Cycloalken-Eigenschaften, Nomenklatur, Anwendungen, Beispiele

Die Cycloalkine sie sind organische Verbindungen, die eine oder mehrere Dreifachbindungen und eine cyclische Einheit aufweisen. Seine kondensierten Molekülformeln folgen der Formel C_nH_2n-4. Wenn also n gleich 3 ist, wird die Formel des Cycloalkins C sein₃H₂.

Im unteren Bild ist eine Reihe von geometrischen Figuren dargestellt, aber in Wirklichkeit bestehen sie aus Beispielen von Cycloalkinen. Jede von ihnen kann als eine stärker oxidierte Version der jeweiligen Cycloalkane (ohne Doppel- oder Dreifachbindungen) betrachtet werden. Wenn ihnen ein Heteroatom fehlt (O, N, S, F usw.), sind sie nur "einfache" Kohlenwasserstoffe.

Die Chemie um Cycloalkine ist sehr komplex, und noch mehr sind die Mechanismen hinter ihren Reaktionen. Sie stellen einen Ausgangspunkt für die Synthese vieler organischer Verbindungen dar, die wiederum möglichen Anwendungen unterliegen.

Im Allgemeinen sind sie sehr reaktiv, es sei denn, sie "verzerren" oder bilden Komplexe mit Übergangsmetallen. Ebenso können seine Dreifachbindungen mit Doppelbindungen konjugiert werden, wodurch innerhalb der Moleküle zyklische Einheiten entstehen.

Wenn nicht, können sie in ihren einfachsten Strukturen kleine Moleküle zu ihren Dreifachbindungen hinzufügen.

Index

• 1 Eigenschaften von Cycloalkinen
  • 1.1 Apolarität und die Dreifachbindung
  • 1.2 Intermolekulare Kräfte
  • 1.3 Winkelspannung
• 2 Nomenklatur
• 3 Anwendungen
• 4 Beispiele
• 5 Referenzen

Eigenschaften von Cycloalkinen

Apolarität und die Dreifachbindung

Cycloalkine sind dadurch gekennzeichnet, dass sie apolare Moleküle und daher hydrophob sind. Dies kann sich ändern, wenn sie in ihren Strukturen ein Heteroatom oder eine funktionelle Gruppe haben, die ein beträchtliches Dipolmoment verleihen; wie es in Heterocyclen mit Dreifachbindungen passiert.

Aber was ist eine Dreifachverbindung? Sie sind nur drei gleichzeitige Wechselwirkungen zwischen zwei Kohlenstoffatomen mit sp-Hybridisierung. Eine Verbindung ist einfach (σ) und die anderen beiden π senkrecht zueinander. Beide Kohlenstoffatome haben ein freies sp-Orbital, um an andere Atome zu binden (R-C = C-R).

Diese Hybridorbitale haben 50% Charakter und 50% Charakter p. Da die Orbitale eindringender sind als die Orbitale, macht diese Tatsache die zwei Kohlenstoffe der Dreifachbindung saurer (Elektronenakzeptoren) als die Kohlenstoffe der Alkane oder Alkene.

Aus diesem Grund stellt die Dreifachbindung (≡) einen spezifischen Punkt für elektronenspendende Spezies dar, die hinzugefügt werden, um einfache Bindungen zu bilden.

Dies führt zum Bruch einer der Bindungen π und wird zur Doppelbindung (C = C). Die Addition wird fortgesetzt, bis R erhalten wird₄C-CR₄das sind vollständig gesättigte Kohlenstoffe.

Das Obige kann auch auf diese Weise erklärt werden: Die Dreifachbindung ist eine doppelte Ungesättigtheit.

Intermolekulare Kräfte

Cycloalkinmoleküle interagieren durch Dispersionskräfte oder London-Kräfte und durch Wechselwirkungen des π-π-Typs. Diese Wechselwirkungen sind schwach, aber wenn die Größe der Zyklen zunimmt (wie die letzten drei auf der rechten Seite des Bildes), gelingt es ihnen, Feststoffe bei Raumtemperatur und Druck zu bilden.

Winkelspannung

Die Verbindungen in der Dreifachverbindung befinden sich auf der gleichen Ebene und einer Linie. Daher hat -C≡C- eine lineare Geometrie mit sp-Orbitalen, die ungefähr 180º voneinander entfernt sind.

Dies hat schwerwiegende Auswirkungen auf die stereochemische Stabilität der Cycloalkine. Es braucht viel Energie, um die sp-Orbitale zu "biegen", da sie nicht flexibel sind.

Je kleiner das Cycloalkin ist, desto mehr müssen die sp-Orbitale gebogen werden, um ihre physikalische Existenz zu ermöglichen. Wenn man das Bild analysiert, kann man von links nach rechts feststellen, dass im Dreieck der Winkel der Verbindungen zu den Seiten der Dreifachbindung sehr ausgeprägt ist; während sie im Zehneck weniger abrupt sind.

Da das Cycloalkin größer ist, ist der Winkel der Verbindungen der sp-Orbitale zu den idealen 180º enger. Das Gegenteil tritt auf, wenn sie kleiner sind und sie zwingen, sich zu biegen und ein neues zu erzeugen Winkelspannung in ihnen, Destabilisierung des Cycloalkins.

So haben die größeren Cycloalkine eine geringere Winkelspannung, was ihre Synthese und Lagerung ermöglicht. Damit ist das Dreieck das instabilste Cycloalkin, und das Decagon ist das stabilste von allen.

Tatsächlich ist das Cyclooctin (das Achteck) der kleinste bekannte Stoff; die anderen existieren nur als vorübergehende Vermittler chemischer Reaktionen.

Nomenklatur

Um Cycloalkine zu nennen, müssen die gleichen Regeln wie für Cycloalkane und Cycloalkene von IUPAC angewendet werden. Der einzige Unterschied liegt in dem Suffix -ico am Ende des Namens der organischen Verbindung.

Die Hauptkette ist eine, die die Dreifachbindung hat, und fängt an, von dem Ende aufzuzählen, das ihr am nächsten ist. Wenn Sie zum Beispiel das Cyclopropan haben, dann wird eine Dreifachbindung Cyclopropin genannt (das Dreieck des Bildes). Wenn eine Methylgruppe am oberen Scheitelpunkt verknüpft ist, wird es sein: 2-Methylcyclopropin.

Die Kohlenstoffatome des R-C≡C-R haben bereits ihre vier Bindungen, es fehlen ihm also Wasserstoffatome (wie bei allen Cycloalkinen im Bild). Dies geschieht nicht nur, wenn die Dreifachbindung in einer terminalen Position ist, dh am Ende einer Kette (R-C = C-H).

Anwendungen

Cycloalkane sind keine sehr gebräuchlichen Verbindungen, so auch ihre Anwendungen. Sie können als Binder (Gruppen, die sich koordinieren) zu den Übergangsmetallen dienen und so eine Unzahl von organometallischen Verbindungen erzeugen, die für sehr strenge und spezifische Anwendungen verwendet werden können.

Sie sind im allgemeinen Lösungsmittel in ihren am meisten gesättigten und stabilen Formen. Wenn sie aus Heterocyclen bestehen, finden sie zusätzlich zu den internen cyclischen Einheiten C = C-C = C-C = C interessante und vielversprechende Anwendungen als Antikrebsmittel; dies ist der Fall von Dinemycin A. Daraus wurden andere Verbindungen mit strukturellen Analogien synthetisiert.

Beispiele

Das Bild zeigt sieben einfache Cycloalkine, in denen kaum eine Dreifachbindung vorliegt. Von links nach rechts, mit ihren jeweiligen Namen sind: Cyclopropino, das Dreieck; Cyclobutin, das Quadrat; Cyclopentin, das Pentagon; Cyclohexan, das Sechseck; Cycloheptin, das Siebeneck; Cyclooctin, das Achteck; und Cyclodecin, das Decagon.

Basierend auf diesen Strukturen und durch Substitution der Wasserstoffatome der gesättigten Kohlenstoffe können andere Verbindungen erhalten werden, die von diesen stammen. Sie können auch oxidativen Bedingungen ausgesetzt sein, um Doppelbindungen auf anderen Seiten der Zyklen zu erzeugen.

Diese geometrischen Einheiten können Teil einer größeren Struktur sein, was die Wahrscheinlichkeiten der Funktionalisierung des Ganzen erhöht. Es gibt nicht viele verfügbare Beispiele für Cycloalkine, zumindest nicht ohne die Tiefen der organischen Synthese und Pharmakologie zu vertiefen.

Referenzen

1. Francis A. Carey. Organische Chemie (Sechste Ausgabe, P 372, 375). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Cycloalkin. Genommen von: en.wikipedia.org
3. William Reusch. (05. Mai 2013). Benennung organischer Verbindungen. Genommen von: 2.chemistry.msu.edu
4. Anorganische Chemie Cycloalkine. Genommen von: fullquimica.com
5. Patrizia Diana & Girolamo Cirrincione. (2015). Biosynthese von Heterocyclen von der Isolation zum Gencluster. Wiley, Seite 181.
6. Interessante organische Chemie und Naturprodukte. (17. April 2015). Cycloalkine. Genommen von: quintus.mickel.ch