Циклоалканы

Карточка контроля знаний (скачать PDF 175КБ)

Циклоалканы – предельные циклические углеводороды.

Общая формула С_nH_2n при n ≥ 3, где n – количество атомов углерода.

Циклоалканы широко распространены в природе. Они входят в состав нефти, смоляных кислот, стероидных гормонов, терпенов, витаминов и т.д. Представителями этого ряда соединений являются циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан. Очень часто в органической химии структурные формулы перечисленных циклоалканов изображают без символов C и H простыми геометрическими фигурами.

Номенклатура

Название углеводородов строятся из двух частей. Первая часть «говорит» о том, что это циклические соединения — «цикло-», вторая — название самого алкана по количеству атомов углерода, с традиционным для алканов окончанием -ан. При наличии в цикле заместителей нумерацию атомов углерода в кольце проводят так, чтобы ответвления получили возможно меньшие номера.

Изомерия циклоалканов

Структурная изомеpия:

1. Изомерия углеродного скелета:

а) кольца (связанная с размером цикла)

циклопентан метилциклобутан этилциклопропан

б) боковых цепей (связанная со строением заместителей)

пропилциклобутан изопропилциклобутан

2. Изомерия положения заместителей в кольце:

1;1 – диметилциклопентан 1;2 – диметилциклопентан 1;3 – диметилциклопентан

3. Межклассовая изомерия с алкенами:

циклобутан изомерен CH₂ = CH – CH₂ – CH₃ бутен -1

CH₃ – CH = CH – CH₃ бутен -2

Пространственная изомерия (геометрическая или цис-, транс- изомерия)

Цис-транс-изомерия, обусловленная различным взаимным расположением в пространстве заместителей относительно плоскости цикла. В цис-изомерах заместители находятся по одну сторону от плоскости кольца, в транс-изомерах – по разные:

цис-изомер транс -изомер

Физические свойства циклоалканов

При обычных условиях:

С₃, С₄ – газы;

С₅-С₁₆ – жидкости;

С₁₇ и выше – твердые вещества.

Температуры плавления и кипения выше, чем у алканов. Это связано с более плотной упаковкой и более сильными межмолекулярными взаимодействиями циклических структур. Циклоалканы практически нерастворимы в воде.

Химические свойства циклоалканов

Все соединения делят на малые (С₃, С₄) циклы и на обычные (C₅, С₆) циклы. Малые и обычные циклы имеют различные свойства. Для малых циклоалканов (С₃, С₄) характерны реакции присоединения, протекающие по радикальному механизму.

а) Галогенирование(свет):

∆ + Br₂ → Br – CH₂ – CH₂ – CH₂ – Br

б) Гидрирование (Pt/Ni, t⁰):

∆ + H₂ → CH₃ – CH₂ – CH₃

в) Гидрогалогенирование (по правилу Марковникова):

∆ + HBr → CH₃ – CH₂ – CH₂ – Br

Для обычных циклов (С₅, С₆) характерны реакции замещения, протекающие по радикальному механизму, т.к. они более устойчивы:

а) Галогенирование (свет):

б) Нитрование (t⁰):

в) Дегидрирование (Pt/Ni, t⁰)

Ароматизация – дегидрирование с образованием ароматических углеводородов. Характерна для циклогексана и его гомологов:

Окисление циклоалканов

Циклоалканы довольно стойки к действию окислителей. Однако, при повышенных температурах, под действием сильных окислителей (KMnO_4,K₂Cr₂O₇) происходит разрыв цикла с образованием двухосновных кислот с тем же числом атомов углерода в молекуле:

Получение циклоалканов

1. Дегалогенирование дигалогенпроизводных:

Br – CH₂ – CH₂ – CH₂ – Br + Zn → ∆ + ZnBr₂

2. Гидрирование ароматических углеводородов(Pt/Ni, t⁰):

С₆Н₆ + 3Н₂ → С₆Н₁₂

Применение циклоалканов

Циклопропан – анестетик (от слова «анестезия») общего действия, широко применяемый при любых хирургических операциях, так как совершенно безвреден для человеческого организма. Анестезия с его использованием протекает без неприятных последствий.

Циклопентан используется в органическом синтезе и как добавка к моторному топливу для повышения качества.

Циклогексан используется для синтеза полупродуктов при производстве синтетических волокон нейлона и капрона, для получения циклогексанола, циклогексанона, адипиновой кислоты, а также в качестве растворителя.