CYKLOALKINY: CHARAKTERYSTYKA, ZASTOSOWANIA, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

W cykloalkiny są związki organiczne zawierające jedną lub więcej wiązań potrójnych oraz jednostkę cykliczne. Ich skondensowane wzory cząsteczkowe są zgodne ze wzorem C _n H _2n-4 . Zatem, jeśli n jest równe 3, wówczas wzór wspomnianej cykloalkiny będzie wyglądał tak, jak C ₃ H ₂ .

Na poniższym obrazku zilustrowano szereg figur geometrycznych, ale w rzeczywistości składają się one z przykładów cykloalkin. Każdy z nich można uznać za bardziej utlenioną wersję odpowiednich cykloalkanów (bez podwójnych lub potrójnych wiązań). Gdy brakuje im heteroatomu (O, N, S, F itp.), Są tylko „prostymi” węglowodorami.

Źródło własne.

Chemia wokół cykloalkin jest bardzo złożona, a mechanizmy ich reakcji są jeszcze bardziej złożone. Stanowią punkt wyjścia do syntezy wielu związków organicznych, które z kolei podlegają możliwym zastosowaniom.

Ogólnie rzecz biorąc, są bardzo reaktywne, chyba że są „zniekształcone” lub skompleksowane z metalami przejściowymi. Ponadto ich potrójne wiązania mogą być sprzężone z podwójnymi wiązaniami, tworząc cykliczne jednostki w cząsteczkach.

Jeśli tak nie jest, w swoich najprostszych strukturach są one zdolne do dodawania małych cząsteczek do swoich potrójnych wiązań.

Charakterystyka cykloalkin

Apolarność i potrójne wiązanie

Cykloalkiny charakteryzują się tym, że są cząsteczkami apolarnymi, a zatem hydrofobowymi. Może się to zmienić, jeśli w swoich strukturach mają jakiś heteroatom lub grupę funkcyjną, która daje im znaczny moment dipolowy; jak ma to miejsce w przypadku heterocykli z wiązaniami potrójnymi.

Ale co to jest potrójna więź? Są to nie więcej niż trzy równoczesne interakcje między dwoma sp zhybrydyzowanymi atomami węgla. Jedno wiązanie jest proste (σ), a dwa pozostałe π, prostopadłe do siebie. Oba atomy węgla mają wolny orbital sp, który może wiązać się z innymi atomami (RC≡CR).

Te orbitale hybrydowe mają charakter 50% s i charakter 50% p. Ponieważ orbitale s są bardziej penetrujące niż orbitale p, fakt ten sprawia, że ​​dwa atomy węgla w wiązaniu potrójnym są bardziej kwaśne (akceptory elektronów) niż węgle alkanów lub alkenów.

Z tego powodu wiązanie potrójne (≡) reprezentuje specyficzny punkt, w którym cząstki donorów elektronów mogą się do niego przyłączać, tworząc wiązania pojedyncze.

Powoduje to zerwanie jednego z wiązań π, stając się wiązaniem podwójnym (C = C). Dodawanie kontynuuje się aż do uzyskania R ₄ C-CR ₄ , to znaczy w pełni nasyconych węgli.

Powyższe można również wyjaśnić w ten sposób: potrójne wiązanie jest podwójnym nienasyceniem.

Siły międzycząsteczkowe

Cząsteczki cykloalkiny oddziałują poprzez siły rozpraszania lub siły Londynu oraz przez interakcje typu π-π. Te interakcje są słabe, ale wraz ze wzrostem rozmiaru cykli (podobnie jak ostatnie trzy po prawej stronie obrazu) udaje im się tworzyć ciała stałe w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem.

Naprężenie kątowe

Wiązania w wiązaniu potrójnym znajdują się na tej samej płaszczyźnie i linii. Stąd -C≡C- ma geometrię liniową, z orbitali sp oddalonych o około 180º.

Ma to poważny wpływ na stereochemiczną stabilność cykloalkin. „Zginanie” orbitali sp wymaga dużo energii, ponieważ nie są one elastyczne.

Im mniejsza cykloalkina, tym bardziej orbitale sp muszą się zginać, aby umożliwić jej fizyczne istnienie. Analizując obraz, można zauważyć od lewej do prawej, że w trójkącie kąt wiązań z bokami wiązania potrójnego jest bardzo wyraźny; podczas gdy w dziesięciokącie są mniej gwałtowne.

Im większa cykloalkina, tym bliżej kąta wiązania orbitali sp zbliża się do idealnego 180º. Odwrotna sytuacja zachodzi, gdy są mniejsze, zmuszając je do zginania i tworząc w nich napięcie kątowe, destabilizując cykloalkinę.

Tym samym większe cykloalkiny mają mniejsze naprężenia kątowe, co umożliwia ich syntezę i magazynowanie. Dzięki temu trójkąt jest najbardziej niestabilną cykloalkiną, a dziesięciokąt najbardziej stabilnym z nich wszystkich.

W rzeczywistości cyklooktyno (ośmiokąt) jest najmniejszym i najbardziej stabilnym znanym rozmiarem; inne istnieją tylko jako chwilowi ​​pośrednicy w reakcjach chemicznych.

Nomenklatura

Do nazywania cykloalkin należy zastosować te same standardy IUPAC, jak dla cykloalkanów i cykloalkenów. Jedyna różnica polega na końcówce -ico na końcu nazwy związku organicznego.

Główny łańcuch to taki, który ma potrójne wiązanie i zaczyna być numerowany od najbliższego końca. Jeśli masz na przykład cyklopropan, to potrójne wiązanie będzie nazywane cyklopropino (trójkąt na obrazku). Jeśli masz grupę metylową dołączoną do górnego wierzchołka, będzie to: 2-metylocyklopropino.

Węgle RC≡CR mają już cztery wiązania, więc brakuje mu wodorów (tak jak w przypadku wszystkich cykloalkin na obrazie). Nie dzieje się tak tylko wtedy, gdy wiązanie potrójne znajduje się w pozycji końcowej, to znaczy na końcu łańcucha (RC≡CH).

Aplikacje

Cykloalkiny nie są związkami bardzo popularnymi, więc nie są też ich zastosowania. Mogą służyć jako spoiwa (grupy koordynujące) z metalami przejściowymi, tworząc w ten sposób nieskończoną liczbę związków metaloorganicznych, które można wykorzystać do bardzo rygorystycznych i specyficznych zastosowań.

Na ogół są to rozpuszczalniki w najbardziej nasyconej i stabilnej postaci. Gdy składają się z heterocykli, oprócz posiadania wewnętrznych jednostek cyklicznych C≡CC = CC≡C, znajdują interesujące i obiecujące zastosowania jako leki przeciwnowotworowe; tak jest w przypadku dinemycyny A. Zsyntetyzowano z niej inne związki o analogiach strukturalnych.

Przykłady

Obraz przedstawia siedem prostych cykloalkin, w których nie ma prawie jednego potrójnego wiązania. Od lewej do prawej, wraz z ich nazwami są: cyclopropino, trójkąt; cyclobutino, plac; cyklopentyna, pięciokąt; cykloheksyna, sześciokąt; cykloheptyna, heptagon; cyclooctino, ośmiokąt; i cyclodecino, dekagon.

W oparciu o te struktury i podstawienie atomów wodoru w węglach nasyconych można otrzymać inne pochodne z nich związki. Mogą być również poddawane warunkom utleniania w celu wytworzenia podwójnych wiązań po innych stronach cykli.

Te jednostki geometryczne mogą być częścią większej struktury, zwiększając szanse na funkcjonalizację całego zbioru. Dostępnych jest niewiele przykładów cykloalkinów, przynajmniej nie bez zagłębienia się w głębokie sfery syntezy organicznej i farmakologii.

Bibliografia

1. Francis A. Carey. Chemia organiczna. (Wydanie szóste, str. 372, 375). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Cykloalkin. Zaczerpnięte z: en.wikipedia.org
3. William Reusch. (5 maja 2013). Nazewnictwo związków organicznych. Zaczerpnięte z: 2.chemistry.msu.edu
4. Chemia nieorganiczna. Cykloalkiny. Zaczerpnięte z: fullquimica.com
5. Patrizia Diana i Girolamo Cirrincione. (2015). Biosynteza heterocykli od izolacji do klastra genów. Wiley, strona 181.
6. Ciekawa chemia organiczna i produkty naturalne. (17 kwietnia 2015). Cykloalkiny. Zaczerpnięte z: quintus.mickel.ch