Cicloalcani
Cicloalcanii (sau nafteni [1] ) sunt compuși organici monociclici saturați (adică nu conțin legături duble sau triple între atomii de carbon ) constând doar din atomi de carbon și hidrogen (și, prin urmare, aparținând clasei mai largi de hidrocarburi ). [2] De asemenea, aparțin clasei de compuși aliciclici (care include, de asemenea, cicloalceni și cicloalchini ).
Cicloalcanii au formula brută C n H 2n .
Exemple de cicloalcani sunt ciclobutan și ciclohexan .
Similar cu alcanii , ei diferă de aceștia din urmă prin faptul că, în structura lor, atomii de carbon sunt uniți pentru a forma un inel închis.
Deși acest inel este reprezentat pentru comoditate cu un poligon regulat, cicloalcanii nu au o structură plană (cu excepția ciclopropanului). Unghiul de legătură de 109,5 °, tipic pentru atomii de carbon cu hibridizare sp 3 , face ca inelul să fie îndoit.
Când numărul atomilor de carbon din inel este 3 (ciclopropan) sau 4 (ciclobutan), atomii de carbon sunt obligați să formeze legături cu unghiuri foarte mici, respectiv 60 ° și 88 °, cu mult sub valoarea de 109,5 ° tipică structură tetraedrică. Această forțare produce o tensiune (numită tensiune inelară ) care face molecula mai puțin stabilă. Un exemplu extrem de moleculă în tensiune este cel al cubanezului .
Nomenclatura IUPAC
- Numele ciclocanului părinte este folosit ca rădăcină, astfel încât cicloalcanii vor fi denumiți ca cicloalcani substituiți și nu ca substituenți cicloalcani . Acest lucru se întâmplă cu excepția unor cazuri în care există un lanț de carbon care conține mai mulți atomi de carbon decât inelul în sine (de exemplu, 1-ciclopropilbutan)
- se începe să se numere dintr-un carbon substituit asigurându-se că suma numerelor tuturor substituenților este cât mai mică posibil. Dacă există mai multe grupuri diferite, acesta este sortat în ordine alfabetică și substituenții non-alchil (de exemplu halogeni) sunt tratați ca grupări alchil.
Formulele utilizate în acest exemplu sunt formule structurale simplificate. Fiecare vârf reprezintă un atom de carbon și atomii de hidrogen legați direct de aceștia nu sunt evidențiați - cu excepția atomilor grupurilor legate de cicluri, dorit în acest caz de autor să evidențieze criteriile de atribuire a numelor.
ciclohexan metil ciclopentan 1,2-dietil ciclohexan
Izomerism în cicloalcani
În cicloalcani, având în vedere structura lor tridimensională neliniară specială, nu există nicio posibilitate de a avea o rotație liberă a legăturilor ca de exemplu în n- alcani. În ciuda acestei rigidități mai mari, cicloalcanii pot manifesta fenomene de izomerism și acest lucru este dat de poziția substituenților lor față de planul orizontal. Substituenții pot apărea de fapt pe aceeași față și, prin urmare, vor fi în cis (a) sau pot apărea pe fețe opuse și, prin urmare, vor fi în trans (b). Spre deosebire de izomerii structurali, substituenții sunt legați în aceeași ordine, dar au un aranjament tridimensional diferit. Compușii cu aceste proprietăți se numesc stereoizomeri .
Surse industriale
Reacțiile efectuate pe o scară mai mare sunt adăugarea de hidrogen la benzen și la alți compuși aromatici substituiți pentru a le converti în ciclohexanii corespunzători. Având în vedere stabilitatea inelelor aromatice, reacția necesită un catalizator și condiții de lucru destul de drastice. În general, catalizatorul este nichel , hidrogenul este menținut la presiuni de cel puțin 15 atmosfere și temperatura de reacție la cel puțin 150 ° C.
Pregătiri pentru sinteză
Ciclopropanii se pregătesc pentru
- adăugarea de carben la alchene
R-CH = CH-R '+ CH 2 N 2 → R-CH --- CH-R'
\ /
CH 2
- carbena este o particulă instabilă care poate exista sub două forme, dintre care una este radicalul bi . CH 2 . care, cu cei doi electroni nepereche, este capabil să se insereze în legătura dublă a unei alchene transformându-l într-un ciclopropan.
- Carbena este de obicei generată in situ prin descompunerea diazometanului , CH 2 N 2 , activat de lumină.
- În mod similar, tratamentul unei alchene cu cloroform și hidrat de sodiu duce la conversia alchenei în 1,1-diclorociclopropan corespunzător după inserarea pe legătura dublă a diclorocarbenei . CCl 2 . generat de acțiunea hidratului de sodiu asupra cloroformului .
- ciclizarea halogenurilor de 1,3-di alchil prin reacția cu metale, în general zinc
CH 2 --- CH 2
Cl-CH 2 -CH 2 -CH 2 -Cl + Zn → \ /
CH 2
Cicloalcani superiori și sisteme policiclice pot fi preparate recurgând la reacții electrociclice ; printre acestea, cea mai frecventă este reacția Diels-Alder între o dienă și o alchenă substituită cu grupuri care atrag electronii (numite dienofile ). Reacția produce un ciclu alchenic care ulterior este hidrogenat (vezi alchenele ) la cicloalcan.
Reacții tipice
Cicloalcanii au o reactivitate aproape identică cu cea a alcanilor . La fel ca acestea, acestea sunt inflamabile și suferă cu ușurință reacții de substituție radicală catalizate de lumină sau căldură.
Datorită tensiunii inelului, ciclopropanul reacționează cu hidrogenul prin deschiderea inelului, transformându-se în propan:
CH 2 --- CH 2 \ / + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3 CH 2
sau cu acizi halogenhidri prin deschiderea inelului, transformându-se în propanii halogenați corespunzători:
CH 2 --- CH 2 \ / + HX → CH 3 -CH 2 -CH 2 -X CH 2
Notă
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe cicloalcani
linkuri externe
- Cicloalcani / Cicloalcani (altă versiune) , pe Sapienza.it , De Agostini .
- ( EN ) Cicloalcani , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | Tezaur BNCF 37223 · LCCN (EN) sh85035091 · GND (DE) 4148484-8 · BNF (FR) cb121074472 (data) |
|---|
