Циклопропан был открыт в 1881 году Августом Фройндом, который также предложил правильную структуру для нового вещества в своей первой работе. Фройнд обрабатывал 1,3-дибромпропан с натрием, вызывая внутримолекулярную реакцию Вюрца, ведущую непосредственно к циклопропану.
Выход реакции была улучшен Густавсоном в 1887 году с использованием цинка вместо натрия. Циклопропан не имел никакого коммерческого применения, пока Хендерсон и Лукас обнаружили его анестетические свойства в 1929 году; промышленное производство началось с 1936 года.
Строение циклопропана
Циклопропан представляет собой молекулу циклоалкана с молекулярной формулой , состоящей из трех атомов углерода, связанных друг с другом с образованием кольца, каждый атомом углерода связан с двумя атомами водорода, что приводит к симметрии молекулы.
Рисунок 1.
Циклопропан и пропилен имеют одинаковую молекулярную формулу - , но имеют различные структуры, что делает их структурными изомерами.
Циклопропан
Рисунок 2.Пропилен -
Рисунок 3.
Циклопропан является анестетиком. В современной анестезиологической практике, он был заменен другими агентами, из-за его крайней реактивности при нормальных условиях: когда газ смешивается с кислородом, существует значительный риск взрыва.
Енантиомерия производных циклопропана
Енантиомерия алициклических соединений возникает при наличии хирального атома углерода и отсутствия элементов симметрии, в первую очередь плоскости симметрии. Так, циклопропан с двумя одинаковыми заместителями в транс-1,2-положении или с двумя разными как в транс-1,2, так и в цис-1,2-положении существует в виде энантиомеров:
Рисунок 4.
Соединения с цис-1,2 и транс-1,2 пложениями двух одинаковых заместителей является диастереоизомерами между собой.
Молекулярная структура циклопропана
Молекулярную структуру циклопропана можно представить в виде правильного треугольника с валентными углами между тремя атомами углерода по 60 и углами водород-углерод-водород по 114:
Рисунок 5.
Таким образом валентные углы в цикле циклопропана на 49,5 меньше тетраэдрических углов между углеродными атомами алканов, что приводит к напряжению, называемому угловым напряжением Байера.
Согласно квантово-механическим расчеты в молекулах циклопропана реальные углы между связанными углеродными амтомами ( их гибридными орбиталями) составляют не 60, а 104:
Рисунок 6.
Такое отклонение объясняется двумя различными теориями:
В результате максимальное перекрытие орбиталей происходит не вдоль мижьядерных осей связей , а несколько вне их (вне сторон треугольника) с образованием слабых "бананоподибных" связей, которые фактически являются промежуточными между - и -связями (рис. 7, а, А. Коулсон и И И. Моффит, 1947 г.).
Также существует мнение об - гибридном состоянии атомов углерода в циклопропане и значительном вкладе -атомных орбиталей в образование бананоподибных связей (рис. 7, б, А. Уолп, 1949),
Рисунок 7. Схема образования связей в циклопропана: а - структура А, Коулсона и Е. Моффита, б - структура А. Уолша. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
Наличие такой связи и внутреннего "байеровського" напряженияе приводит к откланению внутренней энергии циклопропана по сравнению с другими циклоалканами и вызывает его высокую реакционную способность, подобную алкенам. Это означает условно, что циклизация пропана в циклопропан более эндотермических реакцией, которая нуждается в дополнительной энергии - энергии "напряжение" в сравнении с циклизацией гексана в циклогексан. Поэтому в реакциях, которые проходят с расщеплением пропановой цикла, высвобождается тот избыток энергии ''напряжение", что и является проявлением его высокой реакционной способности.
Циклопропан, как анестетик
Циклопропан был введен в клиническую практику о американским анестезиологом Ральфом Вотерсом, который использовал закрытую систему с поглощением углекислого газа, чтобы сохранить этот тогда дорогостоящий агент. Циклопропан является относительно мощным анестетиком, не вызывает раздражения и имеет сладкий запах с минимальной альвеолярной концентрацией 17,5% и коэффициентом распределения кровь/газ 0,55. Это означает, что индукция анестезии при вдыхании циклопропана и кислорода была быстрой и не неприятной. Однако при длительной анестезии циклопропаном у пациентов может возникнуть внезапное снижение кровяного давления, что может привести к сердечной аритмии; реакции, известной как "циклопропановый шок". По этой причине, а также из-за его высокой стоимости и его взрывоопасности, его теперь используют только для индукции анестезии, и из клинического использования он исключон с середины 1980-х годов. Баллоны циклопропана и его расходомеры были окрашены в оранжевый цвет.
Циклопропан неактивен для ГАМК и глициновых рецепторов, а вместо этого выступает в качестве антагониста рецептора НМДА. Он также ингибирует рецептор АМПА и никотиновые рецепторв ацетилхолина и активизирует определенные каналы К2П.