Όπως εξηγείται στο κείμενο Αντιδράσεις προσθήκης, αυτές οι οργανικές αντιδράσεις συμβαίνουν συνήθως με ενώσεις που έχουν ακόρεστο (διπλούς δεσμούς ή τριπλάσια), στα οποία ο δεσμός pi έχει σπάσει, επιτρέποντας την είσοδο ατόμων ή ομάδων ατόμων στην αλυσίδα. ανθρακικός.
Ωστόσο, αυτός ο τύπος αντίδρασης εμφανίζεται επίσης στην περίπτωση κυκλοαλκάνια (υδρογονάνθρακες κλειστής αλυσίδας με μόνο κορεσμένους (απλούς) δεσμούς μεταξύ άνθρακα) που έχουν τρία ή τέσσερα άτομα άνθρακα. Σημειώστε ένα παράδειγμα παρακάτω, που είναι η βρωμίωση (αντίδραση αλογόνωσης) του κυκλοπροπανίου:
Χ.Χ.2
/ \ + αδερ2 → αδερ ─ CH2 ─ CH2 ─ CH2 ─ αδερ
Η2Γ CH2
Ομοίως, υπάρχει επίσης η αντίδραση προσθήκης που ονομάζεται υδροαλογόνωση ή η προσθήκη αλογονιδίου, όπως φαίνεται παρακάτω:
Χ.Χ.2
/ \ + HBr → Η ─ CH2 ─ CH2 ─ CH2 ─ αδερ
Η2Γ CH2
Σημειώστε ότι, και στις δύο περιπτώσεις, το μόριο διασπάται και παράγονται ενώσεις ανοιχτής αλυσίδας.
Αλλά Αυτό δεν συμβαίνει τόσο εύκολα στα κυκλοαλκάνια με πέντε ή περισσότερα άτομα άνθρακα. Από την άλλη πλευρά, αυτές οι ενώσεις είναι πιο πιθανό να αποδώσουν
αντιδράσεις υποκατάστασης, όπου ο δεσμός δεν έχει σπάσει, αλλά μάλλον ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου που συνδέονται με τον άνθρακα αντικαθίστανται από άτομα άλλων στοιχείων.Το κυκλοπεντάνιο μπορεί ακόμη να πραγματοποιήσει αντιδράσεις προσθήκης, αλλά μόνο σε υψηλότερες θερμοκρασίες (περίπου 300 ° C). Στην περίπτωση του κυκλοεξανίου, αυτό είναι πολύ δύσκολο. Αυτό που κάνει είναι οι αντιδράσεις αντικατάστασης, όπως η ακόλουθη χλωρίωση:
Χ.Χ.2 Χ.Χ.2
/ \ / \
Η2Γ CH2 Η2Γ CH ─ Κλ
│ │ + Κλ2→ │ │ + ΗΚλ
Η2Γ CH2 Η2Γ CH2
\ / \ /
Χ.Χ.2 Χ.Χ.2
Δαχτυλίδια με πέντε ή περισσότερα άτομα άνθρακα δεν αντιδρούν με υδροαλικά οξέα, όπως HBr, επιπλέον αντιδράσεις.
Αλλά γιατί συμβαίνει αυτό; Γιατί τα κυκλοαλκάνια τριών ή τεσσάρων άνθρακα πραγματοποιούν αντιδράσεις προσθήκης και τα κυκλοαλκάνια με περισσότερα άτομα άνθρακα τείνουν να μην συμβαίνουν;
Λοιπόν, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το κυκλοπροπάνιο και το κυκλοβουτάνιο είναι πιο ασταθή, οπότε είναι ευκολότερο να σπάσουν τους δεσμούς τους.
Johann Friedrich Adolf von Bayer (1835-1917)
Για να το εξηγήσει αυτό, ο Γερμανός χημικός Johann Friedrich Adolf von Bayer (1835-1917) ανέπτυξε, το 1885, το λεγόμενο Θεωρία στρες δακτυλίου, που έδειξε ότι οι τέσσερις δεσμοί που δημιουργούνται από τα άτομα άνθρακα θα ήταν πιο σταθεροί όταν είχαν γωνία ίση με 109º 28 ', όπως συμβαίνει με το ακόλουθο μεθάνιο:
Οι τέσσερις απλοί δεσμοί μεθανίου έχουν γωνία 109º 28 '
Αυτή είναι η πιο σταθερή γωνία επειδή αντιστοιχεί στη μεγαλύτερη δυνατή απόσταση μεταξύ των ατόμων σε μια τετραεδρική γεωμετρία. Με αυτό, η ηλεκτρονική απώθηση (απώθηση μεταξύ των ηλεκτρονίων στα στρώματα σθένους των ατόμων) γίνεται μικρότερη.
Τα κυκλοαλκάνια με τρεις, τέσσερις και πέντε άνθρακες έχουν γωνίες δεσμού μεταξύ άνθρακα μικρότερη από 109º28 '. Κοίτα:
Γωνίες κυκλοαλκανικών δεσμών
Με βάση αυτές τις πραγματικές γωνίες, τις οποίες μπορούμε γενικά να ονομάσουμε α, ο υπολογισμός της τάσης των δεσμών μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
ένταση = 109º 28' - α
2
Γνωρίζουμε ότι το κυκλοπροπάνιο είναι το πιο ασταθές και επίσης το πιο αντιδραστικό κυκλοαλκάνιο, και αυτό επιβεβαιώνεται με τον υπολογισμό της τάσης του δακτυλίου του σε σύγκριση με τα άλλα:
τάση κυκλοπροπανίου = 109º 28' – 60º = 109º – 60º + 28' = 49º + 28' = 24,5º + 14
2 2 2
Ως 0,5º = 30, τότε έχουμε:
τάση κυκλοπροπανίου = 24º + 30 '+ 14' = 24º 44'
τάση κυκλοβουτανίου = 109º 28' – 90º = 9º 44'2
τάση κυκλοπεντανίου = 109º 28' – 108º = 0º 44'2
Σύμφωνα με τη θεωρία των εντάσεων της Bayer, όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση, τόσο πιο ασταθής θα είναι η κυκλάνη, δηλαδή, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ της πραγματικής γωνίας (α) και της θεωρητικής γωνίας (109º 28 '), πιο ασταθής και, κατά συνέπεια, πιο αντιδραστική θα είναι η ουσία.
Γι 'αυτό το κυκλοπροπάνιο είναι το λιγότερο σταθερό από τα κυκλοαλκάνια.
Ωστόσο, υπήρχε ένα σφάλμα στη θεωρία του Bayer, γιατί αν συνεχίσουμε να κάνουμε αυτόν τον υπολογισμό του άγχους για το κυκλοεξάνιο, όπου η γωνία σύνδεσης είναι 120 °, θα δούμε ότι η τιμή θα είναι ακόμη μικρότερη από αυτήν του κυκλοπροπανίου, δίνοντας ίσο με -5 ° 16 '. Αυτό επισημαίνει το γεγονός ότι το κυκλοεξάνιο πρέπει να είναι ακόμη πιο ασταθές και να προκαλεί αντιδράσεις προσθήκης, κάτι που δεν συμβαίνει στην πράξη.
Η εξήγηση για αυτό το γεγονός βρέθηκε, το 1890, από τον Γερμανό χημικό Hermann Sachse και αποδείχθηκε, το 1918, από τον επίσης Γερμανό χημικό Ernst Mohr. Σύμφωνα με αυτούς τους επιστήμονες, το σφάλμα στη θεωρία του στρες δακτυλίου Bayer έγκειται στο γεγονός ότι θεώρησε ότι όλα τα κυκλοαλκάνια είναι συμπαγή, δηλαδή όλα τα άτομα άνθρακα τους βρίσκονται σε ένα μόνο επίπεδο, συνm τα σχέδια των δομών τους που φαίνονται παραπάνω.
Ωστόσο, στην πραγματικότητα, οι δακτύλιοι των κυκλοαλκανίων με περισσότερα από πέντε άτομα άνθρακα δεν είναι επίπεδα, αλλά τα άτομα τους. αποκτήστε χωρικές διαμορφώσεις που ακυρώνουν τις εντάσεις μεταξύ των συνδέσεων, δημιουργώντας μια γωνία 109º 28 'μεταξύ του Συνδέσεις.
Για παράδειγμα, ρίξτε μια ματιά στην περίπτωση του κυκλοεξανίου. Στην πραγματικότητα, δεν είναι επίπεδο με γωνία 120 ° μεταξύ των δεσμών του, αλλά, στην πραγματικότητα, τα άτομα του «στροβιλίζονται», σχηματίζοντας δύο πιθανές διαμορφώσεις, τη διαμόρφωση «καρέκλα» και τη «βάρκα»:
Πιθανές διαμορφώσεις του κυκλοεξανίου στην πράξη
Σημειώστε ότι, επειδή η πραγματική γωνία του κυκλοεξανίου είναι ίση με 109-28 ', είναι μια πολύ σταθερή ένωση, έτσι το μόριό του δεν σπάει, επομένως δεν συμμετέχει στις αντιδράσεις προσθήκης. Σημειώστε επίσης ότι το σχήμα "καρέκλα" είναι το πιο σταθερό, είναι αυτό που κυριαρχεί πάντα σε μίγματα, αυτό επειδή, σε αυτή τη διαμόρφωση, τα άτομα υδρογόνου που συνδέονται με τον άνθρακα απέχουν μεταξύ τους. οι υπολοιποι.
Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία
Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-das-tensoes-dos-aneis-bayer.htm