10

Тема: Циклоалкани.

Мета: Пояснити принцип побудови молекул циклічних сполук, навчити складати назви циклоалканам та будувати ізомери. Писати хімічні властивості, характерні для насичених та циклічних сполук.

План:

1. Характеристика циклоалканів.

2. Ізомерія та номенклатура циклоалканів.

3. Поширення циклоалканів.

4. Фізичні властивості алканів.

5. Хімічні властивості та одержання циклоалканів.

6. Застосування циклоалканів.

1. Характеристика циклоалканів.

Циклічними називають сполуки, що мають замкнуті ланцюги (від греч. циклос — коло). Молекули незаміщених циклоалканів складаються з замкнутих у цикл груп СН₂.

Як і в молекулах алканів, атоми Карбону в молекулах циклоалканів зв'язані між собою -зв'язками (стан sр³-гібридизації).

Загальна формула гомологического ряду циклоалканів С_nН_2n. Молекула циклоалкана містить на два атоми Гідрогену менше, ніж алкан з тим же числом атомів Карбону. Назви циклоалканів утворюють шляхом додавання префікс "цикло" до назви відповідного алкана. Для зображення циклоалканів часто використовують умовні формули, у яких опущені символи елементів, наприклад:

СН₂ Н₂С СН₂

Н₂С СН₂ чи Н₂С СН₂ чи

циклопропан циклобутан

циклопентан циклогексан

2. Ізомерія

Структурна ізомерія циклоалканів може бути обумовлена розміром циклу, розмірами і будовою бічних ланцюгів і їх положенням. Це можна проілюструвати на прикладі п'яти ізомерів складу С₅Н₁₀:

– СН₃ – СН₃ СН₃ СН₃

-С₂Н₅

– СН₃

циклопентан метилциклобутан етилциклопропан 1,2-диметилцикло- 1,1-иметилцикло- пропан пропан

П росторова ізомерія заміщених циклів обумовлена різним просторовим розташуванням бічних ланцюгів щодо кільця. Подібний тип стереоізомерії називають геометричною (цис-транс-ізомерією). Прикладом може служити 1,2-диметилциклопропан, метильні групи якого можуть знаходитися по одну чи по різні сторони від площини кільця: Н₃С СН₃ Н₃С

цис-изомер транс-ізомер

СН₃

У циклічних сполуках вільне обертання навколо карбон-карбонових зв'язків кільця відсутне.. цис-транс-Ізомери не можуть легко переходити друг у друга; для цього необхідний розрив зв'язків кільця. Ці ізомери мають різні фізичні і хімічні властивості.

Ще складніше стереоізомерія в неплощинних циклах. В даний час встановлено, що площинним є тільки тричленний цикл (три вершини завжди лежать в одній площині) і що при розгляданні стійкості циклів треба враховувати напругу заслонення, зв'язане з конформаційним станом молекули. Так, у циклогексану внецикличні зв'язки його карбонових атомів розділяються на два типи: аксіальні (а), спрямовані перпендикулярно до кільця, і екваторіальні (е), спрямовані по периферії кільця:

Екваторіальне положення заступника вигідніше аксіального, тому всі монозаміщені циклогексани мають замісники в екваторіальному положенні. Аксіальна форма, яку можна уявити собі, як виникаючу в результаті зміни конформації (так званої інверсії) кільця, має більший запас енергії, тому її існування менш ймовірне:

.

нестійка і стійка конформації

Циклоалкани вивчали багато вітчизняних вчених. Найбільш відомі в цій галузі роботи В. В. Марковникова, Г. Г. Густавсона, Н. М. Кіжнера, Н. Д. Зелінського, С. С. Намьоткіна, Б. А. Казанського, А. Ф. Платэ.

Циклоалкани є головною складовою частиною деяких нафт. Вперше циклоалкани були виявлені в бакинській нафті В. В. Марковниковим, що дав їм назву нафтени. Згодом було встановлено, що особливо поширені в природі сполуки з п'яти- і шестичленими циклами, тобто циклопентан і циклогексан і їхні похідні. Їх використовують як додаток до моторного палива для підвищення якості останнього й у різних синтезах. У нафті містяться також карбоксильні похідні циклопентана – циклопентанкарбоновая кислота і її гомологи, які називаються нафтеновими кислотами. При очищенні нафтових продуктів лугом утворюються натрієві солі цих кислот, які мають миючу здатність (милонафт). Циклогексан використовують, головним чином, для синтезу адипінової кислоти і капролактаму — напівпродуктів для виробництва синтетичних волокон найлон і капрон.

Циклоалкани зустрічаються також в ефірних оліях рослин.