2.2 Циклоалканы

Циклоалканы – (циклопарафины, полиметилены, цикланы), предельные углеводороды с замкнутой (циклической) углеродной цепью. Их характеристики: 1) общая формула С_nH_2n; 2) атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации; 3) характерны реакции замещения и присоединения.

Гомологический ряд: С₃Н₆ – циклопропан, С₄Н₈ – циклобутан и т.д.

Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) межклассовая (изомерны алкенам); 3) оптическая.

Физические свойства. Низшие циклоалканы - циклопропан и циклобутан - газы, остальные циклоалканы - жидкости или твердые вещества, плохо растворимы в воде, легко - в органических растворителях.

Химические свойства. По химическим свойствам циклоалканы, начиная от С₅, подобны предельным алифатическим углеводородам; циклопропан по склонности к электрофильному присоединению напоминает непредельные УВ, но пассивнее их.

Получение

1. 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. Действие активных металлов на дигалогензамещенные алканы (внутримолекулярная реакция Вюрца). Например, для синтеза 1,3-диметилциклопентана следует использовать 1,5-дигалоген-2,4-диметилпентан:

3. Важным промышленным способом получения циклоалканов С₅ и С₆ является реакция дегидроциклизации алканов.

4. Гидрирование бензола и его гомологов, являющихся продуктами нефтепереработки:

2.3 Алкены (непредельные ув, олефины)

Алкены – непредельные или ненасыщенные УВ, которые содержат одну двойную связь. Их характеристики: 1) общая формула С_nH_2n; 2) атомы углерода при кратной связи находятся в состоянии sp²-гибридизации, угол между связями C–C 120°, длина связи С = С равна 0,134 нм; 3) химически активны, для них характерны реакции электрофильного и радикального присоединения, полимеризации.

Гомологический ряд: С₂Н₄ – этен, С₃Н₆ – пропен, СН₃СН₂СН=СН₂ бутен-1 и т.д.

Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения кратной связи; 3) пространственная (цис-транс) изомерия; 4) межклассовая (изомерны циклоалканам); 5) оптическая.

Физические свойства. При обычных условиях С₂Н₄...С₄Н₈ – газы, С₅Н₁₀…C₁₆H₃₂ – жидкости, с С₁₇Н₃₄ – твердые вещества. Не растворяются в воде.

Химические свойства. π-Связь менее прочная, чем σ-связь. Она легко разрушается под воздействием различных реагентов, поэтому алкены обладают большей реакционной способностью, чем алканы. Освободившиеся в результате разрыва π-связи валентности углеродных атомов используются для присоединения атомов или групп атомов молекулы реагента.

I. Реакции присоединения (A_E).

1. Гидрирование (образуются алканы):

2. Галогенирование (образуются дигалогенпроизводные):

2,3-дибромбутан

Под действием света и повышенной температуре или в присутствии пероксидов галогенирование может носить радикальный характер (A_R).

Реакция с бромной водой является качественной реакцией на все непредельные углеводороды, в том числе на алкены.

3. Гидрогалогенирование (образуются моногалогеналканы):

Присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам происходит по правилу В. В. Марковникова: при присоединении веществ типа НХ (X = Hal, НОН и т. д.) к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному (связанному с большим числом атомов водорода) атому углерода при двойной связи.

При наличии в молекулах непредельных углеводородов заместителей, проявляющих значительный электроноакцепторный эффект, и в присутствии пероксидов реакция идет против правила Марковникова.

4. Гидратация (образуются спирты). Протекает согласно правилу Марковникова:

II. Реакции окисления.

1. Полное окисление (избыток O₂):

2. Неполное окисление (недостаток О₂):

^;

3. Неполное каталитическое окисление в присутствии О₂ (образуются эпоксиды):

4. Неполное окисление под действием окислителей типа КМnО₄, К₂Сr₂О₇ (образуются двухатомные спирты).

этандиол–1,2

Реакция с КМnO₄ (реакция Е.Е. Вагнера) является качественной на непредельные УВ, в том числе на алкены.

III. Реакции полимеризации

Полимеризацией называется процесс соединения одинаковых молекул (мономеров), протекающий за счет разрыва кратных связей, с образованием высокомолекулярного соединения (полимера).

где n –степень полимеризации (число молекул мономера).

Получение алкенов. В природе алкены встречаются редко. Основным промышленным источником алкенов служит термический крекинг алканов, входящих в состав нефти:

1. Крекинг алканов:

2. Дегидрирование алканов: