"Sikloparafinler. Kompozisyon, yapı, izomerizm»
Sikloalkanlar (Sikloparafinler)
Sikloalkanlar, molekülleri kapalı bir karbon atomu halkası içeren doymamış hidrokarbonlardır.
Açık karbon zincirlerinin varlığı ile karakterize edilen doymuş hidrokarbonların aksine, kapalı zincirli (döngüler) hidrokarbonlar vardır. Özelliklerinde, sıradan doymuş hidrokarbonlar alkanlara (parafinler) benzerler, dolayısıyla adları - sikloalkanlar (sikloparafinler).
Homolog sikloalkan serisi için genel formül CnH2n'dir, yani sikloalkanlar etilen hidrokarbonlara izomeriktir. Bu bileşik serisinin temsilcileri siklopropan, siklobutan, siklopentan, sikloheksandır.
Organik bileşiklerin molekülleri yapılarına göre açık zincirli ve halkalı bileşikler olarak ikiye ayrılır. Döngüler ya yalnızca karbon atomlarından (karbosikller) oluşturulabilir ya da diğer elementlerin atomlarını (heterosikller) içerebilir. Sırayla, siklik bileşikler doymuş, doymamış ve aromatiktir.
Sikloalkan molekülleri, yalnızca sp3 hibrit karbon atomlarından oluşan bir döngü şeklinde inşa edilmiş bir iskelete sahiptir. Sikloalkanların adını oluşturmak için, karşılık gelen doymuş hidrokarbonun adına "siklo" önekini eklemek gerekir. Bu nedenle, mümkün olan en küçük sikloalkan, siklopropandır, ardından siklobütan, ardından siklopentan vb.
İkame edicilerin pozisyonları, döngünün atomlarının numaralandırılmasıyla belirtilir ve en kıdemli ikame ediciye sahip atoma 1 sayısı atanır. İki ikameli sikloalkanlarda, ikameler halkanın bir (cis-) veya karşı taraflarında bulunabilir. düzlem (trans-).
Sikloalkan molekülleri iki veya daha fazla döngüden oluşabilir. Bisiklik hidrokarbonlar, döngülerin bağlantı (annelation) yöntemi ile ayırt edilmelidir. İki halka sadece bir karbon atomunu paylaşıyorsa, bileşiklere spirosiklik denir. Bu tür bisikletlerin adları, ilgili alkan homologunun adına "spiro" öneki eklenerek oluşturulur. Köşeli parantez içindeki önekten sonra, iki basamak, düğüm C atomunun her iki tarafında bulunan karbon atomlarının sayısını gösterir. Atomların numaralandırılması daha küçük bir döngü ile başlar, son sayı düğüm atomudur.
Başka bir halkalama yönteminde, halkalar iki karbon atomunu paylaşır. Bunlar sözde köprülü sikloalkanlardır. Bu tür bileşiklerin adları, bisiklo-, trisiklo- öneki ile döngü sayısı ile başlar, ardından düğüm atomlarıyla bağlantılı her köprünün karbon atomlarının sayısını gösteren üç rakam gelir. Karşılık gelen alkanın adı sonunda yazılır. Atomlar, bir düğümden başlayarak ve daha büyük (ana) döngü boyunca başka bir düğüm C atomuna doğru hareket ederek numaralandırılır. Bazen köprünün ek koordinatları belirtilir.
Fiş
1. Sikloalkanlar, bazı alanların yağlarında önemli miktarlarda bulunur (bu nedenle adlarından biri - naften). Yağın rafine edilmesi sırasında, esas olarak sikloalkanlar C5H10 - C7H14 izole edilir.
2. Aktif metallerin dihalo ikameli alkanlar üzerindeki etkisi (Wurtz reaksiyonu) çeşitli sikloalkanların oluşumuna yol açar:
(metalik sodyum yerine toz çinko da kullanılır).
Ortaya çıkan sikloalkanın yapısı, başlangıç dihaloalkanın yapısı tarafından belirlenir. Bu şekilde, belirli bir yapıya sahip sikloalkanlar elde etmek mümkündür. Örneğin 1,3-dimetilsiklopentan sentezi için 1,5-dihalojen - 2,4-dimetilpentan kullanılmalıdır:
Sikloalkanları elde etmek için başka yöntemler de vardır. Örneğin, sikloheksan ve alkil türevleri, petrol rafinasyonu ürünleri olan benzen ve homologlarının hidrojenlenmesiyle elde edilir.
izomerizm
Sikloparafinler için, C4H8'den başlayarak, bazı yapısal izomerizm türleri karakteristiktir ve şunlarla ilişkilidir:
a) halkadaki karbon atomlarının sayısı ile - örneğin, (etilsiklopropan), (metilsiklobutan);
b) ikame edicilerdeki karbon atomlarının sayısı ile - 
(1-metil-2-propilsiklopentan), (1,2-dietilsiklopentan)
c) halkadaki ikame edicinin konumu ile - (1,1-dimetilsikloheksan), (1,2-dimetilsikloheksan)
Sikloalkanlar ayrıca alkenlerle sınıflar arası izomerizm ile karakterize edilir.
Halkada farklı karbon atomlarında iki ikamenin varlığında, C5H10'dan başlayarak geometrik cis-trans izomerizmi ve optik izomerizm mümkündür. Optik izomerizm, molekül bir simetri düzlemine sahip olmadığında meydana gelir.
Döngüsel bileşiklerde Cis-trans izomerizmi
Siklik bileşiklerde iki ikamenin varlığında cis-trans izomerizmi de mümkündür. Verilen örneklerdeki metil grupları, halka düzleminin bir tarafında (böyle bir izomere cis izomeri denir) ve karşı taraflarda (böyle bir izomere trans izomer denir) yerleştirilebilir.
Doğal olarak, cis- ve trans-izomerlerin modelleri üst üste bindirildiğinde eşleşmezler. Karşılıklı izomerizasyonlar, halka bölünmesini ve ardından halka kapanmasını veya sübstitüentin halkanın karbon atomuyla bağının kopmasını ve halkanın diğer tarafında yeni bir bağın oluşmasını gerektirir.
Siklik bileşiklerde sadece cis-trans'ın değil, aynı zamanda ayna izomerizminin de meydana gelebileceği belirtilmelidir. Aynı sübstitüentlere sahip bir cis-izomer molekülünün modeli ve onun ayna yansıması üst üste getirildiğinde, bunlar birleştirilir, ancak farklı sübstitüentlere sahip bir cis-izomer için bu imkansızdır. Trans-izomerler için, molekül modelinin kombinasyonu ve ayna yansıması hem aynı hem de farklı ikamelerle imkansızdır.
Siklobütan, siklopentan ve konformasyonları
Döngüsel bileşikler, karbon atomlarının kapalı zincirler oluşturduğu organik bileşiklerdir, yani. döngüler. Bu tür bileşiklerin en basit temsilcileri sikloparafinler veya sikloalkanlardır.
Döngüsel bileşiklerdeki bağların gücü, döngünün oluşumunda yer alan atomların sayısına bağlıdır. Döngünün atomlarının bağ açılarındaki değişiklik ve bu atomların normal yönden sapması nedeniyle yoğunluğunun derecesi ile belirlenir.
Siklopropan için, çekirdekler arası açılar, bir eşkenar üçgende olduğu gibi 60º, siklobütan için bir karede olduğu gibi 90º ve normal bir beşgende olduğu gibi siklopentanda 108º'dir. Bir karbon atomu için normal bağ açısı 109,5º'dir. Dolayısıyla bu bileşiklerde tüm karbon atomları aynı düzlemde yer aldığında bağ açılarındaki azalma siklopropanda 49.5º, siklobütanda 19.5º ve siklopentanda 1.5º'dir.
Bağ açısının normalden sapması ne kadar büyük olursa, döngüler o kadar gergin ve dolayısıyla kırılgandır. Bununla birlikte, siklopropandan farklı olarak, siklobutan ve siklopentan düzlemsel olmayan halkalara sahiptir. Karbon atomlarından biri sürekli düzlem dışına çıkar. Siklobütan düzlemsel olmayan "katlanmış" konformasyonlarda bulunur. Siklopentan, bir zarf konformasyonuyla karakterize edilir. Bu nedenle, tartışılan döngüler salınımlı hareket halindedir ve hidrojen atomlarının komşu karbon atomlarından "gizlenmesinde" bir azalmaya ve voltajda bir azalmaya yol açar.
Sikloheksan ve konformasyonları
Sikloheksan için, düzenli bir altıgen olarak, çekirdekler arası açılar 120º'dir. Sikloheksan molekülü düz bir yapıya sahipse, karbon atomunun normal bağ açısından sapma: 109.5º-120º = 10.5º idi.
Ancak sikloheksan ve büyük halkalar düzlemsel olmayan bir yapıya sahiptir. Söz konusu sikloheksan molekülünde, "koltuk" ve "banyo" olmak üzere iki konformasyonda bulunması koşuluyla olağan değerlik açıları korunur. “Sandalye” konformasyonu daha az streslidir, bu nedenle sikloheksan esas olarak konformer I ve III formunda bulunur ve döngü, konformer II'nin ara oluşumu ile sürekli tersine çevrilir (inversio - Latince dönüşten, permütasyon):
simetri ekseni II III I
Sikloheksanın sandalye konformasyonunda sahip olduğu on iki C-H bağı iki tipe ayrılır. Altı bağ halkadan molekülün çevresine radyal olarak yönlendirilir ve ekvatoral bağlar (e - bağları) olarak adlandırılır, kalan altı bağ birbirine ve simetri eksenine paralel olarak yönlendirilir ve eksenel (a - bağları) olarak adlandırılır. Üç eksenel bağ, döngü düzleminden bir yöne ve üçü diğer yöne yönlendirilir (bir değişim vardır: yukarı ve aşağı).
Sikloalkanların özellikleri
Fiziksel özellikler sikloalkanlar, moleküler ağırlıklarının büyümesiyle düzenli olarak değişir. Normal koşullar altında, siklopropan ve siklobutan gazdır, sikloalkanlar C5H10 - C16H32 sıvıdır, C17H34 ile başlayarak katıdır. Sikloalkanların kaynama noktaları, karşılık gelen alkanlardan daha yüksektir. Bunun nedeni, döngüsel yapıların daha yoğun paketlenmesi ve daha güçlü moleküller arası etkileşimleridir.
Kimyasal özellikler sikloalkanlar, kararlılığını belirleyen halka boyutuna kuvvetle bağlıdır. Üç ve dört üyeli çevrimler ( küçük döngüler), doymuş olmakla birlikte, diğer tüm doymuş hidrokarbonlardan keskin bir şekilde farklıdır. Siklopropan ve siklobütandaki bağ açıları, sp3 hibritleştirilmiş karbon atomunun özelliği olan normal tetrahedral açıdan 10928' çok daha küçüktür.
Bu, bu tür döngülerin yüksek yoğunluğuna ve reaktiflerin etkisi altında açılma eğilimlerine yol açar. Bu nedenle siklopropan, siklobütan ve türevleri ekleme reaksiyonları, doymamış bileşiklerin karakterini gösterir. Serideki döngü yoğunluğu azaldıkça ekleme reaksiyonlarının kolaylığı azalır:
siklopropan > siklobutan >> siklopentan.
En kararlı, açısal ve diğer stres türlerinin olmadığı 6 üyeli döngülerdir.
Küçük döngüler(C3H6 - C4H 8) oldukça kolay hidrojenasyon reaksiyonlarına girer:
Siklopropan ve türevleri, halojenler ve hidrojen halojenürler ekler:
Diğer döngülerde (C5 ile başlayan), moleküllerin düzlemsel olmayan yapısından dolayı açısal gerilim ortadan kalkar. Bu nedenle, sikloalkanlar (C5 ve üstü) için, kararlılıklarından dolayı, siklik yapının korunduğu reaksiyonlar karakteristiktir, yani. yer değiştirme reaksiyonları.
Alkanlar gibi bu bileşikler de hidrojen giderme, bir katalizör varlığında oksidasyon vb. reaksiyonlara girer.
Halka boyutuna bağlı olarak sikloalkanların özelliklerinde böylesine keskin bir fark, genel homolog sikloalkan serilerini değil, halka boyutlarına göre bireysel serilerini dikkate alma ihtiyacına yol açar. Örneğin, siklopropanın homolog serisi şunları içerir: siklopropan C3H6, metilsiklopropan C4H8, etilsiklopropan C5H10, vb.
Uygulama
Sikloheksan ve etilsikloheksan, en büyük pratik öneme sahiptir. Sikloheksan, sikloheksanol, sikloheksanon, adipik asit, kaprolaktam üretmek için ve ayrıca bir çözücü olarak kullanılır. Siklopropan tıbbi uygulamada inhalasyon anestezik olarak kullanılır.
kullanılmış literatür listesi
1. Kimya: Organik Kimya: 10 hücre için eğitici baskı. ort. okul - Moskova, Aydınlanma, 1993
2. Glinka N.L. Genel Kimya. -25. baskı, rev. - L.: Kimya
3. Artemenko A.I. Organik kimya: ders kitabı. İnşaat için. uzman. üniversiteler. - M.: Yüksekokul, 2000.
4. Berezin B.D., Berezin D.B. Modern organik kimya dersi. Üniversiteler için ders kitabı. - M.: Yüksek Okul, 1999.
5. KİMYA. Okul Çocukları El Kitabı, - M., 1995.
6. KİMYA. Çocuklar için ansiklopedi. AVANTA, 2000.
7. Khomchenko G.P. Üniversitelere girmek için kimya. - M., 1995
8. "Organik Kimya", Aydınlanma, 1991
siklopropan
SİKLOPROPAN (Siklopropanum).
Eşanlamlı: Siklopropan.
Petrol eterini andıran karakteristik bir kokuya ve keskin bir tada sahip renksiz yanıcı bir gazdır. Bağıl yoğunluk 1, 879. 4 - 20 C sıcaklıkta ve 5 atm basınçta sıvı hale geçer; siklopropanın atmosferik basınçta kaynama noktası 347 C'dir. Suda az çözünür (+ 20 C'de bir hacim gaz 2.85 hacim suda çözünür). Alkol, petrol eteri, kloroform ve yağlı yağlarda kolayca çözünür.
Siklopropan, güçlü bir genel anestezik etkiye sahiptir. Son derece yanıcı; oksijen, nitröz oksit ve hava ile karışımları alevler, elektrik kıvılcımları ve tutuşmaya neden olabilecek diğer kaynaklarla temasında patlayabilir. Siklopropan kullanırken, elektrikli ve X-ray ekipmanının kullanımıyla ilgili önlemler ve statik elektrik oluşumunu hariç tutan önlemler de dahil olmak üzere, patlama olasılığını ortadan kaldırmak için tüm önlemler alınmalıdır. Bu özelliklerle bağlantılı olarak ve yeni genel anestezi yöntemlerinin ve araçlarının ortaya çıkmasıyla birlikte, siklopropan şu anda nadiren anestezik olarak kullanılmaktadır. Siklopropan hızlı etki eder. 4 hacim konsantrasyonunda. % analjeziye neden olur, 6 hacim. % - bilinci kapatır, 8 - 10 vol. % - 20 -30 hacim konsantrasyonunda anesteziye neden olur (evre III). % - derin anestezi.
Vücutta, siklopropan yok edilmez ve inhalasyonun kesilmesinden 10 dakika sonra neredeyse tamamen değişmeden atılır.
Siklopropanın karaciğer ve böbrek fonksiyonu üzerinde belirgin bir etkisi yoktur; diürezi biraz düşürür. Bazen, siklopropan ile anestezi sırasında, adrenoreaktif sistemlerin uyarılmasıyla ilişkili olarak kısa süreli hiperglisemi meydana gelir. Bu etki, eter kullanıldığında olduğundan daha az belirgindir.
Siklopropan vücudun kolinerjik sistemleri üzerinde heyecan verici bir etkiye sahiptir ve nabzın biraz yavaşlamasına neden olur, aritmiler mümkündür. Siklopropanın etkisi altında, miyokardın adrenaline duyarlılığı büyük ölçüde artar; siklopropan ile anestezi altında adrenalinin verilmesi ventriküler fibrilasyona neden olabilir.
Anestezi sırasında kan basıncı hafifçe yükselir ve bu da kanamanın artmasına neden olabilir.
Siklopropan, indüksiyon ve ana anestezi için kullanılır (oksijenli siklopropan); genellikle anestezi için diğer ilaçlarla (nitröz oksit, eter) ve kas gevşeticilerle birlikte kullanılır. Solunum yollarının mukoza zarlarında tahrişe neden olmadığı için akciğer hastalıkları olan hastalarda endikedir. Karaciğer hastalıkları ve diyabet için reçete edilebilir.
Kısa süreli cerrahi müdahaleler için siklopropan anestezisi kullanılabilir.
Siklopropan, dozimetreli anestezi makineleri kullanılarak kapalı ve yarı kapalı sistemde (bazen yarı açık sistemde) oksijen ile karışım halinde kullanılır. Anesteziyi sürdürmek için %15-18 siklopropan kullanılır. Anesteziye giriş, daha yüksek konsantrasyonlarda siklopropan ile gerçekleştirilir. İşlemin sonunda siklopropan beslemesi durdurulur ve 2 ila 5 dakika sonra. saf oksijen inhalasyonu hastaları uyanır.
Oksijen kaynağı sürekli olmalıdır. Akciğerlerin yeterli havalandırmasının sağlanması ve vücudun karbondioksitten salınmasının sağlanması gereklidir.
Bazen siklopropan ayrılmaz bir parça olarak kullanılır. Sodyum tiyopental ile intravenöz anestezi indüksiyonundan sonra, aşağıdaki oranda (yarı kapalı bir yönteme göre) bir gaz karışımı verilir: nitröz oksit - 1 kısım, oksijen - 2 kısım, siklopropan - 0.4 kısım.
Bu karışımı kullanırken, anestezi sona erdikten sonra, anestezik bileşenleri belirli bir sırayla (hipoksi gelişimini önlemek için) hariç tutmak gerekir: ilk olarak, 2-3 dakika sonra siklopropan beslemesi durdurulur - nitröz oksit , ve aynı dönemden sonra - oksijen.
Doğru siklopropan dozu ile anestezi komplikasyonsuz ilerler, hastalar inhalasyonun bitiminden sonra hızla uyanır. Doz aşımı durumunda, kalp durmasına kadar solunum durması ve kalp depresyonu meydana gelebilir.
Anestezi kesildikten sonra hızlı uyanma nedeniyle hastalar ameliyattan sonra şiddetli ağrı hissedebilir, bu nedenle operasyon bitmeden analjezik verilmesi önerilir. Anesteziden sonra, bazı durumlarda nispeten sık bir baş ağrısı görülür - postoperatif kusma, bağırsak parezi. Bu nedenle anesteziden uyandıktan sonra hastaların dikkatli bir şekilde izlenmesi gerekir.
Siklopropan anestezisi ile adrenalin ve norepinefrin uygulaması kontrendikedir.
Serbest bırakma formu: 5 atm basınç altında 1 ve 2 litre sıvı siklopropan kapasiteli dikişsiz çelik silindirlerde; silindirler turuncuya boyanmıştır ve bir yazıya sahiptir.
Siklopropan kullanımına yalnızca uygun eğitim almış tıbbi personel için izin verilir.
Depolama: Ateş kaynaklarından uzakta serin bir yerde.
İlaçların referans kitabı. 2012
Ayrıca sözlüklerde, ansiklopedilerde ve referans kitaplarında Rusça'da Siklopropan kelimesinin anlamlarına, eş anlamlılarına, anlamlarına ve ne olduğuna bakın:
- siklopropan
(trimetilen) renksiz gaz, bp -32,7 °С. Araç için… - siklopropan
bir alisiklik hidrokarbon olan trimetilen; renksiz gaz, bp 32.8 |C, yoğunluk 0.720 g/cm3 (-79 |C); suda çözünmez, alkolde çözünür, ... - siklopropan Brockhaus ve Euphron Ansiklopedik Sözlüğünde:
(trimetilen) - b75_173-1.jpg bromu çıkararak trimetilen bromürden Reboul elde etmeye çalıştı, ancak başarısız oldu: sıradan propilen çıktı; 1882'de Freund, ... - siklopropan Ansiklopedik Sözlükte:
bir, pl. hayır, kimya. Organik bir bileşik, ameliyatta kullanılan bir gaz olan alisiklik bir hidrokarbondur ... - siklopropan Büyük Rus Ansiklopedik Sözlüğünde:
SİKLOPROPAN (trimetilen), renksiz. gaz, t kip -32.7 °C. Araç için… - siklopropan Brockhaus ve Efron Ansiklopedisinde:
(trimetilen) ? Bromu çıkararak trimetilen bromürden Reboul elde etmeye çalıştım, ancak başarısız oldum: sıradan propilen çıktı; 1882'de Freund, ancak ... - siklopropan Yeni Yabancı Sözcükler Sözlüğü'nde:
(bkz. döngü ... + propan) organik bileşik, alisiklik serinin hidrokarbonu; gaz; uygulama genel olarak ameliyatta... - siklopropan Yabancı İfadeler Sözlüğü'nde:
[santimetre. döngü ... + propan] organik bileşik, alisiklik serinin hidrokarbonu; gaz; uygulama genel olarak ameliyatta... - siklopropan Rus dilinin eşanlamlıları sözlüğünde.
- siklopropan Rus Dilinin Tam Yazım Sözlüğü'nde:
siklopropan... - siklopropan Yazım Sözlüğü'nde:
siklopropan, ... - siklopropan Modern Açıklayıcı Sözlükte, TSB:
(trimetilen), renksiz gaz, bp -32,7 °C. Araç için… - metoksifluran İlaç Rehberinde:
METHOXYFLURAN (Methoxyfluganum) 1, 1 - (Difluoro-2, 2-dichloro-1 methoxyetan) Eşanlamlılar: Ingalan, Pentran, Inhalanum, Methofluranum, Metofane, Penthrane, Pentran. Renksiz şeffaf uçucu sıvı ... - ventriküler fibrilasyon Tıp Sözlüğü'nde:
- ventriküler fibrilasyon Tıbbi Büyük Sözlükte:
Ventriküler fibrilasyon (VF), ventriküler miyokardın tek tek liflerinin kasılmasında tam bir uyumsuzluk ile karakterize, etkili sistol kaybına neden olan bir kardiyak aritmi şeklidir ve ... - DOYMUŞ BİLEŞİKLER Büyük Ansiklopedik Sözlükte:
(limit bileşikler) atomlarının sadece "açık" zincirlerdeki basit bağlarla birbirine bağlandığı moleküllerdeki organik bileşikler (alifatik doymuş bileşikler) ... - ALİKLİK BİLEŞİKLER Büyük Ansiklopedik Sözlükte:
Moleküllerde üç veya daha fazla karbon atomlu döngüler (halkalar) içeren organik bileşikler (aromatik bileşikler hariç). Hidrokarbonlar ve... - sikloalkan Büyük Sovyet Ansiklopedisi, TSB'de:
sikloparafinler, siklanlar, CnH2n genel formülüne sahip doymuş siklik hidrokarbonlar (bakınız Alisiklik bileşikler). En basit C'nin halkası - siklopropan - oluşur ... - SİKLİK BİLEŞİKLER Büyük Sovyet Ansiklopedisi, TSB'de:
molekülleri üç veya daha fazla atomdan oluşan bir veya daha fazla halka (döngü, çekirdek) içeren bileşikler, bileşikler (çoğunlukla organik). Çoğu…
Açık karbon zincirlerinin varlığı ile karakterize edilen doymuş hidrokarbonların aksine, hidrokarbonlar vardır. kapalı devreler(döngü). Özelliklerinde, sıradan doymuş hidrokarbonlar alkanlara (parafinler) benzerler, dolayısıyla adları - sikloalkanlar (sikloparafinler). Homolog sikloalkan serisinin genel formülü CnH2n yani sikloalkanlar, etilen hidrokarbonlara izomeriktir. Bu bileşik serisinin temsilcileri siklopropan, siklobutan, siklopentan, sikloheksandır.
siklopropan
siklobütan
siklopentan
sikloheksan
Organik kimyada çok sık olarak, listelenen sikloalkanların yapısal formülleri, basit geometrik şekiller olarak C ve H sembolleri olmadan gösterilir.
Homolog sikloalkan serisinin genel formülü CnH2n'dir. Tam olarak aynı formül, homolog alken serilerini tanımlar. Buradan her sikloalkanın karşılık gelen alkenin bir izomeri olduğu sonucu çıkar. Bu, sözde "sınıflar arası" izomerizmin bir örneğidir.
Sikloalkanların izomerizmi ve isimlendirilmesi
1) Tüm organik bileşik sınıflarında olduğu gibi sikloalkanlar için de karbon iskeletinin izomerizmi (yapısal izomerizm) karakteristiktir. Sikloalkanlar için yapısal izomerizm, ilk olarak halka boyutu ile belirlenir. Dolayısıyla, C4H8 formülünün iki sikloalkanı vardır: siklobutan ve metilsiklopropan. İkinci olarak, bu tür izomerizm, halkadaki sübstitüentlerin pozisyonundan kaynaklanmaktadır (örneğin, 1,1 ve 1,2-dimetilbütan).
a) Halka izomerizmi:
a) Yan zincirlerin izomerizmi:
2) Halkadaki ikame edicilerin pozisyonunun izomerizmi:
3) Alkenler ile sınıflar arası izomerizm:
4) Mekansal izomerizm. Döngüde C-C bağları etrafında serbest dönüşün olmaması, bazı sübstitüe edilmiş sikloalkanlarda uzamsal izomerlerin varlığı için ön koşulları yaratır. Örneğin, bir 1,2-dimetilsiklopropan molekülünde, iki CH3 grubu halka düzleminin aynı tarafında (cis-izomer) veya karşıt taraflarda (trans-izomer) olabilir:
Halka boyutuna göre, sikloalkanlar, küçük (C3, C4) ve sıradan (C5-C7) halkaları dikkate alacağımız bir dizi gruba ayrılır.
Sikloalkanlarda uluslararası isimlendirme kurallarına göre, bir döngü oluşturan karbon atomlarının ana zinciri dikkate alınır. Adı, "siklo-" (siklopropan, siklobutan, siklopentan, sikloheksan, vb.) önekinin eklenmesiyle bu kapalı zincirin adı üzerine kurulmuştur. Döngüde sübstitüentlerin varlığında, halkadaki karbon atomlarının numaralandırılması, dalların mümkün olan en küçük sayıları alması için gerçekleştirilir. Bu nedenle bileşik, 2,3-dimetilsiklobutan veya 3,4-dimetilsiklobutan değil, 1,2-dimetilsiklobutan olarak adlandırılmalıdır.
Sikloalkanların yapısal formülleri genellikle kısaltılmış biçimde, döngünün geometrik biçimi kullanılarak ve karbon ve hidrojen atomlarının sembolleri çıkarılarak yazılır.
Sikloalkanların fiziksel özellikleri
Normal şartlar altında, serinin ilk iki üyesi (C3 - C4) gazdır, (C5 - C11) C12 - katı ile başlayan sıvılardır. Sikloalkanların kaynama ve erime noktaları, karşılık gelen alkanlardan daha yüksektir. Sikloalkanlar suda pratik olarak çözünmezler. Karbon atomu sayısındaki artışla molar kütle artar, dolayısıyla erime noktası artar.
Sikloalkanların kimyasal özellikleri
Özellikler, kararlılığını belirleyen döngünün boyutuna güçlü bir şekilde bağlıdır.
Bununla birlikte, doymuş olan üç ve dört üyeli çevrimler (küçük çevrimler), diğer tüm doymuş hidrokarbonlardan keskin bir şekilde farklıdır. Siklopropan ve siklobütandaki bağ açıları, sp3-hibritleştirilmiş karbon atomunun özelliği olan 109°28' normal tetrahedral açısından çok daha küçüktür.
Bu, bu tür döngülerin yüksek yoğunluğuna ve reaktiflerin etkisi altında açılma eğilimlerine yol açar. Bu nedenle siklopropan, siklobütan ve türevleri, doymamış bileşiklerin doğasını gösteren ekleme reaksiyonlarına girer. Serideki döngü yoğunluğu azaldıkça ekleme reaksiyonlarının kolaylığı azalır:
siklopropan > siklobütan >> siklopentan
En kararlı, açısal ve diğer stres türlerinin olmadığı 6 üyeli döngülerdir.
Küçük döngüler (C3 - C4) oldukça kolay bir şekilde hidrojenasyon reaksiyonlarına girer:
Siklopropan ve türevleri, halojenler ve hidrojen halojenürler ekler:
Siklopropan ve homologları, halkayı Markovnikov kuralına göre açmak için hidrojen halojenürlerle reaksiyona girer.
Simetrik olmayan bir alken, bir hidrohalik asit ile birleştiğinde, halojen, daha az hidrojen atomu içeren bir karbon atomuna bağlanır.
Diğer döngülerde (C5 ile başlayan), moleküllerin düzlemsel olmayan yapısı nedeniyle açısal stres ortadan kalkar. Bu nedenle, kararlılıkları nedeniyle, sikloalkanlar (C5 ve üstü), siklik yapının korunduğu reaksiyonlarla karakterize edilir, yani. yer değiştirme reaksiyonları.
Reaksiyon, bir zincir radikal mekanizması ile ilerler (alkanlardaki ikameye benzer).
Alkanlar gibi bu bileşikler de hidrojen giderme reaksiyonlarına, örneğin sikloheksan ve alkil türevlerinin dehidrojenasyonuna girer:
Bir katalizör varlığında oksidasyonların yanı sıra, örneğin sikloheksanın oksidasyonu:
Sikloalkanların kimyasal özelliklerini özetleyerek, kimyasal özellikleri aşağıdaki gibi yazılabilir:
Testi geçmek için referans materyali:
Mendeleyev tablosu
çözünürlük tablosu
Siklopropan, ilk çalışmasında yeni madde için doğru yapıyı da öneren August Freund tarafından 1881'de keşfedildi. Freund 1,3-dibromopropan'ı sodyum ile işleme tabi tuttu ve doğrudan siklopropana yol açan intramoleküler bir Wurtz reaksiyonuna neden oldu.
$BrCH_2CH_2CH_2Br + 2Na \to (CH_2)_3 + 2NaBr$
Reaksiyon verimi, 1887'de Gustavson tarafından sodyum yerine çinko kullanılarak geliştirildi. Henderson ve Lucas, 1929'da anestetik özelliklerini keşfedene kadar siklopropanın ticari bir kullanımı yoktu; Sanayi üretimi 1936'da başladı.
Siklopropanın yapısı
Siklopropan, moleküler formülü $C_3H_6$ olan bir sikloalkan molekülü olup, bir halka oluşturmak üzere birbirine bağlanan üç karbon atomundan oluşur, her bir karbon atomu iki hidrojen atomuna bağlanır ve molekülün $D3h$ simetrisi ile sonuçlanır.
Resim 1.
Siklopropan ve propilen aynı moleküler formüle sahiptir - $C_3H_6$, ancak farklı yapılara sahiptir, bu da onları yapısal izomerler yapar.
Siklopropan bir anesteziktir. Modern anestezik pratiğinde, normal koşullar altında aşırı reaktivitesi nedeniyle başka ajanlarla değiştirilmiştir: gaz oksijenle karıştırıldığında önemli bir patlama riski vardır.
Siklopropan türevlerinin enantiyomerizmi
Alisiklik bileşiklerin enantiyomerizmi, kiral bir karbon atomunun varlığında ve öncelikle simetri düzlemi olmak üzere simetri elemanlarının yokluğunda ortaya çıkar. Bu nedenle, trans-1,2 konumunda iki özdeş ikame ediciye veya hem trans-1,2 hem de cis-1,2 konumunda iki farklı ikame ediciye sahip siklopropan, enantiyomerler olarak bulunur:
Şekil 4
İki özdeş ikame edicinin cis-1,2 ve trans-1,2 konumlarına sahip bileşikler, birbirleriyle diastereoizomerlerdir.
Siklopropanın moleküler yapısı
Siklopropanın moleküler yapısı, üç karbon atomu arasındaki bağ açıları 60$^\circ$ ve hidrojen-karbon-hidrojen açıları 114$^\circ$ olan düzenli bir üçgen olarak temsil edilebilir:
Şekil 5
Böylece, siklopropan halkasındaki bağ açıları, alkanların karbon atomları arasındaki tetrahedral açılardan 49.5$^\circ$ daha küçüktür, bu da Bayer açısal stresi adı verilen bir strese yol açar.
Siklopropan moleküllerindeki kuantum mekaniksel hesaplamalara göre, bağlı karbon atomları ($sp^3$ hibrit orbitalleri) arasındaki gerçek açılar 60$^\circ$ değil, 104$^\circ$'dır:
Şekil 6
Bu sapma iki farklı teori ile açıklanmaktadır:
Sonuç olarak, yörüngelerin maksimum örtüşmesi $CC$ bağlarının çekirdekler arası eksenleri boyunca değil, aslında ara olan zayıf "muz benzeri" bağların oluşumu ile bir şekilde onların dışında (üçgenin kenarlarının dışında) meydana gelir. $\sigma$- ve $\pi$-tahvilleri arasında (Şekil 7, a, A. Coulson ve I. I. Moffitt, 1947).
Siklopropandaki karbon atomlarının $sp^2$-hibrit durumu ve $p$-atomik orbitallerinin muz benzeri bağların oluşumuna önemli katkısı hakkında da bir görüş vardır (Şekil 7b, A. Wolp, 1949) ,
Şekil 7. Siklopropanda bağ oluşum şeması: a - A, Coulson ve E. Moffit'in yapısı, b - A. Walsh'ın yapısı. Author24 - öğrenci belgelerinin çevrimiçi değişimi
Böyle bir bağın ve bir iç "Bayer" stresinin varlığı, diğer sikloalkanlara kıyasla siklopropanın iç enerjisinin sapmasına yol açar ve alkenlere benzer şekilde yüksek reaktivitesine neden olur. Bu, şartlı olarak, propanın siklopropana siklizasyonunun, heksanın siklohekzana siklizasyonuna kıyasla ek enerji - enerji "voltajı" gerektiren daha endotermik bir reaksiyon olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, propan döngüsünün bölünmesiyle meydana gelen reaksiyonlarda, yüksek reaktivitesinin bir tezahürü olan aşırı enerji "voltajı" serbest bırakılır.
Anestezik olarak siklopropan
Siklopropan, o zamanlar pahalı olan bu ajanı korumak için kapalı bir karbondioksit absorpsiyon sistemi kullanan Amerikalı anestezi uzmanı Ralph Waters tarafından klinik uygulamaya girmiştir. Siklopropan nispeten güçlü bir anesteziktir, tahriş edici değildir ve minimum alveolar konsantrasyonu %17,5 ve kan/gaz bölme katsayısı 0,55 olan tatlı bir kokusu vardır. Bu, siklopropan ve oksijenin solunmasıyla anestezi indüksiyonunun hızlı olduğu ve rahatsız edici olmadığı anlamına gelir. Bununla birlikte, siklopropan ile uzun süreli anestezi sırasında, hastalar kan basıncında ani bir düşüş yaşayabilir ve bu da kardiyak aritmilere yol açabilir; "siklopropan şoku" olarak bilinen reaksiyon. Bu nedenle yüksek maliyeti ve yanıcılığının yanı sıra günümüzde sadece anestezi indüksiyonunda kullanılmakta ve 1980'lerin ortalarından itibaren klinik kullanım dışı kalmıştır. Siklopropan silindirleri ve akış ölçerleri turuncuya boyanmıştır.
Siklopropan, GABA ve glisin reseptörlerinde inaktiftir ve bunun yerine bir NMDA reseptör antagonisti olarak görev yapar. Ayrıca AMPA reseptörünü ve nikotinik asetilkolin reseptörlerini inhibe eder ve belirli K2P kanallarını aktive eder.
Bir siklopropan molekülünde, tüm karbon atomları aynı düzlemde bulunur.
Döngüdeki bu karbon atomu düzenlemesi ile bağ açıları 60 0'a eşit olmalı ve normal bağ açısından sapmalarının değeri (109 0 28) şöyle olmalıdır: α = (109 0 28 - 60 0) : 2 = 24 0 44. Bu en yoğun döngüsel sistemdir.
Ancak gerçekte siklopropan halkasındaki karbon atomları arasındaki bağ açıları 106 0'dır. Bu, siklopropandaki karbon atomları arasındaki σ-bağlarının, alkanlardaki sp3 hibrit orbitallerinin üst üste gelmesiyle oluşturulan olağan σ-bağlarından farklı olması gerçeğiyle açıklanır.
Siklopropan döngüsünde karbon-karbon bağları oluştuğunda, bağlı karbon atomlarının merkezlerini birleştiren düz çizgi boyunca değil, siklopropan düzleminin dışında yönlendirilen sp3 hibrit orbitallerinin yalnızca kısmi bir örtüşmesi meydana gelir, bu da oluşuma yol açar. bükülmüş yörüngelerin veya sözde muz veya τ- (Yunanca "tau") bağları.
Siklopropanda muz (veya τ-) bağlarının oluşumu, iki elektron bulutunun eksenleri arasındaki açı 60 0'dan 106 0'a yükseldiğinden ve τ-bağlarının kendileri bir değer kazandığından, döngüdeki açısal streste bir azalmaya yol açar. kısmen doymamış karakterdedir ve kuvvette σ- ve π-bağları arasında bir ara konum işgal eder.
Bu, siklopropanın ekleme reaksiyonlarına eğilimini açıklar. Hidrojen atomlarının artan proton hareketliliği, siklopropan molekülündeki karbon atomlarının kısmi doymamış doğasına da tanıklık eder.
Siklobütan ve siklopentanın yapısı
Siklobütanda ve özellikle siklopentanda, karbon atomlarının bağ açılarının normal bağ açısından (109 0 28) sapması ile ilişkili açısal (açısal) stres çok daha düşüktür.
Dört ve beş üyeli halkaların tüm karbon atomları aynı düzlemde yer aldığında, bağ açılarının sapması sırasıyla:
Siklobütan için - (109 0 28 - 90 0): 2 = 9 0 44
Siklopentan için - (109 0 28 - 108 0): 2 = 0 0 44
Bununla birlikte, gerçekte, siklobütan ve siklopentan molekülleri düzlemsel değildir, çünkü düzlemsel yapılarda tüm hidrojen atomları, burulma stresinin ortaya çıkmasına ve moleküllerin stabilitesinde bir azalmaya yol açan bir tutulma durumundadır.
Burulma stresini azaltmak için, siklobütan ve siklopentan molekülleri, hidrojen atomları arasındaki itici kuvvetler nedeniyle, siklobütandaki karbon atomlarından birinin veya siklopentandaki iki karbon atomunun sürekli olarak döngü düzlemini terk ettiği düzlemsel olmayan konformasyonları benimser.
Bu nedenle, siklobütan ve siklopentan halkaları, bir konformasyonun diğerine hızlı bir dönüşümünün olduğu sürekli dalga benzeri hareket halindedir:
Siklobütan için:
siklopentan için:
“Koltuk” konformasyonunda, 6 hidrojen atomu halkanın ortalama düzlemine diktir ve eksenel (a-) olarak adlandırılır ve diğer 6 hidrojen atomu bu koşullu düzleme yakındır ve ekvator (e-) olarak adlandırılır. Hidrojenlerden biri bir alkil veya bazı fonksiyonel grup ile değiştirilirse, ekvator veya eksen konumunda olabilir. Oda sıcaklığında, iki izomer değil, tek bir sikloheksan vardır. Bunun nedeni, döngünün hızlı tersine çevrilmesidir, bunun sonucunda eksenden gelen metil grubu ekvatoral hale gelir.
Pirinç. 16.3. Metilsikloheksan inversiyonu
Bayer'e göre, siklopentanın neredeyse hiç açısal gerilimi yoktur. Bununla birlikte, düzlemsel bir biçimde bile mevcut değildir, çünkü düz bir molekülde, tüm hidrojen atomları, gözle görülür bir burulma gerilimine yol açacak bir gölgeli konformasyonda olacaktır. Enerjik olarak daha elverişli olan, 4 karbon atomunun aynı düzlemde olduğu ve beşincisinin ondan çıktığı "zarf" olarak adlandırılan bir siklopentanın varlığıdır.
Pirinç. 16.4. Siklopentanın konformasyonel değişiklikleri
Siklobütan da düzlemsel değildir, kenarlardan biri boyunca birbirine bağlanan ve farklı düzlemlerde bulunan iki eşkenar üçgenden oluşur. İki karbon atomunun düzlemden çıkmasının nedeni, enerjik olarak elverişsiz olan, metilen gruplarının hala aynı gölgeli konformasyonundadır.
Pirinç. 16.5. Siklobütandaki konformasyonel değişiklikler
Siklopropanda karbon atomları farklı düzlemlerde olamaz (üç noktanın yeri bir düzlemdir). Molekül düzenli bir üçgen olarak temsil edilebilir. Ancak deneysel veriler, siklopropanın CC bağları arasındaki açı 102°ymiş gibi davrandığını göstermektedir. İç açıları 60 o olmayan düzgün bir üçgen hayal etmek imkansızdır.
Siklopropan molekülündeki atomik hibritleştirilmiş orbitallerin örtüşmesi Şekil 2'de gösterilmiştir. 16.6. Görüldüğü gibi bağ, atomların merkezlerini birleştiren hat boyunca oluşmaz. Bu tür bağlantılara "muz" veya kavisli denir. Özelliklerine göre s- ve p-bağları arasında bir ara pozisyonda bulunurlar. Bu gerçek, siklopropanın kısmi doymamışlığını açıklar.
Pirinç. 16.6. Siklopropan molekülünde örtüşen atomik orbitaller
Sonuç olarak, siklobütan ve siklopentan moleküllerinde, komşu karbon atomlarındaki hidrojen atomlarının “gizliliği” azalır, bu da küçük bir açısal (açısal) stresin ortaya çıkması nedeniyle burulma stresinde bir azalmaya yol açar.
Yükleniyor...