Циклоппропан — это циклоалкан с молекулярной формулой (СН 2 ) 3 , состоящий из трех метиленовых групп (СН 2 ), связанных друг с другом с образованием треугольного кольца. Небольшой размер кольца создает значительную кольцевую деформацию конструкции. Сам циклопропан представляет в основном теоретический интерес, но многие из его производных — циклопропанов — имеют коммерческое или биологическое значение. [3]
Циклоппропан использовался в качестве клинического ингаляционного анестетика с 1930-х по 1980-е годы. Его высокая воспламеняемость создавала опасность возгорания и даже взрыва в операционной.
Циклоппропан был открыт в 1881 году Августом Фройндом , который также предложил правильную структуру вещества в своей первой статье. [4] Фрейнд обработал 1,3-дибромпропан натрием , вызвав внутримолекулярную реакцию Вюрца , ведущую непосредственно к циклопропану. [5] Выход реакции был улучшен Густавсоном в 1887 году с использованием цинка вместо натрия. [6] Циклоппропан не имел коммерческого применения до тех пор, пока Хендерсон и Лукас не обнаружили его анестезирующие свойства в 1929 году; [7] промышленное производство началось к 1936 году. [8] В современной анестезиологической практике его заменили другие агенты.
Циклоппропан был введен в клиническое применение американским анестезиологом Ральфом Уотерсом , который использовал закрытую систему с абсорбцией углекислого газа для сохранения этого дорогостоящего на тот момент агента. Циклоппропан является относительно сильным, 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 ингаляции циклопропана и кислорода была быстрой и не неприятной. Однако по завершении длительной анестезии у пациентов может произойти внезапное снижение артериального давления, что потенциально может привести к сердечной аритмии : реакции, известной как «циклопропановый шок». [10] По этой причине, а также из-за его высокой стоимости и взрывного характера, [11] в последнее время он использовался только для индукции анестезии и не был доступен для клинического использования с середины 1980-х годов. Цилиндры и расходомеры были окрашены в оранжевый цвет.
Циклоппропан неактивен в отношении рецепторов ГАМК А и глицина и вместо этого действует как антагонист рецепторов NMDA . [12] [13] Он также ингибирует рецептор AMPA и никотиновые рецепторы ацетилхолина и активирует определенные каналы K 2P . [12] [13] [14]
Треугольная структура циклопропана требует, чтобы валентные углы между ковалентными связями углерод-углерод составляли 60 °. Молекула имеет молекулярную симметрию D3h . Дистанции ЦК 151 против 153-155. [15] [16]
Несмотря на свою короткость, связи CC в циклопропане ослаблены на 34 ккал/моль по сравнению с обычными связями CC. Помимо кольцевой деформации, молекула также испытывает деформацию кручения из-за затменной конформации ее атомов водорода. Связи CH в циклопропане прочнее, чем обычные связи CH, о чем свидетельствуют константы взаимодействия ЯМР.
Связь между углеродными центрами обычно описывается как изогнутые связи . [17] В этой модели связи углерод-углерод изогнуты наружу так, что межорбитальный угол составляет 104°.
Необычные структурные свойства циклопропана породили множество теоретических дискуссий. Одна из теорий использует σ- ароматичность : стабилизацию, обеспечиваемую делокализацией шести электронов трех CC σ-связей циклопропана, чтобы объяснить, почему напряжение циклопропана составляет «всего» 27,6 ккал/моль по сравнению с циклобутаном (26,2 ккал/моль) с циклогексаном, как ссылка с E str =0 ккал/моль, [18] [19] [20] в отличие от обычной π-ароматичности, которая, например, оказывает сильное стабилизирующее действие 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]
Циклоппропан был впервые получен с помощью реакции Вюрца , в которой 1,3-дибромпропан циклизовался с использованием натрия . [4] Выход этой реакции можно повысить за счет использования цинка в качестве дегалогенирующего агента и йодида натрия в качестве катализатора. [22]
Получение циклопропановых колец называется циклопропанированием .
Часто полагают, что из-за повышенного π-характера связей CC циклопропан присоединяется к брому с образованием 1,3-дибромпропана, но эта реакция протекает плохо. [23] Гидрогалогенирование галоидоводородными кислотами дает линейные 1-галогенпропаны. Замещенные циклопропаны также реагируют по правилу Марковникова . [24]
Циклоппропан и его производные могут окислительно присоединяться к переходным металлам в процессе, называемом активацией C–C .
Циклоппропан легко воспламеняется. Однако, несмотря на свою энергию деформации, он не проявляет взрывного поведения, существенно отличающегося от других алканов .
