El ciclopropano es el cicloalcano de fórmula molecular (CH 2 ) 3 , que consta de tres grupos metileno (CH 2 ) unidos entre sí para formar un anillo triangular. 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 ( ciclopropanos ) tienen importancia comercial o biológica. [3]
El ciclopropano se utilizó como anestésico inhalatorio clínico desde los años 1930 hasta los años 1980. La alta inflamabilidad de la sustancia supone un riesgo de incendio y explosión en los quirófanos debido a su tendencia a acumularse en espacios reducidos, ya que su densidad es superior a la del aire.
El ciclopropano fue descubierto en 1881 por August Freund , quien también propuso la estructura correcta de la sustancia en su primer artículo. [4] Freund trató el 1,3-dibromopropano con sodio , provocando una reacción de Wurtz intramolecular que conduce directamente al ciclopropano. [5] Gustavson mejoró el rendimiento de la reacción en 1887 con el uso de zinc en lugar de sodio. [6] El ciclopropano no tuvo aplicación comercial hasta que Henderson y Lucas descubrieron sus propiedades anestésicas en 1929; [7] la producción industrial había comenzado en 1936. [8] En la práctica anestésica moderna, ha sido reemplazada por otros agentes.
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% [9] 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 una arritmia cardíaca : una reacción conocida como "shock de ciclopropano". [10] Por esta razón, además de su alto coste y su naturaleza explosiva, [11] últimamente se utilizaba sólo para la inducción de la anestesia y no ha estado disponible para uso clínico desde mediados de los años 1980. Los cilindros y caudalímetros eran de color naranja.
El ciclopropano es inactivo en los receptores GABA A y de glicina y, en cambio, actúa como antagonista del receptor NMDA . [12] [13] También inhibe el receptor AMPA y los receptores nicotínicos de acetilcolina , y activa ciertos canales K 2P . [12] [13] [14]
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 CC son 151 pm versus 153-155 pm. [15] [16]
A pesar de su brevedad, los enlaces CC en el ciclopropano están debilitados en 34 kcal/mol en comparación con los enlaces CC 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 CH en el ciclopropano son más fuertes que los enlaces CH 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 . [17] En este modelo, los enlaces carbono-carbono están doblados hacia afuera de modo que el ángulo interorbital es de 104°.
Las inusuales propiedades estructurales 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 CC 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 E str = 0 kcal/mol, [18] [19] [20] en contraste con la aromaticidad π habitual, que, por ejemplo, tiene un efecto altamente 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. [21]
El ciclopropano se produjo por primera vez mediante un acoplamiento de Wurtz , en el que se ciclaba 1,3-dibromopropano utilizando sodio . [4] El rendimiento de esta reacción se puede mejorar mediante el uso de zinc como agente deshalogenante y yoduro de sodio como catalizador. [22]
La preparación de anillos de ciclopropano se denomina ciclopropanación .
Debido al carácter π aumentado de sus enlaces CC, a menudo se supone que el ciclopropano agrega bromo para dar 1,3-dibromopropano, pero esta reacción transcurre mal. [23] La hidrohalogenación con ácidos hidrohálicos da 1-halogenopropanos lineales. Los ciclopropanos sustituidos también reaccionan, siguiendo la regla de Markovnikov . [24]
El ciclopropano y sus derivados pueden agregarse oxidativamente a los metales de transición , en un proceso denominado activación C-C .
El ciclopropano es muy inflamable. Sin embargo, a pesar de su energía de deformación, no exhibe un comportamiento explosivo sustancialmente diferente al de otros alcanos .
