"Sikloparafin. Komposisi, struktur, isomerisme»
Sikloalkana (Sikloparafin)
Sikloalkana adalah hidrokarbon tak jenuh yang molekulnya mengandung cincin atom karbon tertutup.
Tidak seperti hidrokarbon jenuh, yang ditandai dengan adanya rantai karbon terbuka, ada hidrokarbon dengan rantai tertutup (siklus). Dalam sifat-sifatnya, mereka menyerupai hidrokarbon jenuh biasa alkana (parafin), maka namanya - sikloalkana (sikloparafin).
Rumus umum untuk deret homolog sikloalkana adalah C n H 2n, yaitu, sikloalkana adalah isomer terhadap hidrokarbon etilen. Perwakilan dari rangkaian senyawa ini adalah siklopropana, siklobutana, siklopentana, sikloheksana.
Menurut strukturnya, molekul senyawa organik dibagi menjadi rantai terbuka dan senyawa siklik. Siklus dapat dibangun baik hanya dari atom karbon (karbosiklus), atau dapat mencakup atom unsur lain (heterosiklus). Pada gilirannya, senyawa siklik jenuh, tak jenuh dan aromatik.
Molekul sikloalkana memiliki kerangka yang dibangun dalam bentuk siklus atom karbon hibrid sp 3 saja. Untuk membentuk nama sikloalkana, perlu menambahkan awalan "siklo" ke nama hidrokarbon jenuh yang sesuai. Jadi, sikloalkana terkecil yang mungkin adalah siklopropana, diikuti oleh siklobutana, lalu siklopentana, dan seterusnya.
Posisi substituen ditunjukkan dengan penomoran atom siklus, dan atom dengan substituen paling senior diberi nomor 1. Dalam sikloalkana terdisubstitusi, substituen dapat ditempatkan pada satu (cis-) atau pada sisi yang berlawanan dari cincin. pesawat (trans-).
Molekul sikloalkana dapat terdiri dari dua atau lebih siklus. Hidrokarbon bisiklik harus dibedakan dengan metode koneksi (anelasi) siklus. Jika dua cincin hanya berbagi satu atom karbon, senyawa tersebut disebut spirosiklik. Nama-nama sepeda tersebut dibentuk dengan menambahkan awalan "spiro" ke nama homolog alkana yang sesuai. Setelah awalan dalam tanda kurung siku, dua digit menunjukkan jumlah atom karbon yang terletak di setiap sisi atom C nodal. Penomoran atom dimulai dengan siklus yang lebih kecil, nomor terakhir adalah atom nodal.
Dalam metode annulasi lain, cincin berbagi dua atom karbon. Ini adalah apa yang disebut sikloalkana yang dijembatani. Nama-nama senyawa tersebut dimulai dengan jumlah siklus dengan awalan bicyclo-, tricyclo-, diikuti oleh tiga digit yang menunjukkan jumlah atom karbon dari setiap jembatan yang terkait dengan atom nodal. Nama alkana yang sesuai ditulis di akhir. Atom diberi nomor, mulai dari satu nodal dan bergerak sepanjang siklus (utama) yang lebih besar ke atom C nodal lainnya. Terkadang koordinat tambahan jembatan ditunjukkan.
Kuitansi
1. Sikloalkana ditemukan dalam jumlah yang signifikan dalam minyak beberapa ladang (karenanya salah satu namanya berasal dari - naphthenes). Selama penyulingan minyak, terutama sikloalkana C 5 H 10 - C 7 H 14 diisolasi
2. Aksi logam aktif pada alkana tersubstitusi dihalo (reaksi Wurtz) mengarah pada pembentukan berbagai sikloalkana:
(alih-alih natrium logam, seng bubuk juga digunakan).
Struktur sikloalkana yang dihasilkan ditentukan oleh struktur dihaloalkana awal. Dengan cara ini dimungkinkan untuk memperoleh sikloalkana dari struktur tertentu. Misalnya, untuk sintesis 1,3-dimetilsiklopentana, 1,5-dihalogen - 2,4-dimetilpentana harus digunakan:
Ada metode lain untuk memperoleh sikloalkana. Misalnya, sikloheksana dan turunan alkilnya diperoleh dengan hidrogenasi benzena dan homolognya, yang merupakan produk penyulingan minyak.
isomerisme
Untuk sikloparafin, mulai dari C 4 H 8, beberapa jenis isomerisme struktural adalah karakteristik, terkait:
a) dengan jumlah atom karbon di dalam cincin - misalnya, (etilsiklopropana), (metilsiklobutana);
b) dengan jumlah atom karbon dalam substituen - 
(1-metil-2-propilsiklopentana), (1,2-dietilsiklopentana)
c) dengan posisi substituen di dalam cincin - (1,1-dimetilsikloheksana), (1,2-dimetilsikloheksana)
Sikloalkana juga dicirikan oleh isomerisme antar kelas dengan alkena.
Dengan adanya dua substituen dalam cincin pada atom karbon yang berbeda, isomerisme cis-trans geometrik, mulai dari C 5 H 10, dan isomerisme optik dimungkinkan. Isomerisme optik terjadi ketika molekul tidak memiliki bidang simetri.
Isomerisme cis-trans dalam senyawa siklik
Dengan adanya dua substituen dalam senyawa siklik, isomerisme cis-trans juga dimungkinkan. Gugus metil dalam contoh yang diberikan dapat ditempatkan pada satu sisi bidang cincin (isomer semacam itu disebut isomer cis) dan pada sisi yang berlawanan (isomer semacam itu disebut isomer trans).
Secara alami, ketika model isomer cis dan trans ditumpangkan satu sama lain, mereka tidak cocok. Isomerisasi timbal balik membutuhkan pembelahan cincin diikuti dengan penutupan cincin, atau pemutusan ikatan substituen dengan atom karbon cincin dan pembentukan ikatan baru di sisi lain cincin.
Perlu dicatat bahwa dalam senyawa siklik, tidak hanya cis-trans, tetapi juga isomerisme cermin dapat terjadi. Ketika model molekul cis-isomer dengan substituen yang sama dan pantulan cerminnya ditumpangkan, mereka digabungkan, sementara ini tidak mungkin untuk isomer cis dengan substituen yang berbeda. Untuk trans-isomer, kombinasi model molekul dan pantulan cerminnya tidak mungkin dilakukan baik dengan substituen yang identik maupun berbeda.
Siklobutana, siklopentana dan konformasinya
Senyawa siklik adalah senyawa organik di mana atom karbon membentuk rantai tertutup, mis. siklus. Perwakilan paling sederhana dari senyawa tersebut adalah sikloparafin atau sikloalkana.
Kekuatan ikatan dalam senyawa siklik tergantung pada jumlah atom yang terlibat dalam pembentukan siklus. Itu ditentukan oleh tingkat intensitasnya, karena perubahan sudut ikatan atom-atom dari siklus dan penyimpangan atom-atom ini dari arah normal.
Untuk siklopropana, sudut antar inti adalah 60º, seperti pada segitiga sama sisi, untuk siklobutana, 90º, seperti dalam bujur sangkar, dan dalam siklopentana, 108º, seperti pada segi lima biasa. Sudut ikatan normal untuk atom karbon adalah 109,5º. Oleh karena itu, ketika semua atom karbon terletak pada bidang yang sama dalam senyawa ini, penurunan sudut ikatan adalah 49,5º pada siklopropana, 19,5º pada siklobutana, dan 1,5º pada siklopentana.
Semakin besar deviasi sudut ikatan dari yang normal, semakin tegang dan, akibatnya, rapuh siklus. Namun, tidak seperti siklopropana, siklobutana dan siklopentana memiliki cincin nonplanar. Salah satu atom karbon terus menerus keluar dari bidangnya. Siklobutana ada dalam konformasi "terlipat" non-planar. Siklopentana dicirikan oleh konformasi amplop. Dengan demikian, siklus yang dibahas berada dalam gerakan osilasi, yang menyebabkan penurunan "pengkaburan" atom hidrogen dari atom karbon tetangga dan penurunan tegangan.
Sikloheksana dan konformasinya
Untuk sikloheksana, sebagai segi enam biasa, sudut antar inti adalah 120º. Jika molekul sikloheksana berstruktur datar, maka simpangan dari sudut ikatan normal atom karbon adalah: 109,5º-120º = 10,5º.
Namun, sikloheksana dan cincin besar memiliki struktur nonplanar. Dalam molekul sikloheksana yang dipertimbangkan, sudut valensi biasa dipertahankan, asalkan ada dalam dua konformasi "kursi" dan "mandi". Konformasi "kursi" kurang ditekankan, oleh karena itu sikloheksana ada terutama dalam bentuk konformer I dan III, dan siklus mengalami inversi terus menerus (inversio - dari bahasa Latin membalik, permutasi) dengan formasi perantara konformer II:
sumbu simetri II III I
Dua belas ikatan C-H yang dimiliki sikloheksana dalam konformasi kursi dibagi menjadi dua jenis. Enam ikatan diarahkan secara radial dari cincin ke pinggiran molekul dan disebut ikatan ekuatorial (e - bond), enam ikatan lainnya diarahkan sejajar satu sama lain dan sumbu simetri dan disebut aksial (a - bond). Tiga ikatan aksial diarahkan dalam satu arah dari bidang siklus, dan tiga - di yang lain (ada pergantian: naik dan turun).
Sifat-sifat sikloalkana
Properti fisik sikloalkana berubah secara teratur dengan pertumbuhan berat molekulnya. Dalam kondisi normal, siklopropana dan siklobutana adalah gas, sikloalkana C 5 H 10 - C 16 H 32 adalah cairan, dimulai dengan C 17 H 34, adalah padatan. Titik didih sikloalkana lebih tinggi daripada alkana yang sesuai. Ini karena pengemasan yang lebih padat dan interaksi antarmolekul yang lebih kuat dari struktur siklik.
Sifat kimia sikloalkana sangat bergantung pada ukuran cincin, yang menentukan stabilitasnya. Siklus beranggota tiga dan empat ( siklus kecil), menjadi jenuh, bagaimanapun, sangat berbeda dari semua hidrokarbon jenuh lainnya. Sudut ikatan dalam siklopropana dan siklobutana jauh lebih kecil daripada sudut tetrahedral normal 10928', karakteristik atom karbon hibridisasi sp3.
Ini mengarah pada intensitas tinggi dari siklus tersebut dan kecenderungannya untuk terbuka di bawah aksi reagen. Oleh karena itu, siklopropana, siklobutana dan turunannya masuk ke dalam reaksi adisi, menunjukkan karakter senyawa tak jenuh. Kemudahan reaksi adisi berkurang dengan menurunnya intensitas siklus dalam seri:
siklopropana > siklobutana >> siklopentana.
Yang paling stabil adalah siklus 6-anggota, di mana tidak ada sudut dan jenis stres lainnya.
Siklus kecil(C 3 H 6 - C 4 H 8) cukup mudah masuk ke dalam reaksi hidrogenasi:
Siklopropana dan turunannya menambahkan halogen dan hidrogen halida:
Dalam siklus lain (dimulai dengan C 5), tegangan sudut dihilangkan karena struktur molekul yang tidak planar. Oleh karena itu, untuk sikloalkana (C5 dan lebih tinggi), karena stabilitasnya, reaksi adalah karakteristik di mana struktur siklik dipertahankan, yaitu. reaksi substitusi.
Senyawa ini, seperti alkana, juga masuk ke dalam reaksi dehidrogenasi, oksidasi dengan adanya katalis, dll.
Perbedaan yang begitu tajam dalam sifat-sifat sikloalkana yang bergantung pada ukuran cincin menyebabkan kebutuhan untuk mempertimbangkan bukan deret homolog umum sikloalkana, tetapi deret individualnya menurut ukuran cincin. Misalnya, deret homolog siklopropana meliputi: siklopropana C 3 H 6, metilsiklopropana C 4 H 8, etilsiklopropana C 5 H 10, dll.
Aplikasi
Sikloheksana dan etilsikloheksana memiliki kepentingan praktis terbesar. Sikloheksana digunakan untuk memproduksi sikloheksanol, sikloheksanon, asam adipat, kaprolaktam, dan juga sebagai pelarut. Siklopropana digunakan dalam praktik medis sebagai anestesi inhalasi.
Daftar literatur yang digunakan
1. Kimia: Kimia Organik: Edisi pendidikan untuk 10 sel. rata-rata sekolah - Moskow, Pencerahan, 1993
2. Glinka N.L. kimia umum. -25 edisi, rev. - L.: Kimia
3. Arttemenko A.I. Kimia organik: buku teks. untuk membangun. spesialis. universitas. - M.: SMA, 2000.
4. Berezin B.D., Berezin D.B. Kursus kimia organik modern. Buku teks untuk universitas. - L.: Sekolah Tinggi, 1999.
5. KIMIA. Buku Panduan Anak Sekolah, - M., 1995.
6. KIMIA. Ensiklopedia untuk anak-anak. AVANTA, 2000.
7. Khomchenko G.P. Kimia untuk masuk universitas. - M., 1995
8. "Kimia Organik", Pencerahan, 1991
Siklopropana
SIKLOPROPAN (Siklopropanum).
Sinonim: Siklopropana.
Gas mudah terbakar yang tidak berwarna dengan bau khas yang mengingatkan pada petroleum eter dan rasa yang tajam. Kepadatan relatif 1, 879. Pada suhu 4 - 20 C dan tekanan 5 atm, ia berubah menjadi keadaan cair; titik didih siklopropana pada tekanan atmosfer adalah 347 C. Sedikit larut dalam air (satu volume gas pada + 20 C larut dalam 2,85 volume air). Mudah larut dalam alkohol, petroleum eter, kloroform dan minyak lemak.
Siklopropana memiliki efek anestesi umum yang kuat. Sangat mudah terbakar; campurannya dengan oksigen, nitrous oxide, dan udara dapat meledak jika terkena api, percikan listrik, dan sumber lain yang dapat menyebabkan pengapian. Saat menggunakan siklopropana, semua tindakan harus diambil untuk mengecualikan kemungkinan ledakan, termasuk tindakan pencegahan yang terkait dengan penggunaan peralatan listrik dan sinar-X dan mengecualikan pembentukan listrik statis. Sehubungan dengan fitur-fitur ini, serta dengan munculnya metode dan sarana anestesi umum baru, siklopropana saat ini jarang digunakan sebagai anestesi. Siklopropana bertindak cepat. Pada konsentrasi 4 vol. % menyebabkan analgesia, 6 vol. % - mematikan kesadaran, 8 - 10 vol. % - menyebabkan anestesi (stadium III), pada konsentrasi 20 -30 vol. % - anestesi dalam.
Di dalam tubuh, siklopropana tidak dihancurkan dan diekskresikan tidak berubah hampir sepenuhnya 10 menit setelah penghentian inhalasi.
Siklopropana tidak memiliki efek nyata pada fungsi hati dan ginjal; sedikit menurunkan diuresis. Kadang-kadang, selama anestesi dengan siklopropana, hiperglikemia jangka pendek terjadi, terkait dengan eksitasi sistem adrenoreaktif. Efek ini kurang terasa dibandingkan saat menggunakan eter.
Siklopropana memiliki efek yang menggairahkan pada sistem kolinergik tubuh dan menyebabkan beberapa perlambatan denyut nadi, aritmia mungkin terjadi. Di bawah pengaruh siklopropana, sensitivitas miokardium terhadap adrenalin sangat meningkat; pengenalan adrenalin di bawah anestesi dengan siklopropana dapat menyebabkan fibrilasi ventrikel.
Tekanan darah naik sedikit selama anestesi, yang dapat menyebabkan beberapa peningkatan perdarahan.
Siklopropana digunakan untuk induksi dan anestesi utama (siklopropana dengan oksigen); sering digunakan dalam kombinasi dengan obat lain untuk anestesi (nitrous oxide, ether) dan dengan relaksan otot. Ini diindikasikan untuk pasien dengan penyakit paru-paru, karena tidak menyebabkan iritasi pada selaput lendir saluran pernapasan. Ini dapat diresepkan untuk penyakit hati dan diabetes.
Anestesi siklopropana dapat digunakan untuk intervensi bedah jangka pendek.
Siklopropana digunakan dalam campuran dengan oksigen dalam sistem tertutup dan semi-tertutup (kadang-kadang dalam sistem semi-terbuka) menggunakan mesin anestesi dengan dosimeter. Untuk mempertahankan anestesi, 15-18% siklopropana digunakan. Pengenalan anestesi dilakukan dengan konsentrasi siklopropana yang lebih tinggi. Pada akhir operasi, pasokan siklopropana dihentikan, dan setelah 2 hingga 5 menit. menghirup oksigen murni pasien bangun.
Pasokan oksigen harus terus menerus. Hal ini diperlukan untuk memastikan bahwa ventilasi paru-paru yang cukup dipertahankan dan tubuh dilepaskan dari karbon dioksida.
Terkadang siklopropana digunakan sebagai bagian integral. Setelah induksi anestesi intravena dengan natrium thiopental, campuran gas disuplai (sesuai dengan metode semi-tertutup) dengan perbandingan berikut: nitrous oxide - 1 bagian, oksigen - 2 bagian, siklopropana - 0,4 bagian.
Saat menggunakan campuran ini, setelah akhir anestesi, perlu untuk mengecualikan komponen anestesi dalam urutan tertentu (untuk menghindari perkembangan hipoksia): pertama, pasokan siklopropana dihentikan, setelah 2-3 menit - nitrous oxide , dan setelah periode yang sama - oksigen.
Dengan dosis siklopropana yang benar, anestesi berlangsung tanpa komplikasi, pasien dengan cepat bangun setelah akhir inhalasi. Dalam kasus overdosis, henti napas dan depresi jantung dapat terjadi, hingga henti jantung.
Karena kebangkitan yang cepat setelah penghentian anestesi, pasien mungkin mengalami rasa sakit yang parah setelah operasi, jadi dianjurkan untuk memberikan analgesik sebelum akhir operasi. Setelah anestesi, sakit kepala relatif sering diamati, dalam beberapa kasus - muntah pasca operasi, paresis usus. Oleh karena itu, pasien setelah bangun dari anestesi membutuhkan pemantauan yang cermat.
Dengan anestesi siklopropana, pemberian adrenalin dan norepinefrin dikontraindikasikan.
Bentuk rilis: dalam silinder baja mulus dengan kapasitas 1 dan 2 liter siklopropana cair di bawah tekanan 5 atm; silinder dicat oranye dan memiliki tulisan.
Penggunaan siklopropana hanya diperbolehkan untuk tenaga medis yang telah menjalani instruksi yang sesuai.
Penyimpanan: di tempat yang sejuk jauh dari sumber api.
Buku referensi obat. 2012
Lihat juga interpretasi, sinonim, arti kata dan apa itu Cyclopropane dalam bahasa Rusia dalam kamus, ensiklopedia, dan buku referensi:
- siklopropana
(trimetilen) gas tidak berwarna, bp -32,7 °С. Alat untuk… - siklopropana
trimetilena, suatu hidrokarbon alisiklik; gas tidak berwarna, bp 32,8 |C, densitas 0,720 g/cm3 (-79 |C); tidak larut dalam air, larut dalam alkohol, ... - siklopropana dalam Kamus Ensiklopedis Brockhaus dan Euphron:
(trimethylene) - b75_173-1.jpg mencoba mendapatkan, tetapi tidak berhasil, Reboul dari trimethylene bromide dengan menghilangkan bromine: propylene biasa ternyata; pada tahun 1882 Freund, ... - siklopropana dalam Kamus Ensiklopedis:
sebuah, hal. tidak, m.kimia. Senyawa organik adalah hidrokarbon alisiklik, gas yang digunakan dalam operasi untuk ... - siklopropana dalam Kamus Besar Ensiklopedis Rusia:
CYCLOPROPAN (trimetilen), tidak berwarna. gas, t kip -32,7 °C. Alat untuk… - siklopropana dalam Encyclopedia of Brockhaus dan Efron:
(trimetilen) ? Saya mencoba untuk mendapatkan, tetapi tidak berhasil, Reboul dari trimetilen bromida dengan menghilangkan bromin: propilena biasa ternyata; pada tahun 1882 Freund, bagaimanapun, ... - siklopropana dalam Kamus Baru Kata Asing:
(lihat siklus ... + propana) senyawa organik, hidrokarbon dari seri alisiklik; gas; aplikasi dalam operasi sebagai umum ... - siklopropana dalam Kamus Ekspresi Asing:
[cm. siklus ... + propana] senyawa organik, hidrokarbon dari seri alisiklik; gas; aplikasi dalam operasi sebagai umum ... - siklopropana dalam kamus Sinonim dari bahasa Rusia.
- siklopropana dalam Kamus Ejaan Lengkap Bahasa Rusia:
siklopropana... - siklopropana dalam kamus ejaan:
siklopropan, ... - siklopropana dalam Kamus Penjelasan Modern, TSB:
(trimetilen), gas tidak berwarna, bp -32,7 °C. Alat untuk… - Metoksifluran di Direktori Obat:
METHOXYFLURANE (Methoxyfluganum) 1, 1 - (Difluoro-2, 2-dichloro-1 methoxyethane) Sinonim: Ingalan, Pentran, Inhalanum, Methofluranum, Metofane, Penthrane, Pentran. Cairan volatil transparan tidak berwarna ... - fibrilasi ventrikel dalam Kamus Kedokteran:
- fibrilasi ventrikel dalam Kamus Besar Kedokteran:
Fibrilasi ventrikel (VF) adalah bentuk aritmia jantung, ditandai dengan asinkron lengkap dalam kontraksi serat individu miokardium ventrikel, menyebabkan hilangnya sistol efektif dan ... - senyawa jenuh dalam Kamus Besar Ensiklopedis:
(senyawa batas) senyawa organik dalam molekul yang atom-atomnya saling berhubungan hanya dengan ikatan sederhana dalam rantai "terbuka" (senyawa jenuh alifatik) ... - SENYAWA ALISIKL dalam Kamus Besar Ensiklopedis:
senyawa organik yang mengandung siklus (cincin) dari tiga atau lebih atom karbon dalam molekul (dengan pengecualian senyawa aromatik). Termasuk hidrokarbon dan... - CYCLOALKANE dalam Ensiklopedia Besar Soviet, TSB:
sikloparafin, siklan, hidrokarbon siklik jenuh dengan rumus umum CnH2n (lihat senyawa alisiklik). Cincin C. paling sederhana - siklopropana - terdiri ... - SENYAWA SIKLIK dalam Ensiklopedia Besar Soviet, TSB:
senyawa, senyawa (terutama organik), molekul yang mengandung satu atau lebih cincin (siklus, inti) dari tiga atom atau lebih. Paling…
Tidak seperti hidrokarbon jenuh, yang ditandai dengan adanya rantai karbon terbuka, ada hidrokarbon dengan: sirkuit tertutup(siklus). Dalam sifat-sifatnya, mereka menyerupai hidrokarbon jenuh biasa alkana (parafin), maka namanya - sikloalkana (sikloparafin). Rumus umum deret homolog sikloalkana CnH2n, yaitu, sikloalkana bersifat isomer terhadap hidrokarbon etilena. Perwakilan dari rangkaian senyawa ini adalah siklopropana, siklobutana, siklopentana, sikloheksana.
Siklopropana
Siklobutana
Siklopentana
Sikloheksana
Sangat sering dalam kimia organik, rumus struktur sikloalkana yang terdaftar digambarkan tanpa simbol C dan H sebagai angka geometris sederhana.
Rumus umum deret homolog sikloalkana adalah CnH2n. Rumus yang persis sama menggambarkan deret alkena yang homolog. Dari sini dapat disimpulkan bahwa setiap sikloalkana adalah isomer dari alkena yang sesuai. Ini adalah contoh dari apa yang disebut isomerisme "antar kelas".
Isomerisme dan tata nama sikloalkana
1) Untuk sikloalkana, seperti untuk semua kelas senyawa organik, isomerisme kerangka karbon (isomerisme struktural) adalah karakteristik. Isomerisme struktural untuk sikloalkana, pertama, ditentukan oleh ukuran cincin. Jadi, ada dua sikloalkana dengan rumus C4H8: siklobutana dan metilsiklopropana. Kedua, isomerisme tersebut disebabkan oleh posisi substituen dalam cincin (misalnya, 1,1 dan 1,2-dimetilbutana).
a) Isomerisme cincin:
a) Isomerisme rantai samping:
2) Isomerisme posisi substituen dalam cincin:
3) Isomerisme antar kelas dengan alkena:
4) isomerisme spasial. Tidak adanya rotasi bebas di sekitar ikatan C-C dalam siklus menciptakan prasyarat untuk keberadaan isomer spasial di beberapa sikloalkana tersubstitusi. Misalnya, dalam molekul 1,2-dimetilsiklopropana, dua gugus CH3 dapat berada pada sisi yang sama pada bidang cincin (cis-isomer) atau pada sisi yang berlawanan (trans-isomer):
Menurut ukuran cincin, sikloalkana dibagi menjadi beberapa kelompok, yang akan kita pertimbangkan cincin kecil (C3, C4) dan biasa (C5-C7).
Menurut aturan tata nama internasional dalam sikloalkana, rantai utama atom karbon yang membentuk siklus dipertimbangkan. Nama tersebut dibangun atas nama rantai tertutup ini dengan penambahan awalan "siklo-" (siklopropana, siklobutana, siklopentana, sikloheksana, dll.). Dengan adanya substituen dalam siklus, penomoran atom karbon dalam cincin dilakukan sehingga cabang menerima nomor sekecil mungkin. Jadi, senyawa tersebut harus disebut 1,2-dimetilsiklobutana dan bukan 2,3-dimetilsiklobutana atau 3,4-dimetilsiklobutana.
Rumus struktur sikloalkana biasanya ditulis dalam bentuk singkatan, menggunakan bentuk geometris siklus dan menghilangkan simbol atom karbon dan hidrogen.
Sifat fisik sikloalkana
Dalam kondisi normal, dua anggota pertama dari seri (C3 - C4) adalah gas, (C5 - C11) adalah cairan, dimulai dengan C12 - padatan. Titik didih dan titik leleh sikloalkana lebih tinggi daripada alkana yang sesuai. Sikloalkana praktis tidak larut dalam air. Dengan peningkatan jumlah atom karbon, massa molar meningkat, oleh karena itu, titik leleh meningkat.
Sifat kimia sikloalkana
Sifat sangat bergantung pada ukuran siklus, yang menentukan stabilitasnya.
Siklus beranggota tiga dan empat (siklus kecil), menjadi jenuh, bagaimanapun, sangat berbeda dari semua hidrokarbon jenuh lainnya. Sudut ikatan dalam siklopropana dan siklobutana jauh lebih kecil daripada sudut tetrahedral normal 109°28' karakteristik atom karbon hibridisasi sp3.
Ini mengarah pada intensitas tinggi dari siklus tersebut dan kecenderungannya untuk terbuka di bawah aksi reagen. Oleh karena itu, siklopropana, siklobutana dan turunannya masuk ke dalam reaksi adisi, menunjukkan sifat senyawa tak jenuh. Kemudahan reaksi adisi berkurang dengan menurunnya intensitas siklus dalam seri:
siklopropana > siklobutana >> siklopentana
Yang paling stabil adalah siklus 6-anggota, di mana tidak ada sudut dan jenis stres lainnya.
Siklus kecil (C3 - C4) cukup mudah masuk ke dalam reaksi hidrogenasi:
Siklopropana dan turunannya menambahkan halogen dan hidrogen halida:
Siklopropana dan homolognya bereaksi dengan hidrogen halida untuk membuka cincin sesuai dengan aturan Markovnikov.
Ketika alkena yang tidak simetris bergabung dengan asam hidrohalat, halogen terikat pada atom karbon yang mengandung lebih sedikit atom hidrogen.
Dalam siklus lain (dimulai dengan C5), tegangan sudut dihilangkan karena struktur molekul yang tidak planar. Oleh karena itu, karena stabilitasnya, sikloalkana (C5 dan lebih tinggi) dicirikan oleh reaksi di mana struktur siklik dipertahankan, mis. reaksi substitusi.
Reaksi berlangsung dengan mekanisme radikal berantai (mirip dengan substitusi pada alkana).
Senyawa ini, seperti alkana, juga masuk ke dalam reaksi dehidrogenasi, misalnya, dehidrogenasi sikloheksana dan turunan alkilnya:
Serta oksidasi dengan adanya katalis, misalnya, oksidasi sikloheksana:
Menyimpulkan sifat kimia sikloalkana, sifat kimianya dapat ditulis sebagai berikut:
Bahan referensi untuk lulus tes:
tabel Mendeleev
tabel kelarutan
Siklopropana ditemukan pada tahun 1881 oleh August Freund, yang juga mengusulkan struktur yang benar untuk zat baru dalam karya pertamanya. Freund memperlakukan 1,3-dibromopropana dengan natrium, menyebabkan reaksi Wurtz intramolekul yang mengarah langsung ke siklopropana.
$BrCH_2CH_2CH_2Br + 2Na \ke (CH_2)_3 + 2NaBr$
Hasil reaksi ditingkatkan oleh Gustavson pada tahun 1887 menggunakan seng sebagai pengganti natrium. Siklopropana tidak digunakan secara komersial sampai Henderson dan Lucas menemukan sifat anestesinya pada tahun 1929; produksi industri dimulai pada tahun 1936.
Struktur siklopropana
Siklopropana adalah molekul sikloalkana dengan rumus molekul $C_3H_6$ terdiri dari tiga atom karbon yang terikat satu sama lain untuk membentuk cincin, setiap atom karbon terikat pada dua atom hidrogen, menghasilkan simetri $D3h$ dari molekul.
Gambar 1.
Siklopropana dan propilena memiliki rumus molekul yang sama - $C_3H_6$, tetapi memiliki struktur yang berbeda, yang menjadikannya isomer struktural.
Siklopropana adalah obat bius. Dalam praktik anestesi modern, telah digantikan oleh agen lain, karena reaktivitasnya yang ekstrem dalam kondisi normal: ketika gas dicampur dengan oksigen, ada risiko ledakan yang signifikan.
Enansiomerisme turunan siklopropana
Enansiomerisme senyawa alisiklik muncul dengan adanya atom karbon kiral dan tidak adanya elemen simetri, terutama bidang simetri. Jadi, siklopropana dengan dua substituen identik pada posisi trans-1,2 atau dengan dua substituen berbeda baik pada trans-1,2 dan pada posisi cis-1,2 ada sebagai enansiomer:
Gambar 4
Senyawa dengan posisi cis-1,2 dan trans-1,2 dari dua substituen identik adalah diastereoisomer satu sama lain.
Struktur molekul siklopropana
Struktur molekul siklopropana dapat direpresentasikan sebagai segitiga beraturan dengan sudut ikatan antara tiga atom karbon sebesar 60$^\circ$ dan sudut hidrogen-karbon-hidrogen sebesar 114$^\circ$:
Gambar 5
Jadi, sudut ikatan pada cincin siklopropana adalah 49,5$^\circ$ kurang dari sudut tetrahedral antara atom karbon alkana, yang menyebabkan tegangan yang disebut tegangan sudut Bayer.
Menurut perhitungan mekanika kuantum dalam molekul siklopropana, sudut nyata antara atom karbon yang terikat (orbital hibrida $sp^3$ mereka) bukan 60$^\circ$, tetapi 104$^\circ$:
Gambar 6
Penyimpangan ini dijelaskan oleh dua teori yang berbeda:
Akibatnya, tumpang tindih maksimum orbital tidak terjadi di sepanjang sumbu internuklear ikatan $CC$, tetapi agak di luarnya (di luar sisi segitiga) dengan pembentukan ikatan "mirip pisang" yang lemah, yang sebenarnya merupakan perantara. antara $\sigma$- dan $\pi$-bonds ( Gbr. 7, a, A. Coulson dan I. I. Moffitt, 1947).
Ada juga pendapat tentang atom karbon $sp^2$-hibrida dalam siklopropana dan kontribusi signifikan orbital atom $p$ terhadap pembentukan ikatan seperti pisang (Gbr. 7b, A. Wolp, 1949) ,
Gambar 7. Skema pembentukan ikatan dalam siklopropana: a - struktur A, Coulson dan E. Moffit, b - struktur A. Walsh. Author24 - pertukaran online makalah siswa
Kehadiran ikatan semacam itu dan tekanan "Bayer" internal menyebabkan defleksi energi internal siklopropana dibandingkan dengan sikloalkana lain dan menyebabkan reaktivitasnya yang tinggi, mirip dengan alkena. Ini berarti secara kondisional bahwa siklisasi propana menjadi siklopropana adalah reaksi yang lebih endotermik, yang membutuhkan energi - energi "tegangan" tambahan dibandingkan dengan siklisasi heksana menjadi sikloheksana. Oleh karena itu, dalam reaksi yang terjadi dengan pemisahan siklus propana, "tegangan" energi berlebih dilepaskan, yang merupakan manifestasi dari reaktivitasnya yang tinggi.
Siklopropana sebagai anestesi
Siklopropana diperkenalkan ke dalam praktik klinis oleh ahli anestesi Amerika Ralph Waters, yang menggunakan sistem penyerapan karbon dioksida tertutup untuk mengawetkan agen yang saat itu mahal ini. Siklopropana adalah anestesi yang relatif kuat, tidak menyebabkan iritasi dan memiliki bau yang manis dengan konsentrasi alveolar minimum 17,5% dan koefisien partisi darah/gas 0,55. Ini berarti bahwa induksi anestesi dengan menghirup siklopropana dan oksigen cepat dan tidak menyenangkan. Namun, selama anestesi berkepanjangan dengan siklopropana, pasien mungkin mengalami penurunan tekanan darah secara tiba-tiba, yang dapat menyebabkan aritmia jantung; reaksi yang dikenal sebagai "syok siklopropana". Untuk alasan ini, selain biayanya yang tinggi dan sifat mudah terbakarnya, obat ini sekarang hanya digunakan untuk induksi anestesi dan telah tidak digunakan secara klinis sejak pertengahan 1980-an. Silinder siklopropana dan pengukur alirannya dicat oranye.
Siklopropana tidak aktif pada reseptor GABA dan glisin, dan bertindak sebagai antagonis reseptor NMDA. Ini juga menghambat reseptor AMPA dan reseptor asetilkolin nikotinat dan mengaktifkan saluran K2P tertentu.
Dalam molekul siklopropana, semua atom karbon terletak pada bidang yang sama.
Dengan susunan atom karbon dalam siklus ini, sudut ikatan harus sama dengan 60 0, dan nilai simpangannya dari sudut ikatan normal (109 0 28) harus: = (109 0 28 - 60 0 : 2 = 24 0 44. Ini adalah sistem siklus yang paling intens.
Namun, pada kenyataannya, sudut ikatan antara atom karbon pada cincin siklopropana adalah 106 0 . Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa ikatan antara atom karbon dalam siklopropana berbeda dari ikatan biasa yang dibentuk oleh tumpang tindih orbital hibrid sp 3 pada alkana.
Ketika ikatan karbon-karbon terbentuk dalam siklus siklopropana, hanya sebagian tumpang tindih dari orbital hibrid sp 3 yang terjadi, diarahkan tidak sepanjang garis lurus yang menghubungkan pusat atom karbon yang terikat, tetapi di luar bidang siklopropana, yang mengarah pada pembentukan dari orbital bengkok atau yang disebut pisang atau - (Yunani "tau") obligasi.
Pembentukan ikatan pisang (atau -) dalam siklopropana menyebabkan penurunan tegangan sudut dalam siklus, karena sudut antara sumbu dua awan elektron meningkat dari 60 0 menjadi 106 0, dan ikatan itu sendiri memperoleh sebagian tidak jenuh dan menempati posisi menengah dalam kekuatan antara - dan -bonds.
Ini menjelaskan kecenderungan siklopropana untuk reaksi adisi. Mobilitas proton yang meningkat dari atom hidrogen juga membuktikan sifat tak jenuh parsial dari atom karbon dalam molekul siklopropana.
Struktur siklobutana dan siklopentana
Dalam siklobutana dan khususnya dalam siklopentana, tegangan sudut (sudut) yang terkait dengan deviasi sudut ikatan atom karbon dari sudut ikatan normal (109 0 28) jauh lebih rendah.
Ketika semua atom karbon dari cincin beranggota empat dan lima terletak pada bidang yang sama, deviasi sudut ikatan berturut-turut adalah:
Untuk siklobutana - (109 0 28 - 90 0): 2 = 9 0 44
Untuk siklopentana - (109 0 28 - 108 0): 2 = 0 0 44
Namun, pada kenyataannya, molekul siklobutana dan siklopentana tidak planar, karena dalam struktur planar semua atom hidrogen berada dalam keadaan gerhana, yang mengarah pada munculnya tegangan puntir dan penurunan stabilitas molekul.
Untuk mengurangi tegangan puntir, molekul siklobutana dan siklopentana mengadopsi konformasi non-planar, di mana, karena gaya tolak-menolak antara atom hidrogen, salah satu atom karbon dalam siklobutana atau dua atom karbon dalam siklopentana terus menerus meninggalkan bidang siklus.
Oleh karena itu, cincin siklobutana dan siklopentana, seolah-olah, dalam gerakan seperti gelombang konstan, di mana ada transformasi cepat dari satu konformasi menjadi yang lain:
Untuk siklobutana:
Untuk siklopentana:
Dalam konformasi "kursi berlengan", 6 atom hidrogen tegak lurus terhadap bidang rata-rata cincin dan disebut aksial (a-), dan 6 lainnya dekat dengan bidang bersyarat ini dan disebut ekuator (e-). Jika salah satu hidrogen digantikan oleh alkil atau beberapa gugus fungsi, ia dapat berada dalam posisi ekuatorial atau aksial. Pada suhu kamar, ada satu sikloheksana, bukan dua isomer. Alasan untuk ini adalah pembalikan siklus yang cepat, akibatnya gugus metil dari aksial menjadi ekuatorial.
Beras. 16.3. Inversi metilsikloheksana
Menurut Bayer, siklopentana praktis tidak memiliki tegangan sudut. Namun, bahkan itu tidak ada dalam bentuk planar, karena dalam molekul datar, semua atom hidrogen akan berada dalam konformasi tertutup, yang akan menyebabkan tegangan puntir yang nyata. Secara energik yang lebih menguntungkan adalah keberadaan siklopentana dalam bentuk yang disebut "amplop", di mana 4 atom karbon berada di bidang yang sama, dan yang kelima keluar darinya.
Beras. 16.4. Perubahan konformasi siklopentana
Siklobutana juga non-planar, terdiri dari dua segitiga sama sisi yang terhubung di salah satu sisi dan terletak di bidang yang berbeda. Alasan keluarnya dua atom karbon dari bidang masih dalam konformasi gugus metilen yang sama, yang secara energetik tidak menguntungkan.
Beras. 16.5. Perubahan konformasi dalam siklobutana
Dalam siklopropana, atom karbon tidak dapat berada di bidang yang berbeda (tempat kedudukan tiga titik adalah bidang). Molekul dapat direpresentasikan sebagai segitiga biasa. Namun, data eksperimen menunjukkan bahwa siklopropana berperilaku seolah-olah sudut antara ikatan C-C adalah 102°. Tidak mungkin membayangkan segitiga beraturan dengan sudut dalam tidak sama dengan 60o.
Tumpang tindih orbital hibridisasi atom dalam molekul siklopropana ditunjukkan pada Gambar. 16.6. Seperti dapat dilihat, ikatan tidak terbentuk sepanjang garis yang menghubungkan pusat-pusat atom. Sambungan seperti itu disebut "pisang" atau melengkung. Menurut karakteristiknya, mereka menempati posisi perantara antara ikatan-s dan ikatan-p. Fakta ini menjelaskan ketidakjenuhan parsial siklopropana.
Beras. 16.6. Orbital atom yang tumpang tindih dalam molekul siklopropana
Akibatnya, dalam molekul siklobutana dan siklopentana, "ketersembunyian" atom hidrogen pada atom karbon tetangga berkurang, yang mengarah pada penurunan tegangan puntir karena munculnya tegangan sudut (sudut) kecil.
Memuat...