Циклопропан

А. Паевский

С точки зрения «обычной» химии обычная химическая связь, особенно между атомами углерода, — прямая. Электронные орбитали, образующие связь, располагаются по линии, которая соединяет центры атомов. Это естественно и понятно на интуитивном уровне. Но есть исключение из правила — давным-давно известное вещество, которое даже используют в медицине. Это циклопропан, в котором три атома углерода соединены в треугольник. Мы помним, что углы у равностороннего треугольника равны 60 градусам. А как нам вдалбливают на первых же уроках органической химии, угол между связями в углероде равен 109 градусам 28 минутам. Получается, в циклопропане связи стянуты, как согнутая в лук ветка дерева… Впрочем, давайте обо всем по порядку.

Само вещество известно химикам уже век с четвертью. Новый газ синтезировал в 1881 году австрийский химик Август Фройнд (1835—1892), родившийся на территории нынешней Польши, а умерший на территории нынешней Украины, во Львове. Именно Фройнд в первой же статье под названием «О триметилене» и предположил правильную структуру циклопропана. Кстати, синтез, обессмертивший имя Фройнда, был проведен во Львовском техническом университете — Фройнд в те годы был профессором этого университета и деканом факультета технической химии. Синтез циклопропана и сейчас проводят этим методом — замыканием цикла 1,3-дибромпропана при помощи металлического натрия.

Следующий важный этап в биографии нашего вещества связан с именем американского анестезиолога Ральфа Мильтона Уотерса (1883—1979). Статья о нем в Википедии без обиняков утверждает: «…знаменитый тем, что ввел профессионализм в анестезиологическую практику». И правда, в 1919 году вышла одна из самых важных статей Уотерса «Зачем нужны профессиональные анестезиологи», в которой он очень низко оценил ситуацию с обезболиванием в медицине того времени и призвал врачей уделять этой проблеме больше внимания.

Пионер в области анестезиологии, автор первого учебного курса по этому предмету, Уотерс догадался использовать циклопропан для ингаляционного наркоза. Начали это делать в 1920-х годах и делают до сих пор (сам автор помнит его запах). Действительно, у этого вещества очень широкий спектр применения. Если его в дыхательной смеси 4%, он вызывает аналгезию, то есть обезболивание. Чуть побольше около 6% — отключается сознание, а если еще больше, то наступает общий наркоз.

Один минус: мы помним, что обычный пропан — это бытовой газ, тот самый, который перевозят в баллонах. Его циклический собрат тоже чрезвычайно взрывоопасен, а значит, делать наркоз там, где есть опасность искры, не стоит. Зато после прекращения ингаляции циклопропан в неизменном виде выводится из организма. Полностью и без следа.

Но самое интересное в нашей молекуле — не это. Самое интересное — это химические связи циклопропана. Как мы уже говорили, нормальный угол между одинарными связями, которые образует атом углерода, — 109 градусов 28 минут. А угол между сторонами равностороннего треугольника — всего 60. И как быть? Оказывается, в циклопропане одинарные связи не прямые! В обычном пропане связь «углерод-углерод» получается перекрытием длинных сторон неравносторонних «гантелек» sp3-гибридизованных орбиталей. И оба атома, и область перекрытия лежат на одной прямой. И расстояние между атомами углерода одинаково — 0,153 нанометра. Здесь же все иначе. Электронные орбитали выгибаются наружу от сторон треугольника, который образуется атомами углерода. Получается натянутый лук. Хотя химики почему-то назвали такие связи банановыми. Фантазии у них нет, что ли? Впрочем, английское название еще более незамысловатое — bent bont, изогнутая связь…

Кстати, такая связь (0,151 нм) короче обычной одинарной и длиннее двойной (0,146 нм). И слабее — циклопропан легко вступает в реакции присоединения, как вещество с обычной двойной связью, только в нашем случае связь между атомами углерода рвется полностью. Например, к нему присоединяются галогеноводороды в полном соответствии с правилом Марковникова (конечно, в случае замещенного циклопропана).

Сейчас это вещество постепенно сходит с подмостков. Конечно, оранжевые баллоны циклопропана можно встретить во многих операционных, однако веселящий газ встречается чаще, севофлюран работает лучше, а другого применения циклопропану пока особо не нашли. И все же, если вы еще увидите оранжевые баллоны, вспомните, что там, внутри, — удивительные крошечные «бананы» длиной чуть более одной десятой нанометра.

pic_2015_11_41.jpg
Синтез циклопропана

Разные разности
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...