6. Изомеризация.

Под действием сильных электрофильных реагентов (кислот Льюиса)

н-алканы частично превращаются в изоалканы, а изоалканы – в н-алканы. Образуется равновесная смесь

н-Алкан Изоалкан

н-бутан изобутан

Применение

Применяются алканы в качестве топлива, смазочных масел; как исходные вещества в синтезе различных соединений : водорода, ацетилена хлороформа и других хлорпроизводных, фреонов, бутадиена (производство синтетических каучуков); в качестве растворителей смол, жиров, эфирных масел.

Парафин – смесь твердых алканов С₁₈ – С₃₅ в основном нормального строения; применяется в пищевой промышленности при изготовлении упаковочных материалов, в производстве товаров бытовой химии. Парафин является сырьем в производстве жирных кислот и спиртов, поверхностно-активных веществ.

В медицине используют в парафинолечении.

Вазелин – однородная мазеобразная масса, получаемая расплавлением парафина в минеральном масле; применяется для фармацевтических, медицинских, косметических целей. Вазелиновое медицинское масло применяется в медицине как слабительное средство, растворитель камфоры, компонент косметических мазей и кремов.

§4. Циклоалканы

Циклоалканы – это насыщенные углеводороды с замкнутой углеродной цепью.

Общая формула С_n Н_2n

Циклоалканы классифицируют :

по размеру цикла

• малые циклы (С₃ – С₄); например

циклопропан циклобутан

• обычные циклы (С₅ – С₇); например

циклопентан циклогексан

• средние циклы (С₈ – С₁₁); например, циклооктан

• макроциклы (С₁₂ и более).

Изомерия циклоалканов:

1. по размеру цикла

метилциклопропан циклобутан

2. по положению заместителей в цикле

1,2 – диметилциклобутан 1,3 - диметилциклобутан

3. углеродной цепи в заместителе

н-пропилциклопентан

изопропилциклопентан

4. межклассовая (циклоалканы изомерны алкенам)

циклопропан пропен

5. геометрическая изомерия

цис-1,2-диметил- транс-1,2-диметил-

циклопропан циклопропан

6. конформационная.

Устойчивость конформеров ациклических соединений определяют

следующие факторы:

• напряжение, обусловленное искажением валентных углов;

• торсионное напряжение, связанное с отклонением от наиболее выгодной «заторможенной» конформации. В плоских циклах водородные атомы или замещающие их группы должны находиться в менее выгодной «заслоненной» конформации;

• напряжение, связанное с отталкиванием сближенных атомов;

• напряжение, обусловленное изменением межатомных расстояний.

Циклопропан существует только в одной плоской конформации. Искажение валентных углов при sp³-гибридизации орбиталей атомов углерода должно составлять (109º28´ - 60º ) : 2 = 24º44´ (угловое напряжение). Это наиболее напряженная циклическая система. В действительности угол между связывающими орбиталями углеродных атомов ~ 104º. Согласно квантовохимическим расчетам изменение угла является результатом изменения гибридизации атомов углерода. Гибридизация орбиталей в молекуле циклопропана ближе к sp²-гибридизации алкенов, чем к sp³-гибридизации алканов.

В циклобутане и особенно циклопентане угловое напряжение значительно ниже. При расположении всех атомов углерода в одной плоскости искажение валентных углов составляет соответственно

(109º28´ - 90º ) : 2 = 9º44´ и (109º28´ - 108º ) : 2 = 0º44´. Но эти кольца неплоские. Один из атомов углерода непрерывно выходит из плоскости; кольца находятся в колебательном движении.

В результате уменьшается «заслоненность» атомов водорода у соседних углеродных атомов и снижается напряжение.

циклобутан

циклопентан

В молекуле циклогексана могут быть сохранены обычные валентные углы при условии его существования в неплоских конформациях «кресло» или «ванны». Конформация «кресло» на 20,9 кДж менее напряжена. Поэтому циклогексан существует преимущественно в виде конформеров I и III, переходящие друг в друга с промежуточным возникновением конформера II:

I II III

Некоторые методы получения циклоалканов

1. Из дигалогенпроизводных

1,3 –дибромпропан циклопропан

1,4-дибромбутан циклобутан

2. н-Алканы с шестью или более углеродными атомами в присутствии катализатора дегидрируются в циклогексан или его гомологи:

гексан циклогексан

гептан метилциклогексан

3. Получение циклогесана и его гомологов

Физические свойства:

Циклопропан и циклобутан – бесцветные газы, нерастворимые в воде. Циклопропан обладает сильным общеобезболивающим действием, нетоксичен.

Циклопентан и циклогексан – бесцветные жидкости с характерным запахом, нерастворимые в воде.