Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.11: Інші кільця

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    28272

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

    Ми розглянули деякі різні шестичленні кільця, циклогексани, і побачили, як замінники, прикріплені до цих кілець, можуть впливати на форму загальної молекули. Циклогексани особливо важливі, оскільки вони досить поширені в природі. Існують і інші варіації циклічних систем, на які варто звернути увагу, включаючи різні похідні циклогексану та інші кільця.

    Велосипедика та інші поліцикліки

    Декаліни є прикладами сплавлених кільцевих систем. У злитих кільцевих системах два кільця поділяють ребро. Декаліни містять десять вуглецю загалом, але десять вуглеців діляться на два кільця, кожне з яких становить шість вуглеців навколо.

    Скелетна будова декаліна.

    Існує два можливих ізомери декаліну: цис і транс. Найпростіший спосіб відрізнити два ізомери - шукати два водню на спільному краю між двома кільцями. Ці два водню знаходяться на одній грані цис-декаліну.

    Скелетна будова цис-декаліна.

    Перейдіть до анімації CA11.1. Тривимірна модель цис-декаліна.

    Два водню вздовж з'єднання видно на протилежних гранях у транс-декаліні.

    clipboard_e1e4a38bb6d003033e693d3ed52991dae.png

    Перейдіть до анімації CA11.2. Тривимірна модель транс-декаліна.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Намалюйте цис-декалін і транс-декалін за допомогою клиновидного/тире картинки.

    Відповідь

    Відповідь на вправу 6.11.1, з цис- і транс-декалін.

    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Обчисліть стеричні штами в цис-декалін і транс-декалін.

    Відповідь

    Відповідь на вправу 6.11.2, з цис- і транс-декалін. цис-декалін має два водню виділені підписом «2 х 6 атом ~ 2 ккал/моль». транс-декалін має два водню виділені з підписом «5 атом ~ 0 ккал/моль.

    Зплавлені кільцеві системи, такі як декалін, дуже поширені. Насправді подібні кільцеві системи зустрічаються в стероїдах, які є важливим класом ліпідів. Стероїди, як правило, мають аналогічні структури, які включають серію сплавлених кілець, як видно в батьківській сполуці, холестерин.

    Скелетна структура холестерину, чотирикільцевої органічної молекули.

    Подібність вражає між естрадіолом, жіночим статевим гормоном, і тестостероном, чоловічим статевим гормоном.

    Скелетні структури естрадіолу та тестостерону, обидва складаються з чотирьох кілець.

    Перейдіть до анімації CA11.3. Тривимірна модель естрадіолу.

    Перейдіть до анімації CA11.4. Тривимірна модель тестостерону.

    Вправа\(\PageIndex{3}\)

    Розглянемо стероїдних структури, такі як холестерин.

    1. Виходячи з взаємозв'язків уздовж зрощених країв між кільцем, чи є структура більш схожа на цис-декалін або транс-декалін?
    2. Загальну форму структури, ймовірно, найкраще можна описати як (виберіть один: широкий і хвилястий/компактний і згорнутий/коробчастий, як клітка).
    Відповідь:

    Замісники завжди транс уздовж стиків між кожною парою кілець. Стероїди нагадують серію транс-декалін структур.

    Відповідь б:

    Загальна структура була б більш широкою і хвилястою, як транс-декалін, а не завита або коробчаста, як цис-декалін.

    Поліциклічні системи не повинні бути сплавлені уздовж одного краю, як декалін. Їх можна підключати різними способами. Норборнан є прикладом велосипедної системи, в якій два кільця насправді поділяють більше двох вуглецю.

    Скелетна будова норборнану, систематична назва біцикло [2,2,1] гептан. Норборнан складається з двох з'єднаних між собою кілець, утворюючи молекулу з загальною кількістю семи вуглеців.

    Норборнан може бути використаний для ілюстрації систематичного способу опису зрощених кільцевих систем. Суфікс описує загальну кількість вуглецю в кільцевій системі. Приставка описує, скільки кілець зрощені між собою. Середня частина в дужках вказує, скільки атомів утворюють «містки» між атомами «плацдарму», де система розпадається на два різних кільця. Для опису кожного моста дається одне число. У норборнане є два 2-вуглецевих містка і один 1-вуглецевий міст.

    Вправа\(\PageIndex{4}\)

    Напишіть систематичне найменування декалін.

    Відповідь

    Велосипед [2.2.0] декан

    Вправа\(\PageIndex{5}\)

    Надайте систематичні назви для наступних структур.

    Вправа 6.11.5, а через ч.

    Відповідь:

    Велосипед [2.1.1] гексан

    Відповідь б:

    Велосипед [3.2.1] октан

    Відповідь c:

    Біцикло [2.1.0] пентан (частіше називають «housane»)

    Відповідь d:

    Велосипед [2.2.2] октан

    Відповідь:

    цис-велосипед [3.3.0] октан

    Відповідь f:

    цис-велосипед [1.1.0] бутан

    Відповідь g:

    Велосипед [1.1.1] пентан

    Відповідь h:

    Велосипед [4.3.3] додекан

    Вправа\(\PageIndex{6}\)

    Скільки різних кілець можна простежити в структурі адамантану?

    Вправа 6.11.6, зі скелетною структурою адамантану.

    Відповідь

    Відповідь на вправу 6.11.6, показуючи три окремі кільця адамантану, виділені синім, зеленим та червоним кольором.

    Хоча ми могли б намалювати багато кілець, використовуючи адамантан, потрібні лише три кільця, щоб включити всі атоми вуглецю в структуру. Таким чином, адамантан вважається трициклічної системою. Систематична номенклатура трициклічних систем дещо ускладнюється, тому ми не будемо турбуватися про це.

    Біциклічні системи поширені в природі. Наприклад, всі алкалоїди тропану містять кільцеву систему велосипедів [3.2.1]. Алкалоїди - це група натуральних продуктів, які містять основні атоми азоту. Тропанові алкалоїди містять цей атом азоту в мосту 1 атом. Тропінон - простий приклад.

    Скелетна будова тропинона. Одночленний міст посередині утворений одним атомом азоту, який має приєднану N-метильну групу.

    Поширені приклади натуральних продуктів, що містять структуру тропінону, включають атропін і кокаїн. Атропін, отриманий із смертельного пасльону або беладони, є серцевим ліком; він використовується для збільшення частоти серцевих скорочень, якщо частота стає занадто низькою. Атропін також може бути смертельним при неправильному використанні, викликаючи широкий спектр фізіологічних ефектів; в деяких дозах він може навіть знизити частоту серцевих скорочень. Кокаїн, звичайно, є наркотичним і контрольованим речовиною.

    Скелетні структури атропіну і кокаїну. Обидва є біциклічними кільцевими структурами з бензоатними групами.

    Ці сполуки займають особливе місце в історії органічної і лікарської хімії. Під час Першої світової війни був дефіцит атропіну, що спонукало сера Роберта Робінсона розробити ефективний синтез тропінону як недорогого джерела синтетичного атропіну.

    Більші кільця

    Можливі більші кільця атомів вуглецю, хоча вони не такі поширені, як п'яти- і шестичленні кільця. Формування кільця вважається найлегшим з шестивуглецевого ланцюга, тому що два кінці ланцюга можуть легко обернутися навколо, щоб з'єднатися разом, але вони не настільки віддалені, що така зустріч стає малоймовірною.

    Кільця середнього розміру, такі як циклодекан, стають спотвореними, щоб уникнути стеричних взаємодій. Внутрішні стеричні взаємодії є додатковим ускладненням при утворенні деяких кілець.

    Скелетна структура циклодекану, десятивуглецевого кільця.

    Вправа\(\PageIndex{7}\)

    Показати стеричні взаємодії всередині циклодекану.

    Відповідь

    Якби циклодекан прийняв регулярну конформацію алмазної решітки, в середині кільця відбулася б колосальна взаємодія 8 атомів. Ця взаємодія навіть не включена в наш базовий набір. Це коштувало б не менше 6-7 ккал/моль. В результаті циклодекан приймає скручену структуру, щоб уникнути цієї взаємодії.

    У якийсь момент в дуже великих кільцях стеричні проблеми не такі серйозні. Водень на внутрішній стороні кільця може бути досить далеко один від одного, щоб уникнути взаємодії. Прикладом такого кільця є циклооктадекан. Хоча внутрішні 6-атомні взаємодії можливі, кільце досить гнучке, щоб скрутити таким чином, щоб уникнути цих проблем.

    Скелетна будова циклооктадекану, вісімнадцятивуглецеве кільце.

    Вправа\(\PageIndex{8}\)

    Подивіться модель на прогестерон і зробіть її креслення лінії.

    Перейдіть до анімації CA11.5. Тривимірна модель прогестерону.

    Відповідь

    Відповідь на вправу 6.11.8, що показує скелетну структуру прогестерону.

    Вправа\(\PageIndex{9}\)

    Подивіться модель на андростандіол і зробіть з неї креслення лінії.

    Перейдіть до анімації CA11.6. Тривимірна модель андростандіолу.

    Відповідь

    Відповідь на вправу 6.11.9, що показує скелетну структуру андростандіолу.

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