Βικιπαίδεια

Κυκλοπροπάνιο: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Περιήγηση ιστορικού διαδραστικά
← Προηγούμενη διαφοράΕπόμενη διαφορά →
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
ΟπτικήΚώδικας wiki
μ προστέθηκε η Κατηγορία:Αναισθητικά (με το HotCat)
Χωρίς σύνοψη επεξεργασίας
Γραμμή 99:
}}
 
Το '''κυκλοπροπάνιο''' ([[αγγλική γλώσσα|αγγλικά]] ''cyclopropane'') είναι [[οργανική ένωση|οργανική]] [[χημική ένωση]], που περιέχει [[άνθρακας|άνθρακα]] και [[υδρογόνο]], με [[χημικός τύπος|χημικόμοριακό τύπο]] '''[[C3H6|C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>]]''', αλλά συνήθως παριστάνεται με το γραμμικό του τύπο, που μοιάζει με ένα [[ισόπλευρο τρίγωνο]] ([[Αρχείο:Cyclopropane-skeletal.png|40 px]]). Είναι το απλούστερο [[κυκλοαλκάνια|κυκλοαλκάνιο]], δηλαδή [[κορεσμένη ένωση|κορεσμένος]] [[υδρογονάνθρακες|υδρογονάνθρακας]] με ένα [[αλεικυκλική ένωση|δακτύλιο]] ανά [[μόριο]]. Το [[Μόριο|μόριό]] του περιέχει [[3 (αριθμός)|τρία (3)]] [[Άτομο|άτομα]] [[άνθρακας|άνθρακα]] που σχηματίζουν τριμελή δακτύλιο, καταλήγοντας σε [[μοριακή συμμετρία]] D<sub>3h</sub>. Καθένα από αυτά τα άτομα άνθρακα είναι ενωμέναενωμένο με [[2 (αριθμός)|δύο (2)]] άτομα [[υδρογόνο|υδρογόνου]]. Το κυκλοπροπάνιο έχει μόνο [[1 (αριθμός)|ένα (1)]] (σταθερό) [[ισομέρεια|ισομερές θέσης]], το [[προπένιο]], αλλά είναι ισομερές και με δύο (2) [[καρβένια]], το 1-προπυλιδένιο (CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CH:) και το 2-προπυλιδένιο [(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>C:].
 
Το κυκλοπροπάνιο είναι ένα [[αναισθητικό]], όταν εισπνέεται. Στη σύγχρονη αναισθητική πρακτική έχει ξεπεραστεί από άλλα αναισθητικά μέσα και αποφεύγεται η χρήση του για το σκοπό αυτό, γιατί η εξαιρετική του χημική δραστικότητα το καθιστά επικίνδυνο. Άλλωστε, όταν το [[αέριο]] αυτό αναμιγνύεται με οξυγόνο, υπάρχει και ένας σημαντικός κίνδυνος [[έκρηξη|έκρηξης]].
Γραμμή 115:
]]
[[Αρχείο:Cyclopropane geom.svg|left|thumb|300x300px|Μοριακή γεωμετρία του κυκλοπροπάνιο (σχηματικά). ]]
Η [[Ισόπλευρο τρίγωνο|ισόπλευρη]] [[τρίγωνο|τριγωνική]] δομή του κυκλοπροπανίου απαιτεί οι δεσμικές [[Γωνία|γωνίες μεταξύ των δεσμών]] C-C-C να είναι 60[[Μοίρα (γεωμετρία)|°]]. Η γωνία αυτή είναι πολύ μικρότερη από την πλέον σταθερή, [[θερμοδυναμική|θερμοδυναμικά]], δεσμική γωνία των περίπου 109.5°, των [[Δεσμός σ|δεσμών σ]] μεταξύ [[Ατομικό τροχιακό|υβριδικών τροχιακών]] sp<sup>3</sup>³-sp<sup>3</sup>³. Αυτό οδηγεί στην ύπαρξη σημαντικής [[παραμόρφωση δακτυλίου|παραμόρφωσης δακτυλίου]]. Το μόριο έχει επίσης και [[παραμόρφωση στρέψης]], εξαιτίας της [[εκλειπτική διαμόρφωση|εκλειπτικής διαμόρφωσης]] των ατόμων υδρογόνου του. Για τους παραπάνω λόγους, οι [[χημικός δεσμός|χημικοί δεσμοί]] μεταξύ των ατόμων άνθρακα του κυκλοπροπανίου είναι σχετικά ασθενέσθεροιασθενέστεροι από τους τυπικούς δεσμούς C-C ενός τυπικού [[αλκάνια|αλκανίου]], οδηγώντας σε πολύ μεγαλύτερη χημική δραστικότητα (σε σύγκριση με τα αλκάνια).
 
Η δεσμολογία μεταξύ των ατόμων άνθρακα γενικά περιγράφεται με τους όρους των [[χημικός δεσμός με κάμψη|δεσμών με κάμψη]] (''bent bonds'')<ref> Eric V. Anslyn and Dennis A. Dougherty. Modern Physical Organic Chemistry. 2006. pages 850-852</ref>. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, οι δεσμοί άνθρακα - άνθρακα στο κυκλοπροπάνιο κάμπτονται έτσι ώστε να σχηματίζεται μια ενδοτροχιακή γωνία των 104°. Αυτό ελαττώνει το επίπεδο της παραμόρφωσης δακτυλίου στρεβλώνοντας τον sp<sup>3</sup> υβριδισμό των ατόμων άνθρακα έτσι ώστε να έχουν μεγαλύτερο [[Δεσμός π|π]] χαρακτήρα από το κανονικό<ref>Knipe, edited by A.C. (2007). March's advanced organic chemistry reactions, mechanisms, and structure. (6th ed. ed.). Hoboken, N.J.: Wiley-Interscience. p. 219. ISBN 0470084944.</ref>, ενώ από την άλλη οι [[Δεσμός άνθρακα - υδρογόνου|δεσμοί άνθρακα - υδρογόνου]] αποκτούν μεγαλύτερο σ χαρακτήρα, από το κανονικό. Μια ασυνήθιστη συνέπεια της δεσμολογίας με κάμψη είναι ότι ενώ οι δεσμοί C-C, είναι ασθενέστεροι από το κανονικό, τα άτομα άνθρακα βρίσκονται κοντύτερα το ένα με το άλλο, σε σύγκριση με έναν κανονικό απλό δεσμό αλκανίων: Πιο συγκεκριμένα, βρίσκονται σε απόσταση 151 [[πικόμετρο|pm]] αντί για το κανονικό που είναι 153 pm. Λάβετε υπόψη, ακόμη, ότι ο [[μέσος όρος]] για τα [[αλκένια]] είναι 146 pm<ref>Allen, Frank H.; Kennard, Olga; Watson, David G.; Brammer, Lee; Orpen, A. Guy; Taylor, Robin (1987). "Tables of bond lengths determined by X-ray and neutron diffraction. Part 1. Bond lengths in organic compounds". Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2 (12): S1–S19. doi:10.1039/P298700000S1.</ref>.
Γραμμή 121:
Ένα εναλλακτικό μοντέλο περιγραφής της δεσμολογίας του κυκλοπροπανίου περιλαμβάνει [[διάγραμμα Γουάλς|διαγράμματα Γουάλς]] (''Walsh diagrams'') και στοχεύει να κάνει καλύτερη δουλειά ώστε να ταιριάζει η [[θεωρία μοριακών τροχιακών]], υπό το φως των [[φασματοσκοπία|φασματοσκοπικών]] ενδείξεων και των επιχειρημάτων της [[συμμετρία ομάδα|συμμετρίας ομάδας]]. Σε αυτό το μοντέλο, το μόριο του κυκλοπροπάνιο περιγράφεται με τη χρήση [[δεσμός τριών κέντρων|δεσμικού τροχιακού συνδυασμού τριών κέντρων]] τριών (3) [[καρβένιο|καρβενίων]] [[μεθυλένιο|μεθυλενίου]].
 
Ο κυκλικός απεντοπισμός των έξι (6) ηλεκτρονίων των τριών (3) C-C σ δεσμών δόθηκε από τον [[Μάικλ Ντιούαρ]] (''Michael J. S. Dewar'') ως μια εξηγησηεξήγηση της σχετικά μικρή ενέργεια παραμόρφωσης, σε σύγκριση με την αντίστοιχη του [[κυκλοβουτάνιο|κυκλοβουτάνιουκυκλοβουτανίου]] (μόνο 27,6 έναντι 26,2 kcal/mol), με το [[κυκλοεξάνιο]] ως ένωση αναφοράς με E<sub>str</sub> = 0 kcal/mol<ref>S. W. Benson, Themochemical Kinetics, S. 273, J. Wiley & Sons, New York, London, Sydney, Toronto 1976</ref>. Αυτή η (σχετική) στυθεροποίησησταθεροποίηση αναφέρεται ως «αρωματικότητα σ»<ref>M. J. Dewar. ''Chemical Implicatons of σ Conjugation''. In: ''J. Am. Chem. Soc.'', 1984, 106, p. 669-682.</ref><ref>D. Cremer.''Pros and Cons of σ-Aromaticity''. In: ''Tetrahedron'', 1988, 44 (2), p. 7427-7454.</ref>. Η παραδοχή ενός διαμαγνητικού δακτυλικού ρεύματος στο κυκλοπροπάνιο ευθυγραμμίζεται με την «προστασία» των [[πρωτόνιο|πρωτονίων]] στη [[φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού]] και στις ασυνήθιστες μαγνητικές ιδιότητες του κυκλοπροπανίου, που περιλαμβάνουν υψηλή διαμαγνητική ευαισθησία και υψηλή ανισοτροπία της διαμαγνητικής ευαισθησίας. Πιο προόσφατεςπρόσφατες έρευνες που ενισχύουν την υπόθεση ότι το κυκλοπροπάνιο σταθεροποιείται από μια αρωματικότητα αποδίδουν μια σταθεροποίηση της τάξης των 11,3 kcal/mol από αυτό το φαινόμενο<ref>Kai Exner and Paul von Ragué Schleyer. ''Theoretical Bond Energies:  A Critical Evaluation''. In: ''J. Phys. Chem. A'', 2001, 105 (13), Seiten 3407–3416. doi:10.1021/jp004193o.</ref>.
 
Ύστερα από ενεργειακή ανάλυση των πιθανών δομών - μοριακών μοντέλων με [[Κβαντομηχανική|κβαντομηχανικές]] μεθόδους προέκυψε ως πιθανότερη η εκδοχή του sp<sup>2</sup> υβριδισμού και της δημιουργίας δύο μοριακών τροχιακών τριών κέντρων (των τριών ατόμων C), σ (2sp<sup>2</sup>-2sp<sup>2</sup>-2sp<sup>2</sup>) και π (2p-2p-2p), με 3 ηλεκτρόνια ανά μοριακό τροχιακό, ώστε να χρησιμοποιηθούν τα 6 διαθέσιμα ηλεκτρόνια των 3 ατόμων C (τα άλλα 6 χρησιμοποούνταιχρησιμοποιούνται για τους 6 σ δεσμούς με τα 6 άτομα υδρογόνου ή και με τα αλκύλια). Αντί δηλαδή των κλασσικών 3 ομοιοπολικών δεσμών δύο κέντρων μεταξύ των ατόμων C, υπάρχουν 2 ομοιοπολικοί δεσμοί τριών κέντρων<ref>Ν. Αλεξάνδρου, ''Γενική Οργανική Χημεία'', ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.127-128, §6.2.</ref>.
 
Εξαιτίας αυτού του γεγονότος προκύπτει η λεγόμενη «'''ενέργεια τάσης δεσμών'''» που συνυπολογίζει την ενέργεια παραμόρφωσης δεσμικής γωνίας (κατά ''Baeyer''), που οφείλεται στη διαφορά γωνίας από την κανονική, και την ενέργεια στρέψης (κατά ''Piltzer''), που οφείλεται στην αδυναμία του συστήματος να στρέψει τους δεσμούς του και να πάρει διαμόρρφωσηδιαμόρφωση αποφυγής των απώσεων τύπου Van der Waals, που αναπτύσσονται από την προσέγγιση αλληλοαπωθούμενωναλληλαπωθούμενων ατόμων και ομάδων αυτών. Ενώ λοιπόν το [[ισομέρεια|ισομερές]] [[προπένιο]] έχει θερμότητα ολικής καύσης 1.971 kcal/mole το κυκλοπροπάνιο έχει 2.088 kcal/mole. Το ΔQ = 117 kJ/mole αντιστοιχεί ακριβώς στην επιπλέον ενέργεια που παγιδεύει η ιδιάζουσα δομή του τριμελή δακτυλίου<ref>Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985, Σελ. 125-126, §6.1.</ref>.
 
Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι τα κυκλοπροπάνια να δείνουνδίνουν αντιδράσεις 1,3-κυκλοπροσθήκης.
 
<div style='text-align: center;'>
Γραμμή 136:
!Δεσμός!!τύπος δεσμού!!ηλεκτρονική δομή!!Μήκος δεσμού!!Ιονισμός
|-
|C-H||σ||2sp<sup>2</sup>²-1s||108,7 pm||3% C<sup>-</sup> H<sup>+</sup>
|-
|C-C-C||σ τριών ηλεκτρονίων και τριών κέντρων||2sp<sup>2</sup>²-2sp<sup>2</sup>²-2sp<sup>2</sup>²||151 pm (C-C)||
|-
|C-C-C||π τριών ηλεκτρονίων και τριών κέντρων||2p-2p-2p||151 pm (C-C)||
Γραμμή 153:
=== Κυκλοπροπάνια ===
 
Τα «'''Κυκλοπροπάνια'''» είναι κατηγορία οργανικών ενώσεων. Η κατηγορία περιλαμβάνει το «μητρικό» κυκλπροπάνιοκυκλοπροπάνιο καθώς αλλά και όλες τις «θυγατρικές» ενώσεις που περιέχουν έναν τουλάχιστον τριμελή δακτύλιο κυκλοπροπανίου. Οι πλευρικές αλυσίδες, όταν υπάρχουν, διαμορφώνονται όπως στα [[αλκάνια]]. Η δομή του κυκλοπροπανικού δακτυλίου περιγράφεται παραπάνω.
Η απλούστερη πολυκυκλική ένωση που περιέχει πολλαπλούς συμπυκνωμένους δακτυλίους πολυπροπανίου είναι το [[τετραεδράνιο]], που το μόριό του αποτελείται από τέσσερειςτέσσερις (4) κυκλοπροπανικούς δακτυλίους που σχηματίζουν τις έδρες ενός [[τετράεδρο|τετραέδρου]]. Ακόμη, το [[(1,1,1)-προπελλάνιο|[1.1.1]-προπελάνιο]] περιέχει τρεις (3) κυκλοπροπανικούς δακτυλίους που μοιράζονται ένα κοινό κεντρικό ζεύγος ατόμων άνθρακα και το δεσμό τους.
<div style='text-align: center;'><gallery>
Αρχείο:Tetrahedrane.svg|[[Τετραεδράνιο]]
Ανακτήθηκε από "https://el.wikipedia.org/wiki/Κυκλοπροπάνιο"