Циклоалканы. Изомерия циклоалканов

Циклоалканы
ViTa_Chem&Bio

Циклоалканы (циклопарафины, нафтены, цикланы, полиметилены) – предельные углеводороды с замкнутой (циклической) углеродной цепью
ViTa_Chem&Bio

СnH2n
ViTa_Chem&Bio

Изомерия циклоалканов
Изомерия углеродного скелета:
а) кольца
ViTa_Chem&Bio
б) боковых цепей

2. Изомерия положения заместителей в кольце:
ViTa_Chem&Bio
3. Межклассовая изомерия с алкенами:

Пространственная изомерия
ViTa_Chem&Bio
1. Цис-транс-изомерия
2. Оптическая изомерия

Цис-изомер 1,2-диметилциклопропана не проявляет оптической изомерии, так как его молекула имеет плоскость симметрии.
ViTa_Chem&Bio
3. Поворотная (конформационная) изомерия
Максимум энергии соответствует наименее устойчивой конформации полукресла, минимальной энергией и наибольшей устойчивостью обладает конформация кресла:

Свойства циклоалканов
ViTa_Chem&Bio
практически не растворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях

Химические свойства
Трех- и четырехчленные циклы - малые циклы – неустойчивы, поэтому вступают в реакции присоединения
циклопропан > циклобутан >> циклопентан
2. Циклы, содержащие 5 и более атомов углерода – ненапряженные или нормальные циклы, характерны реакции замещения, в которых сохраняется циклическая структура
ViTa_Chem&Bio

Реакции малых циклов (С3, С4)
1. Гидрирование (присоединение водорода):
ViTa_Chem&Bio
2. Галогенирование (присоединение галогенов):
Но! В мягких условиях – температура менее 100°C

3. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов):
ViTa_Chem&Bio
НО! 1) реакции только с водными растворами галогеноводородов
2) Характерны только для 3-членных циклов

Реакции ненапряженных циклов
1. Галогенирование (замещение водорода на галоген)
ViTa_Chem&Bio

2. Дегидрирование (отщепление водорода)
ViTa_Chem&Bio
Дегидрирование циклогексана и его гомологов лежит в основе процесса ароматизации (риформинга) нефтепродуктов.
Реакция с другими циклоалканами (C5, C7 и т.д.) приводит к образованию циклоалкенов.

3. Окисление циклоалканов
При обычной температуре циклоалканы устойчивы к действию окислителей
- не обесцвечивают раствор KMnO4 – в этом их отличие от изомерных алкенов
ViTa_Chem&Bio
2СnH2n + 3nO2 2nCO2 + 2nH2O + Q
Газообразные и низкокипящие циклоалканы образуют
с кислородом или воздухом взрывоопасные смеси.
реакции направленного окисления циклогексана
Циклогексанон применяется для производства
капролактама и синтетического волокна капрон.

ViTa_Chem&Bio
Жесткие условия:
50-70% азотная кислота
температура 100-200°C
давление до 20 атм.

Способы получения циклоалканов
Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях. При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С5-С7.
Циклогексан и его гомологи - Каталитическое гидрирование бензола и его алкильных производных
ViTa_Chem&Bio

3. Циклопентан и его гомологи - каталитическое дегидрирование алканов, содержащих 5 (НЕ БОЛЕЕ) атомов углерода в основной цепи:
ViTa_Chem&Bio
4. Лабораторный способ:
С3-С5 – действие активных металлов (Zn, Mg, реже Na) на дигалогеналканы (внутримолекулярная реакция Вюрца):

Применение циклоалканов
ViTa_Chem&Bio
применяют в медицине для наркоза. Однако высокая огнеопасность циклопропана ограничивает его широкое использование в этих целях

ViTa_Chem&Bio
– капролактам для получения капрона
Адамантан – трициклический циклоалкан – служит основой для получения новых лекарственных препаратов, полимерных материалов, присадок к топливам и маслам, взрывчатых веществ, ракетных топлив и др.
Гонан (стеран) – тетрациклический циклоалкан – основа природных стероидов и их синтетических аналогов, используемых в медицине.

Упражнения
1. Сколько структурных изомеров циклоалканов соответствует молекулярной формуле С5H10?
Ответ: три
Ответ: четыре
Ответ: пять
Ответ: шесть
ViTa_Chem&Bio

2. Сколько пространственных изомеров имеет 1,2-диметилциклопропан?
Ответ: четыре
Ответ: три
Ответ: два
Ответ: пространственных изомеров нет
ViTa_Chem&Bio
3. С какими реагентами взаимодействуют:
а) циклопропан; б) циклогексан?
I. Br2, hν; II. Br2 (вода); III. HCl; IV. KMnO4 (водн. р-р).
Ответ: а – I; б – I.
Ответ: а – III, IV; б – II, III, IV.
Ответ: а – I, II, III, IV; б – I, II.
Ответ: а – I, II, III; б – I.

4. Какие соединения образуются в реакции хлорирования:
а) циклопропана; б) циклогексана?
Ответ: а – 1,2-дихлорпропан; б – 1,6-дихлоргексан
Ответ: а – 1,3-дихлорпропан; б – 1,6-дихлоргексан
Ответ: а – хлорциклопропан; б – хлорциклогексан
Ответ: а – 1,3-дихлорпропан; б – хлорциклогексан
ViTa_Chem&Bio

ViTa_Chem&Bio