Ciclopropano

Ciclopropano es el cicloalcano de fórmula molecular (CH₂)₃, formado por tres grupos metileno (CH₂) unidos entre sí para formar un anillo. El pequeño tamaño del anillo crea una tensión anular sustancial en la estructura. El ciclopropano en sí tiene un interés principalmente teórico, pero muchos de sus derivados tienen importancia comercial o biológica.

A pesar de su naturaleza explosiva, el ciclopropano se utilizó como anestésico clínico desde los años 1930 hasta los años 1980. Es un precursor importante en la biosíntesis de hormonas vegetales y en la síntesis química de insecticidas.

Historia

El ciclopropano fue descubierto en 1881 por August Freund, quien también propuso la estructura correcta de la sustancia en su primer artículo. Freund trató el 1,3-dibromopropano con sodio, lo que provocó una reacción intramolecular de Wurtz que condujo directamente al ciclopropano. Gustavson mejoró el rendimiento de la reacción en 1887 utilizando zinc en lugar de sodio. El ciclopropano no tuvo aplicación comercial hasta que Henderson y Lucas descubrieron sus propiedades anestésicas en 1929; La producción industrial había comenzado en 1936. En la práctica anestésica moderna, ha sido reemplazada por otros agentes.

Anestesia

El ciclopropano fue introducido en el uso clínico por el anestesista estadounidense Ralph Waters, quien utilizó un sistema cerrado con absorción de dióxido de carbono para conservar este entonces costoso agente. El ciclopropano es un agente relativamente potente, no irritante y de olor dulce con una concentración alveolar mínima del 17,5% y un coeficiente de partición sangre/gas de 0,55. Esto significó que la inducción de la anestesia mediante la inhalación de ciclopropano y oxígeno fuera rápida y nada desagradable. Sin embargo, al finalizar una anestesia prolongada, los pacientes podrían sufrir una disminución repentina de la presión arterial, lo que podría provocar arritmia cardíaca: una reacción conocida como "shock de ciclopropano". Por este motivo, además de su elevado coste y su carácter explosivo, últimamente se utilizaba únicamente para la inducción de la anestesia y no está disponible para uso clínico desde mediados de los años 80. Los cilindros y caudalímetros eran de color naranja.

Farmacología

El ciclopropano es inactivo en los receptores GABAA y de glicina y, en cambio, actúa como un antagonista del receptor NMDA. También inhibe el receptor AMPA y los receptores nicotínicos de acetilcolina y activa ciertos canales K2P.

Estructura y unión

La estructura triangular del ciclopropano requiere que los ángulos de enlace entre los enlaces covalentes carbono-carbono sean de 60°. La molécula tiene simetría molecular D_3h. Las distancias C-C son 151 pm versus 153-155 pm.

A pesar de su brevedad, los enlaces C-C en el ciclopropano se debilitan en 34 kcal/mol en comparación con los enlaces C-C ordinarios. Además de la tensión del anillo, la molécula también tiene tensión de torsión debido a la conformación eclipsada de sus átomos de hidrógeno. Los enlaces C-H en el ciclopropano son más fuertes que los enlaces C-H ordinarios, como lo reflejan las constantes de acoplamiento de RMN.

El enlace entre los centros de carbono se describe generalmente en términos de enlaces doblados. En este modelo, los enlaces carbono-carbono están doblados hacia afuera de modo que el ángulo interorbital es de 104°.

Las propiedades estructurales inusuales del ciclopropano han generado muchas discusiones teóricas. Una teoría invoca la σ-aromaticidad: la estabilización proporcionada por la deslocalización de los seis electrones de los tres enlaces C-C σ del ciclopropano para explicar por qué la tensión del ciclopropano es "sólo" 27,6 kcal/mol en comparación con el ciclobutano (26,2 kcal/mol) con ciclohexano como referencia con Es_str=0 kcal/mol, en contraste con la aromaticidad π habitual, que, por ejemplo, tiene una alta efecto estabilizador en el benceno. Otros estudios no respaldan el papel de la σ-aromaticidad en el ciclopropano y la existencia de una corriente de anillo inducida; Dichos estudios proporcionan una explicación alternativa para la estabilización energética y el comportamiento magnético anormal del ciclopropano.

Síntesis

El ciclopropano se produjo por primera vez mediante un acoplamiento de Wurtz, en el que se ciclizó 1,3-dibromopropano utilizando sodio. El rendimiento de esta reacción se puede mejorar mediante el uso de zinc como agente deshalogenante y yoduro de sodio como catalizador.

BrCH₂CH₂CH₂Br + 2 Na → (CH₂)₃ + 2 NaBr

La preparación de anillos de ciclopropano se conoce como ciclopropanación.

Derivados

Los derivados del ciclopropano son numerosos. Muchas biomoléculas y fármacos presentan el anillo de ciclopropano. Un ejemplo famoso es el ácido aminociclopropanocarboxílico, que es el precursor del etileno, una hormona vegetal. Los piretroides son la base de muchos insecticidas. Se conocen varios ácidos grasos de ciclopropano.

Reacciones

Debido al aumento del carácter π de sus enlaces C-C, a menudo se supone que el ciclopropano agrega bromo para dar 1,3-dibromopropano, pero esta reacción transcurre mal. La hidrohalogenación con ácidos hidrohálicos da 1-halogenopropanos lineales. Los ciclopropanos sustituidos también reaccionan, siguiendo la regla de Markovnikov.

El ciclopropano y sus derivados pueden agregarse oxidativamente a los metales de transición, en un proceso conocido como activación C-C.

Seguridad

El ciclopropano es altamente inflamable. Sin embargo, a pesar de su energía de deformación, no presenta un comportamiento explosivo sustancialmente diferente al de otros alcanos.