本文で説明されているように 付加反応、これらの有機反応は通常、不飽和（二重結合または トリプル）、パイ結合が切断され、原子または原子のグループがチェーンに入ることができます。 炭酸。
ただし、このタイプの反応は、 シクロアルカン （炭素間に飽和（単純）結合のみを持つ閉鎖炭化水素）3つまたは4つの炭素原子を持ちます。 以下の例に注意してください。これは、シクロプロパンの臭素化（ハロゲン化反応）です。
CH2
/ \ + br2 → br ─CH2 ─CH2 ─CH2 ─ br
H2C CH2
同様に、以下に示すように、ハロゲン化水素化またはハロゲン化物の付加と呼ばれる付加反応もあります。
CH2
/ \ + HBr → H ─CH2 ─CH2 ─CH2 ─ br
H2C CH2
どちらの場合も、分子が壊れて開鎖化合物が生成されたことに注意してください。
だが これは、5つ以上の炭素原子を持つシクロアルカンでは簡単には起こりません。 一方、これらの化合物は実行する可能性が高くなります 置換反応、結合が切断されていないが、炭素に結合している1つまたは複数の水素原子が他の元素の原子に置き換えられている。
シクロペンタンは依然として付加反応を実行できますが、高温（約300°C）でのみ実行できます。 シクロヘキサンの場合、これは非常に困難です。 実際に行われるのは、次の塩素化などの置換反応です。
CH2 CH2
/ \ / \
H2C CH2 H2CCH─ Cl
│ │ + Cl2→││+ HCl
H2C CH2 H2C CH2
\ / \ /
CH2 CH2
炭素原子が5つ以上ある環は、HBrなどのハロゲン化水素酸と反応しません。
しかし、なぜこれが起こるのでしょうか？ 3炭素または4炭素のシクロアルカンが付加反応を実行し、炭素原子が多いシクロアルカンは実行しない傾向があるのはなぜですか？
ええと、それはシクロプロパンとシクロブタンがより不安定なので、それらの結合を壊しやすいからです。
ヨハン・フリードリッヒ・アドルフ・フォン・バイエル（1835-1917）
これを説明するために、ドイツの化学者ヨハン・フリードリッヒ・アドルフ・フォン・バイエル（1835-1917）は、1885年にいわゆる リング応力理論、それはそれを示した 炭素原子によって作られた4つの結合は、109º28 'に等しい角度を持っているとより安定します。、次のメタンの場合のように：
メタンの4つの単結合の角度は109º28 'です。
これは、四面体構造の原子間の可能な最大距離に対応するため、最も安定した角度です。 これにより、電子反発（原子の原子価層内の電子間の反発）が小さくなります。
3、4、および5個の炭素を持つシクロアルカンの炭素間の結合角は109º28 '未満です。 見てください：
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シクロアルカン結合の角度
一般的にαと呼ぶことができるこれらの実際の角度に基づいて、結合応力の計算は次の式を使用して実行できます。
張力= 109º 28' - α
2
シクロプロパンは最も不安定で、最も反応性の高いシクロアルカンであることがわかっています。これは、他の環と比較してその環の電圧を計算することで確認できます。
シクロプロパン電圧= 109º 28' – 60º = 109º – 60º + 28' = 49º + 28' = 24,5º + 14
2 2 2
0.5º= 30であるため、次のようになります。
シクロプロパン電圧=24º+ 30 '+ 14' = 24º 44'
シクロブタン電圧= 109º 28' – 90º = 9º 44'2
シクロペンタン電圧= 109º 28' – 108º = 0º 44'2
バイエルの張力理論によれば、この張力が大きいほど、サイクランは不安定になります。つまり、 実角（α）と理論角（109º28 '）の差は、より不安定になり、その結果、より反応性が高くなります。 物質。
そのため、シクロプロパンはシクロアルカンの中で最も安定性が低くなっています。
しかし、バイエルの理論には誤りがありました。なぜなら、シクロヘキサンに対してこの応力計算を続ければ、 接続角度が120°の場合、値はシクロプロパンの値よりもさらに小さくなり、-5°16 'に等しくなります。 これは、シクロヘキサンがさらに不安定になり、付加反応を実行する必要があるという事実を示していますが、実際にはそうではありません。
この事実の説明は、1890年にドイツの化学者ヘルマンザクセによって発見され、1918年に同じくドイツの化学者エルンストモールによって証明されました。 これらの科学者によると、 バイエルのリング応力理論の誤りは、すべてのシクロアルカンが同一平面上にある、つまり、すべての炭素原子が単一の平面にあると彼が考えたという事実にあります。 com上記の構造の図面。
しかし、実際には、5つ以上の炭素原子を持つシクロアルカンの環は平らではなく、それらの原子です。 接続間の張力をキャンセルする空間コンフォメーションを取得し、 接続。
たとえば、シクロヘキサンの場合を見てください。 実際には、結合間に120°の角度がある平坦ではありませんが、実際には、その原子は「回転」し、「椅子」と「ボート」の2つの可能なコンフォメーションを形成します。
実際のシクロヘキサンの可能な立体配座
シクロヘキサンの実際の角度は109º28 'に等しいため、非常に安定した化合物であり、分子が壊れず、付加反応に関与しないことに注意してください。 また、「椅子」の形状が最も安定しており、常に混合物で優勢であることに注意してください。 なぜなら、この立体配座では、炭素に結合している水素原子が互いに遠く離れているからです。 その他。
ジェニファー・フォガサ
化学を卒業
