Као што је објашњено у тексту Реакције сабирања, ове органске реакције се обично јављају са једињењима која имају незасићење (двоструке везе или тројке), у којима је пи веза прекинута, омогућавајући улазак атома или група атома у ланац. карбонска.
Међутим, ова врста реакције се јавља и у случају циклоалкани (угљоводоници затвореног ланца са само засићеним (једноставним) везама између угљеника) који имају три или четири атома угљеника. Забележите пример у наставку, а то је бромисање (реакција халогенирања) циклопропана:
ЦХ2
/ \ + бр2 → бр ЦХ2 ЦХ2 ЦХ2 ─ бр
Х.2Ц ЦХ2
Такође, постоји и реакција додавања која се назива хидрохалогенирање или додавање халида, као што је приказано доле:
ЦХ2
/ \ + ХБр → Х. ЦХ2 ЦХ2 ЦХ2 ─ бр
Х.2Ц ЦХ2
Имајте на уму да је у оба случаја молекул поремећен и произведена су једињења отвореног ланца.
Али то се не дешава тако лако код циклоалкана са пет или више атома угљеника. С друге стране, већа је вероватноћа да ће ова једињења успети реакције супституције, код којих веза није раскинута, већ се један или више атома водоника везаних за угљеник замењују атомима других елемената.
Циклопентан и даље може да спроводи реакције адиције, али само на вишим температурама (око 300 ° Ц). У случају циклохексана, ово је веома тешко. Оно што заправо чини су реакције замене, као што је следеће хлорисање:
ЦХ2 ЦХ2
/ \ / \
Х.2Ц ЦХ2 Х.2Ц ЦХ ─ Кл
│ │ + Кл2→ │ │ + Х.Кл
Х.2Ц ЦХ2 Х.2Ц ЦХ2
\ / \ /
ЦХ2 ЦХ2
Прстенови са пет или више атома угљеника поред реакција не реагују са халоводоничним киселинама, као што је ХБр.
Али зашто се то догађа? Зашто циклоалкани са три или четири угљеника спроводе реакције адиције, а циклоалкани са више атома угљеника то не чине?
Па, то је зато што су циклопропан и циклобутан нестабилнији, па је лакше прекинути њихове везе.
Јохан Фриедрицх Адолф вон Баиер (1835-1917)
Да би то објаснио, немачки хемичар Јохан Фриедрицх Адолф вон Баиер (1835-1917) развио је 1885. године тзв. Теорија прстенастог напрезања, која је то показала четири везе направљене од атома угљеника биле би стабилније када би имале угао једнак 109º 28 ', као што је случај са следећим метаном:
Четири појединачне везе метана имају угао од 109º 28 '
Ово је најстабилнији угао јер одговара највећем могућем растојању између атома у тетраедарској геометрији. Овим се електронска одбојност (одбијање електрона у валентним слојевима атома) смањује.
Циклоалкани са три, четири и пет угљеника имају углове везе између угљеника мањих од 109º 28 '. Погледајте:
Не заустављај се сада... После оглашавања има још;)
Углови циклоалканских веза
На основу ових стварних углова, које можемо генерички назвати α, прорачун напрезања везе може се извршити помоћу следеће формуле:
напетост = 109º 28' - α
2
Знамо да је циклопропан најнестабилнији и уједно и најреактивнији циклоалкан, а то се потврђује израчунавањем напона његовог прстена у поређењу са осталима:
напон циклопропана = 109º 28' – 60º = 109º – 60º + 28' = 49º + 28' = 24,5º + 14
2 2 2
Како је 0,5º = 30, имамо:
напон циклопропана = 24º + 30 '+ 14' = 24º 44'
напон циклобутана = 109º 28' – 90º = 9º 44'2
напон циклопентана = 109º 28' – 108º = 0º 44'2
Према Баиеровој теорији напетости, што је већа та напетост, то ће циклан бити нестабилнији, то јест већи разлика између стварног угла (α) и теоретског угла (109º 28 '), нестабилнија и, последично, реактивнија биће супстанца.
Због тога је циклопропан најмање стабилан од циклоалкана.
Међутим, дошло је до грешке у Баиеровој теорији, јер ако наставимо да радимо овај прорачун стреса за циклохексан, где је угао везе 120 °, видећемо да ће вредност бити још мања од вредности циклопропана, дајући једнако -5 ° 16 '. То би указало на чињеницу да би циклохексан требало да буде још нестабилнији и да спроводи реакције адиције, што у пракси није случај.
Објашњење ове чињенице пронашао је 1890. године немачки хемичар Херманн Сацхсе, а 1918. године такође немачки хемичар Ернст Мохр. Према овим научницима, грешка у Баиеровој теорији напрезања у прстену лежала би у чињеници да је сматрао да су сви циклоалкани копланарни, односно да су сви њихови атоми угљеника у једној равни, цом цртеже њихових структура приказане горе.
Међутим, у стварности прстенови циклоалкана са више од пет атома угљеника нису равни, већ њихови атоми. стекну просторне конформације које поништавају напетости између веза, успостављајући угао од 109º 28 'између Везе.
На пример, погледајте случај циклохексана. У стварности није равно са углом од 120 ° између својих веза, већ се заправо његови атоми „врте“, формирајући две могуће конформације, конформацију „столице“ и „чамца“:
Могуће конформације циклохексана у пракси
Имајте на уму да је, јер је стварни угао циклохексана једнак 109º 28 ', врло стабилно једињење, тако да се његов молекул не ломи, па не учествује у реакцијама адиције. Такође имајте на уму да је облик „столице“ најстабилнији, јер овај увек превладава у мешавинама јер су у овој конформацији атоми водоника везани за угљеник међусобно удаљени. други.
Јеннифер Фогаца
Дипломирао хемију
