Циклоалканы

Циклоалканы

Циклоалканы

циклоалканы их названия, циклоалканы
Циклоалканы, также полиметиленовые углеводороды, нафтены, цикланы, или циклопарафины — циклические насыщенные углеводороды, по химическим свойствам близки к предельным углеводородам. Входят в состав нефти. Открыты В. В.

 Марковниковым в 1883 году из Бакинской нефти.

В нефтехимической промышленности нафтены являются источником получения ароматических углеводородов путем каталитического риформинга.

Наибольшее практическое значение приобрёл циклогексан, применяемый для синтеза капролактама, адипиновой кислоты и других соединений, используемых в производстве синтетического волокна.

К циклоалканам относят предельные углеводороды с общей формулой СnH2n, n имеющие циклическое строение. Названия циклоалканов строятся из названий соответствующих алканов с добавлением приставки цикло- (циклопропан, 1,3-диметилциклогексан).

Для циклоалканов характерны следующие виды изомерии:

  1. Изомерия углеродного скелета
  2. Пространственная
  3. Межклассовая изомерия с алкенами

Все атомы углерода в молекулах циклоалканов имеют sp³-гибридизацию. Однако величины углов между гибридными орбиталями в циклобутане и особенно в циклопропане не 109°28', а меньше из-за геометрии, что создает в молекулах напряжение, поэтому малые циклы очень реакционноспособны. Циклопропан применяют для наркоза, но его применение ограничено из-за взрывоопасности.

  • 1 Физические свойства
  • 2 Получение циклоалканов
  • 3 Химические свойства
  • 4 Примечания
  • 5 Литература
  • 6 См. также

Физические свойства

При обычных условиях первые два члена ряда (С3 — С4) — газы, (С5 — С11) — жидкости, начиная с С12 — твёрдые вещества. Температуры кипения и плавления циклоалканов выше, чем у соответствующих алканов.

Циклоалканы в воде практически не растворяются. При увеличении числа атомов углерода возрастает молярная масса, следовательно, увеличивается температура плавления.

Температуры плавления и кипения некоторых циклоалканов

ЦиклоалканТ. пл., °СТ. кип., °С
циклопропан С3H6−127,5−32,7
циклобутан С4H8−5012
циклопентан С5H10−93,949,3
циклогексан С6H126,580
циклогептан С7H14−12118,5
циклооктан С8H1614,363 при 45 мм рт.ст.
циклононан С9H189,769 при 14 мм рт.ст.
циклодекан С10H2010,8201
циклоундекан С11H22−7,291 при 12 мм рт.ст.
циклододекан С12H2461,6243
циклотридекан С13H2623,5128 при 20 мм рт.ст.
циклотетрадекан С14H2854131 при 11 мм рт.ст.
циклопентадекан С15H3062,1147 при 12 мм рт.ст.

Получение циклоалканов

1. Дегалогенирование дигалогенпроизводных:

Br-СН2-СН2-СН2-Br + Mg = циклопропан + MgBr2

2. Гидрирование бензола и его гомологов (образуются циклогексан или его производные):

С6Н6 +3Н2 = С6Н12

Химические свойства

По химическим свойствам малые и обычные циклы существенно различаются между собой. Циклопропан и Циклобутан склонны к реакциям присоединения, то есть сходны в этом отношении с алкенами. Циклопентан и Циклогексан по своему химическому поведению близки к алканам, так как вступают в реакции замещения.

1. Циклопропан и циклобутан способны присоединять бром: С3H6 + Br2 → BrCH2—CH2—CH2Br 2. Циклопропан, циклобутан и циклопентан могут присоединять водород, давая соответствующие нормальные алканы. Присоединение происходит при нагревании в присутствии никелевого катализатора: С4H8 + H2 → CH3—CH2—CH2—CH3

Примечания

  1. Полиметиленовые углеводороды — статья из Большой советской энциклопедии

Литература

  • Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы.. — М.: Экзамен, 2002.

См. также

  • Циклопропан
  • Циклобутан
  • Циклопентан
  • Циклогексан

циклоалканы, циклоалканы их названия

Циклоалканы Информацию О

Циклоалканы

Циклоалканы
Циклоалканы Вы просматриваете субъект
Циклоалканы что, Циклоалканы кто, Циклоалканы описание

There are excerpts from wikipedia on this article and video

Наш сайт имеет систему в функции поисковой системы. Выше: “что вы искали?”вы можете запросить все в системе с коробкой. Добро пожаловать в нашу простую, стильную и быструю поисковую систему, которую мы подготовили, чтобы предоставить вам самую точную и актуальную информацию.

Поисковая система, разработанная для вас, доставляет вам самую актуальную и точную информацию с простым дизайном и системой быстрого функционирования. Вы можете найти почти любую информацию, которую вы ищете на нашем сайте.

На данный момент мы служим только на английском, турецком, русском, украинском, казахском и белорусском языках.
Очень скоро в систему будут добавлены новые языки.

Жизнь известных людей дает вам информацию, изображения и видео о сотнях тем, таких как политики, правительственные деятели, врачи, интернет-сайты, растения, технологические транспортные средства, автомобили и т. д.

Циклоалканы – это… Циклоалканы: получение, формула, химические и физические свойства

Циклоалканы

Циклоалканы – это углеводороды, которые в своем составе имеют замкнутые структуры. Рассмотрим особенности данных соединений, их области применения.

Особенности класса

Что собой представляют циклоалканы? Формула класса CnH2n свидетельствует о недостатке атомов водорода. Подобная ситуация предполагает два развития сценария.

Либо в структуре должна присутствовать двойная связь, либо в молекуле содержится замкнутая структура. Какое строение имеют циклоалканы? Формула их соответствует второму случаю, то есть наличию в молекуле замкнутой структуры.

Именно специфика строения обуславливает особенности физических и химических свойств данного класса углеводородов.

Сколько различных циклоалканов соответствует составу С4Н8? Чтобы найти ответ на этот вопрос, необходимо проанализировать те виды изомерии, которые характерны для циклоалканов. Два изомера с таким качественным и количественным составом могут иметь циклическое строение: циклобутан, метилциклопропан. Подобный вариант называют изомерией боковой цепи.

Так как циклоалканы – это межклассовые изомеры непредельных олефинов, можно рассмотреть формулы веществ, в составе которых есть двойная связь. В таком виде могут существовать две структуры: бутен-1 и бутен-2.

Отвечая на вопрос о том, сколько различных циклоалканов может существовать для предложенной формулы, необходимо рассмотреть не только циклоалканы, но и алкены.

Только в этом случае можно будет представить правильный ответ.

Итак, циклоалканы – это углеводороды, которые имеют как минимум два вида изомерии.

Особенности номенклатуры

Названия конкретных углеводородов циклического состава дают в полном соответствии с международной номенклатурой. Для основы используют количество углеродов в замкнутой цепи. Далее, учитывают атомы, имеющиеся в боковой цепи.

Например, метилциклопропан. Циклоалканы – это соединения, в которых атомы углерода находятся в sp3 гибридном состоянии, аналогично предельным углеводородам.

Подобная особенность определяет основные способы получения и характерные свойства данного класса.

Варианты получения циклоалканов

Как можно получить циклоалканы? Примеры основных реакций свидетельствуют о том, что есть несколько вариантов их образования. Например, циклогексан образуется путем гидрирования ароматического бензола.

Соединения с тремя, четырьмя атомами углерода в цикле можно получить путем отщепления галогенов из молекул дигалогенпроизводных алканов. Также циклоалканы получают при пиролизе солей дикарбоновых органических кислот.

Нагревание без присутствия воздуха приводит к образованию циклопентана и циклогексана.

Изомеризация

Например, в процессе изомеризации, циклогексан образует метилциклопентан. В нефти были обнаружены разнообразные производные циклопентана и циклогексана, остальные представители нафтенов в ней практически отсутствуют.

Отличительными особенностями средних циклов считают способность образовывать такие конформации, в которых некоторые углеродные атомы направлены не наружу, а внутрь цикла. Подобные связи именуют интранулярными, а те, что находятся внутри кольца, именуют экстранулярными связями.

Например, для циклодекана в максимально выгодной конформации предполагается шесть интранулярных и четырнадцать экстранулярных водородных атомов. Это подразумевает неравноценность группировок СН2, что отражается на повышении энергии связи, способствует улучшению химических свойств данного соединения.

Для углеводородов, обладающих от 12 и более углеродными атомами, характерна конформационная подвижность. Так как по связи С-С возможно свободное вращение, для подобных соединений не предполагается существования транс- и цис-форм.

Цикланы (нафтены) могут содержаться с природной нефти в пределах от 25 до 75 процентов. Количественное содержание их зависит от утяжеления фракции. В масляных фракциях, которые имеют высокие температуры кипения, происходит повышение количества ароматических структур. Особенно много нафтенов выявлено в эмбенских и бакинских нефтях.

В количественном соотношении показатели составляют до 80 процентов. Выявлена зависимость между типами нефти и распределением циклоалканов по фракциям. Менее термодинамически стойкими считают моноциклические углеводороды, которые обладают длинной боковой алкильной цепочкой. Распределение CnH2n по типам структур напрямую связано с температурами, используемыми при перегонке нефти.

Например, моноциклические нафтены не обнаруживаются при диапазоне температур 300-350 градусов по Цельсию, а бициклические соединения пропадают при превышении показателя температур в 400 градусов по Цельсию.

Характеристика циклопропана

С3Н6 является простейшим представителем нафтенов. Это газообразное вещество, имеющее незначительную растворимость в воде.

Среди основных химических свойств, характерных для данного органического соединения, выделим каталитическое гидрирование. Продуктом такого взаимодействия будет предельный углеводород пропан.

Кроме того, циклопропан, аналогично иным углеводородам, взаимодействует с кислородом воздуха, образуя углекислый газ, пары воды, достаточное количество энергии.

Особенности представителей данного класса

Если сравнивать температуры кипения представителей класса циклоалканов с показателями для алканов, имеющих аналогичное число углеродных атомов, то они будут немного выше. Причина заключается в циклическом строении данного класса. Плотность нафтенов больше показателя для алканов, но немного уступает аренам.

Чтобы понять, сколько различных циклоалканов соответствуют одной формуле, необходимо составить варианты изомеров не только циклического вида, но и с прямым скелетом, в составе которго есть двойная связь. При присутствии в молекуле заместителей в виде углеводородных радикалов, происходит снижение температуры плавления циклоалкана.

Если проанализировать физические и химические свойства данного класса углеводородов, можно выполнить условное подразделение веществ на соединения с малыми циклами (три-четыре), стандартными (пять, шесть, семь), средними (от восьми до двенадцати), а также с большими циклами (от двенадцати углеродов).

Сферы использования

Поговорим о том, каково основное применение циклоалканов. Нафтены применяют в медицине. Например, циклопропан является наркотическим препаратом. Циклопентан считается хорошим растворителем, он востребован в органическом синтезе.

Циклогексан необходим в химической реакции синтеза нейлона, капрона (получении полиамидных волокон), кроме того, он востребован для получения бензена. Насыщенные алканы и циклоалканы обладают незначительной реакционной способностью. Объяснить данный факт можно незначительной полярностью связи С-С.

Помимо этого, существенное количество циклоалканов применяется в химической промышленности.

Заключение

Смеси нафтенов и отдельные углеводороды применяют для изготовления смазочных средств. Представители данного класса углеводородов способны улучшать эксплуатационные характеристики дизельного топлива.

Например, добавка циклоалканов существенно повышает октановое число, повышает вязкость, увеличивает теплоту сгорания двигателя.

Именно поэтому циклоалканы не выделяют из продуктов нефтепереработки, а оставляют в составе бензиновой фракции.

Концентраты нафтенов применяют в виде органических растворителей. Циклоалканы со средними значениями молекулярных масс востребованы в производстве синтетических моющих средств. Достаточное количество нафтенов идет и в качестве топлива, так как при их сгорании выделяется немалое количество тепла.

Тема №16 «Циклоалканы» | CHEM-MIND.com

Циклоалканы

В отличие от предельных углеводородов, характеризующихся наличием открытых углеродных цепей, существуют углеводороды с замкнутыми цепями (циклами).

По своим свойствам они напоминают обычные предельные углеводороды алканы (парафины), отсюда и произошло их название – циклоалканы (циклопарафины).

Общая формула гомологического ряда циклоалканов CnH2n, то есть циклоалканы изомерны этиленовым углеводородам. Представителями этого ряда соединений являются циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан.

Циклоалканы

Циклопропан

Циклобутан

Циклопентан

Циклогексан

Очень часто в органической химии структурные формулы перечисленных циклоалканов изображают без символов C и H простыми геометрическими фигурами.

Гомологический ряд циклоалканов

Общая формула гомологического ряда циклоалканов CnH2n. Точно такой же формулой описывается гомологический ряд алкенов. Из чего следует, что каждому циклоалкану изомерен соответствующий алкен. Это пример так называемой «межклассовой» изомерии.

Гомологический ряд циклоалканов

Изомерия и номенклатура циклоалканов

1) Для циклоалканов как и для всех классов органических соединений, характерна изомерия углеродного скелета (структурная изомерия).

Структурная изомерия для циклоалканов, во-первых, обусловлена размером цикла. Так, существует два циклоалкана формулы С4Н8: циклобутан и метилциклопропан.

Во-вторых, такая изомерия обусловливается положением заместителей в цикле (например, 1,1 и 1,2-диметилбутан).

а) Изомерией кольца:

а) Изомерия боковых цепей:

2) Изомерия положения заместителей в кольце:

3) Межклассовая изомерия с алкенами:

4) Пространственная изомерия. Отсутствие свободного вращения вокруг связей С-С в цикле создает предпосылки для существования пространствен­ных изомеров у некоторых замещенных циклоалканов. Например, в молекуле 1,2-диметилциклопропана две группы СН3 могут находиться по одну сторону от плоскости цикла (цис-изомер) или по разные стороны (транс-изомер):

По размеру цикла циклоалканы делятся на ряд групп, из которых мы рассмотрим малые (С3, С4) и обычные (С5-С7) циклы.

По правилам международной номенклатуры в циклоалканах главной считается цепь углеродных атомов, образующих цикл.

Название строится по названию этой замкнутой цепи с добавлением приставки «цикло-» (циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т.д.).

При наличии в цикле заместителей нумерацию атомов углерода в кольце проводят так, чтобы ответвления получили возможно меньшие номера. Так, соединение следует назвать 1,2-диметилциклобутан, а не 2,3-диметилциклобутан, или 3,4-диметилциклобутан.

Структурные формулы циклоалканов обычно записывают в сокращенном виде, используя геометрическую форму цикла и  опуская символы атомов углерода и водорода.

Физические свойства циклоалканов

При обычных условиях первые два члена ряда (С3 — С4) — газы, (С5 — С11) — жидкости, начиная с С12 — твёрдые вещества. Температуры кипения и плавления циклоалканов выше, чем у соответствующих алканов. Циклоалканы в воде практически не растворяются. При увеличении числа атомов углерода возрастает молярная масса, следовательно, увеличивается температура плавления.

Химические свойства циклоалканов

Свойства сильно зависят от размера цикла, определяющего его устойчивость.

Трех- и четырехчленные циклы (малые циклы), являясь насыщенными, тем не менее, резко отличаются от всех остальных предельных углеводородов. Валентные углы в циклопропане и циклобутане значительно меньше нормального тетраэдрического угла 109°28’, свойственного sp3-гибридизованному атому углерода.

Это приводит к большой напряженности таких циклов и их стремлению к раскрытию под действием реагентов. Поэтому циклопропан, циклобутан и их производные вступают в реакции присоединения, проявляя характер ненасыщенных соединений. Легкость реакций присоединения уменьшается с уменьшением напряженности цикла в ряду:

циклопропан > циклобутан >> циклопентан

Наиболее устойчивыми являются 6-членные циклы, в которых отсутствуют угловое и другие виды напряжения.

· Малые циклы (С3 – С4) довольно легко вступают в реакции гидрирования:

· Циклопропан и его производные присоединяют галогены и галогеноводороды:

Циклопропан и его гомологи реагируют с галогенводородами с раскрытием цикла в соответствии с правилом Марковникова.

Когда несимметричный алкен соединяется с галогеноводородной кислотой, галоген присоединяется к атому углерода, содержащему меньше атомов водорода.

В других циклах (начиная с С5) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтому для циклоалканов (С5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т.е. реакции замещения.

Реакция идет по цепному радикальному механизму (аналогичному замещению в алканах).

Эти соединения, подобно алканам, вступают также в реакции дегидрирования, например дегидрирование циклогексана и его алкильных производных:

А также окисления в присутствии катализатора, например окисление циклогексана:

Окисление циклоалканов

Подытожив химические свойства циклоалканов можно записать их химические свойства так:

химические свойства циклоалканов

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева Таблица растворимости

Урок химии в 10-м классе. Тема:

Циклоалканы

Тема: Циклоалканы. (Циклопарафины. Нафтены.)

Цели: �зучить циклоалканы, как один из классов карбоциклических  соединений.  

ТДЦ

Образовательные:

– продолжить формирование понятия РѕР± основных классах углеводородов; – начать формировать понятие РѕВ  карбоциклических соединениях; В В В В В В В В В В  – изучить строение, номенклатуру Рё изомерию циклоалканов; – рассмотреть основные СЃРїРѕСЃРѕР±С‹ получения Рё применения циклоалканов;

– изучить химические свойства циклоалканов Рё генетическую СЃРІСЏР·СЊ СЃ РґСЂСѓРіРёРјРё классами углеводородов.

Развивающие:

В – развивать когнитивную сферу учащихся ; – развивать общеучебные умения Рё навыки учащихся;

– развивать умения анализировать Рё делать самостоятельные выводы;

Воспитательные:

– прививать культуру умственного труда Рё сотрудничества; – воспитывать дисциплинированность; – воспитывать коллективизм Рё чувство ответственности;

– способствовать созданию благоприятного РїСЃРёС…Рѕ-эмоционального климата РЅР° СѓСЂРѕРєРµ;

Тип урока:  урок усвоения новых знаний.

Методы усвоения: словесные ( рассказ, объяснение, беседа; демонстрационные, немостративные).

ФОПД: фронтальная, индивидуально-обособленная, групповая (динамические группы).

Технология: элементы технологии «Сотрудничества» и «Проблемного обучения».

Оборудование: модели молекул Стюарта-Бриглеба.

РҐРѕРґ СѓСЂРѕРєР°

1. Организационный момент. Вступление. Оценка эмоционального состояния учащихся по 10-балльной шкале.

2. �зучение новой темы. По ходу объяснений учитель на доске, а учащиеся у себя в тетрадях делают опорный конспект:                                                             

Циклоалканы.

Циклоалканы относятся к карбоциклическим углеводородам.

Карбоциклическими углеводородами называют вещества, молекулы которых содержат замкнутую цепь атомов углерода (цикл).

Строение.
Циклоалканы – это циклические углеводороды, РЅРµ содержащие РІ молекуле кратных связей Рё соответствующие общей формуле .В В (sp³- гибридизация).

�зомерия и номенклатура.

Для циклоалканов характерна структурная изомерия, связанная с размером цикла:

– СЃРѕ взаимным расположением заместителей РІ кольце:

-Со строением заместителя:

Межклассовая изомерия.

Циклоалканы изомерны алкенам .

Для циклоалканов содержащих 2 и более заместителя, возможна пространственная изомерия.

Получение

1. Гидрирование бензола.

2. Дегалогенирование дигалогенопроизводных .

3. Пиролиз солей дикарбоновых кислот.

Химические свойства.

Реакции присоединения.

1.  Гидрирование (при повышенной температуре):

2. Галогенирование (бромирование).

3. Гидрогалогенирование:

Реакции замещения.

1.Галогенирование (бромирование):

2.Нитрование:

Реакции дегидрирования. (р. разложения)

3. Закрепление. Ответить на вопросы 1-4, с.121.

Тест.

1.Укажите, какие из веществ, формулы которых приведены ниже, являются изомерами н-гексена:

2.Общая формула гомологического ряда циклоалканов:

3. Сколько различных циклопарафинов соответствует молекулярной формуле

Р°) 4В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В  Р±) 2
РІ) 5В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В  Рі) 3

4.Уравнение полного сгорания циклопропана:

5.Сколько  веществ соответствует молекулярной формуле

Р°) 5В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В  Р±) 6
РІ) 7В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В  В В В В В В В В В В В Рі) 8

6. РўРёРї гибридизации циклоалканов: Р°) sp³ В -В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В  Р±) sp²В  –

в) sp –

7.Тип ковалентной связи у циклоалканов:

Р°) σ – СЃРІСЏР·РёВ В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В  Р±) π – СЃРІСЏР·РёВ В В В В В В 
РІ) σ Рё π СЃРІСЏР·РёВ В 

8. Типы изомерии у циклоалканов: а) структурная                                        б) межклассовая  

в) геометрическая                                  г) структурная, межклассовая и геометрическая

Д/з: § 15. Самостоятельно изучить применение и генетическую связь циклоалканов с другими классами органических соединений.

Циклопропан C3H6

Атомы углерода в молекуле циклопропана находятся практически в одной плоскости, углы между связями C-C составляют 60 градусов, поэтому связи находятся под большим напряжением. Молекула циклопропана легко подвергается гидрированию в присутствии катализатора образуя пропан уже при 50°C.

Циклобутан C4H8

Угловое напряжение, действующее на связи в молекуле циклобутана меньше, чем в циклопропане, поскольку углы между связями составляют 90 градусов.

Электронные облака атомов перекрываются сильнее чем в циклопропане, образуя крутящий момент на связях C-C, что также делает молекулу активной.

Циклобутан подвергается гидрированию в присутствии катализатора, но при более высоких температурах, чем циклопентан, около 50°C.

Циклопентан C5H10

В молекуле циклопентана все связи перекрываются друг с другом, поэтому молекула вынуждена изменить свою форму, тем самым уменьшая торсионные напряжения и немного увеличивая угловые.

В молекуле циклопентана угловое напряжение очень мало, поскольку углы между связями близки к 109 градусам. Циклопентан слабо реагирует с другими молекулами.

Гидрирование циклопентана производится при более высоких температурах, от 300°C.

Циклогексан C6H12

В циклогексане углы между связями составляют 120 градусов, что приводит к большому угловому напряжению, а перекрытие связей образует большое торсионное напряжение.

В связи с этим молекула циклогексана принимает форму кресла, таким образом снижая угол между связями углерода до 111,4 градусов, сводя к минимуму угловое напряжение, другие формы молекулы менее стабильны, например, форма ванны, в таком виде встречаются только около 2% молекул.

Связь с шестью атомами водорода имеет расположение параллельное оси симетрии, данные атомы водорода называются аксиальными, другие шесть атомов, расположенные практически параллельно с плоскостью углеродов, называются экваториальными. Наиболее стабильны соединения, в которых заместители находятся в экваториальном положении.

Реакции

Циклоалканы в реакциях схожи со своими гомологами насыщенных углеводородов, но циклопропан и циклобутан являются исключениями из общего правила и в реакциях присоединения ведут себя как алкены, разрывая связь C-C для образования новой связи.

Циклопропан + H2 → C3H8 (пропан)
Циклопропан + Br2 → C3H6Br2 (1,3-дибромпропан)
Циклопропан + XH → C3H7X (X-галоген пропана)

Поскольку напряжения в циклобутане меньше, чем в циклопропане, молекула циклобутана реагирует хуже, так, например, в нормальных условиях циклобутан не реагирует в водных растворах серной кислоты и не производится реакции присоединения.

Галогенирование происходит при более высоких температурах и в присутствии катализатора. Превращение в бутан происходит в присутствии никеля при температуре 200°C.

При больших температурах в циклобутане разрывается связь C-C и образуется бутен.

Циклопентан и циклогексан не производят реакции присоединения, в реакциях замещения ведут себя также, как соответствующие алканы. С катализаторами Cl3Al происходят реакции изомеризации, в которых кольцо разрывается и соединяется, например, изомеры диметилциклопентан и метилциклогексан, или циклогексан и метилциклопентан.

Получение

Наиболее используемые в индустрии циклоалканы – это метилциклопентан, 1,2-диметилциклопентан, циклогексан и метилциклогексан. Основной источник циклоалканов – нефть.

Реакции образования циклоалканов из алифатических соединений называются циклизацией и в основном используется для циклопропана и циклобутана.

Так, углеводород с галогенами на концевых углеродах в реакции с порошком цинка образует циклоалкан:

Br-CH2-CH2-CH2-Br + Zn → C3H6 (циклопропан) + Br2Zn

Циклогексан

Циклогексан представляет собой бесцветную жидкость, со спецефическим запахом. Циклогексан нерастворим в воде, растворяется в спиртах, ацетонах и бензенах. Температура кипения – 80,7°C.

Циклогексан занимает 43 место по объёму химического производства, из циклогексана синтезируют нейлон.

Основной источник циклогексана – нефть, в процессе дистилляции нафты могут выделить две основных массы – одна с циклогексаном и другая – бензол и метилциклогексан.

Масса с циклогексаном подвергается каталитическому риформингу, в результате образуется смесь бензола, пентана, метилпентана и диметилпентана. В процессе дистилляции удаляются более летучий пентан и менее летучий диметилпентан.

Полученные смеси бензола с метилпентаном и бензола с метилциклогексаном смешиваются и подвергаются каталитическому гидрированию, в котором метилпентан изомеризуется, а бензол гидрируется в циклогексан.

Из циклогексана, посредством каталитического окисления получают циклогексанол и циклогексанон, которые используются в качестве сырья для производится нейлона, резины, полиэстера и полиуретана. В меньшей степени, циклогексанол и циклогексанон используют в качестве органических растворителей.

Строение, получение и свойства циклоалканов

Циклоалканы

Циклоалканы (циклопарафины) – органические насыщенные соединения, атомы углерода в молекулах которых, соединяясь  образуют циклы. Общая формула – CnH2n . Строение, получение и свойства циклоалканов отличаются от свойств нормальных алканов с тем же числом углеродных атомов.

В молекулах циклоалканов углеродные атомы связаны между собой σ – связями. Устойчивость циклопарафинов, т.е. прочность С-С связей возрастает с увеличением количества атомов углерода, образующих цикл. Циклы делят на малые (С3, С4) и обычные (C5 – С7).

В качестве представителя малого цикла рассмотрим циклопропан:

  • Молекула циклопропана представляет собой плоский цикл, образованный тремя атомами углерода; атомы водорода при этом расположены вне его плоскости и занимают энергетически невыгодное («заслоненное») положение, что способствует  увеличению «напряженности» цикла и его неустойчивости.
  • Валентные углы в плоском равностороннем треугольнике принимают значение равное 60°. А для sp3-гибридизованного атома углерода это значение соответствует 109,5°. В случае  молекулы циклопропана, sp3-гибридизованные орбитали атомов угле­рода перекрываются между собой вне прямой, соединяющей ядра атомов. Образующиеся σ-связи с подобным способом перекрывания называют «банановыми».  Их свойства обладают сходными чертами с π-связями, например, вступают в реакции при­соединения.

В отличие от трехчленных циклов, устойчивость пяти- и шестичленных циклических алканов на столько высока, что они не способны к разрыву.

В качестве представителя обычного цикла рассмотрим циклогексан.

Для молекулы циклогексана не характерно плоское строение, напротив —  ей присуще несколько форм — конформаций.

Наиболее выгодной с энергетической точки зрения являются конформации кресла (более устойчива) и ванны.

Валентные углы образованные гибридными орбиталями атомов углерода в цикле равны 109,5°, ато­мы водорода у соседних атомов углерода расположены относительно друг друга в положении энергетически выгодном.

Тетраэдрическое расположение связей вокруг каж­дого атома углерода способствует большей устойчивости обычных циклов по сравнению с малыми. Для них возможны реакции замещения и невозможны реакции присоединения.

1. Реакции присоединения

  • Расщепление серной кислотой:
  • Взаимодействие с сильными карбоновыми кислотами:

2. Реакции замещения (радикальный механизм)

  • Галогенирование при действии ультрафиолета:

3. Реакция дегидрирования

В присутствии катализатора ведет к образованию бензола:

4. Реакция окисления

Как малые, так и обычные циклы при окислении сильными окислителями (например, 50%-ной азотной кислоты, перманганат натрия, бихромат калия) раскрываются с образованием двухосновных карбоновых кислот:

Применение циклоалканов

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть