§5. Химические свойства.

Рассмотрим химические превращения циклоалканов в зависимости от величины цикла.

1. Гидрогенолиз (присоединение водорода, протекающее с разрывом С – С связи):

циклопропан пропан

Циклобутан бутан

Циклопентан пентан

2.Галогенирование. Галогенирование циклопропанов может протекать с разрывом цикла (фотохимическое хлорирование при температуре выше 100ºС), а в более мягких условиях протекает реакция радикального замещения с сохранением цикла:

Циклобутан и его производные во многом подобны алканам; для них характерны реакции замещения:

Циклопентаны и циклогексаны галогенируются подобно алканам по механизму радикального замещения:

гексахлорциклогексан

3.Гидрогалогенирование; хлороводород и бромоводород присоединяются к циклопропану и его гомологам в водном растворе с разрывом цикла:

Реакция протекает по правилу Марковникова.

Остальные циклоалканы не реагируют с галогенводородами.

4.Окисление; при действии сильных окислителей циклоалканы образуют двухосновные карбоновые кислоты с тем же количеством атомов водорода:

адипиновая кислота

5.Дегидрирование циклогексана и его гомологов приводит к образованию ароматических соединений:

Бензол

Циклобутаны, циклопентаны, циклогесаны используются в органическом синтезе. Циклогексан применяется в качестве растворителя и как исходное в производстве капролактама и адипиновой кислоты. Циклогексановое кольцо является структурным звеном большого числа природных соединений (терпенов, стероидов).

§6. Алкены. Номенклатура, изомерия. Способы получения.

Алкены – это ряд ненасыщенных углеводородов, содержащие в цепи одну двойную углерод-углеродную связь. Общая формула С_nH_2n+2

Исторически сложившееся название этих углеводородов – олефины или ненасыщенные, так как они способны присоединять различные реагенты.

По систематической номенклатуре название алкенов образуют от названия соответствующего алкана, изменяя суффикс –ан на –ен. Цифрой указывают номер углеродного атома, после которого расположена двойная связь. Иногда используют рациональную номенклатуру; в ее основе лежит название первого члена гомологического ряда – этилен, все остальные заместители указываются в приставке.

СН₂ = СН₂ этен, этилен

СН₂ = СН – СН₃ пропен, пропилен

СН₂ = СН – СН₂ – СН₃ 1 – бутен

СН₃ – СН = СН – СН₃ 2 – бутен

Правилами ИЮПАК разрешено использование нескольких несистематических названий алкенильных радикалов:

СН₂ = СН – этенил, винил

СН₂ = СН – СН₂ – пропенил, аллил

Изомерия алкенов.

1. Изомерия углеродной цепи:

1–пентен 2–метил –1–пентен

2. Изомерия положения кратной связи:

1 – бутен 2 – бутен

3. Межклассовая изомерия:

пропен циклопропан

4. Геометрическая изомерия:

цис – 2 – бутен транс – 2 – бутен

Способы получения :

1. Крекинг и дегидрирование алканов:

этан этилен

бутан 2 – бутен

2. Гидрирование алкинов:

ацетилен этилен

3. Дегидрогалогенирование галогенуглеводородов.

Реакция осуществляется под действием сильных оснований в спиртовом растворе. Процесс преимущественно протекает по правилу Марковникова: водород отщепляется от соседнего наименее гидрогенизированного атома углерода:

4. Дегидратация спиртов.

Наиболее легко дегидратируются третичные спирты; процесс осуществляется при нагревании в присутствии серной или фосфорной кислоты. Первичные спирты дегидратируются труднее, чем третичные и вторичные; в этом случае процесс осуществляется при 300 – 400ºС на катализаторе Аl₂О₃. Отщепление элементов воды также осуществляется по правилу Зайцева:

Физические свойства

Алкены С₂ – С₄ – газы, С₅ – С₁₇ – жидкости, высшие гомологи – твердые вещества. Температура кипения нормальных алкенов выше температуры кипения соответствующих разветвленных изомеров. Относительные плотности большинства алкенов находится в интервале 0,6 – 0,7. Как малополярные вещества алкены практически не растворимы в воде, но растворяются в неполярных растворителях (бензол, диэтиловый эфир, петролейный эфир).

Электронное строение

Атомы углерода, связанные двойной связью, находятся в sp²-гибридизации.Три sp²гибридные орбитали лежат в одной плоскости под углом 120º, направлены к

вершинам равностороннего треугольника и образуют прочные σ-связи. Негибридные р-орбитали каждого атома углерода перпендикулярны плоскости

σ-связей; при их перекрывании образуется π-связь. Прочность π-связи меньше, чем σ-связи. Строение этилена:

образование σ-связей: образование π-связи:

Длина двойной связи составляет 0,134 нм, энергия связи 620 кДж/моль.

Поворот по связи С=С в алкенах значительно затруднен, так как он вызывает разрушение π-облака, а это требует затрат энергии. Этим объясняется существование стабильных цис- и транс-изомеров, которые могут переходить друг в друга только при высокой температуре или при УФ-облучении.