I.2. Циклические насыщенные углеводороды (циклоалканы)

I.2.1. Классификация, номенклатура, стереоизомерия.

Циклоалканы могут различаться по размерам циклов и по их количеству.

Размер цикла может быть в принципе любым – начиная с трёхчленного.

Часто используют следующую классификацию: малые циклы – трех– и четырехчленные; обычные циклы - пяти-, шести- и семичленные; средние циклы – от восьми- до одиннадцатичленных; большие циклы (макроциклы) – от двенадцатичленного и выше.

Количество циклов в циклоалканах также может быть любым; различают моноциклические, бициклические и т.д. циклоалканы. Если соединение содержит более одного цикла, возможны разные варианты взаимного расположения циклов; их можно свести к четырем типовым вариантам:

1. С оединения с изолированными циклами (71), (72):

2. Спиросоединения, в которых два цикла имеют один общий атом углерода (73).

3. Соединения с конденсированными циклами, в которых два цикла имеют два общих атома углерода (74), (75).

4 . Мостиковые соединения, в которых два цикла имеют более двух общих атомов углерода; их разновидности представлены структурами (76)-(80):

Номенклатура спиросоединений, соединений с конденсированными циклами и мостиковых соединений имеет специфические особенности, хотя основой (корнем) названия является название н-алкана с тем же числом атомов углерода.

В спиросоединениях атомы нумеруют, начиная с меньшего цикла, от положения рядом с узловым атомом, далее через спироатом переходят на больший цикл [см. формулу (73)]. В название включают слово «спиро», а в квадратных скобках указывают число атомов углерода по каждую сторону от узлового атома (а не число атомов в циклах !); в конце стоит название соответствующего н-алкана. В соответствии с этим соединение (73) называется спиро[4,5]декан.

Для соединений с конденсированными циклами и мостиковых соединений применяется в какой-то мере аналогичный принцип. Если соединение содержит два цикла, то в его название включают слово «бицикло». Атомы углерода нумеруют, начиная с узлового атома и вначале идут по большему (главному) циклу, ( для спиросоединений было наоборот), далее нумеруется второй узловой атом затем - атомы меньшего цикла и, наконец (для мостиковых соединений), атом (или атомы) углерода в мостике [см. формулы (74) - (77)]. В квадратных скобках указывают число атомов углерода по каждую сторону мостика и число атомов в самом мостике, не считая узловых (для соединений с конденсированными циклами число атомов в мостике равно нулю); в конце стоит название соответствующего алкана. В соответствии с этим соединение (74) называется бицикло [5,4,0]ундекан, соединение (76) – бицикло[5,4,1]додекан, соединение (77) – бицикло[4,2,2]нонан.

Если соединение содержит три цикла, то в название включают слово «трицикло» и т.д. В этом случае необходимо выбрать главный мостик – это мостик, содержащий наибольшее число атомов углерода [в формуле (78) – «левый» мостик]. Атомы нумеруются так, как если бы соединение было бициклическим, с одним – главным мостиком. В квадратных скобках указывают: число атомов углерода по обе стороны от главного мостика, число атомов в главном мостике (не считая узловых) и, наконец, число атомов во втором мостике и при нем в виде верхнего индекса – номера атомов, соединенных этим мостиком. В конце, как обычно, название соответствующего н-алкана. В соответствии с этим соединение (78) называется трицикло[4,2,1,0^2,5]нонан.

Если в соединениях указанных выше типов содержатся заместители, то они обозначаются в соответствии с обычными правилами JUPAC префиксами или суффиксами с указанием номеров атомов, при которых стоят заместители

Для некоторых полициклических соединений широко используются эмпирические названия; в частности, углеводород (79) называют адамантаном (от адамант – алмаз, поскольку атомы углерода в нем расположены так же, как в кристаллической решетке алмаза), а углеводород (80) – кубаном.

Пространственная изомерия циклоалканов сочетает цис- транс- (Z,E-) и оптическую (R,S-) изомерию; это можно проиллюстрировать на примере дизамещенных циклобутанов (81), (82):

Н аличие двух заместителей при атомах С¹ и С² приводит не только к появлению цис-транс-изомерии, но и к оптической изомерии, поскольку атомы С¹ и С² становятся асимметрическими. Соединения (цис-81), (транс-81) и транс-82) могут существовать в виде двух энантиомеров; соединение (цис-82) является мезо-формой, т.к. заместители одинаковые, и в соединении есть плоскость симметрии (проходит в плоскости рисунка между атомами С¹ и С²).