Циклоалканы

11 Дек

В отличие от предельных углеводородов, характеризующихся наличием открытых углеродных цепей, существуют углеводороды с замкнутыми цепями (циклами). По своим свойствам они напоминают обычные предельные углеводороды алканы (парафины), отсюда и произошло их название – циклоалканы (циклопарафины, нафтены). Общая формула гомологического ряда циклоалканов CnH2n. Представителями этого ряда соединений являются циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан.

 img003
img005
img006
img008

Циклопропан

Циклобутан

Циклопентан

Циклогексан

Очень часто в органической химии структурные формулы перечисленных  циклоалканов изображают без символов C и H простыми геометрическими фигурами

img009

Физические свойства

Циклоалканы имеют более высокие температуры плавления, кипения и большую плотность, чем соответствующие алканы. При одинаковом составе температура кипения циклопарафина тем выше, чем больше размер цикла. Циклоалканы в воде практически не растворимы, однако растворимы в органических растворителях. Физические свойства некоторых циклоалканов представлены в таблице.

Таблица. Физические свойства некоторых циклоалканов

Соединение t°пл.,
°С
t°кип.,
°С
Циклопропан -126,9 -33
Метилциклопропан -177,2 0,7
Циклобутан — 80 13
Метилциклобутан -149,3 36,8
Циклопентан — 94,4 49,3
Метилциклопентан -142,2 71,9
Циклогексан 6,5 80,7

Изомерия циклоалканов

Для циклоалканов характерны как структурная, так и пространственная изомерия. 

Структурная изомеpия

1. Изомерия углеродного скелета:

а) кольца

u311

 

 

 

б) боковых цепей

u312-gif

 

 

 

2. Изомерия положения заместителей в кольце:

u313

 

 

 

3. Межклассовая изомерия с алкенами:

u314

 

 

Пространственная изомерия

1. 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:

u315

 

 

 

2. Оптическая изомерия некоторых ди- (и более) замещенных циклов. Например, транс-1,2-диметилциклопропан может существовать в виде двух оптических изомеров, относящихся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение:

u3151

 

 

 

3. Конформационная изомерия циклоалканов. Все циклы, кроме циклопропана, имеют неплоское строение, что обусловлено стремлением атомов углерода к образованию нормальных (тетраэдрических) углов между связями. Это достигается поворотами по σ-связям С–С, входящим в цикл. При этом возникают различные конформации (поворотные изомеры) с разной энергией и чаще реализуются те из них, которые обладают наименьшей энергией, т.е. более устойчивые. Например, в циклогексане наиболее устойчивой является конформация «кресла».

Химические свойства

Химические свойства циклопарафинов зависят от числа атомов углерода, составляющих цикл. Низшие циклоалканы (циклопропан и циклобутан) ведут себя как ненасыщенные углеводороды, они способны вступать в реакции присоединения. Циклоалканы с большим количеством углеродных атомов в цикле ведут себя как алканы, для них характерны реакции замещения. 

Реакции горения:

CnH2n + 3n/2O2 t nCO2 + nH2O +Q

Малые циклы (n=3,4)

Реакции присоединения – сходство с алкенами.

1) Галогенирование:

C3H6 + Br2C3H6Br2      (1,3-дибромпропан )

циклопропан     

2) Гидрирование:

C4H8 + H2    t,Ni или Pt →    C4H10      ( бутан )

циклобутан                         

3) Гидрогалогенирование (по правилу Марковникова):

C3H6 + HI → CH3-CH2-CH2I         (  1- йодпропан )

 

Обычные циклы (n=5-7)

Реакции замещения – сходство с алканами.

1) Галогенирование:

C6H12   +   Br2   t →     C6H11Br   +   HBr

                                     бромциклогексан 

Реакции отщепления – дегидрирования циклогексана (р. Зелинского-Казанского):

         C6H12    t=300˚С ,Pt,Pd    C6H6 + 3H2

                                                      бензол

Получение циклоалканов

В промышленности

1) Из нефти (пяти- и шестичленных)

Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях некоторых месторождений (отсюда произошло одно из их названий — нафтены). При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С5 — С7.

2) Из ароматических углеводородов – каталитическое гидрирование:

C6H6 + H2 t,p,Ni C6H12

u332

В лаборатории

Из дигалогенпроизводных алканов (внутримолекулярная реакция Вюрца):

Br-CH2-CH2-CH2-Br + Mg    t →      MgBr2 + C3H6

или

Cl-CH2-CH2-CH2-CH2-Cl + 2Na → 2NaCl + C4H8

u331

Применение

Наибольшее практическое значение имеют циклогексан, этилциклогексан. Циклогексан используется для получения циклогексанола, циклогексанона, адипиновой кислоты, капролактама, а также в качестве растворителя. Циклопропан используется в медицинской практике в качестве ингаляционного анестезирующего средства.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Одноклассники

Комментарии: