SIKLOALKANLAR: ÖZELLIKLERI, REAKSIYONLARI, KULLANIMLARI, ÖRNEKLERI - KIMYA - 2025

Sikloalkanlar C'lik bir genel formüle sahip, doymuş bir hidrokarbon ailesidir _n H _2n alkenler ile çakışan; ancak görünen doymamışlığın bir çift bağdan değil, bir halka veya döngüden kaynaklanmasıdır. Bu nedenle alkenlerin izomerleri olarak kabul edilirler.

Bunlar, doğrusal alkanlar kapalı bir yapı oluşturmak için zincirlerinin uçlarını birleştirdiğinde oluşur. Alkanlarda olduğu gibi, sikloalkanlar farklı boyutlar, moleküler kütleler, ikameler ve hatta birden fazla halkadan (polisiklik) oluşan sistemler sergileyebilir.

Bazı monosiklik sikloalkanlar. Kaynak: Wikipedia üzerinden Mephisto spa.

Aksi takdirde, kimyasal ve fiziksel olarak alkanlara benzerler. Sadece karbon ve hidrojene sahiptirler, nötr moleküllerdir ve bu nedenle Van der Walls kuvvetleri vasıtasıyla etkileşirler. Ayrıca oksijen varlığında yandıklarında ısı açığa çıkararak yakıt görevi görürler.

Sikloalkanlar neden açık zincir emsallerinden daha kararsızdır? Yukarıdaki resimde temsil edilen sikloalkan örneklerinin kuşbakışı görünümünden şüphelenilebilir: sterik (uzaysal) gerilimler ve engeller vardır.

Ne kadar az karbon varsa (mavi ile listelenir), yapının o kadar kapalı olduğunu unutmayın; ve tam tersi, bir kolye gibi büyüdüklerinde ortaya çıkar.

Küçük sikloalkanlar gaz halindedir ve boyutları arttıkça moleküller arası kuvvetleri de artar. Sonuç olarak, yağları ve apolar molekülleri çözebilen sıvılar, kayganlaştırıcılar veya asfalt gibi koyu renkler ve nitelikler sergileyen katı maddeler olabilirler.

Fiziksel ve kimyasal özellikler

Polarite

Elektronegatiflik açısından kendi başlarına çok fazla farklılık göstermeyen atomlar olan karbon ve hidrojenlerden oluşmaları, sikloalkan moleküllerini apolar hale getirir ve bu nedenle dipol momentten yoksundur.

Dipol-dipol kuvvetleriyle etkileşime giremezler, ancak özellikle zayıf olan ancak moleküler kütle ile artan Londra kuvvetlerine bağlıdırlar. Bu nedenle küçük sikloalkanlar (beşten az karbon içeren) gaz halindedir.

Moleküller arası etkileşimler

Öte yandan, halkalar oldukları için sikloalkanlar, molekülleri arasındaki London kuvvetlerini destekleyen daha büyük bir temas alanına sahiptir. Böylece, alkanlara göre daha iyi bir şekilde gruplanır ve etkileşimde bulunurlar; ve dolayısıyla kaynama ve erime noktaları daha yüksektir.

Bunlar (Cı daha az iki hidrojen atomuna sahip Aynı zamanda, _N , H _2N sikloalkanlar ve C için _n H _{2n + 2} alkanlar), daha hafif olan; ve buna daha geniş temas alanı olgusu eklenince, moleküllerinin kapladığı hacim azalır ve bu nedenle daha yoğun olurlar.

Doyma

Sikloalkanlar neden doymuş hidrokarbonlar olarak sınıflandırılır? Çünkü bir hidrojen molekülünü dahil etmenin bir yolu yok; halka açılmadıkça, bu durumda basit alkanlar olurlar. Bir hidrokarbonun doymuş olarak kabul edilebilmesi için, mümkün olan maksimum sayıda CH bağına sahip olması gerekir.

istikrar

Kimyasal olarak alkanlara çok benzerler. Her ikisinin de başka ürünleri üretmek için kırılması o kadar kolay olmayan CC ve CH bağları vardır. Bununla birlikte, göreceli kararlılıkları farklılık gösterir ve bu, yanma sıcaklıkları ölçülerek deneysel olarak doğrulanabilir (ΔH _tarak ).

Örneğin, propan ve siklopropan için ΔH _tarağını karşılaştırırken (görüntüde bir üçgen ile temsil edilir), sırasıyla 527.4 kcal / mol ve 498.9 kcal / mol'e sahipsiniz.

Detay alkanlar yanma ısıları göre siklopropan, bir sahip olmasıdır alt AH _tarağı (471 kcal / mol) üç metilen grubu, CH için ₂ ; ama gerçekte tahmin edilenden daha fazla istikrarsızlığı yansıtan daha fazla ısı açığa çıkarır. Bu fazla enerjinin daha sonra halka içindeki gerilimlerden kaynaklandığı söylenir.

Ve aslında, bu gerilimler, sikloalkanların belirli reaksiyonlara karşı alkanlara göre reaktivitesini veya stabilitesini yönetir ve farklılaştırır. Stresler çok yüksek olmadığı sürece, sikloalkanlar ilgili alkanlarından daha kararlı olma eğilimindedir.

terminoloji

İsimlendirme kurallarını test etmek için bazı ikame edilmiş sikloalkan örnekleri. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Sikloalkanlar için IUPAC terminolojisi, alkanlar için olandan çok farklı değildir. Hepsinin en basit kuralı, sikloalkanın oluştuğu alkanın adına siklo- 'nun önüne koymaktır.

Bu durumda, örneğin, n-heksan ile, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , sikloheksan elde edilir (birinci resimdeki bir altıgen ile temsil edilir). Aynısı siklopropan, siklobütan vb. İçin de geçerlidir.

Bununla birlikte, bu bileşikler, hidrojenlerinden birinin ikamesine girebilir. Halkadaki karbon sayısı, alkil ikame edicilerininkinden daha fazla olduğunda, halka ana zincir olarak alınır; bu, yukarıdaki resim için a) durumudur.

A) siklobutanın (kare) kendisine bağlı propil grubundan daha fazla karbona sahip olduğuna dikkat edin; daha sonra bu bileşik propilsiklobütan olarak adlandırılır.

Birden fazla ikame varsa, bunlar alfabetik sırayla ve mümkün olduğunca az yer belirleyici numarasına sahip olacak şekilde adlandırılmalıdır. Örneğin, b) adı: 1-bromo-4-floro-2-butilsikloheptan (ve 1-bromo-5-floro-7-butilsikloheptan değil, bu yanlış olacaktır).

Ve son olarak, alkil ikame edicisinin halkadan daha fazla karbona sahip olması durumunda, ikincisinin, ana zincirin ikame grubu olduğu söylenir. Bu nedenle c), 4-sikloheksilnonan olarak adlandırılır.

yapı

İkame edilmiş sikloalkanları bir kenara bırakırsak, yalnızca yapısal bazlarına, yani halkalara odaklanmak uygundur. Bunlar ilk resimde tasvir edilmiştir.

Bunları gözlemlemek, bu tür moleküllerin düz olduğu yanlış fikrine yol açabilir; ancak siklopropan haricinde, yüzeyleri "zikzaklıdır" ve karbonlar aynı düzleme göre yükselir veya düşer.

Bunun nedeni başlamak gerçeğine ek olarak, tüm karbonlar sp var ³ melezleme ve 109.5º ait bağ açıları ile bu nedenle mevcut tetrahedral geometri. Ancak halkaların geometrisi dikkatlice gözlemlenirse açılarının bu olması imkansızdır; örneğin, siklopropan üçgeni içindeki açılar 60º'dir.

Açısal gerilim olarak bilinen şey budur. Halkalar ne kadar büyükse, CC bağları arasındaki açı 109,5 ° 'ye yakındır, bu da söz konusu gerilimde bir azalmaya ve sikloalkan için stabilitede bir artışa neden olur.

Başka bir örnek, bağ açıları 90b olan siklobutanda görülmektedir. Siklopentanda, açıları 108º'dir ve sikloheksandan, açısal gerilimin bu kadar belirgin bir dengesizleştirici etki göstermeyi bıraktığı söylenir.

konformasyonları

Açısal strese ek olarak, sikloalkanların yaşadığı strese katkıda bulunan başka faktörler de vardır.

KK bağları, tüm yapının "sallanacağı" anlamına geleceği için basitçe dönemez. Bu nedenle, bu moleküller çok iyi tanımlanmış uzaysal konformasyonları benimseyebilir. Bu hareketlerin amacı, hidrojen atomlarının tutulmasının neden olduğu stresleri azaltmaktır; yani birbirlerine zıt olduklarında.

Örneğin, siklobütan şekli, kanatlarını çırpan bir kelebeğe benzer; siklopentanın olanlar, bir zarf; sikloheksan, bir tekne veya sandalye ve halka ne kadar büyükse, uzayda alabilecekleri sayı ve şekiller o kadar büyük olur.

Sikloheksan için sandalye benzeri ve tekne benzeri konformasyon arasındaki ters çevirmeler. Kaynak: Keministi.

En üstteki resim, siklohekzan için bu tür konformasyonların bir örneğini göstermektedir. Sözde düz altıgenin aslında bir sandalyeye (görüntünün solunda) veya bir tekneye (sağda) benzediğine dikkat edin. Bir hidrojen kırmızı bir harfle, diğeri ise mavi bir harfle temsil edilir ve tersine döndükten sonra göreceli konumlarının nasıl değiştiğini gösterir.

(1) 'de, hidrojen halka düzlemine dik olduğunda, eksenel konumda olduğu söylenir; ve ona paralel olduğunda ekvator konumunda olduğu söylenir.

Tepkiler

Sikloalkanların maruz kalabileceği reaksiyonlar, alkanlarla aynıdır. Her ikisi de karbondioksit ve su üretmek için tipik yanma reaksiyonlarında fazla oksijen varlığında yanar. Aynı şekilde, her ikisi de bir hidrojenin bir halojen atomu (F, Cl, Br, I) ile değiştirildiği halojenleşmelere maruz kalabilir.

Siklopentanın reaksiyonları. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Siklopentan için yanma ve halojenleme reaksiyonları, yukarıdaki örnek yoluyla gösterilmiştir. Bunun bir mol sıcakta ve CO dekompoze için moleküler oksijenin 7.5 mol olarak yanıklar ₂ ve H ₂ Öte yandan, O. ultraviyole radyasyon ve brom varlığında, bir gaz molekülü serbest bir Br, bir H yerini HBr tarafından.

Uygulamalar

Sikloalkanların kullanımı büyük ölçüde karbon sayılarına bağlıdır. En hafif ve dolayısıyla gazlı olanlar, bir zamanlar kamu aydınlatmasında gaz lambalarına güç sağlamak için kullanıldı.

Öte yandan sıvılar, polar olmayan yapıdaki sıvı yağlar, katı yağlar veya ticari ürünler için çözücü olarak faydalıdır. Bunlar arasında siklopentan, sikloheksan ve sikloheptan sayılabilir. Ayrıca yağ laboratuvarlarında rutin işlemlerde veya yakıtların formülasyonunda çok sık kullanılırlar.

Daha ağırlarsa yağlayıcı olarak kullanılabilirler. Öte yandan, ilaçların sentezi için başlangıç ​​materyalini de temsil edebilirler; Yapısında bir siklobütan halkası içeren karboplatin gibi.

Sikloalkan örnekleri

Son olarak, makalenin başına dönüyoruz: birkaç ikame edilmemiş sikloalkan içeren görüntü.

Sikloalkanları ezberlemek için, geometrik şekilleri düşünün: üçgen (siklopropan), kare (siklobütan), beşgen (siklopentan), altıgen (sikloheksan), heptagon (sikloheptan), ongen (siklodekan), beşgen (siklopentadekan) vb. .

Halka ne kadar büyükse, kendi geometrik şekline o kadar az benziyor. Siklohekzanın bir altıgenden başka bir şey olduğu zaten görülmüştür; aynı durum siklotetradekan (on dört karbon) için daha belirgindir.

Bağlantılarının gerginliğini ve tutulmasını en aza indirmek için katlanabilen kolyeler gibi davranacakları bir nokta geliyor.

Referanslar

1. Morrison, RT ve Boyd, R, N. (1987). Organik Kimya. 5. Baskı. Editör Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organik Kimya. (Altıncı baskı). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organik Kimya. Aminler. (10. baskı.). Wiley Plus.
4. Kimya LibreTexts. (2 Haziran 2019). Sikloalkanların adlandırılması. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
5. Vikipedi. (2019). Sikloalkanların. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
6. Clark Jim. (2015). Alkanlar ve sikloalkanların tanıtılması. Kurtarıldı: chemguide.co.uk
7. James Ashenhurst. (2019). Konformasyonlar ve Sikloalkanlar. Master Organik Kimya. Kurtarıldı: masterorganicchemistry.com
8. Fernández Germán. (Sf). Sikloalkanlar-teorisi. Organik Kimya. Quimicaorganica.org'dan kurtarıldı