Реакції доповнення є важливими діями щодо органічного синтезу, тому що через них можна виробляти цікаву кількість органічних речовин.
Щоб відбулася реакція приєднання, необхідно створити два ділянки зв’язування в вуглецевому ланцюзі, що відбувається просто, коли ланцюг ненасичений (наявність пі посилання). Таким чином, коли ланка pi розривається, сайти з’являються в ланцюжку.
Група речовин, які можуть бути використані для додаткового синтезу циклоалкани або циклани, група вуглеводнів з циклічними і насиченими ланцюгами. Вони уникають загального правила додавання, оскільки не мають зв’язку pi, але залежать від деяких умов (тепло, метал каталізатора, кислотне середовище) вони можуть зазнати розриву ланцюга між двома атомами вуглецю, в результаті чого з’являються два сайти зв’язування для приєднання. Однак є факт, який обмежує використання цих сполук. Фактом є дзвінок Теорія кільцевих напружень, запропонована Адольфом В. Байєр у 1885 році.
Для того, щоб сигма-зв’язок між вуглецем розірвався, між вуглецю повинна існувати певна нестабільність. Ця нестабільність пов’язана з кутом зв’язків між вуглецю. За Байєром, кут, який забезпечує a
велика стабільність для сигма-посилання становить 109,47О. Таким чином, ланцюги, у яких кут між вуглецями менше 109,47О вони мають тенденцію до нестабільності сигма-зв'язків між вуглецю, які утворюють ланцюги, що сприяє їх розриву в зв'язку з ідеальним зовнішнім станом.Єдині циклоалкани, які мають кут менший за 109,47О серед його вуглецю є циклопропан (60О), циклобутан (90О) і циклопентан (108О). Циклопентан має кут, дуже близький до 109,47О він має дуже стабільні сигма-зв'язки, тому не може зазнавати жодної реакції приєднання. Нижче ми наведемо структури цих трьох циклоалканів:
Структурна формула циклопропану, циклобутану та циклопентану відповідно
Спостереження: Будь-який циклоалкан, що містить більше 5 атомів вуглецю в ланцюзі, буде здійснювати реакцію заміщення для Наприклад, і ніколи не додавання, оскільки сигма-зв'язки між їхніми атомами вуглецю надзвичайно стабільний.
Реакції приєднання, які можуть відбуватися з циклоалканами, в основному є всіма, але з циклопентаном вони можуть зазнати лише гідрування та галогенування. Нижче наведено приклади добавок з циклоалканами та умови їх виникнення:
а) Гідрування
Реакція циклоалкану з молекулою водню в присутності порошкоподібного металевого каталізатора (цинку, нікелю або платини) у присутності нагрівання (близько 180°CОÇ). У цій реакції циклоалкан призведе до а алкан. У цій реакції після розриву циклу до кожного вуглецю сигма-зв’язку, який був розірваний, додається один атом водню.
Реакція приєднання в циклобутан з використанням водню
б) Галогенування
Реакція циклоалкану з молекулою галогену (наприклад, хлор, бром, йод) у присутності каталізатора хлориду заліза III (FeCl3). У цій реакції циклоалкан призведе до а органічний галогенід з двома атомами галогену в ланцюзі. Після розриву циклу ми маємо додавання атома галогену до кожного з вуглецю сигма-зв’язку, який був розірваний.
Реакція приєднання в циклобутан з використанням брому
в) Реакція з галогенгідридами (галогенгідридами)
Реакція циклоалкану з галогенвмісною молекулою неорганічного гідрату (HCl. HBr, HI). Оскільки в якості реагенту використовується кислота, каталізатор не використовується. У цій реакції циклоалкан призведе до а органічний галогенід лише з одним атомом галогену в ланцюзі. Після того, як цикл розірвано, ми маємо додавання атома водню до одного з вуглецю сигма-зв’язку, який був розірваний, і галогену до іншого вуглецю. Підкоряючись правилу Марковникова (Н на найбільш гідрогенізованому вуглецю і галоген на найменш гідрогенізованому вуглецю).
Примітка: це відбувається лише з циклопропаном і циклобутаном.
Реакція приєднання в циклопропан з використанням соляної кислоти
Примітка: це відбувається лише з циклопропаном і циклобутаном.
г) зволоження
Реакція циклоалкану з молекулою води в присутності сульфатної кислоти та нагрівання. У цій реакції циклоалкан призведе до а моноалкоголь (спирт лише з однією ОН-групою в ланцюзі). Після розриву циклу ми маємо додавання атома водню до одного з вуглецевих атомів сигма-зв’язку, який був розірваний, і гідроксилу (OH) до іншого вуглецю. Підкоряючись правилу Марковникова (Н на найбільш гідрогенізованому вуглецю і гідроксил на найменш гідрогенізованому вуглецю).
Примітка: це відбувається лише з циклопропаном і циклобутаном.
Реакція приєднання в циклопропан з використанням соляної кислоти
Від мене Діого Лопес Діас
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/adicoes-ciclanos.htm