Строение молекул, изомерия, номенклатура.

Углеводороды с циклическим скелетом, содержащие атомы углерода в цикле только в состоянии sp³-гибридизации, называются циклоалканами.

Общая формула (СН₂)_n.

По номенклатуре ИЮПАК названия циклических соединений строятся подобно наименованиям соединений жирного ряда с добавлением приставки «цикло-»:

Два заместителя находящиеся в молекуле циклоалкана у различных атомов могут быть расположены по одну сторону плоскости цикла:

Два заместителя по разные стороны плоскости цикла образуют транс -изомер.

Кроме цис -, транс -изомерии циклоалеканам присуще:

1. изомерия по числу углеродных атомов в кольце.

2. изомерия по числу углеродных атомов в заместителях.

3. по расположению заместителей в кольце.

Особенностью циклоалканов является так называемое «напряжение».

Напряжение обусловлено:

1. искажением валентных углов по Байеру;

2. Торсионное напряжение, связанное с отклонением от наиболее выгодной заторможенной конформации по Питцеру;

3. Отталкивание сближенных атомов по Прелогу;

4. Изменение длин связей.

Напряжение, вызванное изменением валентных углов наиболее ярко выражено для молекулы циклопропана. В циклопропане так называемые банановые связи. Искажение валентных углов существенным образом влияет на химические свойства циклоалканов.

С увеличением числа углеродных атомов напряжение уменьшается. Наиболее напряженным является циклопропан, далее следуют циклобутан, циклопентан и циклогексан. Возможность свободного вращения вокруг ординарной связи углерод-углерод позволяет существовать циклогексану в форме двух конформаций: «кресло» и «ванна».

В конформации «кресло» 12 связей С-Н разделяются на две группы аксиальные и экваториальные

Заместитель в циклогексане стремится занять экваториальное положение.

Способы получения.

Способы получения делятся на общие и специальные.

К общим способам относятся:

1. Способы, приводящие к получению цикла с числом углеродных атомов таким же, как в исходном дигалоидалкане. Например, дегалогенирование дигалогенпроизводных с помощью цинка:

 

 

2. Способы, приводящие к получению цикла с числом углеродных атомов большим, чем в исходном дигалоидалкане. Например, взаимодействие дигалогенпроизводных с эфиром малоновой кислоты в присутствии щелочи.

 

3. Способы, приводящие к получению цикла с числом углеродных атомов меньшим, чем в исходном дигалоалкане. Например, декарбоксилирование солей двухосновных кислот:

 

Специальные методы:

1. Соединения с трехчленным циклом получают присоединением карбена к алкенам.

2. Соединения с четерехчленным циклом получают димеризацией алленов (диметиленциклобутан).

3. соединения с шестичленным циклом получают по реакции диенового синтеза.

 

Физические свойства.

Циклоалканы имеют более высокие температуры плавления и кипения чем ациклические соединения.

 

Химические свойства.

Особенностью химических свойств циклоалканов является то, что малые напряженные циклы: циклопропан и циклобутан ведут себя подобно алкенам, а циклопентан и циклогексан ведут себя подобно алканам.

1. Гидрогалогенирование:

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

Остальные не реагируют.

2. Галогенирование:

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

Циклопентан и циклогексан вступают в обычное замещение.

Циклобутан реагирует в обоих направлениях.

3. Реакции с водородом:

Циклопропан и циклобутан присоединяют молекулу водорода с раскрытием цикла. Циклопентан в условиях малых циклов не реагирует. Для циклогексана устанавливаетися равновесие между ним и бензолом.

4. Окисление.

Все циклы окисляются с раскрытием цикла и образованием дикарбоновых кислот

Малоновая
Янтарная
Глутаровая
Адипиновая