Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.6: Циклічна система

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    28283

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Циклічні системи трохи відрізняються від систем з відкритим ланцюгом. У відкритому ланцюзі будь-яку зв'язок можна повертати на 360 градусів, проходячи безліч різних конформацій. Це повне обертання неможливе в циклічній системі, тому що частини, які ви намагалися б відкрутити один від одного, все одно будуть з'єднані разом. Циклічні системи мають менше «ступенів свободи», ніж аліфатичні системи; вони мають «обмежене обертання».

    Через обмеженого обертання циклічних систем більшість з них мають набагато більш чітко визначені форми, ніж їх аліфатичні аналоги. Давайте розглянемо основні форми деяких загальних кілець.

    • Багато біологічно важливі сполуки побудовані навколо структур, що містять кільця, тому важливо, щоб ми ознайомилися з ними.
    • У природі часто зустрічаються три-шестичленні кільця, тому ми зупинимося на них.

    Тричленне кільце не має жодної свободи обертання. Площина визначається трьома точками, тому три атоми вуглецю в циклопропані обмежені лежати в одній площині.

    clipboard_e27f088e7b8e5abe99e9e9d8e9f1cc2b7.png

    Крім того, якщо ви подивитеся на модель, ви виявите, що сусідні зв'язки C-H (зв'язки C-C теж) тримаються в затемнених конформаціях.

    Кульково-паликова модель циклопропану.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Кульково-палична модель циклопропану.

    Перейдіть до анімації CA6.1. Тривимірна модель циклопропану.

    Циклопропан завжди знаходиться при максимальній деформації кручення. Цей штам можна проілюструвати на кресленні лінії циклопропану, як показано збоку. У цьому косому вигляді темні лінії означають, що ті сторони кільця ближче до вас.

    Стул проекції циклопропану, з більш широкими темними лініями, спрямованими на камеру.

    Однак кільце недостатньо велике, щоб ввести будь-який стеричний штам, який не стає фактором, поки ми не досягнемо шести членних кілець. До цього моменту кільця недостатньо гнучкі, щоб два атоми досягли навколо і зіткнулися один з одним.

    Дійсно велика проблема з циклопропаном полягає в тому, що кути зв'язку C-C-C занадто малі.

    • Всі атоми вуглецю в циклопропані здаються чотиригранними.
    • Ці кути зв'язку повинні бути 109 градусів.
    • Кути в рівносторонньому трикутнику насправді 60 градусів, приблизно вдвічі менше, ніж оптимальний кут.
    • Цей фактор вводить величезну кількість штаму в молекулу, званого кільцевим штамом.

    Циклобутан - це чотиричленне кільце. У двох вимірах це квадрат, з кутами 90 градусів на кожному куті.

    Скелетна будова циклобутана: простий квадрат.

    Однак у трьох вимірах циклобутан досить гнучкий, щоб застібатися у форму «метелика», трохи знімаючи напругу кручення. Коли це робиться, кути зв'язку стають трохи гіршими, переходячи від 90 градусів до 88 градусів.

    Кульково-паликова модель циклобутану.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кульково-паликова модель циклобутану.

    Перейдіть до анімації CA6.2. Тривимірна модель циклобутану.

    На малюнку лінії ця форма метелика зазвичай відображається збоку, а ближні краї малюються темнішими лініями.

    Стул проекції циклобутана.

    • З кутами зв'язку 88, а не 109 градусів, циклобутан має багато кільцевої деформації, але менше, ніж у циклопропану.
    • Торсіонний штам все ще присутній, але сусідні зв'язки точно не затьмарюються у метелика.
    • Циклобутан все ще недостатньо великий, щоб молекула могла досягти навколо, щоб викликати скупченість. Сферичний штам дуже низький.
    • Циклобутани трохи стабільніші, ніж циклопропани, а також трохи частіше зустрічаються в природі.

    Циклопентани навіть більш стабільні, ніж циклобутани, і вони є другим за поширеністю парафінним кільцем в природі після циклогексанів. У двох вимірах циклопентан представляється звичайним п'ятикутником.

    Скелетна будова циклопентану: простий п'ятикутник.

    У трьох вимірах є достатня свобода обертання, щоб дозволити невелике викручування з цієї площинної форми.

    Кульково-паликова модель циклопентану.
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Кульково-палична модель циклопентану.

    Перейдіть до анімації CA6.3. Тривимірна модель циклопентану

    На кресленні лінії ця тривимірна форма малюється з похилого виду, як і циклобутан.

    Стул проекції циклопентану.

    • Ідеальний кут у звичайному п'ятикутнику становить близько 107 градусів, дуже близький до чотиригранного кута зв'язку.
    • Циклопентан спотворюється лише дуже незначно в форму «конверта», при якій один кут п'ятикутника піднімається вгору над площиною інших чотирьох, і в результаті кільцева деформація повністю знімається.
    • Конверт знімає напругу кручення з боків і клаптя конверта. Однак сусідні вуглеці затьмарюються по «дну» оболонки, подалі від заслінки. У циклопентані все ще існує деяка деформація кручення.
    • Знову ж таки, в цій системі немає стеричної деформації.

    Фотографії моделей, отриманих за допомогою Spartan 14 від Wavefunction, Inc., Ірвін, Каліфорнія.