Κυκλοπροπάνιο: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
μ Διόρθωση λάθους CHECKWIKI 64 + επιμέλεια με τη χρήση AWB (8480)
κυκλοπροπάνια (ήδη περιλαμβάνεται παράγραφος)
Γραμμή 99: Γραμμή 99:
}}
}}


Το '''κυκλοπροπάνιο''' είναι το απλούστερο [[κυκλοαλκάνια|κυκλοαλκάνιο]], δηλαδή κορεσμένος υδρογονάνθρακας με δακτύλιο.
Το '''κυκλοπροπάνιο''' είναι οργανικό μόριο. Είναι το απλούστερο [[κυκλοαλκάνια|κυκλοαλκάνιο]], δηλαδή κορεσμένος υδρογονάνθρακας αποτελούμενος από τρία άτομα άνθρακα σε δακτύλιο.
Με βάση το συνοπτικό χημικό τύπο, C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>, είναι [[ισομέρεια|ισομερές θέσης]] με το [[προπένιο]], από το οποίο διαφέρει πολύ στις ιδιότητες.
Με βάση το συνοπτικό χημικό τύπο, C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>, είναι [[ισομέρεια|ισομερές θέσης]] με το [[προπένιο]], από το οποίο διαφέρει πολύ στις ιδιότητες.

Τα '''κυκλοπροπάνια''' είναι κατηγορία οργανικών ενώσεων. Κυκλοπροπάνια ονομάζονται όλα τα κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή δακτύλιο. Η κατηγορία δηλαδή περιλαμβάνει το κυκλπροπάνιο καθώς και όλες τις άλλες ενώσεις με περισσότερα άτομα άνθρακα που έχουν δακτύλιο κυκλοπροπανίου.


== Ονοματολογία ==
== Ονοματολογία ==

Έκδοση από την 08:55, 3 Νοεμβρίου 2012

Κυκλοπροπάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC Κυκλοπροπάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C3H6
Μοριακή μάζα 42,08 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
Αριθμός CAS 75-19-4
SMILES C1CC1
InChI 1/C3H6/c1-2-3-1/h1-3H2
PubChem CID 6351
ChemSpider ID 6111
Δομή
Είδος δεσμού C-H: σ(2sp2-1s)
Πόλωση δεσμού C--H+: 3%
Μοριακή γεωμετρία Τα ανθρακοάτομα σε επίπεδη τριγωνική θέση.
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 1
Προπένιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -128 °C
Σημείο βρασμού -33 °C
Πυκνότητα 1,879 kg/m3 (1 atm, 0°C)
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Θερμότητα πλήρους
καύσης
2.088 kJ/mole
Επικινδυνότητα
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704

4
1
0
 
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το κυκλοπροπάνιο είναι οργανικό μόριο. Είναι το απλούστερο κυκλοαλκάνιο, δηλαδή κορεσμένος υδρογονάνθρακας αποτελούμενος από τρία άτομα άνθρακα σε δακτύλιο. Με βάση το συνοπτικό χημικό τύπο, C3H6, είναι ισομερές θέσης με το προπένιο, από το οποίο διαφέρει πολύ στις ιδιότητες.

Τα κυκλοπροπάνια είναι κατηγορία οργανικών ενώσεων. Κυκλοπροπάνια ονομάζονται όλα τα κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή δακτύλιο. Η κατηγορία δηλαδή περιλαμβάνει το κυκλπροπάνιο καθώς και όλες τις άλλες ενώσεις με περισσότερα άτομα άνθρακα που έχουν δακτύλιο κυκλοπροπανίου.

Ονοματολογία

Η ονομασία «κυκλοπροπάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα της κύριας ονομασίας «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες, δηλαδή ότι είναι υδρογονάνθρακας. Το αρχικό πρόθεμα «κυκλο-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ισοκυκλικού δακτυλίου στο μόριο της ένωσης.

Κυκλοπροπάνια

«Κυκλοπροπάνια» ονομάζονται τα κυκλοαλκάνια με τριμελή δακτύλιο, που αποτελεί και το χαρακτηριστικό της δομής τους. Οι πλευρικές αλυσίδες, όταν υπάρχουν, διαμορφώνονται όπως στα αλκάνια. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της μοριακής δομής τους είναι η εμφάνιση γωνίας δεσμού που είναι η συνηθισμένη γωνία δεσμού sp3-sp3 που αντιστοιχεί σε κορεσμένο. Ύστερα από ενεργειακή ανάλυση των πιθανών δομών - μοριακών μοντέλων με κβαντομηχανικές μεθόδους προέκυψε ως πιθανότερη η εκδοχή του sp2 υβριδισμού και της δημιουργίας δύο μοριακών τροχιακών τριών κέντρων (των τριών ατόμων C), σ (2sp2-2sp2-2sp2) και π (2p-2p-2p), με 3 ηλεκτρόνια ανά μοριακό τροχιακό, ώστε να χρησιμοποιηθούν τα 6 διαθέσιμα ηλεκτρόνια των 3 ατόμων C (τα άλλα 6 χρησιμοποούνται για τους 6 σ δεσμούς με τα 6 άτομα υδρογόνου ή και τα αλκύλια). Αντί δηλαδή των κλασσικών 3 ομοιοπολικών δεσμών δύο κέντρων μεταξύ των ατόμων C, υπάρχουν 2 ομοιοπολικοί δεσμοί τριών κέντρων.[1]

Εξαιτίας αυτού του γεγονότος προκύπτει η λεγόμενη «ενέργεια τάσης δεσμών» που συνυπολογίζει την ενέργεια παραμόρφωσης δεσμικής γωνίας (κατά Baeyer), που οφείλεται στη διαφορά γωνίας από την κανονική, και την ενέργεια στρέψης (κατά Piltzer), που οφείλεται στην αδυναμία του συστήματος να στρέψει τους δεσμούς του και να πάρει διαμόρρφωση αποφυγής των απώσεων τύπου Van der Waals, που αναπτύσσονται από την προσέγγιση αλληλοαπωθούμενων ατόμων και ομάδων αυτών. Ενώ λοιπόν το ισομερές προπένιο έχει θερμότητα ολικής καύσης 1.971 kcal/mole το κυκλοπροπάνιο έχει 2.088 kcal/mole. Το ΔQ = 117 kJ/mole αντιστοιχεί ακριβώς στην επιπλέον ενέργεια που παγιδεύει η ιδιάζουσα δομή του τριμελή δακτυλίου.[2] Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι τα κυκλοπροπάνια να δείνουν αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης-1,3.

Δομή

Δεσμοί[3]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp2-1s 108,7 pm 3% C- H+
C-C-C σ τριών ηλεκτρονίων και τριών κέντρων 2sp2-2sp2-2sp2 151 pm (C-C)
C-C-C π τριών ηλεκτρονίων και τριών κέντρων 2p-2p-2p 151 pm (C-C)
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
C -0,06
H +0,03

Παραγωγή

Ενδομοριακή αντίδραση Würz

Ιστορικά πρωτοπαρασκευάστηκε από τον August Freund το 1881 με τη χρήση ενδομοριακής αντίδρασης Würtz, από 1,3-διβρωμοπροπάνιο[4][5]

κυκλοπροπάνιο

  • Όμως η απόδοση αυτής της αντίδρασης είναι σχετικά μικρή, αφού ταυτόχρονα διεξάγεται αναπόφευκτα και διαμοριακή[6]:

  • Σήμερα χρησιμοποιείται περισσότερο η τροποποιημένη αντίδραση Freund με Zn, που δίνει μεγαλύτερη απόδοση στην ενδομοριακή αντίδραση. Σ' αυτήν την περίπτωση η στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης γίνεται[7][8]:

κυκλοπροπάνιο

Αιθένιο και μεθυλένιο

Λόγω της τάσης χρήσης του αιθενίου ως κεντρική πρώτη ύλη της οργανικής χημείας, επικράτησε περισσότερο η προσθήκη του κατάλληλου καρβενίου σ' αυτό, δηλαδή του μεθυλενίου, που παράγεται επί τόπου από CH3Cl και KOH. Η στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης είναι[9]:

κυκλοπροπάνιο

  • Επειδή η αντίδραση αυτή δίνει και προϊόν παρεμβολής (~80%) προπένιο, χρησιμοποιείται η ακόλουθη που δίνει (σχεδόν) αποκλειστικά κυκλοπροπάνιο[10]:

κυκλοπροπάνιο

Χημικές ιδιότητες

  • Τα κυκλοαλκάνια με τριμελή δακτύλιο (δηλαδή τα «κυκλοπροπάνια») έχουν αρκετή ενέργεια τάσης δεσμών για να δώσουν προσθηκοδιάσπαση-1,3, αλλά κάτω από πιο έντονες συνθήκες και με μικρότερη ταχύτητα αντίδρασης σε σχέση με τα αλκένια. Κατά τα άλλα συμπεριφέρονται χημικά όπως τα αλκάνια[11]:
  • Ο όρος «κυκλοπροσθήκη» σημαίνει διάσπαση δακτυλίου και προσθήκη στα άκρα της αλυσίδας που προκύπτει.

Οξείδωση

1. Όπως όλα τα κυκλοαλκάνια, το κυκλοπροπάνιο με περίσσεια οξυγόνου καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό[12][13]:

κυκλοπροπάνιο

  • Αν και η αντίδραση είναι μια έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C,[14] των δεσμών C-H[15] και των δεσμών (Ο=Ο)[16] του O2:

2. Παραγωγή υδραερίου:

κυκλοπροπάνιο

3. Καταλυτική οξείδωση:

1. Χωρίς προσθηκοδιάσπαση προς κυκλοπροπανόνη:

κυκλοπροπάνιο

2. Με πιο έντονες συνθήκες δίνει κυκλοπροσθήκη-1,3, σχηματίζοντας οξετάνιο:

κυκλοπροπάνιο οξετάνιο

Αλογόνωση

1. Φωτοχημική αλογόνωση υποκατάστασης υδρογόνου: Το κυκλοπροπάνιο έχει 6 ισότμα άτομα υδρογόνου για φωτοχημική αντικατάσταση από αλογόνα, οπότε προκύπτει ένα μόνο κυκλοπροπυλαλογονίδιο[17]:

κυκλοπροπάνιο κυκλοπροπυλαλογονίδιο

  • Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.

Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του κυκλοπροπανίου:

1. Έναρξη: Παράγονται ελεύθερες ρίζες:

  • Η απαιτούμενη ενέργεια προέρχεται από το υπεριώδες φως (UV) ή θερμότητα (Δ).
2. Διάδοση: Καταναλώνονται οι παλιές ελεύθερες ρίζες, σχηματίζοντας νέες.

κυκλοπροπάνιο [18]

3. Τερματισμός: Καταναλώνονται μεταξύ τους οι ελεύθερες ρίζες, κατά τη στατιστικά σπάνια περίπτωση της συνάντησής τους.



  • Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή μονοαλογονοπαραγώγων.
  • Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες κυκλοπροπάνιο και Χ2 θα παραχθεί μίγμα όλων των X-παραγώγων του κυκλοπροπάνιο
  • Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια κυκλοπροπάνιο , τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης κυκλοπροπάνιο με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντισης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.

2. Κυκλοπροσθήκη-1,3 παράγεται 1,3-διαλοπροπάνιο:

κυκλοπροπάνιο

Επίδραση καρβενίων

κυκλοπροπάνιο Μεθυλοκυκλοπροπάνιο

Νίτρωση

  • Αντιδρά με ατμούς HNO3 στην αέρια φάση[20]:

κυκλοπροπάνιο νιτρκυκλοπροπάνιο

Καταλυτική 1,3-υδρογόνωση

Με καταλυτική υδρογόνωση - Παράγεται προπάνιο:

κυκλοπροπάνιο

Υδραλογόνωση-1,3

Με υδραλογόνο (ΗΧ) - Παράγεται προπυλοαλογονίδιο:

κυκλοπροπάνιο

Υδροξυαλογόνωση-1,3

Με υπαλογονώδες οξύ (HOX) - Παράγεται 3-αλο-1-προπανόλη:

κυκλοπροπάνιο

Ενυδάτωση-1,3

Με επίδραση θειικού οξέως σε κυκλοπροπάνιo παράγεται ο μονοπροπυλεστέρας του θειικού οξέος, που υδρολύεται σχηματίζοντας 1-προπανόλη:

κυκλοπροπάνιο

Διυδροξυλίωση-1,3

Με επίδραση υπεροξείδιο του υδρογόνου σε κυκλοπροπάνιo, παρουσία καρβονικών οξέων παράγεται 1,3-προπανoδιόλη:

κυκλοπροπάνιο

Χρήσεις

  • Παλαιότερα χρησιμοποιήθηκε ως αναισθητικό αλλά αποσύρθηκε ως ιδιαίτερα επικίνδυνο. Τώρα παράγεται κυρίως για συνθετικούς σκοπούς.

Αναφορές και παρατηρήσεις

  1. Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.127-128, §6.2.
  2. Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985, Σελ. 125-126, §6.1.
  3. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  4. August Freund (1881). "Über Trimethylen". Journal für Praktische Chemie 26 (1): 625–635. doi:10.1002/prac.18820260125.
  5. August Freund (1882). "Über Trimethylen". Monatshefte für Chemie 3 (1): 625–635. doi:10.1007/BF01516828.
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2.
  7. G. Gustavson (1887). "Ueber eine neue Darstellungsmethode des Trimethylens". J. Prakt. Chem. 36: 300–305. doi:10.1002/prac.18870360127. http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k90799n/f308.table.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 154, §6.5.Β1.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 154, §6.5.Β2 και 157, §6.8.7.
  10. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, σελ. 138, §9.2Β5β.
  11. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.24, §1.2.
  12. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.21, §1.1.
  13. Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985: Σελ.126, 6.1.
  14. ΔHC-C= +347 kJ/mol
  15. ΔHC-H = +415 kJ/mol
  16. ΔHO-O=+146 kJ/mol
  17. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, σελ. 43-46 §4.4.3.
  18. καθοριστικό ταχύτητας
  19. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, σελ. 46 §4.4.4.
  20. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ. 244, §10.3.2.

Πηγές

  • Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
CC-BY-SA
Μετάφραση
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Cyclopropane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 4.0. (ιστορικό/συντάκτες).