Структура на циклопропан. Циклопропан: структура и структура Енантиомерия на производни на циклопропан

В молекулата на циклопропан всички въглеродни атоми са разположени в една и съща равнина.

При това разположение на въглеродните атоми в цикъла ъглите на връзката трябва да бъдат равни на 60 0, а величината на тяхното отклонение от нормалния ъгъл на връзка (109 0 28) трябва да бъде: α = (109 0 28 – 60 0): 2 = 24 0 44. Това е най-интензивната циклична система.

В действителност обаче ъглите на връзката между въглеродните атоми в циклопропановия пръстен са 106 0. Това се обяснява с факта, че σ връзките между въглеродните атоми в циклопропана се различават от обикновените σ връзки, образувани при припокриване на sp 3 хибридни орбитали в алкани.

Когато въглерод-въглеродните връзки се образуват в циклопропановия пръстен, възниква само частично припокриване на sp 3 -хибридни орбитали, насочени не по правата линия, свързваща центровете на свързаните въглеродни атоми, а извън циклопропановата равнина, което води до образуване на огънати орбитали или т.нар банан или τ- (гръцки „тау“) облигации.

Образуването на бананови (или τ-) връзки в циклопропан води до намаляване на ъгловото напрежение в цикъла, тъй като ъгълът между осите на два електронни облака се увеличава от 60 0 до 106 0, а самите τ-връзки стават частично ненаситени и заемат междинно положение по сила между σ- и π-връзките.

Това обяснява склонността на циклопропана да претърпява присъединителни реакции. Частично ненаситеният характер на въглеродните атоми в молекулата на циклопропана също се доказва от повишената протонна подвижност на водородните атоми.

Строеж на циклобутан и циклопентан

В циклобутан и особено в циклопентан ъгловото напрежение, свързано с отклонението на ъглите на връзката на въглеродните атоми от нормалния ъгъл на връзка (109 0 28), е значително по-ниско.

Когато всички въглеродни атоми на четири- и пет-членни пръстени са разположени в една и съща равнина, отклонението на ъглите на връзката е съответно:

За циклобутан - (109 0 28 - 90 0) : 2 = 9 0 44

За циклопентан - (109 0 28 - 108 0) : 2 = 0 0 44

В действителност обаче молекулите на циклобутан и циклопентан не са плоски, тъй като в плоските структури всички водородни атоми са в затъмнено състояние, което води до появата на напрежение на усукване и намаляване на стабилността на молекулите.

За да се намали напрежението на усукване, молекулите на циклобутан и циклопентан приемат неравнинни конформации, при които, поради силите на отблъскване между водородните атоми, един от въглеродните атоми в циклобутан или два въглеродни атома в циклопентан непрекъснато се движат извън равнината на циклите .

Следователно пръстените на циклобутан и циклопентан изглежда са в постоянно вълнообразно движение, по време на което се случва бърза трансформация на една конформация в друга:

За циклобутан:

За циклопентан:

В конформацията "стол" 6 водородни атома са перпендикулярни на средната равнина на пръстена и се наричат ​​аксиални (a-), а други 6 са близо до тази условна равнина и се наричат ​​екваториални (e-). Ако един от водородите е заменен с алкил или някаква функционална група, той може да бъде в екваториална или аксиална позиция. При стайна температура има един циклохексан, а не два изомера. Причината за това е бързото обръщане на цикъла, в резултат на което метиловата група става екваториална от аксиална.

Ориз. 16.3. Обръщане на метилциклохексан

Според Bayer, циклопентанът практически няма ъглово напрежение. Но дори и той не съществува в равнинна форма, т.к в плоска молекула всички водородни атоми ще бъдат в затъмнена конформация, което ще доведе до забележимо напрежение на усукване. Енергийно по-изгодно е циклопентанът да съществува под формата на така наречената „обвивка“, в която 4 въглеродни атома са в една равнина, а петият излиза от нея.

Ориз. 16.4. Конформационни промени на циклопентан

Циклобутанът също е неравнинен, той се състои от два равностранни триъгълника, свързани по протежение на едната страна и разположени в различни равнини. Причината за излизането на два въглеродни атома от равнината все още е в същата неясна конформация на метиленовите групи, което е енергийно неизгодно.

Ориз. 16.5. Конформационни промени на циклобутан

В циклопропана въглеродните атоми не могат да бъдат в различни равнини (геометричното местоположение на три точки е равнина). Молекулата може да бъде представена като правилен триъгълник. Експерименталните данни обаче показват, че циклопропанът се държи така, сякаш ъгълът между C-C връзките е 102°. Невъзможно е да си представим правилен триъгълник с вътрешни ъгли, които не са равни на 60 градуса.

Припокриването на атомни хибридизирани орбитали в молекулата на циклопропан е показано на фиг. 16.6. Както можете да видите, връзката не се образува по линията, свързваща центровете на атомите. Такива връзки се наричат ​​"банан" или извити. По своите характеристики те заемат междинно положение между s- и p-връзките. Този факт обяснява частичната ненаситеност на циклопропана.

Ориз. 16.6. Припокриващи се атомни орбитали в молекула на циклопропан

В резултат на това в молекулите на циклобутан и циклопентан намалява „засенчването“ на водородните атоми в съседните въглеродни атоми, което води до намаляване на напрежението на усукване поради появата на малко ъглово (ъглово) напрежение.

За разлика от наситените въглеводороди, характеризиращи се с наличието на отворени въглеродни вериги, има въглеводороди с затворени вериги(цикли). По своите свойства те наподобяват обикновените наситени въглеводороди, алкани (парафини), откъдето идва и името им - циклоалкани (циклопарафини). Обща формула на хомоложния ред на циклоалкани ° Снз2n, тоест циклоалканите са изомери на етиленови въглеводороди. Представители на тази серия съединения са циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклохексан.

Циклопропан

Циклобутан

Циклопентан

Циклохексан

Много често в органичната химия структурните формули на изброените циклоалкани се изобразяват без символите С и Н с прости геометрични фигури.

Общата формула на хомоложната серия от циклоалкани е CnH2n. Точно същата формула описва хомоложната серия от алкени. От което следва, че за всеки циклоалкан има съответен алкен. Това е пример за така наречената „междукласова“ изомерия.

Изомерия и номенклатура на циклоалкани

1) Циклоалканите, както всички класове органични съединения, се характеризират с изомерия на въглеродния скелет (структурна изомерия). Структурната изомерия на циклоалканите се определя първо от размера на пръстена. По този начин има два циклоалкана с формула C4H8: циклобутан и метилциклопропан. Второ, такава изомерия се определя от позицията на заместителите в пръстена (например 1,1 и 1,2-диметилбутан).

а) Изомерия на пръстена:

а) Изомерия на страничните вериги:

2) Изомеризъм на позицията на заместителите в пръстена:

3) Междукласова изомерия с алкени:

4) Пространствена изомерия. Липсата на свободно въртене около С-С връзките в пръстена създава предпоставки за съществуването на пространствени изомери в някои заместени циклоалкани. Например, в молекула 1,2-диметилциклопропан две СН3 групи могат да бъдат разположени от една и съща страна на равнината на пръстена (цис-изомер) или от противоположните страни (транс-изомер):

Въз основа на размера на пръстена циклоалканите се разделят на няколко групи, от които ще разгледаме малки (C3, C4) и обикновени (C5-C7) цикли.

Според правилата на международната номенклатура основната в циклоалканите е веригата от въглеродни атоми, които образуват цикъла. Името се основава на името на тази затворена верига с добавяне на префикса "цикло-" (циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклохексан и др.). Ако има заместители в пръстена, въглеродните атоми в пръстена се номерират, така че разклоненията да получат възможно най-ниските номера. Следователно съединението трябва да се нарича 1,2-диметилциклобутан, а не 2,3-диметилциклобутан или 3,4-диметилциклобутан.

Структурните формули на циклоалканите обикновено се изписват съкратено, като се използва геометричната форма на пръстена и се пропускат символите за въглеродните и водородните атоми.

Физични свойства на циклоалканите

При нормални условия първите два члена на поредицата (C3 - C4) са газове, (C5 - C11) са течности и започвайки от C12 са твърди вещества. Точките на кипене и топене на циклоалканите са по-високи от тези на съответните алкани. Циклоалканите са практически неразтворими във вода. С увеличаване на броя на въглеродните атоми, моларната маса се увеличава и следователно точката на топене се увеличава.

Химични свойства на циклоалканите

Свойствата силно зависят от размера на цикъла, което определя неговата стабилност.

Три- и четиричленните цикли (малки цикли), тъй като са наситени, въпреки това се различават рязко от всички други наситени въглеводороди. Ъглите на връзката в циклопропан и циклобутан са значително по-малки от нормалния тетраедричен ъгъл от 109°28', характерен за sp3-хибридизирания въглероден атом.

Това води до голямо напрежение в такива цикли и склонността им да се отварят под въздействието на реагенти. Следователно циклопропанът, циклобутанът и техните производни влизат в реакции на присъединяване, проявявайки характера на ненаситени съединения. Лекотата на реакциите на добавяне намалява с намаляване на силата на цикъла в серията:

циклопропан > циклобутан >> циклопентан

Най-стабилни са 6-членните цикли, в които няма ъглови и други видове напрежение.

· Малки цикли (C3 – C4) доста лесно влизат в реакции на хидрогениране:

· Циклопропанът и неговите производни добавят халогени и халогениди на водорода:

Циклопропанът и неговите хомолози реагират с халогеноводороди с отваряне на пръстена в съответствие с правилото на Марковников.

Когато несиметричен алкен се комбинира с халогеноводородна киселина, халогенът се добавя към въглеродния атом, съдържащ по-малко водородни атоми.

В други цикли (започвайки от C5) ъгловото напрежение се облекчава поради неравнинната структура на молекулите. Следователно, поради тяхната стабилност, циклоалканите (С5 и по-високи) се характеризират с реакции, при които се запазва цикличната структура, т.е. реакции на заместване.

Реакцията протича по верижно радикален механизъм (подобен на заместването в алканите).

Тези съединения, подобно на алканите, също претърпяват реакции на дехидрогениране, например дехидрогениране на циклохексан и неговите алкилови производни:

Както и окисление в присъствието на катализатор, например окисление на циклохексан:

Обобщавайки химичните свойства на циклоалканите, техните химични свойства могат да бъдат записани, както следва:

Справочен материал за полагане на теста:

Менделеевата таблица

Таблица за разтворимост

Циклопропан

ЦИКЛОПАНУМ (Cyclopropanum).

Синоним: циклопропан.

Безцветен запалим газ с характерна миризма, напомняща петролев етер и остър вкус. Относителна плътност 1,879 При температура 4 - 20 С и налягане 5 атм преминава в течно състояние; Точката на кипене на циклопропана при атмосферно налягане е 347 С. Той е слабо разтворим във вода (един обем газ при + 20 С е разтворим в 2,85 обема вода). Лесно разтворим в алкохол, петролев етер, хлороформ и мазни масла.

Циклопропанът има силен общ аналгетичен ефект. Изключително запалим; неговите смеси с кислород, азотен оксид и въздух могат да експлодират при контакт с пламък, електрическа искра и други източници, които могат да предизвикат запалване. При използване на циклопропан е необходимо да се вземат всички мерки за предотвратяване на възможността от експлозия, включително предпазни мерки, свързани с използването на електрическо и рентгеново оборудване и за предотвратяване на образуването на статично електричество. Поради тези характеристики, както и появата на нови методи и средства за обща анестезия, циклопропанът сега се използва изключително рядко като анестетик. Циклопропанът действа бързо. При концентрация 4 об. % предизвиква аналгезия, 6 об. % - изключва съзнанието, 8 - 10 об. % - предизвиква анестезия (III стадий), в концентрация 20 -30 об. % - дълбока анестезия.

В тялото циклопропанът не се разрушава и се освобождава непроменен почти напълно 10 минути след спиране на инхалацията.

Циклопропанът няма изразен ефект върху функциите на черния дроб и бъбреците; леко намалява диурезата. Понякога по време на анестезия с циклопропан възниква краткотрайна хипергликемия, свързана с възбуждане на адренореактивните системи. Този ефект е по-слабо изразен, отколкото при използване на етер.

Циклопропанът има стимулиращ ефект върху холинореактивните системи на организма и предизвиква леко забавяне на пулса, възможни са и аритмии. Под въздействието на циклопропан значително се повишава чувствителността на миокарда към адреналина; прилагането на адреналин по време на анестезия с циклопропан може да причини камерно мъждене.

Кръвното налягане се повишава леко по време на анестезия, което може да доведе до известно повишено кървене.

Циклопропан се използва за уводна и основна анестезия (циклопропан с кислород); Често се използва в комбинация с други анестетици (азотен оксид, етер) и мускулни релаксанти. Предназначен за пациенти с белодробни заболявания, тъй като не предизвиква дразнене на лигавицата на дихателните пътища. Може да се предписва при чернодробни заболявания и диабет.

Циклопропановата анестезия може да се използва за краткосрочни хирургични интервенции.

Циклопропанът се използва в смес с кислород в затворена и полузатворена система (понякога полуотворена) с помощта на анестезиологични машини с дозиметри. За поддържане на анестезията се използва 15 - 18% циклопропан. Въвеждането в анестезия се извършва с по-високи концентрации на циклопропан. Докато операцията приключи, подаването на циклопропан се спира и след 2 - 5 минути. Чрез вдишване на чист кислород пациентите се събуждат.

Подаването на кислород трябва да бъде непрекъснато. Необходимо е да се гарантира, че се поддържа достатъчна вентилация на белите дробове и тялото се освобождава от въглероден диоксид.

Понякога като компонент се използва циклопропан. След въвеждане на интравенозна анестезия с натриев тиопентал се подава смес от газове (по полузатворен метод) в следното съотношение: азотен оксид - 1 част, кислород - 2 части, циклопропан - 0,4 части.

При използване на тази смес след края на анестезията е необходимо да се изключат наркотичните компоненти в определена последователност (за да се избегне развитието на хипоксия): първо спрете подаването на циклопропан, след 2-3 минути - азотен оксид и след същия период - кислород.

При правилно дозиране на циклопропан, анестезията протича без усложнения, пациентите бързо се събуждат след края на инхалацията. В случай на предозиране може да настъпи спиране на дишането и сърдечна депресия, включително спиране на сърцето.

Поради бързото събуждане след спиране на анестезията, пациентите могат да изпитат силна болка след операцията, затова се препоръчва да се приложи аналгетик преди края на операцията. След анестезия сравнително често се наблюдава главоболие, а в някои случаи следоперативно повръщане и пареза на червата. Поради това пациентите след събуждане от анестезия се нуждаят от внимателно наблюдение.

По време на анестезия с циклопропан е противопоказано прилагането на адреналин и норепинефрин.

Форма на освобождаване: в безшевни стоманени цилиндри с вместимост 1 и 2 литра течен циклопропан под налягане 5 atm; цилиндрите са боядисани в оранжево и имат надпис.

Само медицински персонал, който е преминал подходящо обучение, има право да използва циклопропан.

Съхранение: на хладно място, далеч от източници на огън.

Указател на лекарствата. 2012

Вижте също тълкувания, синоними, значения на думата и какво е циклопропан на руски в речници, енциклопедии и справочници:

• ЦИКЛОПРОПАН
  (триметилен) безцветен газ, точка на кипене -32,7 °C. Лек за...
• ЦИКЛОПРОПАН
  триметилен, алицикличен въглеводород; безцветен газ, точка на кипене 32,8 |C, плътност 0,720 g/cm3 (-79 |C); неразтворим във вода, разтворим в алкохол,...
• ЦИКЛОПРОПАН в Енциклопедичния речник на Brockhaus и Euphron:
  (триметилен) - b75_173-1.jpg се опита да получи, но неуспешно, Reboul от триметилен бромид чрез отстраняване на бром: резултатът беше обикновен пропилей; през 1882 г. Фройнд, ...
• ЦИКЛОПРОПАН в Енциклопедичния речник:
  а, мн.ч. не, хим. Органично съединение - алицикличен въглеводород, газ, използван в хирургията за ...
• ЦИКЛОПРОПАН в Големия руски енциклопедичен речник:
  ЦИКЛОПРОПАН (триметилен), безцветен. газ, точка на кипене -32,7 °C. Лек за...
• ЦИКЛОПРОПАН в Енциклопедията на Брокхаус и Ефрон:
  (триметилен)? се опита, но неуспешно, да получи Reboul от триметилен бромид чрез отстраняване на бром: резултатът беше обикновен пропилей; през 1882 г. Фройнд обаче...
• ЦИКЛОПРОПАН в Новия речник на чуждите думи:
  (виж цикъл... + пропан) органично съединение, алицикличен въглеводород; газ; приложение в хирургията като общ...
• ЦИКЛОПРОПАН в речника на чуждите изрази:
  [см. цикъл... + пропан] органично съединение, алицикличен въглеводород; газ; приложение в хирургията като общ...
• ЦИКЛОПРОПАН в речника на синонимите на руския език.
• ЦИКЛОПРОПАН в Пълния правописен речник на руския език:
  циклопропан,...
• ЦИКЛОПРОПАН в правописния речник:
  циклопропан, ...
• ЦИКЛОПРОПАН в съвременния тълковен речник, TSB:
  (триметилен), безцветен газ, точка на кипене -32,7 °C. Лек за...
• Метоксифлуран в указателя на лекарствата:
  МЕТОКСИФЛУРАН (Methoxyfluganum) 1, 1 - (дифлуоро-2, 2-дихлоро-1 метоксиетан) Синоними: Inhalan, Pentran, Inhalanum, Methofluranum, Metofane, Pentrane, Pentran. Безцветна прозрачна летлива течност...
• КАМЕРНО МЪЖДЕНЕ в медицинския речник:
  
• КАМЕРНО МЪЖДЕНЕ в Големия медицински речник:
  Вентрикуларната фибрилация (VF) е форма на сърдечна аритмия, характеризираща се с пълна асинхронност на контракцията на отделните влакна на камерния миокард, което води до загуба на ефективна систола и ...
• НАСИТЕНИ СЪЕДИНЕНИЯ в Големия енциклопедичен речник:
  (гранични съединения) органични съединения, в молекулите на които атомите са свързани помежду си само чрез прости връзки в „отворени“ вериги (алифатни наситени съединения) ...
• АЛИЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ в Големия енциклопедичен речник:
  органични съединения, съдържащи цикли (пръстени) от три или повече въглеродни атома в техните молекули (с изключение на ароматни съединения). Включва въглеводороди и...
• ЦИКЛОАЛКАНИ във Великата съветска енциклопедия, TSB:
  циклопарафини, циклани, наситени циклични въглеводороди с обща формула CnH2n (виж Алициклични съединения). Пръстенът на най-простия циклопропан, циклопропан, се състои от...
• ЦИКЛИЧНИ ВРЪЗКИ във Великата съветска енциклопедия, TSB:
  съединения, съединения (предимно органични), чиито молекули съдържат един или повече пръстени (цикли, ядра) от три или повече атома. Повечето...

Структурна формула

Истинска, емпирична или груба формула: C3H6

Молекулно тегло: 42.081

Циклопропан (триметилен)- химично съединение с формула C 3 H 6, най-простият въглеводород от алицикличната (карбоциклична) серия; принадлежи към циклоалканите и е техният първи член на хомоложната серия.

Физични свойства

Безцветен запалим газ с характерна миризма, напомняща петролев етер и остър вкус. Относителна плътност 1,879. При температура 4 - 20 °C и налягане 5 atm преминава в течно състояние; точка на топене −127 °C, точка на кипене на циклопропан при атмосферно налягане −33 °C. Слабо разтворим във вода (един обем газ при + 20 °C е разтворим в 2,85 обема вода). Лесно разтворим в петролев етер, хлороформ и мастни масла. Силно запалими, смеси с въздух, кислород или азотен оксид са експлозивни. Циклопропан (като циклобутан) може да се получи чрез интрамолекулна реакция на Wurtz от ω-дихалоалкани при нагряване с метали (Na, Mg, Zn).

Медицинска употреба

Циклопропанът има силен общ аналгетичен ефект. Изключително запалим; неговите смеси с кислород, азотен оксид и въздух могат да експлодират при контакт с пламък, електрическа искра и други източници, които могат да причинят запалване. При използване на циклопропан е необходимо да се вземат всички мерки за предотвратяване на възможността от експлозия, включително предпазни мерки, свързани с използването на електрическо и рентгеново оборудване и за предотвратяване на образуването на статично електричество. Поради тези характеристики, както и появата на нови методи и средства за обща анестезия, циклопропанът сега се използва изключително рядко като анестетик. Циклопропанът действа бързо. При концентрация 4 об. % предизвиква аналгезия, 6 об. % - изключва съзнанието, 8 - 10 об. % - предизвиква анестезия (етап III), в концентрация 20–30 об. % - дълбока анестезия. В тялото циклопропанът не се разрушава и се освобождава непроменен почти напълно 10 минути след спиране на инхалацията. Циклопропанът няма изразен ефект върху функциите на черния дроб и бъбреците; леко намалява диурезата. Понякога по време на анестезия с циклопропан възниква краткотрайна хипергликемия, свързана с възбуждане на адренореактивните системи. Този ефект е по-слабо изразен, отколкото при използване на етер. Циклопропанът има стимулиращ ефект върху холинореактивните системи на организма и предизвиква леко забавяне на пулса, възможни са и аритмии. Под въздействието на циклопропан значително се повишава чувствителността на миокарда към адреналина; прилагането на адреналин по време на анестезия с циклопропан може да причини камерно мъждене. Кръвното налягане се повишава леко по време на анестезия, което може да доведе до известно повишено кървене. Циклопропан се използва за уводна и основна анестезия (циклопропан с кислород); Често се използва в комбинация с други анестетици (азотен оксид, етер) и мускулни релаксанти. Предназначен за пациенти с белодробни заболявания, тъй като не предизвиква дразнене на лигавицата на дихателните пътища. Може да се предписва при чернодробни заболявания и диабет. Циклопропановата анестезия може да се използва за краткосрочни хирургични интервенции. Циклопропанът се използва в смес с кислород в затворена и полузатворена система (понякога полуотворена) с помощта на анестезиологични машини с дозиметри. За поддържане на анестезията се използва 15 - 18% циклопропан. Въвеждането в анестезия се извършва с по-високи концентрации на циклопропан. Докато операцията приключи, подаването на циклопропан се спира и след 2 - 5 минути. Чрез вдишване на чист кислород пациентите се събуждат. Подаването на кислород трябва да бъде непрекъснато. Необходимо е да се гарантира, че се поддържа достатъчна вентилация на белите дробове и тялото се освобождава от въглероден диоксид. Циклопропанът понякога се използва като част от сместа на Шейн Ашман. След въвеждане на интравенозна анестезия с натриев тиопентал се подава смес от газове (по полузатворен метод) в следното съотношение: азотен оксид - 1 част, кислород - 2 части, циклопропан - 0,4 части. При използване на тази смес след края на анестезията е необходимо да се изключат анестетичните компоненти в определена последователност (за да се избегне развитието на хипоксия): първо спрете подаването на циклопропан, след 2-3 минути - азотен оксид и след това същия период - кислород. При правилно дозиране на циклопропан, анестезията протича без усложнения, пациентите бързо се събуждат след края на инхалацията. В случай на предозиране може да настъпи спиране на дишането и сърдечна депресия, включително спиране на сърцето. Поради бързото събуждане след спиране на анестезията, пациентите могат да изпитат силна болка след операцията, затова се препоръчва да се приложи аналгетик преди края на операцията. След анестезия сравнително често се наблюдава главоболие, а в някои случаи следоперативно повръщане и пареза на червата. Поради това пациентите след събуждане от анестезия се нуждаят от внимателно наблюдение. Само медицински персонал, който е преминал подходящо обучение, има право да използва циклопропан.

Противопоказания

По време на анестезия с циклопропан е противопоказано прилагането на адреналин и норепинефрин.

Токсични ефекти на циклопропан

Лекарство, което предизвиква стимулиране на нервната система с последващо инхибиране, което е свързано с преобладаващ ефект върху мозъчната кора, както и с нарушаване на метаболитните процеси в мозъка, включително метаболизма. При вдишване на циклопропан в концентрация 15-20% и смесен с кислород при плъхове, след час количеството гликоген и общите протеини в черния дроб намалява, активността на SH групите на чернодробните клетки се увеличава и съдържанието на рибонуклеинова киселина в тях се увеличава. При хронична експозиция на циклопропан, производството на костен мозък, главно гранулоцити, се инхибира.

Форма за освобождаване

Форма на освобождаване: в безшевни стоманени цилиндри с вместимост 1 и 2 литра течен циклопропан под налягане 5 atm; цилиндрите са боядисани в оранжево и имат надпис<Осторожно. Циклопропан. Огнеопасен>.

Съхранение

Съхранение: на хладно място, далеч от източници на огън.

Циклопропанът е открит през 1881 г. от Август Фройнд, който също предлага правилната структура на новото вещество в първата си работа. Фройнд третира 1,3-дибромопропан с натрий, причинявайки вътрешномолекулна реакция на Wurtz, водеща директно до циклопропан.

$BrCH_2CH_2CH_2Br + 2Na \to (CH_2)_3 + 2NaBr$

Добивът на реакцията е подобрен от Gustafson през 1887 г. чрез използване на цинк вместо натрий. Циклопропанът не е имал търговска употреба, докато Хендерсън и Лукас не откриват анестезиращите му свойства през 1929 г.; промишленото производство започва през 1936 г.

Структура на циклопропан

Циклопропанът е молекула циклоалкан с молекулна формула $C_3H_6$, състояща се от три въглеродни атома, свързани един с друг, за да образуват пръстен, като всеки въглероден атом е свързан с два водородни атома, което води до $D3h$ симетрия на молекулата.

Снимка 1.

Циклопропанът и пропиленът имат една и съща молекулна формула, $C_3H_6$, но имат различни структури, което ги прави структурни изомери.

Циклопропанът е анестетик. В съвременната анестезиологична практика той е заменен от други агенти, поради изключителната си реактивност при нормални условия: когато газът се смеси с кислород, съществува значителен риск от експлозия.

Енантиомерия на циклопропанови производни

Енантиомерията на алицикличните съединения възниква в присъствието на хирален въглероден атом и отсъствието на елементи на симетрия, предимно равнината на симетрия. По този начин, циклопропан с два идентични заместителя в транс-1,2-позиция или с два различни в транс-1,2 и цис-1,2-позиция съществува под формата на енантиомери:

Фигура 4.

Съединения с цис-1,2 и транс-1,2 позиции на два идентични заместителя са диастереоизомери едно на друго.

Молекулна структура на циклопропан

Молекулната структура на циклопропана може да бъде представена като правилен триъгълник с ъгли на връзката между три въглеродни атома от 60$^\circ$ и ъгли водород-въглерод-водород от 114$^\circ$:

Фигура 5.

По този начин ъглите на връзката в циклопропановия пръстен са 49,5$^\circ$ по-малки от тетраедричните ъгли между въглеродните атоми на алканите, което води до напрежение, наречено ъглово напрежение на Байер.

Според квантово-механичните изчисления в молекулите на циклопропан, реалните ъгли между свързаните въглеродни атоми (техните $sp^3$ хибридни орбитали) не са 60$^\circ$, а 104$^\circ$:

Фигура 6.

Това отклонение се обяснява с две различни теории:

В резултат на това максималното припокриване на орбиталите се случва не по протежение на средните ядрени оси на $C-C$ връзките, а малко извън тях (извън страните на триъгълника) с образуването на слаби „бананоподобни“ връзки, които всъщност са междинни между $\sigma$- и $\pi$-връзки (фиг. 7, а, A. Coulson и I. Moffitt, 1947).

Съществува и мнение за $sp^2$-хибридното състояние на въглеродните атоми в циклопропана и значителния принос на $p$-атомните орбитали за образуването на бананоподобни връзки (фиг. 7, b, A. Walp, 1949),

Фигура 7. Схема на образуване на връзка в циклопропан: a - структура на A, Coulson и E. Moffitt, b - структура на A. Walsh. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Наличието на такава връзка и вътрешно „Байерово” напрежение води до отклонение във вътрешната енергия на циклопропана в сравнение с други циклоалкани и обуславя неговата висока реактивност, подобна на алкените. Това условно означава, че циклизацията на пропан в циклопропан е по-ендотермична реакция, която изисква допълнителна енергия - енергия "напрежение" в сравнение с циклизацията на хексан в циклохексан. Следователно, в реакциите, протичащи с разделянето на пропановия цикъл, се освобождава това излишно енергийно „напрежение“, което е проява на неговата висока реактивност.

Циклопропан като анестетик

Циклопропанът е въведен в клиничната практика от американския анестезиолог Ралф Уотърс, който използва затворена система с абсорбция на въглероден диоксид, за да запази този скъп тогава агент. Циклопропанът е сравнително мощен анестетик, не дразни и има сладка миризма с минимална алвеоларна концентрация от 17,5% и коефициент на разпределение кръв/газ от 0,55. Това означава, че въвеждането в анестезия чрез вдишване на циклопропан и кислород е било бързо и не е неприятно. Въпреки това, по време на продължителна анестезия с циклопропан, пациентите могат да получат внезапно понижаване на кръвното налягане, което може да доведе до сърдечна аритмия; реакция, известна като "циклопропанов шок". Поради тази причина, както и поради високата му цена и експлозивния му характер, сега се използва само за въвеждане в анестезия и е изтеглен от клинична употреба от средата на 80-те години на миналия век. Циклопропановите бутилки и техните разходомери бяха боядисани в оранжево.

Циклопропанът е неактивен при GABA и глициновите рецептори, но вместо това действа като антагонист на NMDA рецептора. Той също така инхибира AMPA рецептора и никотиновия ацетилхолинов рецептор и активира някои K2P канали.