-
Cicloalcani (tsiklopapafiny, naftene, tsiklany, polimetilen) - hidrocarburi saturate cu catenă carbon închis (inel).
Atomii de carbon în cicloalcani, ca și în alcani, se află în starea hibridă sp3 și toate valențele lor sunt complet saturate.
Cel mai simplu cicloalcan - ciclopropan C3H6 - este un carbociclu plat cu trei membri.
Ciclurile rămase au o structură nonplanară datorită tendinței atomilor de carbon de a forma unghiuri de valență tetraedice.
Conform regulilor nomenclaturii internaționale în cicloalcani, lanțul principal este atomii de carbon care formează ciclul. Denumirea titlului construit din acest circuit închis cu adăugarea prefixului „ciclo“ (ciclopropan, ciclobutan, ciclopentan, ciclohexan, și așa mai departe. D.). În prezența substituenților din ciclu, numerotarea atomilor de carbon din inel este efectuată astfel încât ramurile să fie cât mai mici posibil. Astfel, compusul
se menționează 1,2-dimetilciclobutan, mai degrabă decât 2,3-dimetilciclobutan sau 3,4-dimetilciclobutan.
Moleculele de cicloalcani conțin doi atomi de hidrogen mai mici decât alcanii corespunzători. De exemplu, butanul are formula C4H10. și ciclobutan-C4H8. Prin urmare, formula generală a cicloalcanilor CnH2n. Formulele structurale ale cicloalcanelor sunt reprezentate de obicei în formă abreviată sub formă de poligoane regulate, cu numărul de unghiuri care corespund numărului de atomi de carbon din ciclu.
3.1. Izomerismul cicloalcanelor
Pentru cicloalcani, izomerismul structural și cel spațial sunt caracteristice.
1. Izomerismul scheletului de carbon:
b) lanțuri laterale
2. Izomerismul poziției substituenților din ciclu:
3. Izomerismul interclass cu alcene:
1. Izomerismul Cis-trans, provocat de un aranjament reciproc diferit de substituenți în spațiul relativ față de planul ciclului. În izomerii cis, substituenții sunt pe o parte a planului inelului, în izomerii trans - diferiți:
2. Izomeria optică (oglindă) a unor inele di- (și mai mult) substituite. De exemplu, trans-1,2-dimetilciclopropanul poate exista ca doi izomeri optici care se referă reciproc la un obiect și la oglinda sa.
3. Izomerizarea rotațională a cicloalcanelor. Toate ciclurile, cu excepția ciclopropanului, au o structură nonplanară, care se datorează tendinței atomilor de carbon de a forma unghiuri normale (tetraedrice) între legături. Aceasta se realizează prin rotații de-a lungul s-legăturilor C-C care intră în ciclu. Diferă conformații (izomeri rotaționali) cu diferite energii și, mai des, sunt realizate cele care au cea mai mică energie, adică mai stabile. De exemplu, în ciclohexan, conformația "scaunului" este cea mai stabilă.
În această formă spațială nu există stres unghiular, deoarece toate unghiurile de valență au valori de 109 ° 28 'normale pentru atomii hibridizați sp3. În plus, fiecare pereche de atomi de carbon vecini (un fragment de etan) este într-o conformație împiedicată.
3.2. Proprietățile cicloalcanelor
Proprietățile fizice ale cicloalcanelor variază în mod natural cu creșterea greutății lor moleculare. În condiții normale, gazele ciclopropan și ciclobutan, cicloalcani C5-C16, începând cu C17, sunt solide. Punctele de fierbere a cicloalcanelor sunt mai mari decât cele ale alcanilor corespunzători. Acest lucru se datorează ambalajului mai dens și interacțiunilor intermoleculare mai puternice ale structurilor ciclice.
Proprietățile chimice ale cicloalcanilor depind în mare măsură de dimensiunea ciclului, ceea ce determină stabilitatea sa. Ciclurile cu trei și patru membri (cicluri mici), fiind saturate, diferă foarte mult de toate celelalte hidrocarburi limitative. Valence unghiurile ciclobutanilor și ciclopropanilor semnificativ mai mic unghiul tetraedric normal al 109 ° 28 atomi de carbon „inerent hibridizat-sp3.
Aceasta conduce la o tensiune ridicată a acestor cicluri și la tendința lor de a se deschide sub acțiunea reactivilor. Prin urmare, ciclopropanul, ciclobutanul și derivații lor intră în reacțiile de adiție. care arată natura compușilor nesaturați. Ușurința de îmbinare a reacțiilor scade odată cu scăderea tensiunii ciclului din serie:
ciclopropan> ciclobutan >> ciclopentan.
Cele mai stabile sunt ciclurile cu 6 membri, în care nu există unghiuri și alte tipuri de stres.
Ciclurile mici (C3-C4) intră destul de ușor în reacțiile de hidrogenare:
Ciclopropanul și derivații săi se adaugă halogeni și hidrogen halogenat:
În alte cicluri (începând cu C5), tensiunea unghiulară este îndepărtată din cauza structurii nonplanare a moleculelor. Prin urmare, pentru cicloalcani (C5 și mai sus), stabilitatea lor se caracterizează prin reacții în care structura ciclică, adică reacția de substituție, este conservată.
Acești compuși, asemenea alcanilor, intră, de asemenea, în dehidrogenare, reacții de oxidare în prezența unui catalizator etc.
O astfel de diferență bruscă în proprietățile cicloalcani, în funcție de mărimea ciclului face necesar să se ia în considerare serii omoloage nu comune de cicloalcani, și se separă seria lor în mărimea ciclului. De exemplu, în ciclopropan serii omoloage includ: ciclopropan C3H6, C4H8 metilciclopropan, ethylcyclopropane S5N10 etc ...
3.3. Prepararea cicloalcanelor
1. Cicloalcanii se găsesc în cantități semnificative în uleiurile unor depozite (de aici unul dintre denumirile lor, naftenele). În timpul procesării uleiului, se izolează în principal cicloalcani C5-C7.
2. Acțiunea metalelor active pe alcani substituiți dihalogen (reacția Wurz) conduce la formarea diferitelor cicloalcani:
(în loc de sodiu metalic, se utilizează, de asemenea, zinc pulbere).
Structura cicloalcanului format este determinată de structura dihaloalcanului inițial. Astfel, este posibil să se obțină cicloalcani ai unei structuri date. De exemplu, pentru sinteza 1,3-dimetilciclopentanului trebuie utilizat 1,5-dihalogen-2,4-dimetilpentan:
Există și alte metode de obținere a cicloalcanelor. De exemplu, ciclohexanul și derivații săi alchil sunt obținuți prin hidrogenarea benzenului și a omologilor săi, care sunt produse de rafinare a uleiului.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: