Глава 7. Циклоалканы (циклопарафины, нафтены)

Циклоалканами называют предельные циклические углеводорды. Общая формула С_nH_2n(n ≥ 3). Эти соединения изомерны алкенам.

7 .1 Номенклатура.

7.2 Изомерия.

Структурная изомерия циклоалканов обусловлена размером цикла, размером, строением боковых цепей и их положением. Например, для С₅Н₁₀ возможны изомеры:

Пространственная изомерия (цис-трансизомерия, геометрическая изомерия) обусловлена различным расположением боковых цепей относительно плоскости цикла. Например: в молекуле 1,2-диметилциклопропана две группы СН₃ могут находиться по одну сторону плоскости цикла (цис-изомер) или по разные стороны (транс-изомер):

7.3 Способы получения. Циклоалканы содержатся в эфирных маслах растений и являются главной составной частью некоторых сортов нефти, откуда и выделяются, или их получают синтетическим путем.

Действием металлов (Zn, Mg) или Na (спиртовой раствор) на дигалогенопроизводные алканов:

Гидрирование ароматических углеводородов (при этом получают циклогексан и его производные):

7.4 Физические свойства. Циклопропан и циклобутан – газы, циклопентан и циклогексан по С₁₀ – жидкости, высшие – твердые вещества. Циклоалканы нерастворимы в воде, их t_кип, t_пл и плотность выше, чем у соответствующих алканов.

7.5. Химические свойства зависят прежде всего от размера цикла. Малые циклы (С₃ – С₄) неустойчивы и легко разрываются, протекают реакции присоединения. Циклы (С₅ – С₇) склонны к реакциям замещения.

Действие галогенов:

Циклопентан, циклогексан вступают в реакцию замещения:

а)

б)

Действие галогеноводородов:

Циклопентан и последующие циклы не взаимодействуют с галогеноводородом.

Гидрирование – протекает с разрывом цикла при нагревании, и чем больше размер цикла, тем выше температура.

С циклогексаном протекает реакция дегидрирования.

Р еакции окисления циклоалканов при действии сильных окислителей приводит к образованию двухосновных карбоновых кислот:

Р еакции изомеризации – при этом происходит сужение или расширение цикла, например:

AlCl₃

– СН₃

t⁰

метилциклобутан циклопентан

Отдельные представители.

Циклопропан С₃Н₆ – газообразное вещество, t_кип. = -34⁰С, применяется как анестезирующее вещество.

Циклогексан С₆Н₁₂ – жидкость, t_кип. = 81⁰С, применяется в качестве растворителя, для синтеза адипиновой кислоты и капролактама – полупродуктов для производства синтетических волокон найлона и капрона.

7.6 Вопросы для самоконтроля

1. Какие соединения называются циклоалканами? Их общая формула.

2. Чем обусловлена структурная и пространственная изомерии циклоалканов? Приведите примеры изомеров.

3. Напишите графические формулы всех изомерных циклоалканов состава С₆Н₁₂.

4. Способы получения циклоалканов.

5. Физико-химические свойства циклоалканов: малых циклов (С₃ – С₄) и циклов С₅. Напишите уравнения реакций.