389

Лекция № 49-50 алициклические соединения

План

1. Классификация, изомерия, номенклатура.

2. Методы получения.

3. Физические свойства и строение.

4. Химические свойства.

К алициклическим относят все карбоциклические соединения, кроме ароматических.

1. Классификация, номенклатура, изомерия

Алициклы классифицируют по степени насыщенности, размерам цикла, числу циклов, способу их соединения.

Циклоалканы содержат только простые связи, циклоалкены – одну двойную связь, циклоалкадиены – две двойные связи, циклоалкатриены – три и т.д. Циклы с числом атомов более 7 могут содержать тройную связь (циклоалкины).

По размеру цикла различают малые циклы (С₃-С₄), обычные циклы (С₅-С₇), средние циклы (С₈-С₁₁), макроциклы (С₁₃ и более).

По числу циклов в молекуле различают моно- и полициклические соединения.

М оноциклоалканы имеют общую формулу С_nH_2n. Их систематические названия образуют, добавляя приставку цикло- к названию алкана с таким же числом атомов углерода. Замещенные циклоалканы и их функциональные производные называют и нумеруют в соответствии с общими правилами.

Для моноциклоалканов характерны изомерия углеродного скелета, связанная с разной величиной цикла, изомерия боковых цепей, изомерия положения заместителей в цикле. Моноциклоалканы изомерны алкенам.

При наличии в цикле двух и более заместителей возможна стереоизомерия. Цикл, подобно двойной связи, препятствует свободному вращению, что приводит к существованию цис- и транс- изомеров (для циклов, содержащих не более 7 атомов углерода). Замещенные атомы в цикле могут быть хиральными, что приводит к оптической изомерии. Однако хиральность циклических структур легче устанавливать, оценивая элементы симметрии молекула как целого. Например, цис-циклопропан-1,2-дикарбоновая кислота имеет плоскость симметрии и ахиральна. транс-Изомер не имеет плоскости симметрии и существует в виде пары оптических антиподов.

П олициклоалканы имеют общую формулу от С_nH_2n-2m, где m –число циклов в молекуле. По способу соединения циклов различают изолированные, спирановые, конденсированные и мостиковые структуры.

Изолированные циклы не имеют общих атомов углерода. Для составления их названий обычно используют рациональную номенклатуру.

В спирановых соединениях циклы имеют один общий атом углерода. За основу названия спироалканов берут название алкана с тем же числом атомов углерода и добавляют приставку спиро-. Цифрами в квадратных скобках указывают число атомов углерода в каждом цикле, не считая общего (узлового) атома углерода. Нумерацию начинают с цикла меньшего размера, узловой атом углерода нумеруют последним.

К онденсированные циклы содержат два общих атома углерода.

Мостиковые структуры содержат циклы с тремя и более общими атомами углерода.

В конденсированных и мостиковых структурах основу названия составляет соответствующий ациклический углеводород с таким же числом атомов углерода. В приставке указывают число циклов (бицикло-, трицикло- т.д.). Для определения числа циклов в полициклоалкане подсчитывают количество связей, которые необходимо разорвать для превращения его в соединение с открытой цепью. Числами в квадратных скобках указывают количество атомов в мостиках, связывающих узловые атомы. Атомы нумеруют, начиная с узлового. Сначала нумеруют цикл большего размера по наиболее длинному пути между двумя узловыми атомами, а затем мостиковые атомы углерода.

Особое место среди полициклоалканов занимают каркасные соединения, в том числе полиэдраны (общая формула С_nH_n), которые имеют жесткую структуру правильного многогранника.

И х номенклатура сложна, поэтому часто используют тривиальные названия. Каркасные соединения представляют собой жесткие напряженные структуры со значительным искажением валентных углов и длин связей. Исключение составляет адамантан, пространственное расположение атомов в котором соответствует кристаллической решетке алмаза.