Циклоалканы. Особенности малых циклов

1. Понятие об циклоалканах и их классификация

Цик­ло­ал­ка­ны– это на­сы­щен­ные уг­ле­во­до­ро­ды, атомы уг­ле­ро­да ко­то­рых за­мкну­ты в цикл. Если мо­ле­ку­ла со­дер­жит толь­ко один цикл, то общая фор­му­ла таких ве­ществ – С_nH_2n.

Про­стей­ший член ряда – цик­ло­про­пан C₃H₆:

Клас­си­фи­ка­ция цик­ло­ал­ка­нов:

· малые циклы (3–4 атома уг­ле­ро­да),

· сред­ние циклы (5–7 ато­мов уг­ле­ро­да),

· мак­ро­цик­лы (8 ато­мов уг­ле­ро­да и более).

2. Номенклатура циклоалканов

На­зва­ния цик­ло­ал­ка­нов об­ра­зу­ют­ся с по­мо­щью до­бав­ле­ния при­став­ки цик­ло- к на­зва­нию ал­ка­на с со­от­вет­ству­ю­щим чис­лом ато­мов уг­ле­ро­да.

В ка­че­стве ос­нов­ной цепи вы­би­ра­ют цикл, ну­ме­ра­цию про­во­дят таким об­ра­зом, чтобы за­ме­сти­те­ли по­лу­чи­ли наи­мень­шие но­ме­ра. Если за­ме­сти­тель один, то его номер не ука­зы­ва­ет­ся.

                        

ме­тил­цик­ло­про­пан             1,3-ди­ме­тил­цик­ло­пен­тан

Опи­сы­вая цик­ли­че­ские со­еди­не­ния, часто поль­зу­ют­ся со­кра­щен­ны­ми фор­му­ла­ми, в ко­то­рых не по­ка­зы­ва­ют атомы Н:

1,3-ди­ме­тил­цик­ло­пен­тан

3. Изомерия циклоалканов

1. Изо­ме­рия уг­ле­род­но­го ске­ле­та.

ме­тил­цик­ло­пен­тан                        цик­ло­гек­сан

2. Меж­клас­со­вая изо­ме­рия.

 (гек­сен -1).

Рис. 1. цик­ло­гек­сан

3. Гео­мет­ри­че­ская изо­ме­рия.

В цик­ли­че­ских мо­ле­ку­лах невоз­мож­но сво­бод­ное вра­ще­ние ато­мов во­круг связи С-С, по­это­му у за­ме­щен­ных цик­ло­ал­ка­нов су­ще­ству­ет про­стран­ствен­ная изо­ме­рия. За­ме­сти­те­ли могут рас­по­ла­гать­ся по одну сто­ро­ну от цикла (цис-изо­мер) или по раз­ные сто­ро­ны (транс-изо­мер). Такой тип про­стран­ствен­ной изо­ме­рии на­зы­ва­ет­ся гео­мет­ри­че­ской изо­ме­ри­ей.

          цис-1,2-ди­ме­тил­цик­ло­бу­та             транс-1,2-ди­ме­тил­цик­ло­бу­тан

4. Строение циклоалканов

Атомы уг­ле­ро­да на­хо­дят­ся в со­сто­я­нии sp³-ги­бри­ди­за­ции. Углы между свя­зя­ми в сред­них цик­лах и мак­ро­цик­лах близ­ки к тет­ра­эд­ри­че­ско­му 109,5^о, мо­ле­ку­ла имеет неплос­кое стро­е­ние. Рис. 2, 3.

Рис. 2. цик­ло­гек­сан С6Н12

Рис. 3. цик­ло­пен­тан С5Н10

Че­ты­рех­член­ный цикл то­же­не­плос­кий. Но угол между ато­ма­ми уг­ле­ро­да в нем зна­чи­тель­но мень­ше тет­ра­эд­ри­че­ско­го. Рис. 4.

Рис. 4 цик­ло­бу­тан

Еще боль­ше от­кло­не­ние от тет­ра­эд­ри­че­ско­го угла в слу­чае трех­член­но­го цикла: три атома лежат в одной плос­ко­сти, а угол в рав­но­сто­рон­нем тре­уголь­ни­ке равен 60°. Рис. 5.

Рис. 5. цик­ло­про­пан

Эти связи на­пря­же­ны, их об­ра­зо­ва­ние энер­ге­ти­че­ски невы­год­но. По­это­му малые циклы более ре­ак­ци­он­но­спо­соб­ны, мно­гие ре­ак­ции свя­за­ны с рас­кры­ти­ем цикла.

5. Химические свойства циклоалканов

Хи­ми­че­ские свой­ства сред­них и мак­ро­цик­лов по­хо­жи на свой­ства ал­ка­нов. Ис­клю­че­ние – ре­ак­ция де­гид­ри­ро­ва­ния со­еди­не­ний с ше­сти­член­ны­ми цик­ла­ми: от­щеп­ля­ют­ся сразу 6 ато­мов Н, при этом об­ра­зу­ет­ся мо­ле­ку­ла бен­зо­ла (или аре­нов):

			+ 3H2
цик­ло­гек­сан		бен­зол

Малые циклы за счет на­пря­же­ния свя­зей легко всту­па­ют в ре­ак­ции, ко­то­рые про­хо­дят с раз­ры­вом цикла:

	+ Cl2
цик­ло­про­пан			1,3-ди­хлор­про­пан

К цик­ло­про­па­ну и цик­ло­бу­та­ну в при­сут­ствии ка­та­ли­за­то­ра (ни­ке­ля или пла­ти­ны) можно при­со­еди­нить во­до­род:

+H2

CH3–СH2–CH3

К сред­ним цик­лам во­до­род не при­со­еди­ня­ет­ся.

При сго­ра­нии малых цик­лов вы­де­ля­ет­ся боль­ше энер­гии, чем при сго­ра­нии дру­гих уг­ле­во­до­ро­дов.

6. Получение циклоалканов

Под­ве­де­ние итога

Вы смог­ли са­мо­сто­я­тель­но изу­чить тему «Цик­ло­ал­ка­ны. Осо­бен­но­сти малых цик­лов». В ходе этого за­ня­тия вы узна­ли, что пред­став­ля­ют собой цик­ло­ал­ка­ны, как вид на­сы­щен­ных (за­мкну­тых) уг­ле­во­до­ро­дов. Узна­ли фор­му­лу го­мо­ло­ги­че­ско­го ряда цик­ло­ал­ка­нов. Срав­ни­ли свой­ства цик­ло­ал­ка­нов раз­ных цик­лов, узна­ли об осо­бен­но­стях малых цик­лов.