CCI20140528

92 Rozdział 3 Natura związków organicznych: alkany i cykloalkany

3.8

Izomeria cis-trans w cykloalkanach

Kliknij Organie Interactive @ Organie Chemistry Direct

Drawing Structures from IUPAC Names: Użyj palety dostępnej w sieci do rysowania struktur cykloalkanów na podstawie ich nazw według nomenklatury IUPAC.

Właściwości chemiczne cykloalkanów są pod wieloma względami podobne do właściwości chemicznych łańcuchowych alkanów acyklicznych. Obie klasy związków są niepolarne i chemicznie nieaktywne w stosunku do większości czynników. Zarazem obserwuje się też pewne ważne różnice.

Jedna różnica polega na tym, że cykloalkany są mniej giętkie (elastyczne) niż ich otwartołańcuchowe odpowiedniki. Ażeby przekonać się, co to oznacza, trzeba rozpatrzyć charakter wiązań pojedynczych węgiel-węgiel. W rozdziale 1.6 dowiedzieliśmy się, że wiązania er mają symetrię cylindryczną. Innymi słowy, przekrój płaszczyzną przechodzącą przez orbital pojedynczego wiązania węgiel-węgiel ma kształt koła. Ze względu na tę cylindryczną symetrię możliwa jest rotacja wokół wiązań węgiel-węgiel w cząsteczkach otwartołańcuchowych. Na przykład w etanie rotacja wokół wiązania C—C zachodzi swobodnie, powodując różne ułożenia geometryczne atomów wodoru na obu atomach węgla (rys. 3.7).

Rys. 3.7 Swobodny obrót zachodzący wokół pojedynczego wiązania węgiel-węgiel w etanie, związany z cylindryczną symetrią wiązania o

W przeciwieństwie do swobodnej rotacji wokół wiązań pojedynczych w alkanach łańcuchowych, w przypadku cykloalkanów, ze względu na ich geometryczne sprzężenie, rotacja ta jest znacznie utrudniona. Na przykład cyklopropan musi być sztywną cząsteczką płaską (trzy punkty określają płaszczyznę). Niemożliwa jest w nim jakakolwiek rotacja wokół wiązania węgiel-węgiel bez pękania wiązań tworzących pierścień (rys. 3.8).

Rys. 3.8 Struktura cząsteczki cyklopropanu. Żaden obrót wokół wiązań węgiel-węgiel nie jest możliwy bez rozerwania pierścienia

Większe cykloalkany mają znacznie więcej swobody, a bardzo duże pierścienie (C25 i większe) są tak elastyczne, że trudno je odróżnić od alkanów łańcuchowych. Pierścienie od trójczłonowych do siedmioczłonowych (C₃, C₄, C₅, Ce, C₇) są jednakże w dużym stopniu ograniczone w swoich ruchach cząsteczkowych.

Cykloalkany, ze względu na swoją strukturę cykliczną, mają dwie strony: „górną” i „dolną”, co umożliwia powstawanie zjawiska izomerii w podstawionych