Циклические углеводороды.
Циклическими называют соединения, имеющие замкнутые углеродные цепи. Такими циклическими углеводородами являются циклоалканы, имеющие общую формулу Сn H2n . Молекулы незамещенных циклоалканов состоят из замкнутых в цепь
–СН2– групп и по рациональной номенклатуре их называют полиметиленовыми углеводородами. По номенклатуре ИЮПАК названия углеводородов образуются путем добавления приставки цикло- к названию соответствующего алкана.
Часто для упрощения пользуются условными формулами, в которых опущены символы элементов.
Способы получения циклоалканов.
Циклоалканы можно получить путем дегалогенирования с помощью цинка или натрия дигалогенопроизводных углеводородов или каталитическим гидрированием бензола и его производных.
Дегалогенирование:
Каталитическое гидрирование ароматических углеводородов:
Химические свойства циклоалканов.
Реакционная способность циклоалканов зависит от размера цикла. Малые циклы
(трех- и четырехчленные циклы) наименее устойчивы, поэтому для таких циклических углеводородов характерны реакции, сопровождающиеся разрывом цикла, с последующим присоединением атомов реагента (атомов водорода или галогена). Для циклических парафиновых (циклоалканов )углеводородов с размером цикла (С5 – С7) свойственны реакции замещения.
Впервые связать устойчивость циклов с особенностями их строения сделал Байер. В основу созданной им теории «напряжений» он положил тетраэдрическую модель атома углерода (валентный угол 109°28'). Байер предположил, что любой цикл является плоским многоугольником. Рассматривая циклические соединения, он указал на отклонения валентных углов в циклах от идеального тетраэдрического и связал с этим отклонением относительную устойчивость циклоалканов (чем больше отклонение, тем сильнее «напряжение» в молекуле и тем меньше устойчивость цикла). Значение отклонения вычисляют как половину разности между 109°28' и величиной внутреннего угла правильного многоугольника. Например, для трехчленного цикла этот угол равен: (109°28' – 60)/2 = +24°44' (рис.1).
Рис. 1. Отклонения валентных углов от тетраэдрического в циклических соединениях с разным числом атомов углерода в цикле (по Байеру).
Теория Байера работает только для циклов С3 – С5, наиболее устойчивыми (свободными от «напряжения») являются пятичленные циклы (наименьшее отклонение от тетраэдрического угла), в то время как максимальной стабильностью (и наибольшей распространенностью в природе), как известно, обладают шестичленные циклы — гексан и его производные.
Каталитическое гидрирование:
Отметим, что снижение «напряжения» в цикле по теории Байера в ряду С3 – С5 приводит к возрастанию устойчивости молекул и, как следствие, к повышению температуры реакции гидрирования циклоалканов.
Циклогексан в этих же условиях не размыкается, а протекает реакция дегидрирования с образованием бензола.
