본문에 설명 된대로 추가 반응, 이러한 유기 반응은 일반적으로 불포화 (이중 결합 또는 삼중), 파이 결합이 끊어져 원자 또는 원자 그룹이 사슬에 들어갈 수 있습니다. 탄소.
그러나 이러한 유형의 반응은 다음과 같은 경우에도 발생합니다. 사이클로 알칸 (탄소 사이에 포화 (단순) 결합 만있는 폐쇄 사슬 탄화수소) 3 개 또는 4 개의 탄소 원자가 있습니다. 아래의 예는 시클로 프로판의 브롬화 (할로겐화 반응)입니다.
CH2
/ \ + br2 → br CH2 CH2 CH2 ─ br
H2C CH2
마찬가지로, 아래와 같이 하이드로 할로겐화 또는 할라이드의 첨가라고하는 부가 반응도 있습니다.
CH2
/ \ + HBr → H CH2 CH2 CH2 ─ br
H2C CH2
두 경우 모두 분자가 파괴되고 개방 사슬 화합물이 생성되었습니다.
그러나 이는 탄소 원자가 5 개 이상인 사이클로 알칸에서는 쉽게 발생하지 않습니다. 반면에 이러한 화합물은 치환 반응, 결합이 끊어지지 않고 오히려 탄소에 결합 된 하나 이상의 수소 원자가 다른 원소의 원자로 대체됩니다.
사이클로 펜탄은 여전히 첨가 반응을 수행 할 수 있지만 더 높은 온도 (약 300 ° C)에서만 가능합니다. 시클로 헥산의 경우 매우 어렵습니다. 실제로하는 일은 다음과 같은 염소화와 같은 대체 반응입니다.
CH2 CH2
/ \ / \
H2C CH2 H2C CH ─ Cl
│ │ + Cl2→ │ │ + HCl
H2C CH2 H2C CH2
\ / \ /
CH2 CH2
5 개 이상의 탄소 원자를 가진 고리는 추가 반응 외에도 HBr과 같은 할로겐화 수소산과 반응하지 않습니다.
그런데 왜 이런 일이 발생합니까? 탄소수가 3 개 또는 4 개인 시클로 알칸은 왜 부가 반응을 수행하고 탄소 원자가 더 많은 시클로 알칸은 그렇지 않은 경향이 있습니까?
글쎄요, 그것은 시클로 프로판과 시클로 부탄이 더 불안정하기 때문에 그들의 결합을 끊는 것이 더 쉽기 때문입니다.
요한 프리드리히 아돌프 폰 바이어 (1835-1917)
이를 설명하기 위해 독일의 화학자 Johann Friedrich Adolf von Bayer (1835-1917)는 1885 년에 소위
링 응력 이론, 이는 탄소 원자에 의해 만들어진 4 개의 결합은 109º 28 '와 같은 각도를 가질 때 더 안정적입니다., 다음 메탄의 경우 :
메탄의 4 개의 단일 결합의 각도는 109º 28 '입니다.
이것은 사면체 기하학에서 원자 사이의 가능한 최대 거리에 해당하기 때문에 가장 안정적인 각도입니다. 이로 인해 전자적 반발 (원자의 원자가 층에있는 전자 사이의 반발)이 작아집니다.
탄소가 3 개, 4 개 및 5 개인 사이클로 알칸은 탄소 사이의 결합 각도가 109º 28 '미만입니다. 보기:
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사이클로 알칸 결합 각도
일반적으로 α라고 부를 수있는 이러한 실제 각도를 기반으로 다음 공식을 사용하여 결합 응력 계산을 수행 할 수 있습니다.
긴장 = 109º 28' - α
2
우리는 cyclopropane이 가장 불안정하고 반응성이 가장 높은 cycloalkane이라는 것을 알고 있으며 이는 다른 것과 비교하여 링의 전압을 계산하여 확인됩니다.
사이클로 프로판 전압 = 109º 28' – 60º = 109º – 60º + 28' = 49º + 28' = 24,5º + 14
2 2 2
0.5º = 30이면 다음과 같습니다.
사이클로 프로판 전압 = 24º + 30 '+ 14'= 24º 44'
사이클로 부탄 전압 = 109º 28' – 90º = 9º 44'2
사이클로 펜탄 전압 = 109º 28' – 108º = 0º 44'2
바이엘의 장력 이론에 따르면, 이 장력이 클수록 사이클란이 더 불안정해질 것입니다. 실제 각도 (α)와 이론적 각도 (109º 28 ') 사이의 차이는 더 불안정하고 결과적으로 더 반응 할 것입니다. 물질.
이것이 사이클로 프로판이 사이클로 알칸 중에서 가장 덜 안정한 이유입니다.
하지만 바이엘의 이론에는 오류가있었습니다. 왜냐하면 우리가 사이클로 헥산에 대해이 스트레스 계산을 계속하면 연결 각도가 120 ° 인 경우 값이 cyclopropane의 값보다 훨씬 작아서 -5 ° 16 '에 해당함을 알 수 있습니다. 이것은 시클로 헥산이 훨씬 더 불안정해야하고 실제로는 그렇지 않은 부가 반응을 수행해야한다는 사실을 가리킨다.
이 사실에 대한 설명은 1890 년 독일 화학자 Hermann Sachse가 발견했으며 1918 년 독일 화학자 Ernst Mohr에 의해 증명되었습니다. 이 과학자들에 따르면 바이엘의 고리 응력 이론의 오류는 그가 모든 사이클로 알칸이 동일 평면에 있다고 생각했다는 사실에 있습니다. 즉, 모든 탄소 원자가 단일 평면에 있고, 공동위에 표시된 구조의 도면을 사용하십시오.
그러나 실제로 탄소 원자가 5 개 이상인 사이클로 알칸의 고리는 평평하지 않고 원자입니다. 연결 사이의 장력을 상쇄하는 공간적 형태를 획득하여 연결 사이에 109º 28 '의 각도를 설정합니다. 사이.
예를 들어, 시클로 헥산의 경우를보십시오. 사실, 그것은 결합 사이에 120 ° 각도로 평평하지 않지만, 사실 그 원자는 "돌아가며"두 가지 가능한 형태, "의자"와 "보트"형태를 형성합니다.
실제로 시클로 헥산의 가능한 형태
사이클로 헥산의 실제 각도는 109º 28 '와 같기 때문에 매우 안정한 화합물이므로 분자가 깨지지 않아 부가 반응에 참여하지 않습니다. 또한 "의자"모양이 가장 안정적이며 항상 혼합물에서 우세한 모양입니다. 이 형태에서는 탄소에 결합 된 수소 원자가 서로 더 멀리 떨어져 있기 때문입니다. 기타.
작성자: Jennifer Fogaça
화학 전공
