Реакциите на допълнение са важни действия по отношение на органичните синтези, защото чрез тях могат да се развият интересен брой органични вещества.
За да се осъществи реакцията на присъединяване, е необходимо да се създадат две места на свързване във въглеродната верига, което се случва просто когато веригата е ненаситена (наличие на пи връзка). По този начин, когато пи връзката е счупена, сайтовете се появяват във веригата.
Група вещества, които могат да се използват в допълнителни синтези са циклоалкани или циклани, група въглеводороди с циклични и наситени вериги. Те избягват общото правило за събиране, тъй като нямат пи връзка, но в зависимост от някои условия (топлина, метален катализатор, киселинна среда) те могат да претърпят прекъсване на веригата между два въглеродни атома, което води до появата на две места на свързване, за да се осъществи добавянето. Има обаче факт, който ограничава използването на тези съединения. Факт е обаждането теория на пръстеновидното напрежение, предложена от Адолф В. Байер през 1885 г.
За да бъде прекъсната сигма връзката между въглеродите, трябва да има известна нестабилност между въглеродите. Тази нестабилност е свързана с ъгъла на връзките между въглеродите. Според Байер ъгълът, който осигурява a голяма стабилност за сигма връзката е 109,47О. По този начин вериги, които имат ъгъл между въглеродите, по-малък от 109,47О те са склонни да имат нестабилност в сигма връзките между въглеродите, които образуват веригите, което благоприятства тяхното разрушаване, свързано с идеално външно състояние.
Единствените циклоалкани, които имат ъгъл по-малък от 109,47О сред въглеродите му са циклопропан (60О), циклобутан (90О) и циклопентан (108О). Циклопентанът има ъгъл много близък до 109,47О има много стабилни сигма връзки, поради което не може да претърпи никаква реакция на присъединяване. По-долу имаме структурите на тези три циклоалкана:
Структурна формула съответно на циклопропан, циклобутан и циклопентан
Наблюдение: Всеки циклоалкан, който има повече от 5 въглерода във веригата, ще проведе реакция на заместване за например, и никога добавяне, защото сигма връзките между техните въглеродни атоми са изключително стабилен.
Реакциите на добавяне, които могат да се случат с циклоалканите, са основно всички, но с циклопентан единствените, които може да претърпи, са хидрогениране и халогениране. По-долу са дадени примери за добавки с циклоалкани и техните условия за възникване:
а) Хидрогениране
Реакция на циклоалкана с водородната молекула с присъствието на прахообразен метален катализатор (цинк, никел или платина) в присъствието на нагряване (около 180°CО° С). При тази реакция циклоалканът ще доведе до a алкан. В тази реакция, след прекъсване на цикъла, един водороден атом се добавя към всеки от въглеродните атоми на сигма връзката, която е била прекъсната.
Реакция на добавяне в циклобутан с използване на водород
б) Халогениране
Реакция на циклоалкана с халогенната молекула (хлор, бром, йод, например) с присъствието на железен III хлорид катализатор (FeCl3). При тази реакция циклоалканът ще доведе до a органичен халогенид с два халогенни атома във веригата. След прекъсване на цикъла имаме добавяне на халогенен атом към всеки от въглеродните атоми на сигма връзката, която е била прекъсната.
Реакция на добавяне в циклобутан с използване на бром
в) Реакция с халогенхидриди (киселинни халогениди)
Реакция на циклоалкана с халоген-съдържащата неорганична хидратна молекула (HCl. HBr, HI). Тъй като киселината се използва като реагент, катализатор не се използва. При тази реакция циклоалканът ще доведе до a органичен халогенид само с един халогенен атом във веригата. След прекъсване на цикъла имаме добавяне на водороден атом към един от въглеродните атоми на сигма връзката, която е прекъсната, и халоген към другия въглерод. Спазвайки правилото на Марковников (Н за най-хидрогенирания въглерод и халоген за най-малко хидрогенирания въглерод).
Забележка: Това се случва само с циклопропан и циклобутан.
Реакция на добавяне в циклопропан с използване на солна киселина
Забележка: Това се случва само с циклопропан и циклобутан.
г) Хидратация
Реакция на циклоалкан с водна молекула в присъствието на сярна киселина и нагряване. При тази реакция циклоалканът ще доведе до a моно алкохол (алкохол само с една ОН група във веригата). След прекъсване на цикъла имаме добавяне на водороден атом към един от въглеродните атоми на сигма връзката, която е била прекъсната, и хидроксил (ОН) към другия въглерод. Спазвайки правилото на Марковников (Н за най-хидрогенирания въглерод и хидроксил за най-малко хидрогенирания въглерод).
Забележка: Това се случва само с циклопропан и циклобутан.
Реакция на добавяне в циклопропан с използване на солна киселина
От мен Диого Лопес Диаш
Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/adicoes-ciclanos.htm
