CYCLOALKINE: EIGENSCHAFTEN, ANWENDUNGEN, BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die Cycloalkine sind organische Verbindungen, die eine oder mehrere Dreifachbindungen und eine cyclische Einheit enthalten. Ihre kondensierten Molekülformeln folgen der Formel C _n H _2n-4 . Wenn also n gleich 3 ist, lautet die Formel des Cycloalkins C ₃ H ₂ .

Im Bild unten ist eine Reihe geometrischer Figuren dargestellt, die jedoch tatsächlich aus Beispielen für Cycloalkine bestehen. Jedes von ihnen kann als stärker oxidierte Version der jeweiligen Cycloalkane (ohne Doppel- oder Dreifachbindungen) angesehen werden. Wenn ihnen ein Heteroatom fehlt (O, N, S, F usw.), sind sie nur "einfache" Kohlenwasserstoffe.

Eigene Quelle.

Die Chemie um Cycloalkine ist sehr komplex und die Mechanismen hinter ihren Reaktionen sind noch komplexer. Sie stellen einen Ausgangspunkt für die Synthese vieler organischer Verbindungen dar, die wiederum möglichen Anwendungen unterliegen.

Im Allgemeinen sind sie sehr reaktiv, sofern sie nicht "verzerrt" oder mit Übergangsmetallen komplexiert sind. Ihre Dreifachbindungen können auch mit Doppelbindungen konjugiert werden, wodurch cyclische Einheiten innerhalb von Molekülen entstehen.

Ist dies nicht der Fall, können sie in ihren einfachsten Strukturen kleine Moleküle zu ihren Dreifachbindungen hinzufügen.

Eigenschaften von Cycloalkinen

Apolarität und die Dreifachbindung

Cycloalkine zeichnen sich dadurch aus, dass sie unpolare Moleküle sind und daher hydrophob. Dies kann sich ändern, wenn sie in ihren Strukturen ein Heteroatom oder eine funktionelle Gruppe aufweisen, die ihnen ein beträchtliches Dipolmoment verleiht. wie es in dreifach gebundenen Heterocyclen vorkommt.

Aber was ist eine Dreifachbindung? Sie sind nicht mehr als drei gleichzeitige Wechselwirkungen zwischen zwei sp-hybridisierten Kohlenstoffatomen. Eine Bindung ist einfach (σ) und die anderen beiden π senkrecht zueinander. Beide Kohlenstoffatome haben ein freies sp-Orbital, um sich mit anderen Atomen zu verbinden (RC≡CR).

Diese Hybridorbitale haben 50% s-Charakter und 50% p-Charakter. Da die s-Orbitale stärker durchdringen als das p, werden die beiden Kohlenstoffe der Dreifachbindung durch diese Tatsache saurer (Elektronenakzeptoren) als die Kohlenstoffe von Alkanen oder Alkenen.

Aus diesem Grund stellt die Dreifachbindung (≡) einen bestimmten Punkt dar, an dem sich Elektronendonorspezies hinzufügen und Einfachbindungen bilden können.

Dies führt zum Aufbrechen einer der π-Bindungen und wird zu einer Doppelbindung (C = C). Die Zugabe wird fortgesetzt, bis R ₄ C-CR ₄ erhalten wird, dh vollständig gesättigte Kohlenstoffe.

Das Obige kann auch so erklärt werden: Die Dreifachbindung ist eine doppelte Ungesättigtheit.

Intermolekularen Kräfte

Cycloalkinmoleküle interagieren durch Streukräfte oder Londoner Kräfte und durch Wechselwirkungen vom π-π-Typ. Diese Wechselwirkungen sind schwach, aber mit zunehmender Größe der Zyklen (wie die letzten drei auf der rechten Seite des Bildes) bilden sie bei Raumtemperatur und Druck Feststoffe.

Winkelspannung

Die Bindungen in der Dreifachbindung befinden sich auf derselben Ebene und einer Linie. Daher hat -C≡C- eine lineare Geometrie, wobei die sp-Orbitale etwa 180 ° voneinander entfernt sind.

Dies hat schwerwiegende Auswirkungen auf die stereochemische Stabilität von Cycloalkinen. Das "Biegen" der sp-Orbitale erfordert viel Energie, da sie nicht flexibel sind.

Je kleiner das Cycloalkin ist, desto mehr müssen sich die sp-Orbitale biegen, um seine physikalische Existenz zu ermöglichen. Wenn man das Bild analysiert, kann man von links nach rechts sehen, dass im Dreieck der Winkel der Bindungen zu den Seiten der Dreifachbindung sehr ausgeprägt ist; im Zehneck sind sie weniger abrupt.

Je größer das Cycloalkin ist, desto näher nähert sich der Bindungswinkel der sp-Orbitale dem idealen 180º. Das Gegenteil tritt auf, wenn sie kleiner sind, sie zum Biegen zwingen und eine Winkelspannung in ihnen erzeugen, die das Cycloalkin destabilisiert.

Somit haben die größeren Cycloalkine eine geringere Winkelspannung, was ihre Synthese und Speicherung ermöglicht. Damit ist das Dreieck das instabilste Cycloalkin und das Zehneck das stabilste von allen.

Tatsächlich ist das Cyclooctin (das Achteck) das kleinste und stabilste bekannte; Die anderen existieren nur als vorübergehende Vermittler bei chemischen Reaktionen.

Nomenklatur

Für die Benennung von Cycloalkinen müssen die gleichen IUPAC-Standards wie für Cycloalkane und Cycloalkene angewendet werden. Der einzige Unterschied liegt im Suffix -ico am Ende des Namens der organischen Verbindung.

Die Hauptkette hat die Dreifachbindung und beginnt ab dem Ende, das ihr am nächsten liegt, zu nummerieren. Wenn Sie beispielsweise Cyclopropan haben, wird eine Dreifachbindung als Cyclopropino (das Dreieck im Bild) bezeichnet. Wenn Sie eine Methylgruppe an den oberen Scheitelpunkt gebunden haben, ist dies: 2-Methylcyclopropino.

Die Kohlenstoffe von RC≡CR haben bereits ihre vier Bindungen, daher fehlen Wasserstoffatome (wie dies bei allen Cycloalkinen im Bild der Fall ist). Dies geschieht nicht nur, wenn sich die Dreifachbindung in einer terminalen Position befindet, dh am Ende einer Kette (RC≡CH).

Anwendungen

Cycloalkine sind keine sehr verbreiteten Verbindungen, ebenso wie ihre Anwendungen. Sie können als Bindemittel (koordinierende Gruppen) für Übergangsmetalle dienen und so eine Unendlichkeit metallorganischer Verbindungen erzeugen, die für sehr strenge und spezifische Anwendungen verwendet werden können.

Sie sind im Allgemeinen Lösungsmittel in ihrer gesättigtsten und stabilsten Form. Wenn sie aus Heterocyclen bestehen und interne zyklische C≡CC = CC≡C-Einheiten aufweisen, finden sie interessante und vielversprechende Anwendungen als Krebsmedikamente. Dies ist der Fall bei Dinemycin A. Andere Verbindungen mit strukturellen Analogien wurden daraus synthetisiert.

Beispiele

Das Bild zeigt sieben einfache Cycloalkine, bei denen es kaum eine Dreifachbindung gibt. Von links nach rechts gibt es mit ihren jeweiligen Namen: Cyclopropino, das Dreieck; Cyclobutino, der Platz; Cyclopentin, das Fünfeck; Cyclohexin, das Sechseck; Cycloheptin, das Siebeneck; Cyclooctino, das Achteck; und Cyclodecino, das Zehneck.

Basierend auf diesen Strukturen und durch Substitution der Wasserstoffatome der gesättigten Kohlenstoffe können andere von ihnen abgeleitete Verbindungen erhalten werden. Sie können auch oxidativen Bedingungen ausgesetzt werden, um Doppelbindungen auf anderen Seiten der Zyklen zu erzeugen.

Diese geometrischen Einheiten können Teil einer größeren Struktur sein, was die Wahrscheinlichkeit einer Funktionalisierung des gesamten Satzes erhöht. Es gibt nicht viele Beispiele für Cycloalkine, zumindest nicht ohne sich mit den tiefen Bereichen der organischen Synthese und Pharmakologie zu befassen.

Verweise

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