CICLOALLINE: CARACTERISTICI, APLICAȚII, EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Cei cicloalchine sunt compuși organici care conțin una sau mai multe legături triple și o unitate ciclică. Formulele lor moleculare condensate se supun formulei C _n H _2n-4 . Astfel, în cazul în care n este egal cu 3, atunci formula numitului cycloalkine va fi C ₃ H ₂ .

O serie de figuri geometrice sunt ilustrate în imaginea de mai jos, dar constau de fapt din exemple de cicloalchine. Fiecare dintre ele poate fi considerat ca o versiune mai oxidată a cicloalcanilor respectivi (fără legături duble sau triple). Atunci când le lipsește un heteroatom (O, N, S, F etc.), sunt doar hidrocarburi „simple”.

Sursa proprie.

Chimia din jurul cicloalchininelor este foarte complexă, iar mecanismele din spatele reacțiilor lor sunt și mai complexe. Ele reprezintă un punct de plecare pentru sinteza multor compuși organici, care la rândul lor sunt supuși unor posibile aplicații.

În general, sunt foarte reactivi, cu excepția cazului în care sunt „denaturate” sau complexate cu metale de tranziție. De asemenea, legăturile lor triple pot fi conjugate cu legături duble, creând unități ciclice în molecule.

Dacă nu este cazul, în structurile lor cele mai simple sunt capabile să adauge molecule mici la legăturile lor triple.

Caracteristicile cicloalchinelor

Apolaritatea și tripla legătură

Cicloalchinele se caracterizează prin a fi molecule apolare și, prin urmare, hidrofobe. Acest lucru se poate schimba dacă în structurile lor au un anumit heteroatom sau grup funcțional care le oferă un moment dipol considerabil; așa cum apare la heterociclii cu triplă legătură.

Dar ce este o legătură triplă? Ele nu sunt mai mult de trei interacțiuni simultane între doi atomi de carbon hibridizați sp. O legătură este simplă (σ), iar celelalte două π, perpendiculare între ele. Ambii atomi de carbon au un orbital sp liber pentru a se lega cu alți atomi (RC≡CR).

Aceste orbitale hibride au un caracter de 50% s și 50% p. Deoarece s orbitalele sunt mai pătrunzătoare decât orbitalele p, acest fapt face ca cei doi carboni ai legăturii triple să fie mai acide (acceptoare de electroni) decât carbonii alcanilor sau alchenelor.

Din acest motiv, tripla legătură (≡) reprezintă un punct specific pentru ca speciile donatoare de electroni să se adauge la ea, formând legături unice.

Aceasta duce la ruperea uneia dintre legăturile π, devenind o legătură dublă (C = C). Adăugarea continuă până R ₄ C-CR ₄ este obținut, adică, atomii de carbon complet saturat.

Cele de mai sus pot fi explicate și în acest fel: legătura triplă este o dublă nesaturație.

Forte intermoleculare

Moleculele cicloalchininei interacționează prin forțe de împrăștiere sau forțe londoneze și prin interacțiuni de tipul π-π. Aceste interacțiuni sunt slabe, dar pe măsură ce mărimea ciclurilor crește (ca și ultimele trei din partea dreaptă a imaginii), reușesc să formeze solide la temperatura camerei și la presiune.

Stres unghiular

Legăturile din tripla legătură sunt situate pe același plan și o linie. Prin urmare, -C≡C- are o geometrie liniară, cu orbitalii sp la o distanță de aproximativ 180 °.

Aceasta are o implicație serioasă asupra stabilității stereochimice a cicloalchinelor. Este nevoie de multă energie pentru a „îndoi” orbitalii sp, deoarece nu sunt flexibili.

Cu cât cicloalina este mai mică, cu atât orbitalele sp trebuie să se îndoaie pentru a-și permite existența fizică. Analizând imaginea, se poate observa, de la stânga la dreapta, că în triunghi unghiul legăturilor față de laturile legăturii triple este foarte pronunțat; în timp ce în decagon sunt mai puțin abrupte.

Cu cât cicloalina este mai mare, cu atât unghiul de legătură al orbitalelor sp se apropie de idealul de 180º. Opusul apare atunci când sunt mai mici, forțându-i să se îndoaie și creând o tensiune unghiulară în ele, destabilizând cicloalina.

Astfel, cicloalchinele mai mari au tensiune unghiulară mai mică, ceea ce permite sinteza și stocarea lor. Cu aceasta, triunghiul este cel mai instabil cicloalkină, iar decagonul cel mai stabil dintre toate.

De fapt, ciclooctino (cel al octagonului) este cea mai mică și mai stabilă dimensiune cunoscută; ceilalți există doar ca intermediari momentan în reacțiile chimice.

Nomenclatură

Aceleași standarde IUPAC ca în cazul cicloalcanilor și cicloalchenilor trebuie aplicate la denumirea cicloalchinelor. Singura diferență constă în sufixul -ico la sfârșitul numelui compusului organic.

Lanțul principal este unul care are tripla legătură și începe să fie numerotat de la capătul cel mai aproape de acesta. Dacă aveți, de exemplu, ciclopropan, atunci având o legătură triplă se va numi ciclopropino (triunghiul din imagine). Dacă aveți o grupare metil atașată la vârful de sus, atunci va fi: 2-metilciclopropino.

Carbunii RC≡CR au deja cele patru legături ale acestora, astfel că îi lipsește hidrogeni (cum este cazul tuturor cicloalchinelor din imagine). Acest lucru nu se întâmplă numai dacă tripla legătură se află într-o poziție terminală, adică la capătul unui lanț (RC≡CH).

Aplicații

Cicloalchinele nu sunt compuși foarte comuni, deci nici aplicațiile lor nu sunt. Ele pot servi ca lianți (grupuri care coordonează) la metale de tranziție, creând astfel o infinitate de compuși organometalici care pot fi folosiți pentru utilizări foarte riguroase și specifice.

Sunt, în general, solvenți în formele lor cele mai saturate și stabile. Atunci când constau în heterociclii, pe lângă faptul că au unități ciclice interne C≡CC = CC≡C, găsesc utilizări interesante și promițătoare ca medicamente anticancerigene; este cazul lui Dinemycin A. Alți compuși cu analogii structurale au fost sintetizați din aceasta.

Exemple

Imaginea prezintă șapte cicloalline simple, în care există aproape o triplă legătură. De la stânga la dreapta, cu denumirile respective există: ciclopropino, triunghiul; ciclobutino, pătratul; ciclopentină, pentagonul; ciclohexină, hexagonul; cicloheptină, heptagonul; ciclooctino, octagonul; și ciclodecino, decagonul.

Pe baza acestor structuri și înlocuind atomii de hidrogen ai carbonilor saturați, se pot obține alți compuși derivați din ele. De asemenea, pot fi supuse unor condiții oxidative pentru a genera legături duble pe alte părți ale ciclurilor.

Aceste unități geometrice pot face parte dintr-o structură mai mare, crescând șansele de funcționalizare a întregului set. Nu sunt disponibile numeroase exemple de cicloalchine, cel puțin nu fără a ne aprofunda în tărâmul profund al sintezei organice și al farmacologiei.

Referințe

1. Francis A. Carey. Chimie organica. (Ediția a șasea, pp. 372, 375). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2018). Cicloalchină. Preluat de la: en.wikipedia.org
3. William Reusch. (5 mai 2013). Denumirea compușilor organici. Preluat de la: 2.chemistry.msu.edu
4. Chimie anorganică. Cycloalkines. Preluat de la: fullquimica.com
5. Patrizia Diana & Girolamo Cirrincione. (2015). Biosinteza heterocicletelor de la izolare la clusterul genic. Wiley, pagina 181.
6. Chimie organică interesantă și produse naturale. (2015, 17 aprilie). Cicloalchine. Luat de la: quintus.mickel.ch