シクロプロパンのソースを表示

{{Chembox
|   Reference =<ref>''Merck Index'', 11th Edition, '''2755'''.</ref>
| ImageFileL1 = Cyclopropane Structural Formula V1.svg
|   ImageNameL1 = Cyclopropane - displayed formula
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|   ImageSizeR1 = 80px
|   ImageNameR1 = Cyclopropane - skeletal formula
|   ImageFileL2 = Cyclopropane-3D-balls.png
|   ImageFileR2 = Cyclopropane-3D-vdW.png
|   IUPACName = Cyclopropane
| Section1 = {{Chembox Identifiers
| ChemSpiderID = 6111
| PubChem = 6351
| ChEMBL = 1796999
| UNII = 99TB643425
| InChIKey = LVZWSLJZHVFIQJ-UHFFFAOYAL
| StdInChI = 1S/C3H6/c1-2-3-1/h1-3H2
| StdInChIKey = LVZWSLJZHVFIQJ-UHFFFAOYSA-N
| CASNo  = 75-19-4
|日化辞番号 =J1.444C
|   InChI = 1/C3H6/c1-2-3-1/h1-3H2
|   SMILES = C1CC1
| ChEBI  = 30365
| KEGG = D03627
  }}
| Section2 = {{Chembox Properties
| Appearance = 常温で無色透明の気体
|  C=3|H=6 
|   Density = 1.879 g/L (1 atm, 0 °C)
|   MeltingPtC = -128
|   BoilingPtC = -33
|   pKa = ~46
  }}
| Section7 = {{Chembox Hazards
|   ExternalMSDS =
|   MainHazards = 高い引火性<br />窒息剤
|   NFPA-H = 1
|   NFPA-F = 4
|   NFPA-R = 0
|   FlashPt =
|   RPhrases =
|   SPhrases =
  }}
}}

'''シクロプロパン'''（cyclopropane）は、[[分子式]] C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>を持つ[[シクロアルカン]][[分子]]である。3つの[[炭素]][[原子]]が互いにつながり環を形成し、それぞれの炭素原子が2つの水素原子と結合することで、D<sub>3h</sub>[[分子対称性]]を持つ。シクロプロパンおよび[[プロペン]]は同じ[[分子式]]を持つが異なる構造を持つ[[構造異性体]]である。

融点 −127 [[セルシウス度|℃]]、沸点 −33 ℃、[[CAS登録番号]]は [75-19-4]。常温で無色の気体で 4–6 気圧に加圧すると液化する。常温で2.7倍の体積の[[水]]に溶解し、[[エタノール]]、[[アセトン]]に可溶である。

シクロプロパンは吸引すると[[麻酔薬|麻酔]]作用を示す。現代では、通常条件下でのその極めて高い反応性のために、その他の麻酔薬に取って代わられている。シクロプロパンガスが酸素と混合すると、爆発の危険性が高い。

==歴史==
シクロプロパンは1881年に[[アウグスト・フロイント]]によって発見された。フロイントはまた最初の論文で、この新規物質の正しい構造を提唱した<ref name="Freund82">{{cite journal|author=Freund, August |year=1882|title=Über Trimethylen (On trimethylene)|journal=Monatshefte für Chemie|volume=3|issue=1|pages=  625-635|doi=10.1007/BF01516828}}</ref>。フロイントは[[1,3-ジブロモプロパン]]を[[ナトリウム]]で処理し、分子内[[ウルツ・フィッティッヒ反応|ウルツ反応]]によって直接シクロプロパンに導いた<ref name="Freund81">{{Cite journal | title = Über Trimethylen | author = August Freund | volume = 26 | issue = 1 | year = 1881 | doi = 10.1002/prac.18820260125 | journal = Journal für Praktische Chemie | pages = 625–635}}</ref>{{R|Freund82}}。この反応の収率は、ナトリウムの代わりに[[亜鉛]]を使用することで1887年にグスタフソンによって改善された<ref name="Gustavson">{{cite journal
 | author = G. Gustavson
 | title =  Ueber eine neue Darstellungsmethode des Trimethylens
 | journal = J. Prakt. Chem.
 | volume = 36
 | pages =  300–305
 | year = 1887  
 | url =http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k90799n/f308.table
 | doi=10.1002/prac.18870360127}}</ref>。シクロプロパンはヘンダーソンとルーカスが1929年に麻酔作用を発見するまでは商業的な応用はされなかった<ref>{{cite journal
 | title =  A New Anesthetic: Cyclopropane : A Preliminary Report | author = G. H. W. Lucas and V. E. Henderson | journal = Can Med Assoc J. | volume = 21 | issue = 2 | pages = 173–5 |date=1 August 1929 | pmid =  20317448 | pmc=1710967 }}</ref>。工業的生産は1936年に始まった<ref name="Ind-prod">{{cite journal | title =  Synthesis of Cyclopropane | author = H. B. Hass, E. T. McBee, and G. E. Hinds | pages = 1178–81 | doi = 10.1021/ie50322a013 | volume =  28 | issue =  10 | year = 1936 | journal = Industrial & Engineering Chemistry}}</ref>。

==麻酔==
シクロプロパンは、アメリカの麻酔医[[ラルフ・M・ウォーターズ|ラルフ・ウォーターズ]]によって臨床用途に導入された。ウォーターズは、この高価であった薬剤を節約するために[[二酸化炭素|炭酸ガス]]吸収の閉鎖系[[呼吸回路]]を使用した。シクロプロパンは比較的強く、刺激性のない、甘い臭いのする薬剤であり、[[最小肺胞内濃度]]は17.5 [[パーセント記号|%]]<ref>{{cite journal|last=Eger|first=Edmond I.|author2=Brandstater, Bernard |author3=Saidman, Lawrence J. |author4=Regan, Michael J. |author5=Severinghaus, John W. |author6= Munson, Edwin S. |title=Equipotent Alveolar Concentrations of Methoxyflurane, Halothane, Diethyl Ether, Fluroxene, Cyclopropane, Xenon and Nitrous Oxide in the Dog|journal=Anesthesiology|year=1965|volume=26|issue=6|pages=771–777|doi=10.1097/00000542-196511000-00012}}</ref>、[[血液／ガス分配係数]]は0.55である。これは、シクロプロパンと酸素の吸引による麻酔の[[導入 (麻酔)|導入]]が素早く、不快でないことを意味する。しかしながら、持続的麻酔の結果、患者は血圧の突然の低下を起こすことがあり、[[不整脈]]を起こす危険性がある。この反応は「シクロプロパンショック」と呼ばれている<ref>{{cite journal|last=JOHNSTONE|first=M|author2=Alberts, JR|title=Cyclopropane anesthesia and ventricular arrhythmias.|journal=British heart journal|date=July 1950|volume=12|issue=3|pages=239–44|pmid=15426685|doi=10.1136/hrt.12.3.239}}</ref>。この理由と、高い費用と爆発性から<ref>{{cite journal|last=MacDonald|first=AG|title=A short history of fires and explosions caused by anaesthetic agents.|journal=British journal of anaesthesia|date=June 1994|volume=72|issue=6|pages=710–22|pmid=8024925|doi=10.1093/bja/72.6.710}}</ref>、現在のようにほぼ使用されなくなる前は、麻酔の[[導入 (麻酔)|導入]]にのみ使用されていた。[[ボンベ]]と流量計はオレンジ色である。

===薬理学===
シクロプロパンは[[GABAA受容体|GABA<sub>A</sub>受容体]]および[[グリシン受容体]]に対して不活性であり、代わりに[[NMDA受容体アンタゴニスト]]として作用する<ref name="HemmingsHopkins2006">{{cite book|author1=Hugh C. Hemmings|author2=Philip M. Hopkins|title=Foundations of Anesthesia: Basic Sciences for Clinical Practice|url=https://books.google.co.jp/books?id=xaXu1wHmENoC&pg=PA292&redir_esc=y&hl=ja|year=2006|publisher=Elsevier Health Sciences|isbn=0-323-03707-0|pages=292–}}</ref><ref name="Hemmings2009">{{cite journal|last1=Hemmings|first1=Hugh C.|title=Molecular Targets of General Anesthetics in the Nervous System|year=2009|pages=11–31|doi=10.1007/978-1-60761-462-3_2}}</ref>。また、[[AMPA受容体]]と[[ニコチン性アセチルコリン受容体]]を阻害し、特定の[[KCNK2|K<sub>2P</sub>チャネル]]を活性化する<ref name="pmid12459679">{{cite journal | author = Hara K, Eger EI, Laster MJ, Harris RA | title = Nonhalogenated alkanes cyclopropane and butane affect neurotransmitter-gated ion channel and G-protein-coupled receptors: differential actions on GABAA and glycine receptors | journal = Anesthesiology | volume = 97 | issue = 6 | pages = 1512–20 |date=December 2002  | pmid = 12459679 | doi = 10.1097/00000542-200212000-00025| url = http://meta.wkhealth.com/pt/pt-core/template-journal/lwwgateway/media/landingpage.htm?issn=0003-3022&volume=97&issue=6&spage=1512}}</ref>{{R|HemmingsHopkins2006|Hemmings2009}}。

==構造および結合==
[[ファイル:Coulson Moffit Model.png|150px|thumb|left|シクロプロパンの曲がった結合モデルにおける軌道の重なり]]

シクロプロパンの三角形構造は、炭素-炭素結合間の[[結合角]]が60° であることを必要とする。これは熱力学的に最も安定な109.5°（sp<sup>3</sup>[[混成軌道]]を持つ原子間の角度）から離れており、著しい[[環ひずみ]]をもたらす。また、シクロプロパン分子は水素原子の[[重なり形配座]]によってねじれひずみをも持つ。このように、炭素原子間の結合は典型的な[[アルカン]]よりもかなり弱く、これによって反応性が高くなっている。

炭素中心間の結合は、一般的に[[曲がった結合]]の観点から描写されている<ref>{{cite book|author=Eric V. Anslyn and Dennis A. Dougherty|title=Modern Physical Organic Chemistry|year= 2006| pages 850-852|publisher=University Science Books|location= Sausalito, CA|isbn=1891389319}}</ref>。このモデルでは、炭素-炭素結合は「軌道間角」が104°となるように外側に曲がっている。これは結合のひずみの度合いを低下させ、C-C結合が通常よりもp性を持つように<ref>{{cite book|last=Knipe|first=edited by A.C.|title=March's advanced organic chemistry reactions, mechanisms, and structure.|year=2007|publisher=Wiley-Interscience|location=Hoboken, N.J.|isbn=0470084944|page=219|edition=6th ed.}}</ref>（同時に炭素-水素結合はよりs性が高まる）炭素原子のsp<sup>3</sup>混成を理論的にはsp<sup>5</sup>混成（すなわちs軌道の電子密度1/6とp軌道の電子密度5/6）へと変形させる<ref>{{cite journal|url=http://isites.harvard.edu/fs/docs/icb.topic93502.files/Lectures_and_Handouts/06-Handouts/deMeijere.pdf|title=Bonding Properties of Cyclopropane and Their Chemical Consequences|author=Armin de Meijere|journal=Angew. Chem. Int. Ed.|volume= 18|issue=11|year= 1979|pages =809-886|doi=10.1002/anie.197908093}}</ref><ref>{{cite web|url=http://isites.harvard.edu/fs/docs/icb.topic1032290.files/lecture%203.pdf|format=pdf|author=Kwon, E.|title=Lecture 3: Coupling Constants|accessdate=2015-04-28}}</ref>ことによって達成される。曲がった結合によってもたらされる独特の結果の一つは、シクロプロパンのC-C結合が通常よりも弱いのに対して、炭素原子は普通のアルカンの結合よりも互いに接近していることである（シクロプロパンでは151 [[ピコメートル|pm]]、通常のアルカンは153 pm）<ref>{{cite journal|last=Allen|first=Frank H.|author2=Kennard, Olga |author3=Watson, David G. |author4=Brammer, Lee |author5=Orpen, A. Guy |author6= Taylor, Robin |title=Tables of bond lengths determined by X-ray and neutron diffraction. Part 1. Bond lengths in organic compounds|journal=Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2|year=1987|issue=12|pages=S1-S19|doi=10.1039/P298700000S1|url=http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1987/p2/p298700000s1}}</ref>。

シクロプロパン中の結合を説明する代替モデルは[[ウォルシュダイアグラム]]を含み、分光学的証拠と群対称性を考慮して、[[分子軌道法|分子軌道理論]]に合ったよりよい説明を目指している。このモデルでは、シクロプロパンはメチレン[[カルベン]]の[[3中心2電子結合|3中心結合]]した軌道の組合せとして描写される。

シクロプロパンの3つのC-C σ結合の6個の電子の環状非局在化は、シクロブタンと比較して相対的に低いシクロプロパンのひずみエネルギー（"わずか" 27.6 kcal mol<sup>−1</sup>と26.2 kcal mol<sup>−1</sup>。シクロヘキサンを基準E<sub>str</sub> =  0 kcal mol<sup>−1</sup>とする<ref>{{cite book|author=S. W. Benson|title= Themochemical Kinetics, S. 273|publisher= J. Wiley & Sons|location= New York, London, Sydney, Toronto |year=1976}}</ref>）の説明として[[マイケル・J・S・デュワー]]によって与えられた。原型的な芳香族性の例である[[ベンゼン]]中の6π電子の環状非局在化と比較して、この安定化はσ-芳香族性と呼ばれる<ref>{{cite journal | last1 = Dewar | first1 = M. J. | year = 1984 | title = Chemical Implicatons of σ Conjugation | url = | journal = J. Am. Chem. Soc. | volume = 106 | issue = | pages = 669–682 | doi=10.1021/ja00315a036}}</ref><ref>{{cite journal | last1 = Cremer | first1 = D. | year = 1988 | title = Pros and Cons of σ-Aromaticity | url = | journal = Tetrahedron | volume = 44 | issue = 2| pages = 7427–7454 }}</ref>。シクロプロパンにおける[[反磁性]][[環電流]]の仮定は、NMRスペクトルにおけるプロトンの遮蔽や、異常な磁気的性質（高い反磁性磁化率、磁化率の高い異方性）と一致する。σ-芳香族性によるシクロプロパンの安定化に関するより最近の研究では、11.3 kcal mol<sup>−1</sup>の安定化がこの効果によるものとされている<ref>{{cite journal | last1 = Exner | first1 = Kai | last2 = Paul | first2 =  | last3 = von Ragué | first3 = Schleyer | year = 2001 | title = Theoretical Bond Energies:  A Critical Evaluation | url = | journal = J. Phys. Chem. A | volume = 105 | issue = 13| pages = 3407–3416 | doi = 10.1021/jp004193o }}</ref>。

== 合成 ==
シクロプロパンは、[[ウルツ・フィッティッヒ反応|ウルツ反応]]によって初めて合成された{{R|Freund81}}。
: <chem>(CH2)3Br2\ + 2 Na -> (CH2)3\ + 2NaBr</chem>

=== シクロプロパン化 ===
シクロプロパン環は、膨大な数の[[生体分子]]や[[医薬品]]に含まれている。このため、シクロプロパン環の形成（一般的に[[シクロプロパン化]]と呼ばれる）は化学研究における活発な分野である。

==反応==
C-C結合のπ性が増大したことによって、シクロプロパンは特定の場合にアルケンのように反応する。例えば、[[無機酸]]によって[[ヒドロハロゲン化]]を受け、鎖状ハロゲン化アルキルを与える。置換シクロプロパン類もまた、[[マルコフニコフ則]]に従って反応する<ref>{{cite book|title=Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure|edition- 3ed.|author= Jerry March|isbn= 0-471-85472-7}}</ref>。

:[[Image:AdditionOfHBrtoCyclopropane.svg|Electrophilic addition of HBr to cyclopropane]]

==安全性==
シクロプロパンは引火性が高い。しかしながら、そのひずみエネルギーにもかかわらず、[[爆発限界|その他のアルカン]]よりもそれ程爆発性は高くない。

==脚注==
{{脚注ヘルプ}}
{{Reflist|2}}

== 関連項目 ==
* [[シクロプロペン]]
* [[シクロプロパベンゼン]]
* [[ロケッテン]]
* [[シモンズ・スミス反応]] - シクロプロパン環の合成方法
* [[テトラヘドラン]]
* [[1.1.1-プロペラン|プロペラン]]
* [[メチレンシクロプロパン]]

==外部リンク==
*[https://www.organic-chemistry.org/synthesis/C1C/cyclic/alkanes/cyclopropanes.shtm Synthesis of Cyclopropanes and related compounds]
* [http://www.org-chem.org/yuuki/triangle/triangle_en.html carbon triangle]

{{Cycloalkanes}}{{General anesthetics}}{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:しくろふろはん}}

[[Category:シクロプロパン| ]]
[[Category:シクロアルカン]]
[[Category:三員環化合物]]
[[Category:NMDA受容体拮抗薬]]
[[Category:全身麻酔薬]]