Органическая химия Курс лекций

Органическая химия Курс лекций для учащихся Лицея НГТУ Афонина Любовь Игоревна канд. хим. наук, научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, доцент кафедры химии НГТУ 1/22/2018

Понятие о циклоалканах n Циклоалканы (циклопаpафины, нафтены, цикланы, полиметилены) – предельные УВ с замкнутой (циклической) углеродной цепью. n Атомы С в циклоалканах, как и в алканах, находятся в sp 3 –гибридизованном состоянии и все их валентности полностью насыщены. n Простейший циклоалкан – циклопpопан С 3 Н 6 – представляет собой плоский трехчленный карбоцикл. ё 1/22/2018

Остальные циклы имеют неплоское строение, т. к. атомы С стремятся к образованию тетраэдрических валентных углов. По правилам международной номенклатуры в циклоалканах: n главной считается цепь углеродных атомов, образующих цикл. n название строится по названию замкнутой цепи с добавлением приставки "цикло" (циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т. д. ). n При наличии в цикле заместителей нумерацию атомов С в кольце проводят так, чтобы ответвления получили возможно меньшие номера. 1, 2 -диметилциклобутан, но не 2, 3 -диметилциклобутан, или 3, 4 -диметилциклобутан 1/22/2018

Общая формула циклоалканов Сn. H 2 n. Это на два атома Н меньше, чем в соответствующих алканах. Структурные формулы циклоалканов обычно изображают сокращенно в виде правильных многоугольников с числом углов, соответствующим числу атомов С в цикле. Физические свойства циклоалканов закономерно изменяются с ростом их молекулярной массы. § Пpи ноpмальных условиях циклопpопан и циклобутан (С 3 – С 4) – газы, циклоалканы С 5 – С 16 – жидкости, начиная с С 17, – твердые вещества. § Температуры кипения циклоалканов выше, чем у соответвующих алканов. Это связано с более плотной упаковкой и более сильными межмолекулярными взаимодействиями циклических структур. 1/22/2018

Изомерия циклоалканов Структурная изомеpия 1. Изомерия углеродного скелета: а) кольца (С 5 Н 10) б) боковых цепей 2. Изомерия положения 3. Межклассовая изомерия заместителей в кольце: с алкенами: 1/22/2018

Пространственная изомерия Цис-транс-изомерия - различное Оптическая изомерия некоторых ди- взаимное расположение в (и более) замещенных циклов. пространстве заместителей транс-1, 2 -диметилциклопропан: относительно плоскости цикла. Поворотная изомерия: Возникают повороты по σ-связям С–С, входящим в цикл: конформации с разной энергией. Реализуются те, которые обладают наименьшей наиболее устойчивая конформация энергией (наиболее устойчивые). циклогексана - "кресло". 1/22/2018

Химические свойства циклоалканов сильно зависят от размера цикла, определяющего устойчивость. Малые циклы (С 3 – С 4) легко вступают в реакции гидрирования: n Большая напряженность малых циклов; Циклопропан и его производные n Стремлению к их раскрытию под присоединяют галогены и действием реагентов. галогеноводороды: n Циклопропан, циклобутан и их производные вступают в реакции присоединения, проявляя характер ненасыщенных соединений. циклопропан > циклобутан >> циклопентан 1/22/2018

В других циклах (начиная с С 5) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтому для циклоалканов (С 5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т. е. реакции замещения. 1/22/2018

Получение циклоалканов 1. Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях некоторых месторождений. При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С 5 - С 7. 2. Действие активных металлов на дигалогензамещенные алканы (внутримолекулярная реакция Вюрца) приводит к образованию различных циклоалканов: 1/22/2018

3. Дегидроциклизация – реакция дегидрирования, которая приводит к замыканию цепи в устойчивый цикл. Если основная цепь молекулы алкана содержит 5 (не более) атомов С (н -пентан и его алкильные производные), то в указанных условиях атомы Н отщепляются от концевых атомов углеродной цепи, и образуется пятичленный цикл: Алканы с основной цепью в 6 и более атомов С всегда образуют 6 -членный цикл (циклогексан и его производные). Этот цикл подвергается дальнейшему дегидрированию и превращается в энергетически более устойчивый ароматический УВ (арен): 1/22/2018