ЦИКЛОАЛКИНЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИМЕНЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

В циклоалкиных являются органическими соединениями , содержащих одну или несколько тройных связей , и циклический блок. Их конденсированные молекулярные формулы подчиняются формуле C _n H _2n-4 . Таким образом, если n равно 3, то формула указанного циклоалкина будет C ₃ H ₂ .

На изображении ниже показан ряд геометрических фигур, но на самом деле они представляют собой примеры циклоалкинов. Каждый из них можно рассматривать как более окисленную версию соответствующих циклоалканов (без двойных или тройных связей). Когда в них отсутствует гетероатом (O, N, S, F и т. Д.), Они представляют собой только «простые» углеводороды.

Собственный источник.

Химический состав циклоалкинов очень сложен, а механизмы их реакций еще сложнее. Они представляют собой отправную точку для синтеза многих органических соединений, которые, в свою очередь, могут быть применены.

Вообще говоря, они очень реакционноспособны, если они не «искажены» или не образуют комплексы с переходными металлами. Кроме того, их тройные связи могут быть сопряжены с двойными связями, создавая циклические звенья внутри молекул.

Если это не так, в своих простейших структурах они способны присоединять небольшие молекулы к своим тройным связям.

Характеристики циклоалкинов

Аполярность и тройная связь

Циклоалкины характеризуются неполярными молекулами и, следовательно, гидрофобными. Это может измениться, если в их структурах есть какой-либо гетероатом или функциональная группа, которая придает им значительный дипольный момент; как происходит в гетероциклах с тройными связями.

Но что такое тройная связь? Это не более трех одновременных взаимодействий между двумя sp-гибридизированными атомами углерода. Одна связь простая (σ), а две другие π, перпендикулярные друг другу. Оба атома углерода имеют свободную sp-орбиталь для связи с другими атомами (RC≡CR).

Эти гибридные орбитали имеют характер 50% s и характер 50% p. Поскольку s-орбитали более проницаемы, чем p, этот факт делает два атома углерода тройной связи более кислотными (акцепторы электронов), чем атомы углерода алканов или алкенов.

По этой причине тройная связь (≡) представляет собой особую точку, которую электронодонорные частицы добавляют к ней, образуя одинарные связи.

Это приводит к разрыву одной из π-связей, превращаясь в двойную связь (C = C). Добавление продолжается до тех пор, пока не будет получен R ₄ C-CR ₄ , то есть полностью насыщенный углерод.

Вышесказанное также можно объяснить таким образом: тройная связь является двойной ненасыщенностью.

Межмолекулярные силы

Молекулы циклоалкинов взаимодействуют посредством сил рассеяния или сил Лондона, а также посредством взаимодействий π-π типа. Эти взаимодействия слабые, но по мере увеличения размера циклов (например, последних трех в правой части изображения) им удается образовывать твердые тела при комнатной температуре и давлении.

Угловое напряжение

Связи в тройной связи расположены в одной плоскости и на одной линии. Следовательно, -C≡C- имеет линейную геометрию с sp-орбиталями на расстоянии около 180º друг от друга.

Это серьезно влияет на стереохимическую стабильность циклоалкинов. Чтобы "согнуть" sp-орбитали, требуется много энергии, поскольку они не гибкие.

Чем меньше циклоалкин, тем больше sp-орбитали должны изгибаться, чтобы обеспечить его физическое существование. Анализируя изображение, можно заметить слева направо, что в треугольнике угол связей к сторонам тройной связи очень выражен; в то время как в десятиугольнике они менее резкие.

Чем больше циклоалкин, тем ближе угол связи sp-орбиталей к идеальным 180 °. Противоположное происходит, когда они меньше, заставляя их изгибаться и создавая в них угловое напряжение, дестабилизируя циклоалкин.

Таким образом, более крупные циклоалкины имеют меньшее угловое напряжение, что делает возможным их синтез и хранение. При этом треугольник - самый нестабильный циклоалкин, а декагон - самый стабильный из всех.

Фактически, циклооктино (восьмиугольник) - самый маленький и самый стабильный известный размер; другие существуют только как мгновенные посредники в химических реакциях.

Номенклатура

Для наименования циклоалкинов должны применяться те же стандарты ИЮПАК, что и для циклоалканов и циклоалкенов. Единственная разница заключается в суффиксе -ico в конце названия органического соединения.

Основная цепь имеет тройную связь, и ее нумерация начинается с конца, ближайшего к ней. Если у вас, например, циклопропан, тройная связь будет называться циклопропино (треугольник на изображении). Если у вас есть метильная группа, присоединенная к верхней вершине, то это будет 2-метилциклопропино.

У атомов углерода RC≡CR уже есть четыре связи, поэтому в нем отсутствуют водороды (как в случае со всеми циклоалкинами на изображении). Это не происходит только в том случае, если тройная связь находится в концевом положении, то есть в конце цепи (RC≡CH).

Приложения

Циклоалкины - не очень распространенные соединения, поэтому их применение тоже не так. Они могут служить связующими (координирующими группами) переходными металлами, тем самым создавая бесконечное количество металлоорганических соединений, которые можно использовать для очень строгих и специальных целей.

Обычно они являются растворителями в их наиболее насыщенных и стабильных формах. Когда они состоят из гетероциклов, помимо наличия внутренних циклических звеньев CCC = CC≡C, они находят интересные и многообещающие применения в качестве противораковых препаратов; Таков случай динемицина A. Из него были синтезированы другие соединения, имеющие структурные аналогии.

Примеры

На изображении показаны семь простых циклоалкинов, в которых практически нет одной тройной связи. Слева направо с соответствующими названиями: циклопропино, треугольник; циклобутино, квадрат; циклопентин, пятиугольник; циклогексин, шестиугольник; циклогептин, семиугольник; циклооктино, восьмиугольник; и циклодецино, десятиугольник.

На основе этих структур и замещением атомов водорода насыщенных углеродов можно получить другие соединения, производные от них. Они также могут подвергаться окислительным условиям для образования двойных связей на других сторонах циклов.

Эти геометрические единицы могут быть частью более крупной структуры, увеличивая шансы на функционализацию всего набора. Доступно не так много примеров циклоалкинов, по крайней мере, если не углубляться в глубокие области органического синтеза и фармакологии.

Ссылки

1. Фрэнсис А. Кэри. Органическая химия. (Шестое изд., Стр. 372, 375). Мак Гроу Хилл.
2. Wikipedia. (2018). Cycloalkyne. Взято с: en.wikipedia.org
3. Уильям Ройш. (5 мая 2013 г.). Название органических соединений. Взято с: 2.chemistry.msu.edu
4. Неорганическая химия. Cycloalkines. Взято с: fullquimica.com
5. Патриция Диана и Джироламо Чирринчионе. (2015). Биосинтез гетероциклов от изоляции до генного кластера. Wiley, стр.181.
6. Интересная органическая химия и натуральные продукты. (2015, 17 апреля). Циклоалкины. Взято с: quintus.mickel.ch