sikloalkan - Cycloalkane

Siklobütanın top ve çubuk modeli

Olarak organik kimya , sikloalkanlar (buna naftenler , ancak farklı naftalin ) olan monosiklik , doymuş hidrokarbonlar . Başka bir deyişle, bir sikloalkan yalnızca tek bir halka (muhtemelen yan zincirlerle ) içeren bir yapıda düzenlenmiş hidrojen ve karbon atomlarından oluşur ve tüm karbon-karbon bağları tektir . Sikloalkanlar , aynı karbon sayımının normal alkan karşılıklarına benzer şekilde adlandırılır : siklopropan , siklobutan , siklopentan , sikloheksan , vb. 20'den fazla karbon atomu olan daha büyük sikloalkanlara tipik olarak sikloparafinler denir .

Yan zincirleri olmadan sikloalkanlar küçük (siklopropan ve siklobutan), ortak (siklopentan, sikloheksan, ve benzeri gibi sınıflandırılır sikloheptan ), orta ( siklooktan yoluyla cyclotridecane ), ve büyük (her şey).

Uluslararası Saf ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) tarafından yapılan bu standart tanımın yanı sıra , bazı yazarların kullanımında sikloalkan terimi polisiklik olan doymuş hidrokarbonları da içerir. Her durumda, sikloalkanlar için kimyasal formülün genel biçimi C n H 2( n +1− r ) şeklindedir , burada n karbon atomu sayısı ve r halka sayısıdır. Halkalara odaklanmadan çalışmanın daha basit şekli C n H 2( n ) 'dir .

isimlendirme

Ayrıca bakınız: IUPAC terminolojisi
Norbornan ( bisiklo[2.2.1]heptan olarak da bilinir )

Bisiklik alkanlar ve spiro alkanlar gibi polisiklik alkanların adlandırılması daha karmaşıktır; taban adı halka sistemindeki karbon sayısını belirtir, halka sayısını belirten bir önek (örneğin, "bisiklo-") ve sayısal bir önek bundan önce, bağlantılar hariç, her halkanın her bir parçasındaki karbon sayısını gösterir. Örneğin, paylaşılan bir kenar oluşturan iki bitişik karbon atomunu paylaşan altı üyeli bir halka ve dört üyeli bir halkadan oluşan bir bisiklooktan [4.2.0]-bisiklooktandır. Altı üyeli halkanın, paylaşılan kenar dışında kalan kısmı 4 karbona sahiptir. Dört üyeli halkanın ortak kenar hariç o kısmı 2 karbona sahiptir. Kenarın kendisi, onu tanımlayan iki köşe hariç, 0 karbona sahiptir.

Bileşiklerin adlandırılması için, yeni öğrenenler için kafa karıştırıcı olabilen ve daha eski yöntemlerle iyi prova yapanlar için elverişsiz olabilen birden fazla kural (yöntem veya isimlendirme) vardır. Yeni başlayanlar için, IUPAC terminolojisini güncel bir kaynaktan öğrenmek en iyisidir, çünkü bu sistem sürekli revize edilmektedir. Yukarıdaki örnekte [4.2.0]-bisiklooktan, IUPAC adlandırma kurallarına uyması için bisiklo[4.2.0]oktan olarak yazılacaktır. Daha sonra, klor veya bir metil grubu gibi moleküle diğer eklerin ayrıntılarını dahil etme ihtiyacı varsa, ek bir sayısal önek için yer vardır. Bileşiklerin adlandırılmasında kullanılan diğer bir kural , daha kısa bir ad olan ve bileşik hakkında daha az bilgi veren ortak addır . Yaygın bir isme örnek olarak terpineol adı bize yalnızca bunun bir alkol olduğunu söyleyebilir ("-ol" son eki isimde olduğu için) ve daha sonra kendisine eklenmiş bir hidroksil grubuna (–OH) sahip olmalıdır . .

IUPAC yönteminin bir örneği yandaki görüntüde verilmiştir. Bu örnekte, paylaşılan kenarı oluşturan karbonlar da dahil olmak üzere her iki halkadaki toplam karbon sayısını gösteren temel ad ilk olarak listelenmiştir (örneğin, "hepta-" veya 7 karbon anlamına gelen "heptan" ve "-an" , bu sadece karbonlar arasındaki tek bağı gösterir). Daha sonra, temel adın önünde, her halka tarafından paylaşılan karbonlar hariç, her halkadaki karbon sayısını ve halkalar arasındaki köprüdeki karbon sayısını listeleyen sayısal önek bulunur. Bu durumda, onun paylaştığı karbonlar ve diğer iki halka hariç, her biri iki karbonlu iki halka ve bir karbonlu tek bir köprü vardır. Toplam üç sayı vardır ve bunlar noktalarla ayrılmış olarak azalan sırada listelenir, böylece: [2.2.1].

Sayısal önekten önce, halka sayısını gösteren başka bir önek bulunur (örneğin, "bisiklo-"). Bu nedenle, adı bisiklo[2.2.1]heptandır.

Sikloalkanlar grubuna naftenler de denir .

Özellikleri

Sikloalkanlar tablosu

alkan formül Kaynama noktası [°C] Erime noktası [°C] Sıvı yoğunluğu [g·cm -3 ] (20 °C'de )
siklopropan Cı- 3 , H 6 -33 -128
siklobütan Cı- 4 , H 8 12.5 -91 0.720
siklopentan Cı- 5 , H 10 49.2 -93.9 0.751
sikloheksan Cı 6 H 12 80.7 6.5 0.778
sikloheptan Cı- 7 , H 14 118.4 -12 0.811
siklooktan Cı- 8 , H 16 149 14.6 0.834
siklononan Cı- 9 H 18 169 10-11 0.8534
siklodekan Cı- 10 , H 20 201 9-10 0.871

Sikloalkanlar, genel fiziksel özelliklerinde alkanlara benzer, ancak alkanlardan daha yüksek kaynama noktalarına , erime noktalarına ve yoğunluklarına sahiptirler. Bunun nedeni, daha güçlü Londra kuvvetleridir, çünkü halka şekli daha geniş bir temas alanına izin verir. Yalnızca C–C ve C–H bağları içeren sikloalkanların çok az veya hiç halka gerilimi olmayan (aşağıya bakınız) reaktivitesizliği, siklik olmayan alkanlarla karşılaştırılabilir.

Konformasyonlar ve halka gerilimi

Sikloalkanlar olarak, karbon atomuna sahip olan sp 3 hibridize ideal ima, dört yüzlü bağ açısı mümkün olduğunca '109 ° 28. 3, 4 ve (çok küçük ölçüde) 5 atomlu halkalar, apaçık geometrik nedenlerden dolayı ancak daha dar açılar verebilirler; ideal tetrahedral bağ açılarından kaynaklanan sapma, potansiyel enerjide bir artışa ve genel bir istikrarsızlaştırıcı etkiye neden olur. Hidrojen atomlarının tutulması da önemli bir kararsızlaştırıcı etkidir. Şekil değiştirme enerjisi , bir sikloalkan ait bileşik geometrisine kaynaklanan enerji teorik artış, ve deneysel karşılaştırılarak hesaplanır yanma standart entalpi değişimi kullanılarak hesaplanan değerle sikloalkan ve ortalama bağ enerjileri . Sikloalkanların konformasyonları, reaksiyon hızlarına göre de farklı gerilme katkıları ve karakterizasyon yöntemleri Vikipedi bölümünde Konformasyonel izomerizm bölümünde kısaca tartışılmaktadır . Moleküler mekanik hesaplamaları, özellikle orta halkalarda meydana gelen birçok konformasyonu tanımlamak için çok uygundur.

Halka gerilimi, karbon atomlarının bir üçgen oluşturduğu ve bu nedenle 60 °C–C–C bağ açılarına sahip olduğu siklopropan için en yüksektir. Ayrıca üç çift tutulmuş hidrojen vardır. Halka gerinimi yaklaşık 120 kJ mol -1 olarak hesaplanmıştır .

Siklobütan , yaklaşık 90° bağ açıları ile büzülmüş bir kare içinde karbon atomlarına sahiptir; "buruşma", hidrojen atomları arasındaki örtme etkileşimlerini azaltır. Bu nedenle halka gerilimi 110 kJ mol- 1 civarında biraz daha azdır .

Teorik düzlemsel bir siklopentan için , C–C–C bağ açıları, tetrahedral açının ölçüsüne çok yakın olan 108° olacaktır. Gerçek siklopentan molekülleri büzülür, ancak bu sadece bağ açılarını biraz değiştirir, böylece açı gerilimi nispeten küçüktür. Örten etkileşimler de kJ.mol yaklaşık 25 arasında bir halka gerginliği bırakarak azaltılır -1 .

Olarak sikloheksan halkasına büzülmesini yere yüzlü bağ açıları da elde edilmesini sağlar, çünkü halka gerginliği ve örten etkileşimleri önemsizdir. Ayrıca , sikloheksanın en kararlı sandalye formunda , bitişik karbon atomları üzerindeki eksenel hidrojenler zıt yönlere yönlendirilir ve neredeyse tutulma gerilimini ortadan kaldırır.

Sikloheksandan sonra, moleküller halka gerilimi olmayan bir yapı alamazlar, bu da gerinim enerjisinde 9 karbonda (yaklaşık 50 kJ mol- 1 ) zirveye ulaşan bir artışa neden olur . Bundan sonra, gerinim enerjisi 12 karbon atomuna kadar yavaşça azalır, burada önemli ölçüde düşer; 14'te bir başka önemli düşüş meydana gelir ve gerinim 10 kJ mol- 1 ile karşılaştırılabilir bir seviyededir . Kaynaklar, 14 karbon atomundan sonra halka gerilimine ne olduğu konusunda hemfikir değiller, bazıları bunun istikrarlı bir şekilde arttığını, bazıları ise tamamen yok olduğunu söylüyor. Bununla birlikte, bağ açısı gerinimi ve örten gerinme yalnızca daha küçük halkalar için bir sorundur.

Halka gerilimi bisiklik sistemlerde oldukça yüksek olabilir . Örneğin, bicyclobutane , Cı 4 H 6 , büyük ölçüde izole en gergin bileşiklerden biri olduğu için işaret edilmektedir; gerinim enerjisi 267 kJ mol -1 olarak tahmin edilmektedir .

Reaksiyonlar

Basit ve daha büyük sikloalkanlar, alkanlar gibi çok kararlıdır ve reaksiyonları, örneğin radikal zincir reaksiyonları , alkanlar gibidir.

Küçük sikloalkanlar - özellikle siklopropan - Baeyer suşu ve halka suşu nedeniyle daha düşük stabiliteye sahiptir . Elektrofilik eklemede değil, nükleofilik alifatik ikamede reaksiyona girmelerine rağmen , alkenlere benzer şekilde reaksiyona girerler . Bu reaksiyonlar, alkil sikloalkanların halka açma reaksiyonları veya halka bölünme reaksiyonlarıdır . Sikloalkanlar, bir Diels-Alder reaksiyonunda ve ardından katalitik bir hidrojenasyonda oluşturulabilir . Orta halkalar, örneğin nükleofilik ikame reaksiyonlarında daha büyük oranlar sergilerken, keton indirgemede daha küçük oranlar sergiler. Bunun nedeni, sp3'ten sp2 durumlarına veya tam tersine dönüşüm ve doymuş halkalardaki bazı olumsuz burulma gerilimlerinin hafifletildiği orta halkalarda sp2 durumunun tercih edilmesidir. Bir sp2 ve sp3 durumu arasındaki gerinim enerjisi farkları SI'nin moleküler mekanik hesaplamaları, birçok redoks veya ikame reaksiyonunun oranlarıyla (logk olarak) doğrusal korelasyonlar gösterir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar