3. Способи одержання

Загальним способом одержання циклоалканів є дія металів на дигалогенпохідні алканів. Так, з 1,3-дибромпропану дією цинку можна одержати циклопропан (синтез Г. Г. Густавсона):

СН₂Вr СН₂

Н₂С +Zn  Н₂С + ZnВr₂.

СН₂Вr СН₂

Для цих реакцій застосовують також металевий натрій. Відомі й інші реакції замикання циклу, що приводять не до відповідних циклоалканів, а до їх похідних.

Сполуки ряду циклогексану найчастіше одержують гідруванням легкодоступних сполук ряду бензену. Важливим прикладом такої реакції є одержання в промисловості чистого циклогексану з бензену:

С₆Н₆ ^H₂^{/Nі, 200 З, P} С₆Н₁₂.

4. Фізичні властивості

Перші два члени цього ряду – гази, С₅-С₁₀ – рідини, вищі – тверді речовини. Температури кипіння і плавлення циклоалканів як і їхньої густини, трохи вище, ніж в алканів з рівним числом атомів Карбону. Як і алкани, циклоалкани практично нерозчинні у воді.

5. Хімічні властивості

Стійкість циклів. При вивченні циклоалканів було встановлено, що їхні хімічні властивості залежать насамперед від розміру циклу. При цьому звичайно розрізняють сполуки з малими циклами (С₃-С₄), зі звичайними циклами (С₅-С₇), із середніми циклами (С₈-С₁₁) і з великими циклами (від С₁₂ і вище), які називаються також макроциклічними. Особливістю малих циклів є їх менша стійкість у порівнянні з іншими циклічними сполуками.

За хімічним характером малі цикли схильні до реакцій приєднання, у результаті яких відбувається розрив циклу й утворюються алкани і їхні похідні, чим вони нагадують ненасичені сполуки. Цикли з великим числом ланок більш схильні до реакцій заміщення, нагадуючи цим алкани.

1. Галогенування

Ц иклопропан і його похідні легко приєднують бром з розривом циклу, утворюючи 1,3-дибромпохідні алканів:

+ Br₂  ВrСН₂ – СН₂ – СН₂Вr.

Більш велика стійкість циклобутану в порівнянні з циклопропаном виявляється в тому, що він приєднує бром важко – лише при підвищених температурах, утворюючи 1,4-дибромбутан:

+ Br₂  ВrСН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂Вr.

У циклопентані, циклогексані та вищих циклоалканах при дії галогенів розриву кільця не відбувається, а йде реакція заміщення атомів водню на галоген:

+ Br₂  – Br + НВr.

гексан бромогексан

2. Гідрогалогенування

Ц иклопропан і його алкилпохідні легко приєднують іодоводень з розмиканням циклу й утворенням алкиліодида:

+ НI  СН₃ – СН₂ – СН₂I.

пропиліодид

З циклобутаном ця реакція йде важко, при нагріванні. Циклопентан і вищі цикли не приєднують галогеноводнів.

3. Гідрування

Дія водню добре ілюструє поступове підвищення стійкості циклів від тричленного до шестичленного: для розмикання таких циклів під дією водню над нікелевим каталізатором потрібно усе більш висока температура (для циклопропану – 120 С, для циклобутану – 180 С, для циклопентану – 300 С). Циклогексан у цих умовах не розмикається, а дегідрується з утворенням бензену.

4. Окиснювання

Циклопропан і його похідні повільно окиснюються при нормальній температурі розчином перманганату калію в нейтральному чи лужному середовищах. При дії більш сильних чи окиснювачів при нагріванні окислнюються й інші циклоалкани. При цьому відбувається розрив циклу і утворення двоосновних кислот з тим же числом атомів Карбону:

+ [О]  СН₂-СН₂—СООН

СН₂-СН₂—СООН

циклогексан адипінова кислота

5. Нітрування

Циклоалкани, що мають п'яти- і шестичлені цикли, нітруються в тих же умовах, що й алкани. Практичне значення має нітроциклогексан, з якого можна одержати капролактам, що є сировиною для виробництва синтетичного волокна капрон.

Температури кипіння циклоалканів вищі, ніж у відповідних алканів. Це пов'язано з щільнішою упаковкою і сильнішими міжмолекулярними взаємодіями циклічних структур.

Хімічні властивості циклоалканів сильно залежать від розміру циклу, що визначає його стійкість. Трьох- і чотирьохчленні цикли (малі цикли), будучи насиченими, проте, різко відрізняються від решти всіх насичених вуглеводнів. Валентні кути в циклопропані і циклобутані значно менші нормального тетраедричного кута 109°28’, властивого sp³-гибридизованому атому Карбону.

Це приводить до великої напруженості таких циклів і їх прагнення до розкриття під дією реагентів. Тому циклопропан, циклобутан і їх похідні вступають в реакції приєднання, проявляючи характер ненасичених сполук. Легкість реакцій приєднання зменшується із зменшенням напруженості циклу в ряду:

циклопропан > циклобутан >> циклопентан.

Найбільш стійкими є 6-членні цикли, в яких відсутні кутове і інші види напружень

Малі цикли (С3 – С4) досить легко вступають в реакції гідрування:

Циклопропан і його похідні приєднують галогени і галогеноводні (приєднання галогеноводнів відбувається за правилом Марковникова):

У інших циклах (починаючи з С5) кутова напруженість знімається завдяки неплоскій будові молекул. Тому для циклоалканів (С5 і вище) унаслідок їх стійкості характерні реакції, в яких зберігається циклічна структура, тобто реакції заміщення.

Ці сполуки, подібно до алканів, вступають також в реакції дегідрування, окислення у присутності каталізатора і ін.

Така різка відмінність у властивостях циклоалканів залежно від розмірів циклу приводить до необхідності розглядати не загальний гомологічний ряд циклоалканів, а окремі їх ряди за розмірами циклу. Наприклад, в гомологічний ряд циклопропану входять: циклопропан С₃Н₆, метилциклопропан С₄Н₈, етилциклопропан С₅Н₁₀ і т.д.  

Перегрупування циклоалканів із зменшенням або збільшенням циклу в присутності кислот Льюїса (AlCl₃).