból; gáz; appl. a sebészetben általános... - ciklopropán az orosz nyelv szinonimák szótárában.
- ciklopropán az orosz nyelv teljes helyesírási szótárában:
ciklopropán... - ciklopropán a Helyesírási szótárban:
ciklopropán,... - ciklopropán a Modern Magyarázó Szótárban, TSB:
(trimetilén), színtelen gáz, forráspontja -32,7 °C. Eszköz a… - metoxiflurán a gyógyszertárban:
METHOXYFLURANE (Methoxyfluganum) 1, 1 - (Difluoro-2, 2-dichloro-1 metoxiethane) Szinonimák: Ingalan, Pentran, Inhalanum, Methofluranum, Metofane, Penthrane, Pentran. Színtelen, átlátszó illékony folyadék... - kamrafibrilláció az orvosi szótárban:
- kamrafibrilláció az Orvosi Nagyszótárban:
A kamrai fibrilláció (VF) a szívritmuszavarok egyik formája, amelyet a kamrai szívizom egyes rostjainak összehúzódásának teljes aszinkronitása jellemez, ami a hatékony szisztolé elvesztését és... - TELÍTETT VEGYÜLETEK a nagy enciklopédikus szótárban:
(határvegyületek) szerves vegyületek, amelyek molekuláiban az atomok csak egyszerű kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz "nyitott" láncokban (alifás telített vegyületek) ... - ALICIKLIS VEGYÜLETEK a nagy enciklopédikus szótárban:
olyan szerves vegyületek, amelyek molekuláiban három vagy több szénatomos ciklusokat (gyűrűket) tartalmaznak (az aromás vegyületek kivételével). Tartalmazza a szénhidrogéneket és... - CIKLÓALKÁN a Great Soviet Encyclopediában, TSB:
cikloparaffinok, ciklánok, CnH2n általános képletű telített ciklikus szénhidrogének (lásd Aliciklusos vegyületek). A legegyszerűbb C. - ciklopropán - gyűrűje ... - CIKLUS VEGYÜLETEK a Great Soviet Encyclopediában, TSB:
vegyületek, vegyületek (főleg szerves), amelyek molekulái egy vagy több három vagy több atomból álló gyűrűt (ciklust, atommagot) tartalmaznak. A legtöbb…
A telített szénhidrogénekkel ellentétben, amelyeket nyitott szénláncok jelenléte jellemez, vannak szénhidrogének zárt áramkörök(ciklusok). Tulajdonságaikban hasonlítanak a szokásos telített szénhidrogénekre, alkánokra (paraffinokra), innen ered a nevük - cikloalkánok (cikloparaffinok). A cikloalkánok homológ sorozatának általános képlete CnH2n, azaz a cikloalkánok izomerek az etilén szénhidrogénekre. Ennek a vegyületsorozatnak a képviselői a ciklopropán, ciklobután, ciklopentán, ciklohexán.
Ciklopropán
Ciklobután
Ciklopentán
Ciklohexán
A szerves kémiában nagyon gyakran a felsorolt cikloalkánok szerkezeti képleteit C és H szimbólumok nélkül ábrázolják egyszerű geometriai alakzatokként.
A cikloalkánok homológ sorozatának általános képlete a CnH2n. Pontosan ugyanez a képlet írja le az alkének homológ sorozatát. Ebből az következik, hogy minden cikloalkán a megfelelő alkén izomerje. Ez egy példa az úgynevezett "osztályközi" izomériára.
A cikloalkánok izomerizmusa és nómenklatúrája
1) A cikloalkánokra, mint minden szerves vegyületosztályra, a szénváz izomériája (strukturális izoméria) jellemző. A cikloalkánok szerkezeti izomériáját először is a gyűrű mérete határozza meg. Tehát két C4H8 képletű cikloalkán létezik: ciklobután és metil-ciklopropán. Másodszor, az ilyen izoméria a gyűrűben lévő szubsztituensek (például 1,1 és 1,2-dimetil-bután) helyzetéből adódik.
a) Gyűrűizoméria:
a) Oldalláncok izomerizmusa:
2) A szubsztituensek helyzetének izomerizmusa a gyűrűben:
3) Interclass izoméria alkénekkel:
4) Téri izoméria. A C-C kötések körüli szabad forgás hiánya a ciklusban megteremti a térbeli izomerek létezésének előfeltételeit egyes helyettesített cikloalkánokban. Például egy 1,2-dimetil-ciklopropán molekulában két CH 3 csoport lehet a gyűrűsík ugyanazon oldalán (cisz-izomer) vagy ellentétes oldalon (transz-izomer):
A gyűrűméret szerint a cikloalkánokat számos csoportra osztjuk, amelyek közül a kis (C3, C4) és a közönséges (C5-C7) gyűrűket tekintjük.
A cikloalkánokban a nemzetközi nómenklatúra szabályai szerint a kört alkotó szénatomok fő láncát tekintjük. A név ennek a zárt láncnak a nevére épül, a "ciklo-" előtag hozzáadásával (ciklopropán, ciklobután, ciklopentán, ciklohexán stb.). A ciklusban szubsztituensek jelenlétében a gyűrű szénatomjainak számozását úgy végezzük, hogy az elágazások a lehető legkisebb számot kapják. Így a vegyületet 1,2-dimetilciklobutánnak kell nevezni, nem pedig 2,3-dimetilciklobutánnak vagy 3,4-dimetilciklobutánnak.
A cikloalkánok szerkezeti képleteit általában rövidített formában írják le, a ciklus geometriai formáját használva, a szén- és hidrogénatomok szimbólumait elhagyva.
A cikloalkánok fizikai tulajdonságai
Normál körülmények között a sorozat első két tagja (C3 - C4) gáz, (C5 - C11) folyadék, kezdve a C12-vel - szilárd anyagok. A cikloalkánok forrás- és olvadáspontja magasabb, mint a megfelelő alkánoké. A cikloalkánok gyakorlatilag nem oldódnak vízben. A szénatomok számának növekedésével a moláris tömeg nő, ezért az olvadáspont növekszik.
A cikloalkánok kémiai tulajdonságai
A tulajdonságok erősen függnek a ciklus méretétől, ami meghatározza annak stabilitását.
A három- és négytagú ciklusok (kis ciklusok), mivel telítettek, élesen különböznek az összes többi telített szénhidrogéntől. A ciklopropánban és a ciklobutánban a kötési szögek sokkal kisebbek, mint az sp3 hibridizált szénatomra jellemző 109°28' normál tetraéderszög.
Ez az ilyen ciklusok nagy intenzitásához vezet, és hajlamos arra, hogy a reagensek hatására kinyíljanak. Ezért a ciklopropán, ciklobután és származékaik addíciós reakciókba lépnek, megmutatva a telítetlen vegyületek természetét. Az addíciós reakciók egyszerűsége csökken a sorozat ciklusintenzitásának csökkenésével:
ciklopropán > ciklobután >> ciklopentán
A legstabilabbak a 6 tagú ciklusok, amelyekben nincs szög- és egyéb feszültség.
Kis ciklusok (C3-C4) meglehetősen könnyen belépnek a hidrogénezési reakciókba:
A ciklopropán és származékai halogéneket és hidrogén-halogenideket adnak hozzá:
A ciklopropán és homológjai hidrogén-halogenidekkel reagálva kinyitják a gyűrűt Markovnikov szabálya szerint.
Amikor egy aszimmetrikus alkén hidrogén-halogénsavval egyesül, a halogén egy kevesebb hidrogénatomot tartalmazó szénatomhoz kapcsolódik.
Más ciklusokban (C5-től kezdve) a szögfeszültség megszűnik a molekulák nem síkbeli szerkezete miatt. Ezért a cikloalkánokat (C5 és magasabb) stabilitásuk miatt olyan reakciók jellemzik, amelyekben a ciklikus szerkezet megmarad, pl. helyettesítési reakciók.
A reakció láncgyökös mechanizmussal megy végbe (hasonlóan az alkánok szubsztitúciójához).
Ezek a vegyületek az alkánokhoz hasonlóan dehidrogénezési reakciókba is belépnek, például ciklohexán és alkilszármazékai dehidrogénezése során:
Csakúgy, mint a katalizátor jelenlétében végzett oxidációk, például a ciklohexán oxidációja:
Összegezve a cikloalkánok kémiai tulajdonságait, kémiai tulajdonságaik a következőképpen írhatók fel:
Referenciaanyag a teszt sikeres teljesítéséhez:
Mengyelejev táblázat
Oldhatósági táblázat
A ciklopropánt 1881-ben August Freund fedezte fel, aki első munkájában az új anyag megfelelő szerkezetét is javasolta. Freund nátriummal kezelte az 1,3-dibróm-propánt, ami intramolekuláris Wurtz-reakciót okozott, amely közvetlenül ciklopropánhoz vezetett.
$BrCH_2CH_2CH_2Br + 2Na \to (CH_2)_3 + 2NaBr$
A reakció hozamát Gustavson javította 1887-ben nátrium helyett cink alkalmazásával. A ciklopropánt nem használták kereskedelmi forgalomba, amíg Henderson és Lucas 1929-ben fel nem fedezték érzéstelenítő tulajdonságait; Az ipari termelés 1936-ban kezdődött.
A ciklopropán szerkezete
A ciklopropán egy cikloalkánmolekula, amelynek molekulaképlete $C_3H_6$, amely három szénatomból áll, amelyek egymáshoz kapcsolódva gyűrűt alkotnak, mindegyik szénatom két hidrogénatomhoz kapcsolódik, ami a molekula $D3h$ szimmetriáját eredményezi.
1. kép
A ciklopropánnak és a propilénnek ugyanaz a molekulaképlete - $C_3H_6$, de eltérő a szerkezetük, ami szerkezeti izomerré teszi őket.
A ciklopropán érzéstelenítő. A modern érzéstelenítési gyakorlatban más szerekkel helyettesítették, normál körülmények között rendkívüli reakciókészsége miatt: ha a gáz oxigénnel keveredik, jelentős a robbanásveszély.
Ciklopropán-származékok enantiomériája
Az aliciklusos vegyületek enantiomériája királis szénatom jelenlétében és szimmetriaelemek, elsősorban a szimmetriasík hiányában jön létre. Így a transz-1,2-helyzetben két azonos szubsztituenssel vagy a transz-1,2-helyzetben és a cisz-1,2-helyzetben két különböző szubsztituenssel rendelkező ciklopropán enantiomerként létezik:
4. ábra
A két azonos szubsztituenst tartalmazó cisz-1,2 és transz-1,2 helyzetű vegyületek egymással diasztereomerek.
A ciklopropán molekuláris szerkezete
A ciklopropán molekulaszerkezete egy szabályos háromszögként ábrázolható, amelynek három szénatomja közötti kötésszögek 60 $^\circ $ és hidrogén-szén-hidrogén szögek 114 $^\circ $:
5. ábra
Így a ciklopropángyűrűben a kötési szögek 49,5 $^\circ $-ral kisebbek, mint az alkánok szénatomjai közötti tetraéderes szögek, ami a Bayer szögfeszültségnek nevezett feszültséghez vezet.
A ciklopropán molekulákban végzett kvantummechanikai számítások szerint a kötött szénatomok ($sp^3$ hibrid pályájuk) közötti valós szögek nem 60$^\circ$, hanem 104$^\circ$:
6. ábra
Ezt az eltérést két különböző elmélet magyarázza:
Ennek eredményeként a pályák maximális átfedése nem a $CC$ kötések magközi tengelyei mentén, hanem valamelyest azokon kívül (a háromszög oldalain kívül) következik be, gyenge "banánszerű" kötések képződésével, amelyek valójában közbensőek. $\sigma$- és $\pi$-kötvények között (7. ábra, a, A. Coulson és I. I. Moffitt, 1947).
Van vélemény a ciklopropán szénatomjainak $sp^2$-hibrid állapotáról és a $p$-atompályák jelentős hozzájárulásáról a banánszerű kötések kialakulásához (7b. ábra, A. Wolp, 1949) ,
7. ábra: A kötésképződés vázlata ciklopropánban: a - A, Coulson és E. Moffit szerkezete, b - A. Walsh szerkezete. Author24 - hallgatói dolgozatok online cseréje
Az ilyen kötés jelenléte és a belső "Bayer" feszültség a ciklopropán belső energiájának eltérüléséhez vezet a többi cikloalkánhoz képest, és az alkénekhez hasonlóan magas reakcióképességét okozza. Ez feltételesen azt jelenti, hogy a propán ciklopropánná történő ciklizálása egy inkább endoterm reakció, amelyhez többlet energiára - energia "feszültségre" van szükség a hexán ciklohexánná történő ciklizálásához képest. Ezért a propán körfolyamat felhasadásával lejátszódó reakciókban az a többletenergia "feszültség" szabadul fel, ami a magas reaktivitás megnyilvánulása.
Ciklopropán érzéstelenítőként
A ciklopropánt Ralph Waters amerikai aneszteziológus vezette be a klinikai gyakorlatba, aki zárt szén-dioxid-abszorpciós rendszert alkalmazott ennek az akkor még drága szernek a konzerválására. A ciklopropán viszonylag erős érzéstelenítő, nem irritáló, édes szagú, minimális alveoláris koncentrációja 17,5%, vér/gáz megoszlási együtthatója pedig 0,55. Ez azt jelenti, hogy az érzéstelenítés előidézése ciklopropán és oxigén belélegzésével gyors és nem kellemetlen volt. A ciklopropánnal végzett hosszan tartó érzéstelenítés során azonban a betegek hirtelen vérnyomásesést tapasztalhatnak, ami szívritmuszavarokhoz vezethet; a "ciklopropánsokk" néven ismert reakció. Emiatt, valamint magas ára és gyúlékonysága miatt ma már csak érzéstelenítés indukálására használják, és a 80-as évek közepe óta nem használják a klinikai alkalmazást. A ciklopropán palackokat és az áramlásmérőket narancssárgára festették.
A ciklopropán inaktív a GABA és a glicin receptorokon, helyette NMDA receptor antagonistaként működik. Ezenkívül gátolja az AMPA receptorokat és a nikotin acetilkolin receptorokat, és aktivál bizonyos K2P csatornákat.
A ciklopropán molekulában minden szénatom ugyanabban a síkban helyezkedik el.
A szénatomok ilyen elrendezésével a ciklusban a kötésszögeknek 60 0-nak kell lenniük, és a normál kötésszögtől való eltérésük értékének (109 0 28) a következőnek kell lennie: α = (109 0 28 - 60 0) : 2 = 24 0 44. Ez a legintenzívebb ciklikus rendszer.
A valóságban azonban a ciklopropángyűrű szénatomjai közötti kötésszög 106 0 . Ez azzal magyarázható, hogy a ciklopropánban a szénatomok közötti σ-kötések eltérnek a szokásos σ-kötésektől, amelyek alkánok sp 3 hibridpályáinak átfedésével jönnek létre.
Amikor szén-szén kötések jönnek létre a ciklopropán körfolyamatban, az sp 3 hibrid pályáinak csak részleges átfedése következik be, nem a kötött szénatomok középpontjait összekötő egyenes mentén, hanem a ciklopropán síkon kívülre, ami a kialakulásához vezet. hajlított pályák vagy az ún banán ill τ- (görög "tau") kötések.
A banán (vagy τ-) kötések kialakulása a ciklopropánban a szögfeszültség csökkenéséhez vezet a ciklusban, mivel két elektronfelhő tengelyei közötti szög 60 0-ról 106 0-ra növekszik, és maguk a τ-kötések is kialakulnak. részben telítetlen karakterűek, és erősségükben egy köztes pozíciót foglalnak el a σ- és π-kötések között.
Ez magyarázza a ciklopropán hajlamát addíciós reakciókra. A hidrogénatomok megnövekedett protonmobilitása a ciklopropánmolekula szénatomjainak részleges telítetlenségéről is tanúskodik.
A ciklobután és a ciklopentán szerkezete
A ciklobutánban és különösen a ciklopentánban a szénatomok kötésszögeinek a normál kötésszögtől (109 0 28) való eltérésével összefüggő szög (szög)feszültség sokkal kisebb.
Ha a négy- és öttagú gyűrűk összes szénatomja ugyanabban a síkban helyezkedik el, a kötési szögek eltérése:
Ciklobután - (109 0 28 - 90 0): 2 = 9 0 44
Ciklopentán - (109 0 28 - 108 0): 2 = 0 0 44
A valóságban azonban a ciklobután és a ciklopentán molekulái nem síkbeliek, mivel a síkbeli szerkezetekben minden hidrogénatom elhomályosult állapotban van, ami torziós feszültség megjelenéséhez és a molekulák stabilitásának csökkenéséhez vezet.
A torziós feszültség csökkentésére a ciklobután és a ciklopentán molekulái nem síkbeli konformációt vesznek fel, amelyben a hidrogénatomok közötti taszító erők hatására a ciklobutánban az egyik szénatom, a ciklopentánban pedig két szénatom folyamatosan elhagyja a ciklusok síkját.
Ezért a ciklobután és a ciklopentán gyűrűi mintegy állandó hullámszerű mozgásban vannak, amely során az egyik konformáció gyorsan átalakul a másikba:
Ciklobután esetében:
Ciklopentán esetén:
A „fotel” konformációban 6 hidrogénatom merőleges a gyűrű átlagos síkjára, és axiálisnak (a-), másik 6 pedig közel van ehhez a feltételes síkhoz, és ekvatoriálisnak (e-) nevezik. Ha az egyik hidrogénatomot alkilcsoport vagy valamilyen funkciós csoport helyettesíti, az ekvatoriális vagy axiális helyzetben lehet. Szobahőmérsékleten egyetlen ciklohexán van jelen, nem két izomer. Ennek oka a ciklus gyors inverziója, melynek eredményeként az axiális metilcsoport ekvatoriálissá válik.
Rizs. 16.3. Metilciklohexán inverzió
Bayer szerint a ciklopentánnak gyakorlatilag nincs szögfeszültsége. Azonban még az sem létezik sík formában, mert lapos molekulában az összes hidrogénatom elhomályosult konformációban lesz, ami észrevehető torziós feszültséghez vezet. Energetikailag kedvezőbb a ciklopentán létezése úgynevezett "burok" formájában, amelyben 4 szénatom van egy síkban, és az ötödik kimegy belőle.
Rizs. 16.4. A ciklopentán konformációs változásai
A ciklobután szintén nem sík, két egyenlő oldalú háromszögből áll, amelyek az egyik oldal mentén össze vannak kötve és különböző síkban helyezkednek el. A két szénatom síkból való kilépésének oka továbbra is a metiléncsoportok azonos elhomályosult konformációjában rejlik, ami energetikailag kedvezőtlen.
Rizs. 16.5. Konformációs változások a ciklobutánban
A ciklopropánban a szénatomok nem lehetnek különböző síkban (három pont helye egy sík). A molekula szabályos háromszögként ábrázolható. A kísérleti adatok azonban azt mutatják, hogy a ciklopropán úgy viselkedik, mintha a C-C kötések közötti szög 102° lenne. Lehetetlen elképzelni egy szabályos háromszöget, amelynek belső szögei nem egyenlők 60 o-kal.
Az atomi hibridizált pályák átfedését a ciklopropán molekulában az ábra mutatja. 16.6. Amint látható, a kötés nem az atomok középpontjait összekötő vonal mentén jön létre. Az ilyen kapcsolatokat "banánnak" vagy ívnek nevezik. Jellemzőik szerint az s- és p-kötések között köztes pozíciót foglalnak el. Ez a tény magyarázza a ciklopropán részleges telítetlenségét.
Rizs. 16.6. Átfedő atomi pályák a ciklopropán molekulában
Ennek eredményeként a ciklobután és a ciklopentán molekuláiban csökken a hidrogénatomok „rejtettsége” a szomszédos szénatomoknál, ami a torziós feszültség csökkenéséhez vezet egy kis szögfeszültség megjelenése miatt.
Betöltés...