Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции по химии (на укр.яз) - файл Циклоалкани.DOC


Загрузка...
Лекции по химии (на укр.яз)
скачать (460.8 kb.)

Доступные файлы (10):

Алкани.DOC87kb.05.01.2004 14:07скачать
Алкени.DOC92kb.19.10.2004 16:46скачать
Алкіни.DOC63kb.28.09.2003 19:41скачать
Арени.DOC194kb.21.10.2002 20:05скачать
Буд-ефек.doc180kb.04.10.2004 10:01скачать
Галог-похідні.DOC249kb.31.10.2004 14:26скачать
Дієни.DOC78kb.10.10.2002 14:46скачать
Кисл, клас реак.doc75kb.03.10.2004 18:47скачать
Оксисполуки.doc146kb.31.10.2004 21:44скачать
Циклоалкани.DOC83kb.26.09.2001 13:00скачать

Циклоалкани.DOC

Реклама MarketGid:
Загрузка...






Лекція № 7

Циклоалкани

Циклічними називають сполуки, що мають замкнуті ланцюги (від греч. циклос — коло). Молекули незаміщених циклоалканів складаються з замкнутих у цикл груп СН2.

Як і в молекулах алканів, атоми Карбону в молекулах циклоалканів зв'язані між собою -зв'язками (стан sр3-гібридизації).

Загальна формула гомологического ряду циклоалканів СnН2n. Таким чином, молекула циклоалкана містить на два атоми Гідрогену менше, ніж алкан з тим же числом атомів Карбону. Назви циклоалканів утворюють шляхом додавання префікс "цикло" до назви відповідного алкана. Для зображення циклоалканів часто використовують умовні формули, у яких опущені символи елементів, наприклад:

СН2 СН2 СН2
СН2 СН2 чи СН2 СН2 чи

циклопропан циклобутан


циклопентан циклогексан

Ізомерія

Структурна ізомерія циклоалканів може бути обумовлена розміром циклу, розмірами і будовою бічних ланцюгів і їх положенням. Це можна проілюструвати на прикладі п'яти ізомерів складу С5Н10:

– СН3 – СН3 СН3 СН3

2Н5

– СН3

циклопентан метилциклобутан етилциклопропан 1,2–диметилцикло- 1,1–диметилцикло- . пропан пропан

Просторова ізомерія заміщених циклів обумовлена різним просторовим розташуванням бічних ланцюгів щодо кільця. Подібний тип стереоізомерії називають геометричною (цис-транс-ізомерією). Прикладом може служити 1,2-диметилциклопропан, метильні групи якого можуть знаходитися по одну чи по різні сторони від площини кільця: Н3С СН3 Н3С



цис-изомер транс-ізомер

СН3

У циклічних сполуках вільне обертання навколо карбон-карбонових зв'язків кільця відсутне.. цис-транс-Ізомери не можуть легко переходити друг у друга; для цього необхідний розрив зв'язків кільця. Ці ізомери мають різні фізичні і хімічні властивості.

Ще складніше стереоізомерія в неплощинних циклах. В даний час встановлено, що площинним є тільки тричленний цикл (три вершини завжди лежать в одній площині) і що при розгляданні стійкості циклів треба враховувати напругу заслонення, зв'язане з конформаційним станом молекули. Так, у циклогексану внецикличні зв'язки його карбонових атомів розділяються на два типи: аксіальні (а), спрямовані перпендикулярно до кільця, і екваторіальні (е), спрямовані по периферії кільця:



Екваторіальне положення заступника вигідніше аксіального, тому всі монозаміщені циклогексани мають замісники в екваторіальному положенні. Аксіальна форма, яку можна уявити собі, як виникаючу в результаті зміни конформації (так званої інверсії) кільця, має більший запас енергії, тому її існування менш ймовірне:

.

нестійка і стійка конформації

Циклоалкани вивчали багато вітчизняних вчених. Найбільш відомі в цій галузі роботи В. В. Марковникова, Г. Г. Густавсона, Н. М. Кіжнера, Н. Д. Зелінського, С. С. Намьоткіна, Б. А. Казанського, А. Ф. Платэ.

Циклоалкани є головною складовою частиною деяких нафт. Вперше циклоалкани були виявлені в бакинській нафті В. В. Марковниковим, що дав їм назву нафтени. Згодом було встановлено, що особливо поширені в природі сполуки з п'яти- і шестичленими циклами, тобто циклопентан і циклогексан і їхні похідні. Їх використовують як додаток до моторного палива для підвищення якості останнього й у різних синтезах. У нафті містяться також карбоксильні похідні циклопентана – циклопентанкарбоновая кислота і її гомологи, які називаються нафтеновими кислотами. При очищенні нафтових продуктів лугом утворюються натрієві солі цих кислот, які мають миючу здатність (милонафт). Циклогексан використовують, головним чином, для синтезу адипінової кислоти і капролактаму — напівпродуктів для виробництва синтетичних волокон найлон і капрон.

Циклоалкани зустрічаються також в ефірних оліях рослин.

^ Способи одержання

Загальним способом одержання циклоалканів є дія металів на дигалогенпохідні алканів. Так, з 1,3-дибромпропану дією цинку можна одержати циклопропан (синтез Г. Г. Густавсона):

СН2Вr СН2

Н2С +Zn  Н2С + ZnВr2.

СН2Вr СН2

Для цих реакцій застосовують також металевий натрій. Відомі й інші реакції замикання циклу, що приводять не до відповідних циклоалканів, а до їх похідних.

Сполуки ряду циклогексану найчастіше одержують гідруванням легкодоступних сполук ряду бензену. Важливим прикладом такої реакції є одержання в промисловості чистого циклогексану з бензену:

С6Н6 H2/Nі, 200 З, P С6Н12.

^ Фізичні властивості

Перші два члени цього ряду – гази, С5…С10 – рідини, вищі – тверді речовини. Температури кипіння і плавлення циклоалканів як і їхньої густини, трохи вище, ніж в алканів з рівним числом атомів Карбону. Як і алкани, циклоалкани практично нерозчинні у воді.

^ Хімічні властивості

Стійкість циклів. При вивченні циклоалканів було встановлено, що їхні хімічні властивості залежать насамперед від розміру циклу. При цьому звичайно розрізняють сполуки з малими циклами (С34), зі звичайними циклами (С57), із середніми циклами (С811) і з великими циклами (від С12 і вище), які називаються також макроциклічними. Особливістю малих циклів є їх менша стійкість у порівнянні з іншими циклічними сполуками.

За хімічним характером малі цикли схильні до реакцій приєднання, у результаті яких відбувається розрив циклу й утворюються алкани і їхні похідні, чим вони нагадують ненасичені сполуки. Цикли з великим числом ланок більш схильні до реакцій заміщення, нагадуючи цим алкани.

Галогенування

Циклопропан і його похідні легко приєднують бром з розривом циклу, утворюючи 1,3-дибромпохідні алканів:

+ Br2  ВrСН2 – СН2 – СН2Вr.

Більш велика стійкість циклобутану в порівнянні з циклопропаном виявляється в тому, що він приєднує бром важко – лише при підвищених температурах, утворюючи 1,4-дибромбутан:




+ Br2  ВrСН2 – СН2 – СН2 – СН2Вr.

У циклопентані, циклогексані та вищих циклоалканах при дії галогенів розриву кільця не відбувається, а йде реакція заміщення атомів водню на галоген:

+ Br2  – Br + НВr.

бензол бромгексан

Гідрогалогенування

Циклопропан і його алкилпохідні легко приєднують іодоводень з розмиканням циклу й утворенням алкиліодида:

+ I2  СН3 – СН2 – СН2I.

пропиліодид

З циклобутаном ця реакція йде важко, при нагріванні. Циклопентан і вищі цикли не приєднують галогеноводнів.

Гідрування

Дія водню добре ілюструє поступове підвищення стійкості циклів від тричленного до шестичленного: для розмикання таких циклів під дією водню над нікелевим каталізатором потрібно усе більш висока температура (для циклопропану – 120 С, для циклобутану – 180 С, для циклопентану – 300 С). Циклогексан у цих умовах не розмикається, а дегідрується з утворенням бензену.

Окиснювання

Циклопропан і його похідні повільно окиснюються при нормальній температурі розчином перманганату калію в нейтральному чи лужному середовищах. При дії більш сильних чи окиснювачів при нагріванні окислнюються й інші циклоалкани. При цьому відбувається розрив циклу і утворення двоосновних кислот з тим же числом атомів Карбону:

+ [О]  СН2-СН2—СООН

СН2-СН2—СООН

циклогексан адипінова кислота

Нітрування

Циклоалкани, що мають п'яти- і шестичлені цикли, нітруються в тих же умовах, що й алкани. Практичне значення має нітроциклогексан, з якого можна одержати капролактам, що є сировиною для виробництва синтетичного волокна капрон.


Скачать файл (460.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru