ЦИКЛОАЛКИНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

На циклоалкини са органични съединения, съдържащи една или повече тройни връзки и цикличен единица. Техните кондензирани молекулните формули подчиняват формула С _п Н _2n-4. Така, ако п е равно на 3, тогава формулата на споменатия cycloalkine ще бъде С ₃ Н ₂.

Поредица от геометрични фигури е илюстрирана на изображението по-долу, но всъщност те се състоят от примери за циклоалкини. Всеки от тях може да се разглежда като по-окислена версия на съответните циклоалкани (без двойни или тройни връзки). Когато им липсва хетероатом (O, N, S, F и т.н.), те са само "прости" въглеводороди.

Собствен източник.

Химията около циклоалкините е много сложна, а механизмите зад техните реакции са още по-сложни. Те представляват отправна точка за синтеза на много органични съединения, които от своя страна са предмет на възможно приложение.

Най-общо казано, те са много реактивни, освен ако не са „изкривени“ или сложни с преходни метали. Също така, техните тройни връзки могат да бъдат конюгирани с двойни връзки, създавайки циклични единици в молекулите.

Ако това не е така, в най-простите си структури те са способни да добавят малки молекули към тройните си връзки.

Характеристики на циклоалкините

Аполарност и тройната връзка

Циклоалкините се характеризират с това, че са неполярни молекули и следователно хидрофобни. Това може да се промени, ако в структурите си имат някакъв хетероатом или функционална група, което им дава значителен диполски момент; както се случва в тройно свързани хетероцикли.

Но какво е тройна връзка? Те са не повече от три едновременни взаимодействия между два хибридизирани въглеродни атома sp. Едната връзка е проста (σ), а другите две π, перпендикулярни една на друга. И двата въглеродни атома имат свободна sp орбитала, за да се свързват с други атоми (RC≡CR).

Тези хибридни орбитали имат 50% s характер и 50% p характер. Тъй като s орбиталите са по-проникващи от p, този факт прави двата въглерода от тройната връзка по-киселинни (акцептори на електрон) от въглеродните алкани или алкени.

Поради тази причина тройната връзка (≡) представлява специфична точка, за която видовете донори на електрон могат да се добавят към нея, образувайки единични връзки.

Това води до скъсване на една от π връзките, превръщайки се в двойна връзка (C = C). Прибавянето продължава до R ₄ С-CR ₄ се получава, че е напълно наситени въглеродни атоми.

Горното може да се обясни и по този начин: тройната връзка е двойно ненасищане.

Междумолекулни сили

Циклоалкиновите молекули взаимодействат чрез силите на разсейване или силите на Лондон и чрез взаимодействия от типа π-π. Тези взаимодействия са слаби, но тъй като размерът на циклите се увеличава (като последните три от дясната страна на изображението), те успяват да образуват твърди вещества при стайна температура и налягане.

Ъглов стрес

Връзките в тройната връзка са разположени на една и съща равнина и линия. Следователно, -C≡C- има линейна геометрия, с орбиталите на sp около 180º.

Това има сериозно отражение върху стереохимичната стабилност на циклоалкините. Необходимо е много енергия, за да „огънете“ sp орбиталите, тъй като те не са гъвкави.

Колкото по-малък е циклоалкинът, толкова повече орбиталите на sp трябва да се огъват, за да позволят физическото му съществуване. Анализирайки изображението, може да се забележи, отляво надясно, че в триъгълника ъгълът на връзките към страните на тройната връзка е много изразен; докато в декагона те са по-малко резки.

Колкото по-голям е циклоалкинът, толкова по-близо ъгълът на свързване на sp орбиталите се приближава до идеалните 180º. Обратното се случва, когато те са по-малки, принуждавайки ги да се огъват и създават ъглово напрежение в тях, дестабилизирайки циклоалкина.

По този начин по-големите циклоалкини имат по-ниско ъглово напрежение, което дава възможност за тяхното синтезиране и съхранение. С това триъгълникът е най-нестабилният циклоалкин, а декагонът - най-стабилният от всички тях.

Всъщност циклооктино (този на осмоъгълника) е най-малкият и най-стабилен известен размер; другите съществуват само като моментни посредници при химически реакции.

номенклатура

За именуване на циклоалкини трябва да се прилагат същите IUPAC стандарти като за циклоалканите и циклоалкените. Единствената разлика се крие в наставката -ico в края на името на органичното съединение.

Основната верига е тази, която има тройната връзка и започва да се номерира от края, най-близо до нея. Ако имате например циклопропан, тогава наличието на тройна връзка ще се нарича cyclopropino (триъгълникът на изображението). Ако имате метилова група, прикрепена към горния връх, тогава тя ще бъде: 2-метилциклопропино.

Въглеродните атоми на RC haveCR вече имат своите четири връзки, така че му липсват хидрогени (както е при всички циклоалкини в изображението). Това не се случва само ако тройната връзка е в крайно положение, тоест в края на верига (RC≡CH).

Приложения

Циклоалкините не са много често срещани съединения, така че нито приложението им. Те могат да служат като свързващи вещества (групи, които координират) към преходните метали, като по този начин създават безкрайност от органични метални съединения, които могат да бъдат използвани за много строги и специфични приложения.

Обикновено те са разтворители в най-наситените и стабилни форми. Когато те се състоят от хетероцикли, в допълнение към това, че имат вътрешни CCC = CC≡C циклични единици, те намират интересни и перспективни приложения като противоракови лекарства; такъв е случаят с Динемицин А. От него са синтезирани други съединения със структурни аналогии.

Примери

Изображението показва седем прости циклоалкина, в които едва ли има една тройна връзка. Отляво надясно със съответните им имена има: циклопропино, триъгълникът; циклобутино, площадът; циклопентин, петоъгълникът; циклохексин, шестоъгълникът; циклохептин, хептагон; циклооктино, осмоъгълникът; и циклодецино, декагона.

Въз основа на тези структури и заместване на водородните атоми на наситените въглероди могат да се получат други съединения, получени от тях. Те също могат да бъдат подложени на окислителни условия за генериране на двойни връзки от други страни на цикли.

Тези геометрични единици могат да бъдат част от по-голяма структура, увеличавайки шансовете за функционализиране на целия набор. Не са налични много примери за циклоалкини, поне не без да се задълбаваме в дълбоките сфери на органичния синтез и фармакологията.

Препратки

1. Франсис А. Кери. Органична химия. (Шесто издание, стр. 372, 375). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Cycloalkyne. Взета от: en.wikipedia.org
3. Уилям Реш. (5 май 2013 г.). Наименуване на органични съединения. Взета от: 2.chemistry.msu.edu
4. Неорганична химия. Cycloalkines. Взета от: fullquimica.com
5. Patrizia Diana & Girolamo Cirrincione. (2015). Биосинтез на хетероцикли от изолация до ген клъстер. Уили, стр. 181.
6. Интересна органична химия и природни продукти. (2015 г., 17 април). Циклоалкини. Взета от: quintus.mickel.ch