stringtranslate.com

Циклопропан

Циклопропан — это циклоалкан с молекулярной формулой (CH 2 ) 3 , состоящий из трех метиленовых групп (CH 2 ), связанных друг с другом с образованием треугольного кольца. Небольшой размер кольца создает существенное напряжение кольца в структуре. Сам циклопропан в основном представляет теоретический интерес, но многие из его производных — циклопропаны — имеют коммерческое или биологическое значение. [3]

Циклопропан использовался в качестве клинического ингаляционного анестетика с 1930-х по 1980-е годы. Высокая воспламеняемость вещества создает риск возникновения пожара и взрывов в операционных из-за его тенденции накапливаться в замкнутых пространствах, поскольку его плотность выше, чем у воздуха.

История

Циклопропан был открыт в 1881 году Августом Фройндом , который также предложил правильную структуру вещества в своей первой статье. [4] Фройнд обработал 1,3-дибромпропан натрием , вызвав внутримолекулярную реакцию Вюрца, приводящую непосредственно к циклопропану. [5] Выход реакции был улучшен Густавсоном в 1887 году с использованием цинка вместо натрия. [6] Циклопропан не имел коммерческого применения, пока Хендерсон и Лукас не открыли его анестезирующие свойства в 1929 году; [7] промышленное производство началось к 1936 году. [8] В современной анестезиологической практике он был вытеснен другими агентами.

Анестезия

Циклопропан был введен в клиническое использование американским анестезиологом Ральфом Уотерсом , который использовал закрытую систему с поглощением углекислого газа для сохранения этого дорогостоящего в то время агента. Циклопропан является относительно мощным, нераздражающим и сладко пахнущим агентом с минимальной альвеолярной концентрацией 17,5% [9] и коэффициентом распределения кровь/газ 0,55. Это означало, что индукция анестезии путем вдыхания циклопропана и кислорода была быстрой и не неприятной. Однако по завершении длительной анестезии пациенты могли испытывать внезапное снижение артериального давления, что потенциально приводило к сердечной аритмии : реакция, известная как «циклопропановый шок». [10] По этой причине, а также из-за его высокой стоимости и взрывоопасной природы [11] он в последнее время использовался только для индукции анестезии и не был доступен для клинического использования с середины 1980-х годов. Баллоны и расходомеры были окрашены в оранжевый цвет.

Фармакология

Циклопропан неактивен в отношении рецепторов ГАМК А и глицина , а вместо этого действует как антагонист рецептора NMDA . [ 12] [13] Он также ингибирует рецептор AMPA и никотиновые ацетилхолиновые рецепторы , а также активирует определенные каналы K2P . [12] [13] [14]

Структура и связь

Перекрытие орбиталей в модели изогнутых связей циклопропана

Треугольная структура циклопропана требует, чтобы углы связи между ковалентными связями углерод-углерод составляли 60°. Молекула имеет молекулярную симметрию D 3h . Расстояния CC составляют 151 пм против 153-155 пм. [15] [16]

Несмотря на свою краткость, связи CC в циклопропане ослаблены на 34 ккал/моль по сравнению с обычными связями CC. В дополнение к кольцевому напряжению молекула также имеет торсионное напряжение из-за заслоненной конформации ее атомов водорода. Связи CH в циклопропане сильнее обычных связей CH, что отражено константами связи ЯМР.

Связи между углеродными центрами обычно описываются в терминах изогнутых связей . [17] В этой модели углерод-углеродные связи изогнуты наружу, так что межорбитальный угол составляет 104°.

Необычные структурные свойства циклопропана породили множество теоретических дискуссий. Одна теория ссылается на σ- ароматичности : стабилизацию, обеспечиваемую делокализацией шести электронов трех связей CC σ циклопропана, чтобы объяснить, почему напряжение циклопропана составляет «всего» 27,6 ккал/моль по сравнению с циклобутаном (26,2 ккал/моль) с циклогексаном в качестве эталона с E str =0 ккал/моль, [18] [19] [20] в отличие от обычной π-ароматичности, которая, например, имеет высокий стабилизирующий эффект в бензоле . Другие исследования не подтверждают роль σ-ароматичности в циклопропане и существование индуцированного кольцевого тока; такие исследования дают альтернативное объяснение энергетической стабилизации и аномального магнитного поведения циклопропана. [21]

Синтез

Циклопропан был впервые получен с помощью реакции Вюрца , в которой 1,3-дибромпропан циклизовался с использованием натрия . [4] Выход этой реакции можно улучшить, используя цинк в качестве дегалогенирующего агента и иодид натрия в качестве катализатора. [22]

BrCH2CH2CH2Br + 2Na → ( CH2 ) 3 + 2NaBr​

Получение циклопропановых колец называется циклопропанированием .

Реакции

Из-за увеличенного π-характера его связей CC циклопропан часто предполагает, что он присоединяет бром, давая 1,3-дибромпропан, но эта реакция протекает плохо. [23] Гидрогалогенирование с галогеноводородными кислотами дает линейные 1-галогенпропаны. Замещенные циклопропаны также реагируют, следуя правилу Марковникова . [24]

Электрофильное присоединение HBr к циклопропану

Циклопропан и его производные могут присоединяться к переходным металлам путем окисления в процессе, называемом активацией C–C .

Безопасность

Циклопропан очень огнеопасен. Однако, несмотря на свою энергию деформации, он не проявляет взрывчатого поведения, существенно отличающегося от других алканов .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Merck Index , 11-е издание, 2755 .
  2. ^ "Front Matter". Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. стр. 137. doi :10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4.
  3. ^ Фауст, Рюдигер (2001). «Увлекательные природные и искусственные архитектуры циклопропана». Angewandte Chemie International Edition . 40 (12): 2251–2253. doi :10.1002/1521-3773(20010618)40:12<2251::AID-ANIE2251>3.0.CO;2-R. PMID  11433485.
  4. ^ аб Август Фройнд (1881). «Убер триметилен» [О триметилене]. Журнал практической химии . 26 (1): 367–377. дои : 10.1002/prac.18820260125.
  5. ^ Август Фройнд (1882). «Убер триметилен» [О триметилене]. Monatshefte für Chemie . 3 (1): 625–635. дои : 10.1007/BF01516828. S2CID  197767176.
  6. ^ Г. Густавсон (1887). «Ueber eine neue Darstellungsmethode des Trimethylens» [О новом методе получения триметилена]. Журнал практической химии . 36 : 300–305. дои : 10.1002/prac.18870360127.
  7. ^ GHW Lucas; VE Henderson (1 августа 1929 г.). «Новый анестетик: циклопропан: предварительный отчет». Can Med Assoc J. 21 ( 2): 173–5. PMC 1710967. PMID  20317448 . 
  8. ^ HB Hass; ET McBee; GE Hinds (1936). «Синтез циклопропана». Промышленная и инженерная химия . 28 (10): 1178–81. doi :10.1021/ie50322a013.
  9. ^ Эгер, Эдмонд И.; Брандстейтер, Бернард; Саидман, Лоуренс Дж.; Реган, Майкл Дж.; Северингхаус, Джон В.; Мансон, Эдвин С. (1965). «Эквипотентные альвеолярные концентрации метоксифлурана, галотана, диэтилового эфира, флуроксена, циклопропана, ксенона и закиси азота у собак». Анестезиология . 26 (6): 771–777. doi : 10.1097/00000542-196511000-00012 . PMID  4378907.
  10. ^ JOHNSTONE, M; Alberts, JR (июль 1950). «Циклопропановая анестезия и желудочковые аритмии». British Heart Journal . 12 (3): 239–44. doi :10.1136/hrt.12.3.239. PMC 479392. PMID  15426685. 
  11. ^ MacDonald, AG (июнь 1994 г.). «Краткая история пожаров и взрывов, вызванных анестезирующими средствами». British Journal of Anaesthesia . 72 (6): 710–22. doi : 10.1093/bja/72.6.710 . PMID  8024925.
  12. ^ ab Хью К. Хеммингс; Филип М. Хопкинс (2006). Основы анестезии: основные науки для клинической практики. Elsevier Health Sciences. стр. 292–. ISBN 978-0-323-03707-5.
  13. ^ ab Hemmings, Hugh C. (2009). «Молекулярные мишени общих анестетиков в нервной системе». Подавление разума : 11–31. doi :10.1007/978-1-60761-462-3_2. ISBN 978-1-60761-463-0.
  14. ^ Hara K, Eger EI, Laster MJ, Harris RA (декабрь 2002 г.). «Негалогенированные алканы циклопропан и бутан влияют на ионные каналы, управляемые нейротрансмиттерами, и рецепторы, сопряженные с G-белком: дифференциальное воздействие на рецепторы ГАМК-А и глицина». Анестезиология . 97 (6): 1512–20. doi : 10.1097/00000542-200212000-00025 . PMID  12459679. S2CID  21160239.[ постоянная мертвая ссылка ]
  15. ^ Аллен, Фрэнк Х.; Кеннард, Ольга; Уотсон, Дэвид Г.; Браммер, Ли; Орпен, А. Гай; Тейлор, Робин (1987). «Таблицы длин связей, определенных с помощью рентгеновской и нейтронной дифракции. Часть 1. Длины связей в органических соединениях». Журнал химического общества, Perkin Transactions 2 (12): S1–S19. doi :10.1039/P298700000S1.
  16. ^ Булатов, Роман, ред. (2015). Механохимия полимеров . Springer. стр. 9. ISBN 978-3-319-22824-2.
  17. ^ Эрик В. Анслин и Деннис А. Догерти. Современная физическая органическая химия. 2006. Страницы 850-852.
  18. ^ SW Benson, Термохимическая кинетика, S. 273, J. Wiley & Sons, Нью-Йорк, Лондон, Сидней, Торонто 1976
  19. ^ Dewar, MJ (1984). «Химические следствия σ-сопряжения». J. Am. Chem. Soc . 106 (3): 669–682. doi :10.1021/ja00315a036.
  20. ^ Кремер, Д. (1988). «Плюсы и минусы σ-ароматичности». Тетраэдр . 44 (2): 7427–7454. doi :10.1016/s0040-4020(01)86238-4.
  21. ^ У, Вэй; Ма, Бен; У, Джуди Ай-Чиа; фон Раге, Шлейер; Мо, Йиронг (2009). «Является ли циклопропан действительно σ-ароматической парадигмой?». Химия: европейский журнал . 15 (38): 9730–9736. doi : 10.1002/chem.200900586 . PMID  19562784.
  22. ^ Волвебер, Хартмунд (2000). «Анестетики, генерал». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_289. ISBN 978-3527306732.
  23. ^ Гордон, Арнольд Дж. (1967). «Галогенирование и олефиновая природа циклопропана». Журнал химического образования . 44 (8): 461. doi :10.1021/ed044p461.
  24. ^ Расширенная органическая химия, Реакции, механизмы и структура 3-е изд. Джерри Марч ISBN 0-471-85472-7 

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Циклопропан .