4: ترکیبات آلی - سیکلوآلکان ها و استریوشیمی آنها
- Page ID
- 215553
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)پس از اتمام فصل 4، باید بتوانید
- تمام اهداف دقیق ذکر شده در هر بخش را انجام دهید.
- ایزومرهای cis - trans برخی از سیکلوآلکان های جدا شده ساده را ترسیم کنید و نام IUPAC این ترکیبات را بنویسید.
- تعریف و استفاده در متن، اصطلاحات کلیدی معرفی شده در این فصل.
این فصل به مفهوم استریوشیمی و آنالیز کانفورماسیونی در ترکیبات حلقوی میپردازد. علل کرنشهای حلقوی مختلف و اثرات آنها بر سطح کلی انرژی سیکلوآلکان مورد بحث قرار گرفته است. ما بر استریوشیمی ترکیبات آلیسیکلیک تأکید خواهیم کرد.
- 4.1: چرا این فصل؟
- ما نمونه های متعددی را در فصل های آینده خواهیم دید که در آن شیمی یک گروه کاربردی خاص تحت تاثیر قرار گرفتن در یک حلقه به جای یک زنجیره باز است. از آنجا که مولکول های حلقوی در اکثر داروها و در تمام کلاس های زیست مولکول ها، از جمله پروتئین ها، لیپیدها، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک مواجه می شوند، درک رفتار ساختارهای چرخه ای مهم است.
- ۴.۲: نامگذاری سیکلوآلکانها
- سیکلوآلکان ها دارای یک یا چند حلقه اتم کربن هستند و فقط حاوی پیوندهای منفرد کربن-هیدروژن و کربن-کربن هستند. نامگذاری سیکلوآلکانها از مجموعهای از قوانین مشابه آنچه برای نامگذاری آلکانها استفاده میشود پیروی میکند.
- 4.3: ایزومریسم سیس ترانس در سیکلوآلکان ها
- استریوایزومرها مولکول هایی هستند که فرمول مولکولی یکسانی دارند، اتصال اتم یکسانی دارند، اما در جهت گیری فضایی نسبی اتم ها متفاوت هستند. سیکلوآلکان های دی جایگزین یک دسته از مولکول ها هستند که استریوایزومریسم را نشان می دهند. استریوایزومرهای سیکلوآلکان دی جایگزین شده با پیشوندهای نامگذاری cis (لاتین، به معنی در این طرف) و ترانس (لاتین، به معنی در سراسر) تعیین می شوند.
- 4.4: پایداری سیکلوآلکان ها - کرنش حلقه ای
- سیکلوآلکانهای کوچک، مانند سیکلوپروپان، به دلیل کرنش حلقه، به طور چشمگیری کمتر از سیکلوآلکانهای بزرگتر پایدار هستند. کرنش حلقه ای در اثر افزایش کرنش پیچشی، کرنش فضایی و کرنش زاویه ای در حلقه کوچک و تقریباً مسطح سیکلوپروپان ایجاد می شود. حلقه های بزرگتر مانند سیکلوهگزان، دارای حلقه های بسیار کمتری هستند زیرا آنها ترکیبات غیر مسطح را اتخاذ می کنند.
- 4.5: ترکیبات سیکلوآلکان ها
- کرنش حلقهای کلی در حلقههای سیکلوآلکان که به اندازه کافی بزرگ هستند که اجازه میدهند پیوندهای کربن-کربن به دور از ساختارهای صفحهای بچرخند، کاهش مییابد. به همین دلیل، سیکلوپنتان به طور قابل توجهی پایدارتر از سیکلوپروپان و سیکلوبوتان است.
- 4.6: ترکیبات سیکلوهگزان
- حلقههای بزرگتر از سیکلوپنتان اگر مسطح بودند کرنش زاویهای داشتند. با این حال، این کرنش، همراه با کرنش گرفتگی ذاتی در یک ساختار مسطح، می تواند با جمع کردن حلقه تسکین یابد. سیکلوهگزان نمونه خوبی از سیستم کاربوسیکلیک است که با اتخاذ ترکیبات غیر مسطح عملاً گرفتگی و کرنش زاویه را از بین می برد.
- 4.7: پیوندهای محوری و استوایی در سیکلوهگزان
- هیدروژن سیکلوهگزان در دو مکان مجزا وجود دارد - محوری و استوایی. دو ترکیب صندلی سیکلوهگزان به سرعت از طریق فرآیندی به نام تلنگر حلقه تبدیل می شوند.
- 4.8: ترکیبات سیکلوهگزان های تک جایگزین
- سیکلوهگزان مونو جایگزین، کانفورمر تلنگر حلقه را ترجیح می دهد که در آن جایگزین استوایی است. تعاملات 1،3-دو محوری زمانی رخ می دهد که جایگزین محوری باشد، به جای استوایی. هرچه جایگزین بزرگتر باشد، اولویت بارزتر است.
- 4.9: ترکیبات سیکلوهگزان های جایگزین
- بخش مربوط به ترکیبات سیکلوهگزان های دی استخلافی بحث می کند که چگونه جایگزین ها می توانند بر پایداری و آرایش فضایی حلقه های سیکلوهگزان تأثیر بگذارند. این اهمیت موقعیت های محوری و استوایی را برای جایگزین ها برجسته می کند و خاطرنشان می کند که گروه های بزرگتر موقعیت های استوایی را برای به حداقل رساندن فشار فضایی ترجیح می دهند. بحث شامل عوامل موثر بر ترجیحات ساختاری و چگونگی تاثیر آنها بر انرژی کلی و واکنش پذیری مولکول ها است.
- 4.10: ترکیبات مولکول های چند حلقه ای
- مولکول های چند حلقه ای در طبیعت رایج و مهم هستند. مولکول های چند حلقه ای بیولوژیکی مهم در کلسترول، هورمون های جنسی، قرص های ضد بارداری، کورتیزون و استروئیدهای آنابولیک یافت می شوند
- 4.11: مواد شیمی-مکانیک مولکولی
- تمام مدل های ساختاری در این کتاب به صورت کامپیوتری طراحی شده اند. برای اطمینان از اینکه آنها به طور دقیق زاویه پیوند، طول پیوند، تعاملات پیچشی و تعاملات فضایی را نشان می دهند، هندسه پایدار هر مولکول بر روی یک کامپیوتر رومیزی با استفاده از یک برنامه مکانیک مولکولی در دسترس بر اساس کار نورمن آلینگر در دانشگاه جورجیا محاسبه شده است.
- 4.13: خلاصه
- مولکول های حلقوی به طور معمول در سراسر شیمی آلی و بیولوژیکی دیده می شوند که مهم است که عواقب ساختارهای چرخه ای آنها را درک کنیم. بنابراین، ما در این فصل نگاهی دقیق به ساختارهای چرخه ای داشته ایم.
تصویر بند انگشتی: مدل توپ و چوب سیکلوبوتان. (مالکیت عمومی؛ بن میلز از طریق ویکیپدیا)