Metinde açıklandığı gibi Toplama Reaksiyonları, bu organik reaksiyonlar genellikle doymamışlığa sahip bileşiklerle (çift bağ veya pi bağının koptuğu üçlü), atomların veya atom gruplarının zincire girmesine izin verir. karbonik.
Bununla birlikte, bu tür bir reaksiyon aşağıdaki durumlarda da ortaya çıkar. sikloalkanlar (karbonlar arasında sadece doymuş (basit) bağlara sahip kapalı zincirli hidrokarbonlar) üç veya dört karbon atomuna sahiptir. Siklopropanın brominasyonu (halojenasyon reaksiyonu) olan aşağıdaki bir örneğe dikkat edin:
CH2
/ \ + br2 → br ─ CH2 ─ CH2 ─ CH2 ─ br
H2C CH2
Benzer şekilde, aşağıda gösterildiği gibi hidrohalojenasyon veya halojenür ilavesi olarak adlandırılan ilave reaksiyonu da vardır:
CH2
/ \ + HBr → H ─ CH2 ─ CH2 ─ CH2 ─ br
H2C CH2
Her iki durumda da molekülün kırıldığını ve açık zincirli bileşiklerin üretildiğini unutmayın.
Fakat bu, beş veya daha fazla karbon atomlu sikloalkanlarda o kadar kolay olmaz. Öte yandan, bu bileşiklerin performans gösterme olasılığı daha yüksektir.
yer değiştirme reaksiyonlarıbağın kırılmadığı, bunun yerine karbona bağlı bir veya daha fazla hidrojen atomunun başka elementlerin atomları ile değiştirildiği.Siklopentan yine de ilave reaksiyonları gerçekleştirebilir, ancak yalnızca daha yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 300°C). Sikloheksan durumunda, bu çok zordur. Gerçekte yaptığı şey, aşağıdaki klorlama gibi yer değiştirme reaksiyonlarıdır:
CH2 CH2
/ \ / \
H2C CH2 H2C CH ─ Cl
│ │ + Cl2→ │ │ + HCl
H2C CH2 H2C CH2
\ / \ /
CH2 CH2
Beş veya daha fazla karbon atomlu halkalar, ilave reaksiyonlarda HBr gibi hidrohalik asitlerle reaksiyona girmez.
Ama bu neden oluyor? Neden üç veya dört karbonlu sikloalkanlar ekleme reaksiyonları gerçekleştirir ve daha fazla karbon atomlu sikloalkanlar neden yapmaz?
Bunun nedeni siklopropan ve siklobütan daha kararsız olmalarıdır, bu yüzden bağlarını kırmak daha kolaydır.
Johann Friedrich Adolf von Bayer (1835-1917)
Bunu açıklamak için, Alman kimyager Johann Friedrich Adolf von Bayer (1835-1917), 1885'te sözde halka stres teorisi, ki bunu gösterdi karbon atomları tarafından yapılan dört bağ, 109º 28' açıya sahip olduklarında daha kararlı olurdu., aşağıdaki metanda olduğu gibi:
Dört tekli metan bağının açısı 109º 28'
Bu en kararlı açıdır, çünkü bir tetrahedral geometride atomlar arasındaki mümkün olan en büyük mesafeye karşılık gelir. Bununla elektronik itme (atomların değerlik katmanlarındaki elektronlar arasındaki itme) küçülür.
Üç, dört ve beş karbonlu sikloalkanların karbonlar arasındaki bağ açıları 109º 28''den küçüktür. Bak:
Sikloalkan bağlarının açıları
Genel olarak α diyebileceğimiz bu gerçek açılardan yola çıkarak aşağıdaki formül kullanılarak bağ gerilmesi hesabı yapılabilir:
gerilim = 109º 28' - α
2
Siklopropanın en kararsız ve aynı zamanda en reaktif sikloalkan olduğunu biliyoruz ve bu, halkasının voltajının diğerlerine kıyasla hesaplanmasıyla doğrulanır:
siklopropan voltajı = 109º 28' – 60º = 109º – 60º + 28' = 49º + 28' = 24,5º + 14
2 2 2
0,5º = 30 olarak, elimizde:
siklopropan voltajı = 24º + 30' + 14' = 24º 44'
siklobütan voltajı = 109º 28' – 90º = 9º 44'2
siklopentan voltajı = 109º 28' – 108º = 0º 44'2
Bayer'in gerilim teorisine göre, bu gerilim ne kadar büyükse, siklan o kadar kararsız olacaktır, yani gerçek açı (α) ve teorik açı (109º 28') arasındaki fark, daha kararsız ve sonuç olarak daha reaktif olacaktır. madde.
Bu nedenle siklopropan, sikloalkanların en az kararlı olanıdır.
Ancak Bayer'in teorisinde bir hata vardı, çünkü sikloheksan için bu stres hesaplamasını yapmaya devam edersek, bağlantı açısının 120° olduğu yerde, değerin siklopropandan bile daha küçük olacağını ve -5° 16' e eşit olacağını göreceğiz. Bu, sikloheksanın daha da kararsız olması ve pratikte olmayan ilave reaksiyonları gerçekleştirmesi gerektiğine işaret eder.
Bu gerçeğin açıklaması 1890'da Alman kimyager Hermann Sachse tarafından bulundu ve 1918'de yine Alman kimyager Ernst Mohr tarafından kanıtlandı. Bu bilim adamlarına göre, Bayer'in halka stres teorisindeki hata, tüm sikloalkanların eş düzlemli olduğunu, yani tüm karbon atomlarının tek bir düzlemde olduğunu düşünmesi gerçeğinde yatmaktadır. ortakm yukarıda gösterilen yapılarının çizimleri.
Bununla birlikte, gerçekte, beşten fazla karbon atomuna sahip sikloalkanların halkaları yassı değil, atomlarıdır. arasında 109º 28' bir açı oluşturarak bağlantılar arasındaki gerilimleri iptal eden uzamsal konformasyonlar elde eder. Bağlantılar.
Örneğin, sikloheksan durumuna bakın. Aslında, bağları arasında 120°'lik bir açıyla düz değildir, ancak aslında atomları "döner", iki olası konformasyon, "sandalye" ve "tekne" konformasyonunu oluşturur:
Pratikte sikloheksanın olası biçimleri
Sikloheksanın gerçek açısı 109º 28' olduğundan, çok kararlı bir bileşiktir, bu nedenle molekülü kırılmaz, dolayısıyla ekleme reaksiyonlarına katılmaz. Ayrıca, "sandalye" şeklinin, karışımlarda her zaman baskın olan en kararlı şekil olduğuna dikkat edin. çünkü bu konformasyonda karbona bağlı hidrojen atomları birbirinden daha uzaktadır. diğerleri.
Jennifer Foğaça tarafından
Kimya mezunu
Kaynak: Brezilya Okulu - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-das-tensoes-dos-aneis-bayer.htm