"Cycloparaffins. Komposisi, struktur, isomerisme»
Sikloalkana (Cycloparaffins)
Sikloalkana ialah hidrokarbon tak tepu yang molekulnya mengandungi cincin tertutup atom karbon.
Tidak seperti hidrokarbon tepu, dicirikan oleh kehadiran rantai karbon terbuka, terdapat hidrokarbon dengan rantai tertutup (kitaran). Dalam sifatnya, ia menyerupai alkana hidrokarbon tepu biasa (parafin), oleh itu namanya - sikloalkana (sikloparafin).
Formula am untuk siri homolog sikloalkana ialah C n H 2n, iaitu, sikloalkana adalah isomer kepada hidrokarbon etilena. Wakil siri sebatian ini ialah siklopropana, siklobutana, siklopentana, sikloheksana.
Mengikut strukturnya, molekul sebatian organik dibahagikan kepada sebatian rantai terbuka dan kitaran. Kitaran boleh dibina sama ada hanya daripada atom karbon (kitar karboksikal), atau boleh merangkumi atom unsur lain (heterocycles). Sebaliknya, sebatian kitaran adalah tepu, tak tepu dan aromatik.
Molekul sikloalkana mempunyai rangka yang dibina dalam bentuk kitaran hanya atom karbon hibrid sp 3. Untuk membentuk nama sikloalkana, perlu menambah awalan "siklo" kepada nama hidrokarbon tepu yang sepadan. Oleh itu, sikloalkana terkecil yang mungkin ialah siklopropana, diikuti oleh siklobutana, kemudian siklopentana, dan seterusnya.
Kedudukan substituen ditunjukkan dengan menomborkan atom kitaran, dan atom dengan substituen paling senior diberi nombor 1. Dalam sikloalkana tersubstitusi, substituen boleh terletak pada satu (cis-) atau pada sisi bertentangan cincin. satah (trans-).
Molekul sikloalkana boleh terdiri daripada dua atau lebih kitaran. Hidrokarbon basikal harus dibezakan dengan kaedah penyambungan (annelation) kitaran. Jika dua cincin berkongsi hanya satu atom karbon, sebatian itu dipanggil spirosiklik. Nama-nama basikal tersebut dibentuk dengan menambahkan awalan "spiro" pada nama homolog alkana yang sepadan. Selepas awalan dalam kurungan segi empat sama, dua digit menunjukkan bilangan atom karbon yang terletak pada setiap sisi atom C nod. Penomboran atom bermula dengan kitaran yang lebih kecil, nombor terakhir ialah atom nodal.
Dalam kaedah anulasi lain, cincin berkongsi dua atom karbon. Ini adalah apa yang dipanggil bridged cycloalkana. Nama sebatian tersebut bermula dengan bilangan kitaran dengan awalan bicyclo-, tricyclo-, diikuti dengan tiga digit yang menunjukkan bilangan atom karbon setiap jambatan yang dikaitkan dengan atom nod. Nama alkana yang sepadan ditulis di hujungnya. Atom dinomborkan, bermula dari satu nod dan bergerak sepanjang kitaran (utama) yang lebih besar ke nodal C-atom yang lain. Kadangkala koordinat tambahan jambatan ditunjukkan.
resit
1. Sikloalkana ditemui dalam kuantiti yang ketara dalam minyak beberapa ladang (oleh itu salah satu nama mereka berasal dari - naphthenes). Semasa penapisan minyak, terutamanya sikloalkana C 5 H 10 - C 7 H 14 diasingkan
2. Tindakan logam aktif pada alkana yang digantikan dihalo (tindak balas Wurtz) membawa kepada pembentukan pelbagai sikloalkana:
(bukan natrium logam, zink serbuk juga digunakan).
Struktur sikloalkana yang terhasil ditentukan oleh struktur dihaloalkana permulaan. Dengan cara ini adalah mungkin untuk mendapatkan sikloalkana daripada struktur tertentu. Sebagai contoh, untuk sintesis 1,3-dimethylcyclopentane, 1,5-dihalogen - 2,4-dimethylpentane harus digunakan:
Terdapat kaedah lain untuk mendapatkan sikloalkana. Contohnya, sikloheksana dan terbitan alkilnya diperoleh melalui penghidrogenan benzena dan homolognya, yang merupakan produk penapisan minyak.
isomerisme
Untuk sikloparafin, bermula dari C 4 H 8, beberapa jenis isomerisme struktur adalah ciri, dikaitkan:
a) dengan bilangan atom karbon dalam gelang - contohnya, (etilsiklopropana), (metilsiklobutana);
b) dengan bilangan atom karbon dalam substituen - 
(1-metil-2-propilsiklopentana), (1,2-dietilsiklopentana)
c) dengan kedudukan substituen dalam gelang - (1,1-dimetilsikloheksana), (1,2-dimetilsikloheksana)
Sikloalkana juga dicirikan oleh isomerisme antara kelas dengan alkena.
Dengan kehadiran dua substituen dalam cincin pada atom karbon yang berbeza, isomerisme cis-trans geometri, bermula dari C 5 H 10, dan isomerisme optik adalah mungkin. Isomerisme optik berlaku apabila molekul tidak mempunyai satah simetri.
Isomerisme Cis-trans dalam sebatian kitaran
Dengan adanya dua substituen dalam sebatian kitaran, isomerisme cis-trans juga mungkin. Kumpulan metil dalam contoh yang diberikan boleh terletak pada satu sisi satah gelang (isomer sedemikian dipanggil isomer cis) dan pada sisi bertentangan (isomer sedemikian dipanggil isomer trans).
Sememangnya, apabila model cis- dan trans-isomer ditindih antara satu sama lain, ia tidak sepadan. Pengisomeran timbal balik memerlukan belahan gelang diikuti dengan penutupan gelang, atau pemutusan ikatan substituen dengan atom karbon gelang dan pembentukan ikatan baru pada sisi gelang yang lain.
Perlu diingatkan bahawa dalam sebatian kitaran, bukan sahaja cis-trans, tetapi juga isomerisme cermin mungkin berlaku. Apabila model molekul cis-isomer dengan substituen yang sama dan pantulan cerminnya ditindih, ia digabungkan, sementara ini adalah mustahil untuk isomer cis dengan substituen yang berbeza. Untuk trans-isomer, gabungan model molekul dan pantulan cerminnya adalah mustahil dengan substituen yang sama dan berbeza.
Siklobutana, siklopentana dan konformasinya
Sebatian kitaran ialah sebatian organik di mana atom karbon membentuk rantai tertutup, i.e. kitaran. Wakil paling mudah bagi sebatian tersebut ialah sikloparafin atau sikloalkana.
Kekuatan ikatan dalam sebatian kitaran bergantung kepada bilangan atom yang terlibat dalam pembentukan kitaran. Ia ditentukan oleh tahap keamatannya, disebabkan oleh perubahan sudut ikatan atom-atom kitaran dan sisihan atom-atom ini dari arah biasa.
Untuk siklopropana, sudut internuklear ialah 60º, seperti dalam segi tiga sama sisi, untuk siklobutana, 90º, seperti dalam segi empat sama, dan dalam siklopentana, 108º, seperti dalam pentagon biasa. Sudut ikatan normal bagi atom karbon ialah 109.5º. Oleh itu, apabila semua atom karbon terletak pada satah yang sama dalam sebatian ini, penurunan sudut ikatan ialah 49.5º dalam siklopropana, 19.5º dalam siklobutana, dan 1.5º dalam siklopentana.
Semakin besar sisihan sudut ikatan daripada yang normal, semakin tegang dan, akibatnya, kitaran yang rapuh. Walau bagaimanapun, tidak seperti cyclopropane, cyclobutane dan cyclopentane mempunyai cincin bukan planar. Salah satu atom karbon terus keluar dari satah. Cyclobutane wujud dalam konformasi "dilipat" bukan satah. Cyclopentane dicirikan oleh konformasi sampul surat. Oleh itu, kitaran yang dibincangkan adalah dalam gerakan berayun, yang membawa kepada penurunan "kekaburan" atom hidrogen daripada atom karbon jiran dan penurunan voltan.
Sikloheksana dan konformasinya
Untuk sikloheksana, sebagai heksagon sekata, sudut internuklear ialah 120º. Jika molekul sikloheksana mempunyai struktur rata, maka sisihan daripada sudut ikatan normal atom karbon ialah: 109.5º-120º = 10.5º.
Walau bagaimanapun, sikloheksana dan cincin besar mempunyai struktur bukan satah. Dalam molekul sikloheksana yang sedang dipertimbangkan, sudut ikatan biasa dikekalkan, dengan syarat ia wujud dalam dua konformasi "kerusi berlengan" dan "mandi". Konformasi "kerusi" kurang ditekankan, oleh itu sikloheksana wujud terutamanya dalam bentuk konformer I dan III, dan kitaran mengalami penyongsangan berterusan (inversio - dari pusingan Latin, pilih atur) dengan pembentukan perantaraan konformer II:
paksi simetri II III I
Dua belas ikatan C–H yang dimiliki oleh sikloheksana dalam bentuk kerusi terbahagi kepada dua jenis. Enam ikatan diarahkan secara jejari dari cincin ke pinggir molekul dan dipanggil ikatan khatulistiwa (e - ikatan), baki enam ikatan diarahkan selari antara satu sama lain dan paksi simetri dan dipanggil paksi (a - ikatan). Tiga ikatan paksi diarahkan ke satu arah dari satah kitaran, dan tiga - di yang lain (terdapat seli: atas dan bawah).
Sifat sikloalkana
Ciri-ciri fizikal sikloalkana sentiasa berubah dengan pertumbuhan berat molekulnya. Dalam keadaan biasa, siklopropana dan siklobutana ialah gas, sikloalkana C 5 H 10 - C 16 H 32 ialah cecair, bermula dengan C 17 H 34, adalah pepejal. Takat didih sikloalkana lebih tinggi daripada alkana yang sepadan. Ini disebabkan oleh pembungkusan yang lebih padat dan interaksi antara molekul struktur kitaran yang lebih kuat.
Sifat kimia sikloalkana sangat bergantung pada saiz gelang, yang menentukan kestabilannya. Kitaran tiga dan empat anggota ( kitaran kecil), kerana tepu, bagaimanapun, berbeza dengan ketara daripada semua hidrokarbon tepu lain. Sudut ikatan dalam siklopropana dan siklobutana adalah jauh lebih kecil daripada sudut tetrahedral biasa 10928', ciri bagi atom karbon terhibrid sp 3.
Ini membawa kepada intensiti tinggi kitaran sedemikian dan kecenderungannya untuk terbuka di bawah tindakan reagen. Oleh itu, cyclopropane, cyclobutane dan derivatifnya masuk ke dalam tindak balas penambahan, menunjukkan sifat sebatian tak tepu. Kemudahan tindak balas penambahan berkurangan dengan penurunan intensiti kitaran dalam siri:
cyclopropane > cyclobutane >> cyclopentane.
Yang paling stabil ialah kitaran 6 ahli, di mana tiada tekanan bersudut dan lain-lain.
Kitaran kecil(C 3 H 6 - C 4 H 8) agak mudah memasuki tindak balas penghidrogenan:
Siklopropana dan derivatifnya menambah halogen dan hidrogen halida:
Dalam kitaran lain (bermula dengan C 5), tegasan sudut dikeluarkan disebabkan oleh struktur molekul bukan satah. Oleh itu, untuk sikloalkana (C 5 dan lebih tinggi), kerana kestabilannya, tindak balas adalah ciri di mana struktur kitaran dipelihara, i.e. tindak balas penggantian.
Sebatian ini, seperti alkana, juga memasuki tindak balas penyahhidrogenan, pengoksidaan dengan kehadiran mangkin, dsb.
Perbezaan ketara dalam sifat sikloalkana bergantung pada saiz gelang membawa kepada keperluan untuk tidak mempertimbangkan siri homolog umum sikloalkana, tetapi siri individunya mengikut saiz gelang. Contohnya, siri homolog siklopropana termasuk: siklopropana C 3 H 6, metilsiklopropana C 4 H 8, etilsiklopropana C 5 H 10, dsb.
Permohonan
Sikloheksana dan etilsikloheksana adalah kepentingan praktikal yang paling besar. Sikloheksana digunakan untuk menghasilkan sikloheksanol, sikloheksanone, asid adipik, kaprolaktam, dan juga sebagai pelarut. Cyclopropane digunakan dalam amalan perubatan sebagai anestetik penyedutan.
Senarai sastera terpakai
1. Kimia: Kimia Organik: Edisi pendidikan untuk 10 sel. purata sekolah - Moscow, Pencerahan, 1993
2. Glinka N.L. Kimia am. -25th ed., rev. - L .: Kimia
3. Artemenko A.I. Kimia organik: buku teks. untuk bangunan. pakar. universiti. - M.: Sekolah tinggi, 2000.
4. Berezin B.D., Berezin D.B. Kursus kimia organik moden. Buku teks untuk universiti. - M .: Sekolah Tinggi, 1999.
5. KIMIA. Buku Panduan Murid Sekolah, - M., 1995.
6. KIMIA. Ensiklopedia untuk kanak-kanak. AVANTA, 2000.
7. Khomchenko G.P. Kimia untuk memasuki universiti. - M., 1995
8. "Kimia Organik", Pencerahan, 1991
Siklopropana
CYCLOPROPANE (Cyclopropanum).
Sinonim: Cyclopropane.
Gas mudah terbakar tidak berwarna dengan bau ciri yang mengingatkan eter petroleum dan rasa pedas. Ketumpatan relatif 1, 879. Pada suhu 4 - 20 C dan tekanan 5 atm, ia melepasi keadaan cecair; takat didih siklopropana pada tekanan atmosfera ialah 347 C. Ia larut sedikit dalam air (satu isipadu gas pada + 20 C larut dalam 2.85 isipadu air). Mudah larut dalam alkohol, petroleum eter, kloroform dan minyak berlemak.
Cyclopropane mempunyai kesan anestetik am yang kuat. Sangat mudah terbakar; campurannya dengan oksigen, nitrus oksida dan udara boleh meletup apabila terkena api, percikan elektrik dan sumber lain yang boleh menyebabkan pencucuhan. Apabila menggunakan siklopropana, semua langkah mesti diambil untuk mengecualikan kemungkinan letupan, termasuk langkah berjaga-jaga yang berkaitan dengan penggunaan peralatan elektrik dan sinar-X dan tidak termasuk pembentukan elektrik statik. Sehubungan dengan ciri-ciri ini, serta dengan kemunculan kaedah dan cara baru anestesia am, cyclopropane pada masa ini jarang digunakan sebagai anestetik. Cyclopropane bertindak dengan cepat. Pada kepekatan 4 vol. % menyebabkan analgesia, 6 vol. % - mematikan kesedaran, 8 - 10 jilid. % - menyebabkan anestesia (peringkat III), pada kepekatan 20 -30 vol. % - bius dalam.
Di dalam badan, siklopropana tidak dimusnahkan dan dikumuhkan tidak berubah hampir sepenuhnya 10 minit selepas pemberhentian penyedutan.
Cyclopropane tidak mempunyai kesan yang ketara pada fungsi hati dan buah pinggang; sedikit merendahkan diuresis. Kadang-kadang, semasa anestesia dengan cyclopropane, hiperglikemia jangka pendek berlaku, dikaitkan dengan pengujaan sistem adrenoreaktif. Kesan ini kurang ketara berbanding apabila menggunakan eter.
Cyclopropane mempunyai kesan yang menarik pada sistem kolinergik badan dan menyebabkan beberapa nadi perlahan, aritmia mungkin. Di bawah pengaruh cyclopropane, sensitiviti miokardium kepada adrenalin sangat meningkat; pengenalan adrenalin di bawah bius dengan siklopropana boleh menyebabkan fibrilasi ventrikel.
Tekanan darah meningkat sedikit semasa anestesia, yang boleh menyebabkan beberapa pendarahan meningkat.
Cyclopropane digunakan untuk induksi dan anestesia utama (cyclopropane dengan oksigen); sering digunakan dalam kombinasi dengan ubat lain untuk anestesia (nitrous oxide, eter) dan dengan relaxants otot. Ia ditunjukkan untuk pesakit dengan penyakit paru-paru, kerana ia tidak menyebabkan kerengsaan membran mukus saluran pernafasan. Ia boleh ditetapkan untuk penyakit hati dan diabetes.
Anestesia siklopropana boleh digunakan untuk campur tangan pembedahan jangka pendek.
Siklopropana digunakan dalam campuran dengan oksigen dalam sistem tertutup dan separa tertutup (kadangkala dalam sistem separa terbuka) menggunakan mesin anestesia dengan dosimeter. Untuk mengekalkan anestesia, 15-18% cyclopropane digunakan. Pengenalan kepada anestesia dijalankan oleh kepekatan siklopropana yang lebih tinggi. Menjelang akhir operasi, bekalan siklopropana dihentikan, dan selepas 2 hingga 5 minit. penyedutan pesakit oksigen tulen bangun.
Bekalan oksigen mesti berterusan. Adalah perlu untuk memastikan bahawa pengudaraan paru-paru yang mencukupi dikekalkan dan badan dibebaskan daripada karbon dioksida.
Kadangkala siklopropana digunakan sebagai bahagian penting. Selepas anestesia intravena pengenalan dengan thiopental-natrium, campuran gas dibekalkan (mengikut kaedah separa tertutup) dalam nisbah berikut: nitrous oksida - 1 bahagian, oksigen - 2 bahagian, siklopropana - 0.4 bahagian.
Apabila menggunakan campuran ini, selepas tamat anestesia, adalah perlu untuk mengecualikan komponen anestetik dalam urutan tertentu (untuk mengelakkan perkembangan hipoksia): pertama, bekalan siklopropana dihentikan, selepas 2-3 minit - nitrous oksida , dan selepas tempoh yang sama - oksigen.
Dengan dos cyclopropane yang betul, anestesia berjalan tanpa komplikasi, pesakit dengan cepat bangun selepas penamatan penyedutan. Sekiranya berlaku terlebih dos, penangkapan pernafasan dan kemurungan jantung mungkin berlaku, sehingga serangan jantung.
Disebabkan kebangkitan pesat selepas pemberhentian anestesia, pesakit mungkin mengalami kesakitan yang teruk selepas pembedahan, jadi disyorkan untuk memberikan analgesik sebelum tamat operasi. Selepas anestesia, sakit kepala agak kerap diperhatikan, dalam beberapa kes - muntah selepas operasi, paresis usus. Oleh itu, pesakit selepas terjaga daripada bius memerlukan pemantauan yang teliti.
Dengan anestesia cyclopropane, pentadbiran adrenalin dan norepinephrine adalah kontraindikasi.
Borang pelepasan: dalam silinder keluli lancar dengan kapasiti 1 dan 2 liter siklopropana cecair di bawah tekanan 5 atm; silinder dicat oren dan mempunyai tulisan.
Penggunaan siklopropana hanya dibenarkan untuk kakitangan perubatan yang telah menjalani arahan yang sesuai.
Penyimpanan: di tempat yang sejuk jauh dari sumber api.
Buku rujukan ubat-ubatan. 2012
Lihat juga tafsiran, sinonim, makna perkataan dan apa itu Cyclopropane dalam bahasa Rusia dalam kamus, ensiklopedia dan buku rujukan:
- siklopropana
(trimethylene) gas tidak berwarna, bp -32.7 °C. Alat untuk… - siklopropana
trimetilena, hidrokarbon alisiklik; gas tidak berwarna, bp 32.8 |C, ketumpatan 0.720 g/cm3 (-79 |C); tidak larut dalam air, larut dalam alkohol, ... - siklopropana dalam Kamus Ensiklopedia Brockhaus dan Euphron:
(trimethylene) - b75_173-1.jpg cuba mendapatkan, tetapi tidak berjaya, Reboul daripada trimethylene bromide dengan mengeluarkan bromin: propilena biasa ternyata; pada tahun 1882 Freund, ... - siklopropana dalam Kamus Ensiklopedia:
a, pl. tidak, m. chem. Sebatian organik ialah hidrokarbon alisiklik, gas yang digunakan dalam pembedahan untuk ... - siklopropana dalam Kamus Ensiklopedia Besar Rusia:
CYCLOPROPAN (trimethylene), tidak berwarna. gas, t kip -32.7 °C. Alat untuk… - siklopropana dalam Ensiklopedia Brockhaus dan Efron:
(trimethylene) ? Saya cuba mendapatkan, tetapi tidak berjaya, Reboul daripada trimethylene bromide dengan mengeluarkan bromin: propilena biasa ternyata; pada tahun 1882 Freund, bagaimanapun, ... - siklopropana dalam Kamus Baru Perkataan Asing:
(lihat kitaran ... + propana) sebatian organik, hidrokarbon siri alisiklik; gas; appl. dalam pembedahan sebagai am... - siklopropana dalam Kamus Ungkapan Asing:
[cm. kitaran ... + propana] sebatian organik, hidrokarbon siri alisiklik; gas; appl. dalam pembedahan sebagai am... - siklopropana dalam kamus Sinonim bahasa Rusia.
- siklopropana dalam Kamus Ejaan Lengkap Bahasa Rusia:
siklopropana... - siklopropana dalam Kamus Ejaan:
siklopropan, ... - siklopropana dalam Kamus Penerangan Moden, TSB:
(trimetilena), gas tidak berwarna, bp -32.7 °C. Alat untuk… - Methoxyflurane dalam Direktori Ubat:
METHOXYFLURANE (Methoxyfluganum) 1, 1 - (Difluoro-2, 2-dichloro-1 methoxyethane) Sinonim: Ingalan, Pentran, Inhalanum, Methofluranum, Metofane, Penthrane, Pentran. Cecair meruap lutsinar tidak berwarna... - fibrilasi ventrikel dalam Kamus Perubatan:
- fibrilasi ventrikel dalam Kamus Besar Perubatan:
Fibrilasi ventrikel (VF) adalah satu bentuk aritmia jantung, dicirikan oleh asynchrony lengkap dalam penguncupan gentian individu miokardium ventrikel, menyebabkan kehilangan systole yang berkesan dan ... - SEBATIAN TEPU dalam Kamus Ensiklopedia Besar:
(sebatian had) sebatian organik dalam molekul yang mana atom-atomnya saling bersambung hanya melalui ikatan ringkas dalam rantai "terbuka" (sebatian tepu alifatik) ... - SEBATIAN ALISIKLIK dalam Kamus Ensiklopedia Besar:
sebatian organik yang mengandungi kitaran (cincin) tiga atau lebih atom karbon dalam molekul (kecuali sebatian aromatik). Termasuk hidrokarbon dan... - CYCLOALKANE dalam Ensiklopedia Soviet Besar, TSB:
sikloparafin, siklon, hidrokarbon kitaran tepu formula am CnH2n (lihat sebatian Alicyclic). Cincin C. termudah - siklopropana - terdiri ... - SEBATIAN KITARAN dalam Ensiklopedia Soviet Besar, TSB:
sebatian, sebatian (terutamanya organik), molekul yang mengandungi satu atau lebih cincin (kitaran, nukleus) tiga atau lebih atom. Paling…
Tidak seperti hidrokarbon tepu, dicirikan oleh kehadiran rantai karbon terbuka, terdapat hidrokarbon dengan litar tertutup(kitaran). Dalam sifatnya, ia menyerupai alkana hidrokarbon tepu biasa (parafin), oleh itu namanya - sikloalkana (sikloparafin). Formula am siri homolog sikloalkana CnH2n, iaitu sikloalkana adalah isomer kepada hidrokarbon etilena. Wakil siri sebatian ini ialah siklopropana, siklobutana, siklopentana, sikloheksana.
Siklopropana
Cyclobutane
Siklopentana
Sikloheksana
Selalunya dalam kimia organik, formula struktur sikloalkana yang disenaraikan digambarkan tanpa simbol C dan H sebagai angka geometri mudah.
Formula am bagi siri homolog sikloalkana ialah CnH2n. Formula yang sama menerangkan siri homolog alkena. Dari mana ia mengikuti bahawa setiap sikloalkana adalah isomer bagi alkena yang sepadan. Ini adalah contoh yang dipanggil isomerisme "antara kelas".
Isomerisme dan tatanama sikloalkana
1) Bagi sikloalkana, seperti untuk semua kelas sebatian organik, isomerisme rangka karbon (isomerisme struktur) adalah ciri. Isomerisme struktur untuk sikloalkana, pertama sekali, ditentukan oleh saiz gelang. Jadi, terdapat dua sikloalkana formula C4H8: siklobutana dan metilsiklopropana. Kedua, isomerisme tersebut disebabkan oleh kedudukan substituen dalam gelang (contohnya, 1,1 dan 1,2-dimetilbutana).
a) Isomeri gelang:
a) Isomerisme rantai sisi:
2) Isomerisme kedudukan substituen dalam gelang:
3) Isomerisme antara kelas dengan alkena:
4) Isomeri ruang. Ketiadaan putaran bebas di sekeliling ikatan C-C dalam kitaran mewujudkan prasyarat untuk kewujudan isomer spatial dalam beberapa sikloalkana yang digantikan. Contohnya, dalam molekul 1,2-dimetilsiklopropana, dua kumpulan CH 3 boleh berada pada sisi yang sama pada satah gelang (cis-isomer) atau pada sisi yang bertentangan (trans-isomer):
Mengikut saiz cincin, sikloalkana dibahagikan kepada beberapa kumpulan, yang mana kita akan mempertimbangkan cincin kecil (C3, C4) dan biasa (C5-C7).
Mengikut peraturan tatanama antarabangsa dalam sikloalkana, rantai utama atom karbon yang membentuk kitaran dipertimbangkan. Nama itu dibina atas nama rantai tertutup ini dengan penambahan awalan "siklo-" (siklopropana, siklobutana, siklopentana, sikloheksana, dll.). Dengan kehadiran substituen dalam kitaran, penomboran atom karbon dalam cincin dijalankan supaya cawangan menerima nombor terkecil yang mungkin. Oleh itu, sebatian itu hendaklah dipanggil 1,2-dimethylcyclobutane dan bukannya 2,3-dimethylcyclobutane atau 3,4-dimethylcyclobutane.
Formula struktur sikloalkana biasanya ditulis dalam bentuk singkatan, menggunakan bentuk geometri kitaran dan mengenepikan simbol atom karbon dan hidrogen.
Sifat fizikal sikloalkana
Dalam keadaan biasa, dua ahli pertama siri (C3 - C4) adalah gas, (C5 - C11) adalah cecair, bermula dengan C12 - pepejal. Takat didih dan lebur sikloalkana adalah lebih tinggi daripada alkana yang sepadan. Sikloalkana boleh dikatakan tidak larut dalam air. Dengan peningkatan bilangan atom karbon, jisim molar meningkat, oleh itu, takat lebur meningkat.
Sifat kimia sikloalkana
Sifat sangat bergantung pada saiz kitaran, yang menentukan kestabilannya.
Kitaran tiga dan empat anggota (kitaran kecil), kerana tepu, bagaimanapun, berbeza dengan ketara daripada semua hidrokarbon tepu lain. Sudut ikatan dalam siklopropana dan siklobutana adalah jauh lebih kecil daripada sudut tetrahedral biasa iaitu 109°28' ciri atom karbon terhibrid sp3.
Ini membawa kepada intensiti tinggi kitaran sedemikian dan kecenderungannya untuk terbuka di bawah tindakan reagen. Oleh itu, siklopropana, siklobutana dan terbitannya memasuki tindak balas penambahan, menunjukkan sifat sebatian tak tepu. Kemudahan tindak balas penambahan berkurangan dengan penurunan intensiti kitaran dalam siri:
cyclopropane > cyclobutane >> cyclopentane
Yang paling stabil ialah kitaran 6 ahli, di mana tiada tekanan bersudut dan lain-lain.
Kitaran kecil (C3 - C4) agak mudah memasuki tindak balas penghidrogenan:
Siklopropana dan derivatifnya menambah halogen dan hidrogen halida:
Siklopropana dan homolognya bertindak balas dengan hidrogen halida untuk membuka cincin mengikut peraturan Markovnikov.
Apabila alkena tidak simetri bergabung dengan asid hidrohalik, halogen dilekatkan pada atom karbon yang mengandungi lebih sedikit atom hidrogen.
Dalam kitaran lain (bermula dengan C5), tegasan sudut dikeluarkan disebabkan oleh struktur molekul bukan satah. Oleh itu, disebabkan kestabilan mereka, sikloalkana (C5 dan lebih tinggi) dicirikan oleh tindak balas di mana struktur kitaran dipelihara, i.e. tindak balas penggantian.
Tindak balas berlaku melalui mekanisme radikal rantai (serupa dengan penggantian dalam alkana).
Sebatian ini, seperti alkana, juga memasuki tindak balas penyahhidrogenan, contohnya, penyahhidrogenan sikloheksana dan derivatif alkilnya:
Serta pengoksidaan dengan kehadiran mangkin, sebagai contoh, pengoksidaan sikloheksana:
Merumuskan sifat kimia sikloalkana, sifat kimianya boleh ditulis seperti berikut:
Bahan rujukan untuk lulus ujian:
meja Mendeleev
Jadual keterlarutan
Cyclopropane ditemui pada tahun 1881 oleh August Freund, yang juga mencadangkan struktur yang betul untuk bahan baru dalam karya pertamanya. Freund merawat 1,3-dibromopropane dengan natrium, menyebabkan tindak balas Wurtz intramolekul yang membawa terus kepada siklopropana.
$BrCH_2CH_2CH_2Br + 2Na \kepada (CH_2)_3 + 2NaBr$
Hasil tindak balas telah diperbaiki oleh Gustavson pada tahun 1887 menggunakan zink dan bukannya natrium. Siklopropana tidak mempunyai kegunaan komersial sehingga Henderson dan Lucas menemui sifat anestetiknya pada tahun 1929; pengeluaran perindustrian bermula pada tahun 1936.
Struktur siklopropana
Siklopropana ialah molekul sikloalkana dengan formula molekul $C_3H_6$ yang terdiri daripada tiga atom karbon yang terikat antara satu sama lain untuk membentuk cincin, setiap atom karbon terikat kepada dua atom hidrogen, menghasilkan simetri molekul $D3h$.
Gambar 1.
Siklopropana dan propilena mempunyai formula molekul yang sama - $C_3H_6$, tetapi mempunyai struktur yang berbeza, yang menjadikannya isomer struktur.
Cyclopropane adalah anestetik. Dalam amalan anestetik moden, ia telah digantikan oleh agen lain, kerana kereaktifannya yang melampau dalam keadaan biasa: apabila gas bercampur dengan oksigen, terdapat risiko letupan yang ketara.
Enantiomerisme terbitan siklopropana
Enantiomerisme sebatian alisiklik timbul dengan kehadiran atom karbon kiral dan ketiadaan unsur simetri, terutamanya satah simetri. Oleh itu, siklopropana dengan dua substituen yang sama dalam kedudukan trans-1,2 atau dengan dua substituen berbeza kedua-duanya dalam trans-1,2 dan dalam kedudukan cis-1,2 wujud sebagai enantiomer:
Rajah 4
Sebatian dengan kedudukan cis-1,2 dan trans-1,2 bagi dua substituen yang serupa ialah diastereoisomer antara satu sama lain.
Struktur molekul siklopropana
Struktur molekul siklopropana boleh diwakili sebagai segi tiga sekata dengan sudut ikatan antara tiga atom karbon 60$^\circ$ dan sudut hidrogen-karbon-hidrogen 114$^\circ$:
Rajah 5
Oleh itu, sudut ikatan dalam gelang siklopropana adalah 49.5$^\circ$ kurang daripada sudut tetrahedral antara atom karbon alkana, yang membawa kepada tegasan yang dipanggil tegasan sudut Bayer.
Mengikut pengiraan mekanikal kuantum dalam molekul siklopropana, sudut nyata antara atom karbon terikat (orbital hibrid $sp^3$ mereka) bukanlah 60$^\circ$, tetapi 104$^\circ$:
Rajah 6
Penyimpangan ini dijelaskan oleh dua teori yang berbeza:
Akibatnya, pertindihan maksimum orbital tidak berlaku di sepanjang paksi internuklear ikatan $CC$, tetapi agak di luar mereka (di luar sisi segi tiga) dengan pembentukan ikatan lemah "seperti pisang", yang sebenarnya merupakan perantaraan. antara $\sigma$- dan $\pi$-bond (Rajah 7, a, A. Coulson dan I. I. Moffitt, 1947).
Terdapat juga pendapat tentang $sp^2$-keadaan hibrid atom karbon dalam siklopropana dan sumbangan penting $p$-orbital atom kepada pembentukan ikatan seperti pisang (Rajah 7b, A. Wolp, 1949) ,
Rajah 7. Skim pembentukan ikatan dalam siklopropana: a - struktur A, Coulson dan E. Moffit, b - struktur A. Walsh. Pengarang24 - pertukaran kertas pelajar dalam talian
Kehadiran ikatan sedemikian dan tegasan "Bayer" dalaman membawa kepada pesongan tenaga dalaman siklopropana berbanding dengan sikloalkana lain dan menyebabkan kereaktifannya yang tinggi, serupa dengan alkena. Ini bermakna secara bersyarat bahawa kitaran propana kepada siklopropana adalah tindak balas yang lebih endotermik, yang memerlukan tenaga tambahan - tenaga "voltan" berbanding dengan kitaran heksana kepada sikloheksana. Oleh itu, dalam tindak balas yang berlaku dengan pemisahan kitaran propana, "voltan" tenaga yang berlebihan dibebaskan, yang merupakan manifestasi kereaktifannya yang tinggi.
Cyclopropane sebagai anestetik
Siklopropana telah diperkenalkan ke dalam amalan klinikal oleh pakar anestesi Amerika Ralph Waters, yang menggunakan sistem penyerapan karbon dioksida tertutup untuk memelihara agen yang mahal itu. Siklopropana adalah anestetik yang agak kuat, tidak merengsa dan mempunyai bau manis dengan kepekatan alveolar minimum 17.5% dan pekali pembahagian darah/gas sebanyak 0.55. Ini bermakna bahawa induksi anestesia dengan menyedut siklopropana dan oksigen adalah cepat dan tidak menyenangkan. Walau bagaimanapun, semasa bius berpanjangan dengan siklopropana, pesakit mungkin mengalami penurunan tekanan darah secara tiba-tiba, yang boleh menyebabkan aritmia jantung; tindak balas yang dikenali sebagai "kejutan siklopropana". Atas sebab ini, serta kosnya yang tinggi dan mudah terbakar, ia kini hanya digunakan untuk induksi anestesia dan telah tidak digunakan secara klinikal sejak pertengahan 1980-an. Silinder siklopropana dan meter alirannya dicat oren.
Cyclopropane tidak aktif di GABA dan reseptor glisin, dan sebaliknya bertindak sebagai antagonis reseptor NMDA. Ia juga menghalang reseptor AMPA dan reseptor asetilkolin nikotinik dan mengaktifkan saluran K2P tertentu.
Dalam molekul siklopropana, semua atom karbon terletak pada satah yang sama.
Dengan susunan atom karbon dalam kitaran ini, sudut ikatan hendaklah sama dengan 60 0, dan nilai sisihan mereka daripada sudut ikatan normal (109 0 28) hendaklah: α = (109 0 28 - 60 0) : 2 = 24 0 44. Ini adalah sistem kitaran yang paling sengit.
Walau bagaimanapun, pada hakikatnya, sudut ikatan antara atom karbon dalam gelang siklopropana ialah 106 0 . Ini dijelaskan oleh fakta bahawa ikatan σ antara atom karbon dalam siklopropana berbeza daripada ikatan σ biasa yang terbentuk dengan pertindihan orbital hibrid sp 3 dalam alkana.
Apabila ikatan karbon-karbon terbentuk dalam kitaran siklopropana, hanya pertindihan separa orbital hibrid sp 3 berlaku, tidak diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkan pusat-pusat atom karbon terikat, tetapi di luar satah siklopropana, yang membawa kepada pembentukan orbital bengkok atau apa yang dipanggil pisang atau τ- (Greek "tau") bon.
Pembentukan ikatan pisang (atau τ-) dalam siklopropana membawa kepada penurunan tegasan sudut dalam kitaran, kerana sudut antara paksi dua awan elektron meningkat daripada 60 0 kepada 106 0, dan ikatan τ itu sendiri memperoleh watak separa tak tepu dan menduduki kedudukan pertengahan dalam kekuatan antara ikatan σ- dan π.
Ini menerangkan kecenderungan siklopropana kepada tindak balas penambahan. Peningkatan mobiliti proton atom hidrogen juga membuktikan sifat tak tepu separa atom karbon dalam molekul siklopropana.
Struktur siklobutana dan siklopentana
Dalam siklobutana dan terutamanya dalam siklopentana, tegasan sudut (sudut) yang dikaitkan dengan sisihan sudut ikatan atom karbon daripada sudut ikatan normal (109 0 28) adalah jauh lebih rendah.
Apabila semua atom karbon bagi cincin empat dan lima anggota terletak pada satah yang sama, sisihan sudut ikatan ialah:
Untuk siklobutana - (109 0 28 - 90 0): 2 = 9 0 44
Untuk siklopentana - (109 0 28 - 108 0): 2 = 0 0 44
Walau bagaimanapun, pada hakikatnya, molekul cyclobutane dan cyclopentane bukan planar, kerana dalam struktur planar semua atom hidrogen berada dalam keadaan gerhana, yang membawa kepada penampilan tegasan kilasan dan penurunan kestabilan molekul.
Untuk mengurangkan tegasan kilasan, molekul siklobutana dan siklopentana menggunakan konformasi bukan satah, di mana, disebabkan oleh daya tolakan antara atom hidrogen, salah satu atom karbon dalam siklobutana atau dua atom karbon dalam siklopentana secara berterusan meninggalkan satah kitaran.
Oleh itu, gelang siklobutana dan siklopentana adalah, seolah-olah, dalam gerakan seperti gelombang yang berterusan, di mana terdapat perubahan pantas satu konformasi kepada yang lain:
Untuk siklobutana:
Untuk siklopentana:
Dalam konformasi "kerusi berlengan", 6 atom hidrogen berserenjang dengan satah purata gelang dan dipanggil paksi (a-), dan 6 lagi berdekatan dengan satah bersyarat ini dan dipanggil khatulistiwa (e-). Jika salah satu hidrogen digantikan oleh alkil atau beberapa kumpulan berfungsi, ia boleh berada dalam kedudukan khatulistiwa atau paksi. Pada suhu bilik, terdapat satu sikloheksana, bukan dua isomer. Sebabnya ialah penyongsangan pantas kitaran, akibatnya kumpulan metil dari paksi menjadi khatulistiwa.
nasi. 16.3. Penyongsangan metilsikloheksana
Menurut Bayer, siklopentana hampir tidak mempunyai tegasan sudut. Walau bagaimanapun, ia tidak wujud dalam bentuk planar, kerana dalam molekul rata, semua atom hidrogen akan berada dalam bentuk gerhana, yang akan membawa kepada tegasan kilasan yang ketara. Lebih bertenaga adalah kewujudan siklopentana dalam bentuk apa yang dipanggil "sampul surat", di mana 4 atom karbon berada dalam satah yang sama, dan yang kelima keluar daripadanya.
nasi. 16.4. Perubahan konformasi siklopentana
Cyclobutane juga bukan satah, ia terdiri daripada dua segi tiga sama sisi yang disambungkan di sepanjang salah satu sisi dan terletak di satah yang berbeza. Sebab keluarnya dua atom karbon dari satah masih dalam bentuk gerhana kumpulan metilena yang sama, yang tidak menguntungkan secara energetik.
nasi. 16.5. Perubahan konformasi dalam siklobutana
Dalam siklopropana, atom karbon tidak boleh berada dalam satah yang berbeza (lokus tiga titik ialah satah). Molekul boleh diwakili sebagai segi tiga biasa. Walau bagaimanapun, data eksperimen menunjukkan bahawa siklopropana berkelakuan seolah-olah sudut antara ikatan C-C ialah 102°. Adalah mustahil untuk membayangkan segi tiga sekata dengan sudut dalam tidak sama dengan 60 o.
Pertindihan orbital hibrid atom dalam molekul siklopropana ditunjukkan dalam Rajah. 16.6. Seperti yang dapat dilihat, ikatan tidak terbentuk di sepanjang garis yang menghubungkan pusat-pusat atom. Sambungan sedemikian dipanggil "pisang" atau melengkung. Mengikut ciri-ciri mereka, mereka menduduki kedudukan pertengahan antara ikatan s- dan p. Fakta ini menerangkan ketidaktepuan separa siklopropana.
nasi. 16.6. Orbital atom bertindih dalam molekul siklopropana
Akibatnya, dalam molekul siklobutana dan siklopentana, "ketersembunyian" atom hidrogen pada atom karbon jiran berkurangan, yang membawa kepada penurunan tegasan kilasan akibat penampilan tegasan sudut (sudut) yang kecil.
Memuatkan...