ЦИКЛОАЛКІНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЗАСТОСУВАННЯ, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

У ціклоалкіних є органічними сполуками , що містять одну або кілька потрійних зв'язків , і циклічний блок. Їх конденсовані молекулярні формули підкоряються формулі C _n H _2n-4 . Таким чином, якщо n дорівнює 3, то формула зазначеного циклоалкіну буде C ₃ H ₂ .

На зображенні нижче зображено ряд геометричних фігур, але вони насправді складаються із прикладів циклоалкінів. Кожен з них може розглядатися як більш окислена версія відповідних циклоалканів (без подвійних чи потрійних зв’язків). Коли їм не вистачає гетероатома (O, N, S, F тощо), вони є лише "простими" вуглеводнями.

Власне джерело.

Хімія навколо циклоалкінів дуже складна, а механізми їх реакцій ще складніші. Вони являють собою вихідну точку синтезу багатьох органічних сполук, які, в свою чергу, піддаються можливим застосуванням.

Взагалі кажучи, вони дуже реактивні, якщо не «спотворюються» або не ускладнюються перехідними металами. Також їх потрійні зв’язки можуть бути кон'юговані з подвійними зв’язками, створюючи циклічні одиниці всередині молекул.

Якщо це не так, то в своїх найпростіших структурах вони здатні додавати невеликі молекули до своїх потрійних зв’язків.

Характеристика циклоалкінів

Аполярність і потрійний зв’язок

Циклоалкіни характеризуються тим, що є неполярними молекулами, а отже, гідрофобними. Це може змінитися, якщо в їх структурах є якийсь гетероатом або функціональна група, що надає їм значний дипольний момент; як це відбувається в потрійно пов'язаних гетероциклах.

Але що таке потрійна облігація? Вони не більше трьох одночасних взаємодій між двома sp гібридизованими атомами вуглецю. Один зв’язок простий (σ), а інші два π, перпендикулярні один одному. Обидва атоми вуглецю мають вільну орбіталь sp для зв'язку з іншими атомами (RC≡CR).

Ці гібридні орбіталі мають 50% s характер та 50% p характер. Оскільки s орбіталі більш проникні, ніж р, цей факт робить два вуглецю потрійного зв’язку більш кислими (акцептори електронів), ніж вуглеці алканів або алкенів.

З цієї причини потрійний зв’язок (≡) являє собою специфічну точку для додавання донорів електронів до нього, утворюючи єдині зв’язки.

Це призводить до розриву однієї з π зв'язків, перетворюючись на подвійну зв’язок (C = C). Додавання триває до отримання R ₄ C-CR ₄ , тобто повністю насичених вуглецю.

Сказане також можна пояснити таким чином: потрійний зв’язок - це подвійна ненасиченість.

Міжмолекулярні сили

Молекули циклоалкіну взаємодіють через сили розсіювання або лондонські сили та взаємодії типу π-π. Ці взаємодії слабкі, але в міру збільшення розмірів циклів (як і три останніх у правій частині зображення) їм вдається утворювати тверді речовини при кімнатній температурі та тиску.

Кутове напруження

Зв’язки в потрійному зв’язку розташовані на одній площині і лінії. Отже, -C≡C- має лінійну геометрію, орбіталі sp приблизно на 180º.

Це серйозно впливає на стереохімічну стійкість циклоалкінів. Потрібно багато енергії, щоб "зігнути" орбіталі sp, оскільки вони не є гнучкими.

Чим менше циклоалкін, тим більше повинні бути зігнуті орбіталі sp, щоб забезпечити його фізичне існування. Аналізуючи зображення, можна помітити, зліва направо, що в трикутнику кут зв’язків до сторін потрійного зв’язку дуже виражений; тоді як у декагоні вони менш круті.

Чим більший циклоалкін, тим ближче кут зв’язку орбіталей sp наближається до ідеальних 180º. Навпаки відбувається, коли вони менші, змушують їх згинатися і створюють у них кутове натяг, дестабілізуючи циклоалкін.

Таким чином, більші циклоалкіни мають меншу кутову напругу, що забезпечує їх синтез та зберігання. При цьому трикутник є найстабільнішим циклоалкіном, а декагон - найстійкішим із усіх.

Власне, циклооктино (розмір восьмикутника) є найменшим і найбільш стабільним відомим розміром; інші існують лише як миттєві посередники в хімічних реакціях.

Номенклатура

Для називання циклоалкінів повинні застосовуватися ті ж стандарти IUPAC, що і для циклоалканів і циклоалкенів. Єдина відмінність полягає в суфіксі -ico в кінці назви органічної сполуки.

Основний ланцюг - це той, який має потрійний зв’язок, і починає нумеруватися з найближчого до нього кінця. Якщо у вас є, наприклад, циклопропан, то потрійна зв'язок буде називатися циклопропіно (трикутник на зображенні). Якщо до верхньої вершини приєднана метильна група, то це буде: 2-метилциклопропіно.

У вуглецю RC≡CR вже є чотири зв’язки, тому йому не вистачає водню (як це стосується всіх циклоалкінів на зображенні). Це не відбувається лише в тому випадку, якщо потрійний зв’язок знаходиться в кінцевому положенні, тобто в кінці ланцюга (RC≡CH).

Програми

Циклоалкіни - не дуже поширені сполуки, тому їх застосування також не є. Вони можуть служити сполучними (групами, що координують) для перехідних металів, створюючи, таким чином, нескінченність металоорганічних сполук, які можуть бути використані для дуже жорстких і специфічних цілей.

Як правило, вони є розчинниками в найбільш насичених і стабільних формах. Коли вони складаються з гетероциклів, крім того, що мають внутрішні C≡CC = CC≡C циклічні одиниці, вони знаходять цікаве та перспективне використання як протипухлинних препаратів; такий випадок Дінеміцину А. З нього синтезовані інші сполуки зі структурними аналогіями.

Приклади

На зображенні показано сім простих циклоалкінів, в яких навряд чи є одна потрійна зв'язок. Зліва направо, з відповідними назвами, є: циклопропіно, трикутник; циклобутино, площа; циклопентин, п’ятикутник; циклогексин, шестикутник; циклогептин, гептагон; циклооктино, восьмикутник; і циклодецино, декагон.

На основі цих структур і заміщення атомів водню насичених вуглеців можна отримати інші сполуки, що походять від них. Вони також можуть бути піддані окислювальним умовам, щоб генерувати подвійні зв’язки на інших сторонах циклів.

Ці геометричні одиниці можуть бути частиною більшої структури, збільшуючи шанси функціоналізувати весь набір. Існує не так багато прикладів циклоалкінів, принаймні, не заглиблюючись у глибинні сфери органічного синтезу та фармакології.

Список літератури

1. Френсіс А. Кері. Органічна хімія. (Шосте видання, стор. 372, 375). Mc Graw Hill.
2. Вікіпедія. (2018). Циклоалкин. Взято з: en.wikipedia.org
3. Вільям Реш. (5 травня 2013 р.). Названня органічних сполук. Взято з: 2.chemistry.msu.edu
4. Неорганічна хімія. Циклоалкіни. Взято з: fullquimica.com
5. Патріція Діана та Жироламо Циррінчоне. (2015). Біосинтез гетероциклів від ізоляції до кластера генів. Вілі, стор. 181.
6. Цікава органічна хімія та натуральні продукти. (2015 р., 17 квітня). Циклоалкіни. Взято з: quintus.mickel.ch