Регистрация

Версия для слабовидящих
Плохой учитель преподносит истину, хороший учит ее находить
Адольф Дистервег
Сертификат владельца сайта
Сертификат владельца сайта http://www.kuksova-irina.ru/
Центр дистанционного образования

 

 

 

 
Мир олимпиад

ФГОС урок

Высшая школа делового администрирования

Установите себе наш баннер

Показать код баннера
Сейчас на сайте: 72
Школа "Карьера"
Проголосуй за наш сайт
Оцените мой сайт





Результаты
счетчик посещений
Банк Интернет-портфолио учителей
Периодическая таблица
Таблица растворимости
Праздники сегодня

Циклоалканы

В ходе этого занятия вы узнаете, что представляют собой циклоалканы, как вид насыщенных (замкнутых) углеводородов. Узнаете формулу гомологического ряда циклоалканов. Сравните свойства циклоалканов разных циклов, узнаете об особенностях малых циклов.

I. Понятие об циклоалканах и их классификация


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, нафтены). 

Цик­ло­ал­ка­ны – это на­сы­щен­ные уг­ле­во­до­ро­ды, атомы уг­ле­ро­да ко­то­рых за­мкну­ты в цикл. Если мо­ле­ку­ла со­дер­жит толь­ко один цикл, то общая фор­му­ла таких ве­ществ – СnH2n.

Представителями этого ряда соединений являются циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан.

Циклопропан

Циклобутан

Циклопентан

Циклогексан

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

Клас­си­фи­ка­ция цик­ло­ал­ка­нов

  • малые циклы (3–4 атома уг­ле­ро­да),
  • сред­ние циклы (5–7 ато­мов уг­ле­ро­да),
  • мак­ро­цик­лы (8 ато­мов уг­ле­ро­да и более).

II. Номенклатура циклоалканов


На­зва­ния цик­ло­ал­ка­нов об­ра­зу­ют­ся с по­мо­щью до­бав­ле­ния при­став­ки цик­ло- к на­зва­нию ал­ка­на с со­от­вет­ству­ю­щим чис­лом ато­мов уг­ле­ро­да.

В ка­че­стве ос­нов­ной цепи вы­би­ра­ют циклну­ме­ра­цию про­во­дят таким об­ра­зом, чтобы за­ме­сти­те­ли по­лу­чи­ли наи­мень­шие но­ме­ра. Если за­ме­сти­тель один, то его номер не ука­зы­ва­ет­ся.

                         

ме­тил­цик­ло­про­пан             1,3-ди­ме­тил­цик­ло­пен­тан

Опи­сы­вая цик­ли­че­ские со­еди­не­ния, часто поль­зу­ют­ся со­кра­щен­ны­ми фор­му­ла­ми, в ко­то­рых не по­ка­зы­ва­ют атомы Н:

1,3-ди­ме­тил­цик­ло­пен­тан

III. Изомерия циклоалканов


1. Изо­ме­рия уг­ле­род­но­го ске­ле­та

ме­тил­цик­ло­пен­тан          цик­ло­гек­сан

а) кольца

б) боковых цепей

2. Меж­клас­со­вая изо­ме­рия

 (гек­сен -1)

Рис. 1. цик­ло­гек­сан

3. Гео­мет­ри­че­ская изо­ме­рия

1. Цис-транс-изомерия

Обусловленна различным взаимным расположением в пространстве заместителей относительно плоскости цикла. В цис-изомерах заместители находятся по одну сторону от плоскости кольца, в транс-изомерах – по разные анимация:

 

2. Оптическая изомерия

Некоторых ди- (и более) замещенных циклов. Например, транс-1,2-диметилциклопропан может существовать в виде двух оптических изомеров, относящихся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение анимация:

 

3. Конформационная изомерия циклоалканов

Все циклы, кроме циклопропана, имеют неплоское строение, что обусловлено стремлением атомов углерода к образованию нормальных (тетраэдрических) углов между связями. Это достигается поворотами по σ-связям С–С, входящим в цикл. При этом возникают различные конформации (поворотные изомеры) с разной энергией и чаще реализуются те из них, которые обладают наименьшей энергией, т.е. более устойчивые. Например, в циклогексане наиболее устойчивой является конформация "кресла".

Конформации циклогексана

Flash 3D модель

 

IV. Строение циклоалканов


Атомы уг­ле­ро­да на­хо­дят­ся в со­сто­я­нии sp3-ги­бри­ди­за­ции. Углы между свя­зя­ми в сред­них цик­лах и мак­ро­цик­лах близ­ки к тет­ра­эд­ри­че­ско­му 109,5о, мо­ле­ку­ла имеет неплос­кое стро­е­ние. Рис. 2, 3.

Рис. 2. цик­ло­гек­сан С6Н12

Рис. 3. цик­ло­пен­тан С5Н10

Че­ты­рех­член­ный цикл то­же­не­плос­кий. Но угол между ато­ма­ми уг­ле­ро­да в нем зна­чи­тель­но мень­ше тет­ра­эд­ри­че­ско­го. Рис. 4.

Рис. 4 цик­ло­бу­тан

Еще боль­ше от­кло­не­ние от тет­ра­эд­ри­че­ско­го угла в слу­чае трех­член­но­го цикла: три атома лежат в одной плос­ко­сти, а угол в рав­но­сто­рон­нем тре­уголь­ни­ке равен 60°. Рис. 5.

Рис. 5. цик­ло­про­пан

Эти связи на­пря­же­ны, их об­ра­зо­ва­ние энер­ге­ти­че­ски невы­год­но. По­это­му малые циклы более ре­ак­ци­он­но­спо­соб­ны, мно­гие ре­ак­ции свя­за­ны с рас­кры­ти­ем цикла.

Состав и строение циклоалканов

V. Физические свойства


Циклоалканы имеют более высокие температуры плавления, кипения и большую плотность, чем соответствующие алканы. При одинаковом составе температура кипения циклопарафина тем выше, чем больше размер цикла. Циклоалканы в воде практически не растворимы, однако растворимы в органических растворителях. Физические свойства некоторых циклоалканов представлены в таблице.

Таблица. Физические свойства некоторых циклоалканов

Соединение

t°пл.,
°С

t°кип.,
°С

Циклопропан

-126,9

-33

Метилциклопропан

-177,2

0,7

Циклобутан

- 80

13

Метилциклобутан

-149,3

36,8

Циклопентан

- 94,4

49,3

Метилциклопентан

-142,2

71,9

Циклогексан

6,5

80,7

VI. Химические свойства


Химические свойства циклопарафинов зависят от числа атомов углерода, составляющих цикл. Низшие циклоалканы (циклопропан и циклобутан) ведут себя как ненасыщенные углеводороды, они способны вступать в реакции присоединения. Циклоалканы с большим количеством углеродных атомов в цикле ведут себя как алканы, для них характерны реакции замещения. 

1. Реакции горения                                                                          

CnH2n + 3n/2O- t  nCO2 + nH2O +Q 

I. Малые циклы (n=3,4)

2. Реакции присоединения – сходство с алкенами

1) Галогенирование:

C3H6 + Br2 → C3H6Br2 (1,3-дибромпропан)         

 

циклопропан    

2) Гидрирование:            

C4H8 + H2    - t,Ni или Pt → C4H10 (бутан)

циклобутан                         

3) Гидрогалогенирование (по правилу Марковникова): 

C3H6 + HI → CH3-CH2-CH2I (1- йодпропан)

II. Обычные циклы (n=5-7)

3. Реакции замещения – сходство с алканами. 

1) Галогенирование:                   

C6H12 + Br2   - t → C6H11Br + HBr

                           бромциклогексан 

4. Реакции отщепления – дегидрирования циклогексана (р. Зелинского-Казанского):

 C6H12    - t=300˚С ,Pt,Pd C6H6 + 3H2

                                               бензол

VII. Получение циклоалканов


1. В промышленности

1) Из нефти (пяти- и шестичленных)

Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях некоторых месторождений (отсюда произошло одно из их названий - нафтены). При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С5 - С7.

2) Из ароматических углеводородов – каталитическое гидрирование:

C6H6 + H2 -t,p,Ni C6H12

2. В лаборатории

Из дигалогенпроизводных алканов (внутримолекулярная реакция Вюрца): 

Br-CH2-CH2-CH2-Br + Mg  - t → MgBr2 + C3H6

или

 

Cl-CH2-CH2-CH2-CH2-Cl + 2Na → 2NaCl + C4H8

Получение циклоалканов

VIII. Применение


Наибольшее практическое значение имеют циклогексан, этилциклогексан. Циклогексан используется для получения циклогексанола, циклогексанона, адипиновой кислоты, капролактама, а также в качестве растворителя. Циклопропан используется в медицинской практике в качестве ингаляционного анестезирующего средства.

IX. Тренажеры


Тренажер №1: “Номенклатура циклоалканов

Тренажер №2: “Изомерия циклоалканов

Документы (всего: 1)
Документы (всего: 1)