Особенности химии циклопропана
Циклоалканы СnН2n проявляют свойства обычных алканов (см. выше). Их циклический углеродный скелет имеет форму правильного многоугольника, но не является плоским. Для молекулы циклобутана характерно быстрое превращение двух эквивалентных неплоских «сложенных» конформаций (а). Циклопентан имеет неплоскую конфигурацию за счет опускания одного из углов, которое быстро «пробегает» по всему циклу в результате вращения С–С связей (б). Циклогексан также имеет неплоские конформации, свободные от углового напряжения (в) (см. рис. 4).
(а)
(б)
(в) конформация кресла конформация ванны твист-конформация
экваториальные связи аксиальные связи
Рис. 4. Неплоские конформации циклобутана (а), циклопентана (б) и циклогексана (в).
В энергетическом плане у циклогексана наиболее выгодна конфигурация кресла, поскольку в ней все С–Н связи находятся в эаторможенных конформациях, наименее выгодна форма ванны, где имеется две пары связей С–Н, находящиеся в заслоненных конформациях, что приводит к отталкиванию электронных оболочек атомов водорода, находящихся рядом друг с другом.
Рис. 5 Конформации циклогексана и их относительная энергия
В отличие от них, циклопропан и его производные содержат плоский трех-членный цикл, у которого внутренний угол между С–С связями намного меньше (600), чем нормальный (109028/). Из-за этого молекула циклопропана очень напряжена и поэтому ей характерны реакции присоединения реагентов за счет разрыва цикла:
Контрольные вопросы к главе 1 «Предельные углеводороды»
№ 1. Вазелин смесь алканов состава С12Н26 С25Н52; применяется в фармацевтической промышленности в качестве основы для приготовления мазей. Сколько атомов углерода содержится в алкане, входящем в состав вазелина и имеющем в молекуле 36 атомов водорода?
№ 2. Какой газообразный алкан имеет при н.у. плотность 1,339 г/л ?
№ 3. (а) При сгорании 14,4 г алкана образовалось 22,4 л СО2. Какой объем кислорода (л, н.у.) потребуется? (б) Для сжигания 5 л нормального алкана потребовалось 40 л кислорода (н.у.). Установите, какой углеводород сожгли. (в) При сгорании 11,2 л смеси метана и этана получено 13,44 л. (н.у.) СО2. Рассчитайте объемную долю (%) метана в исходной смеси. (г) Газ, образовавшийся при полном сгорании 0,02 моль алкана, пропустили через избыток известковой воды; при этом выпало 12 г осадка. Определите молекулярную формулу алкана.
№ 4. (а) Выведите молекулярную формулу алкана, если при хлорировании 1,28 г его на свету было получено 6,84 г дихлорпроизводного. (б) Монобромид алкана содержит 65 % брома (по массе). Какова молекулярная формула вещества? (в) Определите молекулярную формулу бромпроизводного пропана, в 4,04 г которого содержится 3,2 г брома.
№ 5. Приведите механизм хлорирования 2,3-диметилбутана на свету.
№ 6. Приведите механизм нитрования 2-метилбутана в газовой фазе. При нитровании алканов по Коновалову наряду с нитроалканами образуется также некоторое количество изомерных им алкилнитритов. Как это можно объяснить?
№ 7. Сколько всевозможных алканов можно получить из смеси изомерных соединений состава С4H9Cl по реакции Вюрца? Почему выход циклоалканов по реакции Вюрца выше при проведении ее в разбавленных растворах, чем в концентрированных?
№ 8. Предложите схему синтеза дициклопентила из циклопентана. и неорганических реактивов.
№ 9. Три изомерных алкана С5Н12 (А, Б и В) при монохлорировании образуют соответственно одно, три и четыре изомерных продукта состава С5H11Сl. Напишите структурные формулы углеводородов А, Б и В. Назовите их по номенклатуре IUPAC.
№ 10. Определите строение углеводородов состава С8Н18, если: (a) при хлорировании образуется только одно монохлорпроизводное; (б) при нитровании образуется третичное нитропроизводное, и может быть синтезировано по реакции Вюрца из первичного алкилгалогенида без побочных продуктов; (в) при бромировании дает третичное монобром-производное, и может быть получено в качестве единственного алкана по реакции Вюрца из вторичного алкилгалогенида.