Глава 4 карбоциклические соединения
4.1. Алициклический ряд: определение, изомерия, номенклатура
К алициклическому ряду относятся карбоциклические соединения, не обладающие ароматическим характером, в частности не содержащие бензольных колец.
Простейшими соединениями алициклического ряда являются циклоалканы. Их называют также циклопарафинами, полиметиленовыми углеводородами или нафтенами.
Наряду с циклоалканами существуют циклоалкены, циклоалкины.
Изомерия. Номенклатура
Строение алициклов разнообразно:
моноциклический спирановый мостиковая бициклический
алкан углеводород структура алкан
В дальнейшее уделим внимание только моноциклическим алканам.
Для моноциклических алканов характерна структурная изомерия следующих видов.
1. По величине кольца:
циклогексан метилциклопентан этилциклобутан
Для обозначения алициклов чаще используют сокращенные формулы, в которых не записываются символы углеродов и связанных с ними водородов, входящих в состав кольца:
2. По положению заместителей в кольце:
1,2-диметилциклогексан 1,4-диметилциклогексан
3. По строению заместителей:
пропилциклопропан изопропилциклопропан
При наличии двух заместителей в кольце помимо структурной изомерии возможна стереоизомерия, как геометрическая, так и оптическая.
Циклоалканы с одним кольцом называют путем добавления приставки цикло к названию соответствующего алкана. Нумерация всегда начинается с углерода, содержащего старший заместитель (функциональную группу) и ведется таким образом, чтобы сумма цифр, показывающая положения заместителей, была минимальной.
Существует много алициклических соединений, молекулы которых содержат несколько конденсированных циклов. Для таких соединений удобна следующая номенклатура. В названии учитывают все атомы углерода, входящие в циклы, а в скобках показывают число атомов углерода, находящихся между общими углеродными атомами. Нумерацию производят от разветвления по наиболее длинной цепи:
бициклононан (4,3,0) бициклогексан (2,2,0)
4.1.1 Способы получения
Циклоалканы могут быть получены либо из соединений жирного ряда, либо из производных с соответствующим циклом. Циклопрарафины с пятью и шестью членами в цикле могут быть выделены из соответствующих фракций некоторых нефтей.
Кроме того, способы получения алициклических соединений можно разделить на общие, применяемые для получения соединений с различной величиной цикла, и специальные, область применения которых ограничена только одним типом цикла.
Из многочисленных общих способов получения циклоалканов рассмотрим только три:
1. Дегалогенирование дигалогенопроизводных под действием цинка (разновидность реакции Вюрца):
1,4-дихлорбутан циклобутан
Этим методом обычно получают трех-, четырех- или пятичленные циклы.
2. Взаимодействие дигалогенопроизводных с натрий-малоновым эфиром. Этим методом получают соединения с 3 – 6 членными циклами:
3. Пиролиз солей двухосновных кислот, начиная с шести атомов углерода в цепи. Этот метод применим для получения соединений с 5,6 и более членами в цикле:
Специальные способы
1. Соединения с трехчленным циклом наиболее часто получают присоединением карбенов (например диазометана) к алкенам:
пропен метилциклопропан
2. Циклогексан, его гомологи и производные получают гидрированием бензола, его гомологов и производных по методу Сабатье:
бензол циклогексан
3. Для получения соединений с шестичленным циклом используются реакции димеризации диенов и диенового синтеза:
Физические свойства
Циклические соединения обычно имеют более высокую температуру кипения и плавления и большую плотность по сравнению с аналогично построенными соединениями жирного ряда с тем же числом углеродных атомов. Температура кипения тем выше, чем больше цикл ( при том же составе).