9.5. Хімічні властивості

У хімічному відношенні циклоалкани часто поводяться подіб­но до алканів. Так, для них характерні реакції заміщення, що від­буваються за радикальним механізмом (5_К), наприклад:

циклогексан бромоциклогексан

Проте циклоалкани з малими циклами (циклопропан і цикло­бутан) виявляють своєрідні хімічні властивості, пов'язані з особ­ливістю їхньої будови. Через велике кутове і торсійне напруження тричленний цикл і меншою мірою чотиричленний — нестійкі. Тому сполуки, що містять три- і чотиричленні цикли, поряд з реакція­ми заміщення вступають також у реакції приєднання, що супрово­джуються розкриттям циклу. Наприклад, циклопропан у присут­ності каталізаторів N1 або Рі та нагріванні до 50 °С легко приєднує водень. Реакція відбувається з розривом циклу:

н₃с—сн₂—сн₃

Н,, кат.

_{А' -}

Н₂С СН₂

Вг,

Циклобутан приєднує водень при вищій температурі (200 °С). Аналогічно відбувається реакція циклопропану з галогенами і галогеноводнями:

с.н,

- Вг—Н₂С—СН₂—СН₂—Вг

_А

1,3-дибромопропан

-СН,

НВг

н₂с-

- Н₃С—СН₂—СН₂—Вг

1-бромопропан

Приєднання галогеноводнів до алкілзаміщених циклопропа­ну відбувається у відповідності з правилом Марковникова (див. розд. 10.6.1):

_Я12

1₂ \^ІА₃

.сн—сн,

/ \ + НВг Н₃С—СН—СН,—СН₃

Н₃С

Йг

метилциклопропан 2-бромобутан

Циклобутан з галогеноводнями не реагує, а з галогенами всту­пає в реакцію заміщення 5^.

циклоалкани

Вуглеводні. Глава 96

Для циклоалканів та їх похідних характерні реакції ізомеризації циклів. Ці реакції відбуваються в присутності кислот Льюїса як каталізаторів. Так, етилциклобутан при нагріванні з А1С1₃ ізоме­ризується в метилциклопентан:

* СгІ2—СНз

~~~\ А1С1₃, / (^^^"СНз

етилциклобутан метилциклопентан

Реакції ізомеризації досі недостатньо вивчені.

9.6. Окремі представники. Застосування

Циклопропан. Безбарвний газ (т. кип. -34,5 °С), добре розчи­няється в органічних розчинниках, погано розчиняється у воді. Легкозаймистий, суміші з киснем або нітроген (IV) оксидом вибу­хонебезпечні. Застосовується в медичній практиці як засіб для ін­галяційного наркозу.

Циклопентан. Безбарвна рідина (т. кип. 49,3 °С), не розчиня­ється у воді, розчинна в органічних розчинниках, є ефективним розчинником для целюлози. Має наркотичну дію. Використову­ється в органічному синтезі.

_ю

Адамантан. Безбарвна кристалічна речовина із слабким запахом камфори. Температура плавлення адамантану 270 °С, але вже при кімнатній темпера­турі кристали сублімуються. Уперше був одержа­ний з нафти в 1933 році.

Молекула адамантану містить конденсовану си­стему, що складається з трьох циклогексанових кілець, які мають конформацію крісла. Просторове розташування атомів Карбону подібне до кристалічної решітки алмазу.

Деякі похідні адамантану застосовуються в медичній практиці як лікарські засоби, що мають сильну противірусну дію.

Через високу інертність циклоалканів (за винятком циклопро­пану, що має ненасичений характер) для їх ідентифікації не вда­ються до хімічних методів.

О КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ТА ВПРАВИ

1. Напишіть структурні формули таких сполук:

а) 1,1-диметилциклопропан; в) 1,3-діетилциклобутан;

б) 1,1,2-триметилциклопентан; г) 1,3-диметилциклогексан.

97

2. Назвіть за систематичною номенклатурою наведені сполуки:

а) Н₂С—СН₂—СН₂ б) (СН₂)₄ в) (СН₂)₅СНСН₃

г) (СН₂)₅СНСН₃ ґ) (СН₃)₂С(СН₂)₃СНС₂Н₅ д) (СН₂)₈

.сн,

. , ґ V

є)

3. Яка формула вуглеводню, відносна густина парів якого за метаном 5,25, якщо вміст Карбону в ньому 85,7 %. Напишіть структурні фор­ мули ізомерів, назвіть їх за систематичною номенклатурою. Отри­ майте кожний ізомер з відповідних дигалогенопохідних. Розташуй­ те ці ізомери в порядку збільшення:

а) температури кипіння; б) реакційної здатності.

Відповідь обгрунтуйте.

19. Для яких ізомерів, названих у задачі № 3, характерне існування гео­метричних ізомерів?

20. Речовина, відносна густина парів якої за азотом дорівнює 3, під час згорання утворює 11,2 л (н. у.) вуглекислого газу та 9 г води. Знай­діть формулу речовини та наведіть хімічні реакції цієї сполуки.

21. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна одержати з відповідних дигалогеналканів:

а) метилциклопропан; г) 1,2-диметилциклопропан;

б) 1,1-диметилциклопропан; ґ) 1,3-диметилциклобутан.

в) 1,2-диметилциклобутан; Назвіть реагенти.

22. Укажіть, з якими з наведених сполук реагуватиме циклобутан: а) Н₂, Рї (200 °С); б) Вг₂ (йу); в) НВг; г) Н>40₃ розведена. Напишіть відповідні рівняння реакцій, назвіть продукти.

23. На прикладі циклопропану і циклогексану поясніть подібність і від­мінність у реакційній здатності циклоалканів. Напишіть відповідні рівняння реакцій.

24. Розташуйте сполуки за порядком зменшення стійкості циклів: цик­лобутан, циклогексан, циклопропан, циклопентан. Скориставшись кулестержньовими моделями, покажіть, в яких конформаціях існу­ють наведені циклоалкани.