Bayer-gyűrű stressz elmélete

protection click fraud

Amint azt a szövegben kifejtjük Összeadási reakciók, ezek a szerves reakciók általában telítetlen vegyületekkel (kettős kötések vagy hármasok), amelyekben a pi kötés megszakad, lehetővé téve az atomok vagy atomcsoportok bejutását a láncba. szénsavas.

Ez a fajta reakció azonban a cikloalkánok (zárt láncú szénhidrogének, amelyek csak telített (egyszerű) kötéseket tartalmaznak a szénatomok között), amelyek három vagy négy szénatomot tartalmaznak. Az alábbiakban vegyünk fel egy példát, amely a ciklopropán brómozása (halogénezési reakció):

CH2
/ \ + br2br CH2 CH2 CH2 br
H2C CH2

Hasonlóképpen van még hidrogén-halogénezésnek nevezett addíciós reakció vagy halogenid hozzáadása, az alábbiak szerint:

CH2
/ \ + HBrH CH2 CH2 CH2 br
H2C CH2

Megjegyezzük, hogy mindkét esetben a molekula megbomlott, és nyílt láncú vegyületek keletkeztek.

De öt vagy több szénatomot tartalmazó cikloalkánokban ez nem történik meg olyan könnyen. Másrészt ezek a vegyületek nagyobb valószínűséggel teljesítenek szubsztitúciós reakciók

instagram story viewer
, amelyben a kötés nem szakad meg, hanem egy vagy több szénhez kötött hidrogénatom helyébe más elemek atomjai lépnek.

A ciklopentán még mindig képes addíciós reakciókat végrehajtani, de csak magasabb hőmérsékleten (körülbelül 300 ° C). A ciklohexán esetében ez nagyon nehéz. Valójában a helyettesítő reakciók, például a következő klórozás:

CH2 CH2
/ \ / \
H2C CH2 H2C CH ─ Cl
│ │ + Cl2→ │ │ + HCl
H2C CH2 H2C CH2
\ / \ /
CH2 CH2

Az öt vagy több szénatomot tartalmazó gyűrűk nem reagálnak hidrogén-halogén-savakkal, például HBr-vel.

De miért történik ez? Miért hajtanak végre három- vagy négy szénatomos cikloalkánok addíciós reakciókat, és a több szénatomot tartalmazó cikloalkánok általában nem?

Nos, ez azért van, mert a ciklopropán és a ciklobután instabilabb, ezért könnyebb megtörni a kötéseiket.

Johann Friedrich Adolf von Bayer (1835-1917)
Johann Friedrich Adolf von Bayer (1835-1917)

Ennek magyarázatára Johann Friedrich Adolf von Bayer (1835-1917) német vegyész 1885-ben kifejlesztette az ún. Gyűrűfeszültség-elmélet, ami ezt megmutatta a szénatomok által létrehozott négy kötés stabilabb lenne, ha a szöge 109 ° 28 'lenne., mint a következő metán esetében:

A négy egyszeres metánkötés szöge 109º 28 '
A négy egyszeres metánkötés szöge 109º 28 '

Ez a legstabilabb szög, mert tetraéderes geometriában az atomok közötti lehető legnagyobb távolságnak felel meg. Ezzel az elektronikus taszítás (az atomok vegyértékrétegeiben lévő elektronok közötti taszítás) kisebb lesz.

A három, négy és öt szénatomos cikloalkánok kötési szöge kevesebb, mint 109 ° 28 '. Néz:

Cikloalkán-kötések szögei
Cikloalkán-kötések szögei

Ezen valós szögek alapján, amelyeket általában α-nak nevezhetünk, a kötési feszültség kiszámítása a következő képlet segítségével hajtható végre:

feszültség = 109º 28' - α
2

Tudjuk, hogy a ciklopropán a legstabilabb és egyben a legreaktívabb cikloalkán, és ezt megerősíti gyűrűjének feszültségének kiszámítása a többihez képest:

ciklopropán feszültség = 109º 28' – 60º = 109º – 60º + 28' = 49º + 28' = 24,5º + 14
2 2 2

Mivel 0,5º = 30, akkor:

ciklopropán feszültség = 24º + 30 '+ 14' = 24º 44'

ciklobután feszültség = 109º 28' – 90º = 9º 44'2

ciklopentán feszültség = 109º 28' – 108º = 0º 44'2

Bayer feszültségelmélete szerint, minél nagyobb ez a feszültség, annál instabilabb a ciklán, vagyis annál nagyobb A valós szög (α) és az elméleti szög (109º 28 ') közötti különbség instabilabb és következésképpen reaktívabb lesz. anyag.

Ezért a ciklopropán a legkevésbé stabil a cikloalkánok közül.

A Bayer-elméletben azonban volt egy hiba, mert ha folytatjuk a ciklohexán stresszszámítását, ahol a csatlakozási szög 120 °, akkor látni fogjuk, hogy az érték még kisebb lesz, mint a ciklopropáné, ami egyenlő -5 ° 16 '. Ez arra utal, hogy a ciklohexánnak még instabilabbnak kell lennie, és addíciós reakciókat kell végrehajtania, ami a gyakorlatban nem így van.

Ennek a ténynek a magyarázatát 1890-ben Hermann Sachse német vegyész találta meg, és 1918-ban a szintén német vegyész, Ernst Mohr bizonyította. E tudósok szerint a Bayer-féle gyűrűfeszültség-elmélet hibája abban rejlik, hogy szerinte az összes cikloalkán koplanáris, vagyis minden szénatomjuk egyetlen síkban van, társm szerkezetük fent látható rajzai.

Azonban a valóságban az ötnél több szénatomot tartalmazó cikloalkán gyűrűk nem laposak, hanem atomjaik. olyan térbeli konformációkat szerezzenek, amelyek megszüntetik a csatlakozások közötti feszültséget, és 109 ° 28 'szöget határoznak meg a csatlakozók között Kapcsolatok.

Vizsgáljuk meg például a ciklohexán esetét. Valójában nem lapos, kötései között 120 ° -os szög van, de valójában atomjai "forognak", két lehetséges konformációt alkotva, a "szék" és a "csónak" konformációt:

A ciklohexán lehetséges konformációi a gyakorlatban
A ciklohexán lehetséges konformációi a gyakorlatban

Vegye figyelembe, hogy mivel a ciklohexán valós szöge 109 ° 28 ', ezért nagyon stabil vegyület, így molekulája nem törik össze, így nem vesz részt az addíciós reakciókban. Vegye figyelembe azt is, hogy a "szék" forma a legstabilabb, ez az, amely mindig túlsúlyban van a keverékekben, ez mert ebben a konformációban a szénhez kötött hidrogénatomok távolabb vannak egymástól. mások.


Írta: Jennifer Fogaça
Kémia szakon végzett

Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-das-tensoes-dos-aneis-bayer.htm

Teachs.ru

A Nissan bejelenti az Új Sentra idei bevezetését; tudja mikor

A Sentra új verzióját a Nissan jelentette be, és a tervek szerint megjelenik. A szedánok új gener...

read more

FIGYELEM: A kormány hamarosan autócserére kötelezheti!

A múlt héten a pénzügyminiszter Fernando Haddad, nyilatkozatot tett, amely bizonyítja a szövetség...

read more

BNDES hitelhozzáférési program: ellenőrizze a feltételeket

A Gazdasági és Társadalmi Fejlesztési Nemzeti Bank (BNDES) újraindítja a Sürgősségi Hitelhozzáfér...

read more
instagram viewer