Cykloalkaner

Cykloalkaner (även polymetylenkolväten , naftener , cyklaner eller cykloparaffiner ) [1] [2] [3] [4] - cykliska mättade kolväten , tillhör mättade karbocykliska föreningar . Kan innehålla sidokedjor som innehåller kolväte (alkyl) substituenter kopplade till cykeln. [1] Alla kolatomer i cykloalkaner är i sp 3 hybridiserat tillstånd . [5] Monocykliska (innehållande en ring) cykloalkaner bildar homologa serier med den allmänna formeln C n H 2n . Den enklaste cykloalkanen är cyklopropan ( cyklo - C 3 H 6 ). Enligt antalet kolatomer i kretsloppet delas cykloalkaner in i små - cyklopropan och cyklobutan , vanlig - cyklopentan , cyklohexan och cykloheptan , medium - från cyklooktan (8 kolatomer ) till cyklododekan (12 kolatomer ), stor - med cyklo. eller fler atomer i kolcykeln. [3]

Trots det faktum att cykloalkaner enligt definitionen av International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) endast kan innehålla en cykel i sin struktur [1 ] inkluderar ett antal författare [6] [7] i klassen av cykloalkaner alla cykliska mättade kolväten , oavsett antalet cykler i deras struktur och hur de är anslutna. Samtidigt, beroende på antalet cykler, isoleras monocykliska , bicykliska , tricykliska och i allmänhet polycykliska cykloalkaner. [6] I närvaro av två eller flera cykler i en molekyl urskiljs cykloalkaner med isolerade och kondenserade cykler, spiro- och bryggade cykloalkaner , samt ramkolväten . [6] [7] I alla dessa fall är den universella allmänna formeln för serien av cykloalkaner C n H 2( n +1− r ) , där n är antalet kolatomer och r är antalet cykler. [6]

De är en del av oljan . Upptäcktes av V. V. Markovnikov 1883 från Bakuolja [8]

Nomenklatur och isomerism

Namnen på monocykliska osubstituerade cykloalkaner bildas genom att lägga till prefixet cyklo- till namnet på en acyklisk rakkedjig alkan med samma antal kolatomer ( cyklopropan , cyklobutan , cyklopentan ). [3] [9]

I närvaro av alkylsubstituenter kopplade till cykeln finns det två sätt att bygga namn: (1) namnet på det cykliska fragmentet tas som grund och namnen på substituenterna tas ut i prefixet eller (2) namnet på ett av de acykliska fragmenten tas som bas, och den cykliska substituenten anges i accessorisk del. I detta fall bör kolkedjan i namnfragmentet som baseras (1) ha det största antalet substituenter (3-metyl-3-cyklohexylpentan) eller (2) innehålla det största antalet kolatomer (1, 3-dimetylcyklohexan). [tio]

Cykloalkaner kännetecknas av följande typer av isomerism :

• Isomerism av kolskelettet, till exempel cyklobutan och 1-metylcyklopropan.
• Rumslig . För cykloalkaner som innehåller två substituenter vid olika kolatomer i en treledad ring, är cis - trans - isomerism möjlig : [3] om två substituenter är på samma sida av cykeln, så kallas denna isomer en cis -isomer , om två substituenter finns på motsatta sidor av cykeln, då kallas isomeren för trans - isomeren [5] , till exempel cis- och trans -1,2-dimetylcyklopropan.
• Interklassisk isomerism med alkener , såsom cyklopropan och propen .

Klassificering

Cykloalkaner delas in i monocykliska och bicykliska cykloalkaner.

I sin tur delas bicykliska cykloalkaner in i spiroalkaner och bicykloalkaner:

• Spiroalkaner är kolväten som består av två cykler där en kolatom ( spiroatom [11] ) är delad. En representant för spiroalkaner är spiropentan . Namnet bildas genom att lägga till prefixet spiro-, vilket anger antalet icke-centrala atomer i cyklerna inom hakparenteser , och genom att lägga till slutet av motsvarande alkan . Till exempel, för spiropentan, skulle detta namn vara spiro[2.2]pentan.
• Bicykloalkaner är kolväten som består av två cykler där två kolatomer är delade. Namnet erhålls genom att lägga till prefixet bicyklo-, vilket anger antalet icke-centrala atomer i cyklerna inom hakparenteser, och genom att lägga till slutet på motsvarande alkan. Till exempel, för bicyklobutan skulle detta namn vara bicyklo[1.1.0]butan. [5]

Fysiska egenskaper

Alla kolatomer i cykloalkanmolekyler har sp³- hybridisering . Vinklarna mellan hybridorbitaler i cyklobutan och speciellt i cyklopropan är dock inte 109°28', utan mindre på grund av geometrin, vilket skapar spänningar i molekylerna, så små cykler är mycket reaktiva.

Vid rumstemperatur är de två första medlemmarna i serien (C3- C4  ) gaser , (C5 -  C11 ) är vätskor , utgående från C12  - fasta ämnen . Kok- och smältpunkterna för cykloalkaner är högre än för motsvarande alkaner . Cykloalkaner löser sig praktiskt taget inte i vatten .

Smält- och kokpunkter för vissa cykloalkaner: [12]

Får

Cykloalkaner finns i betydande mängder i olja, och finns även i naturliga föreningar. [5]

Organometallisk syntes

Cykloalkaner kan erhållas genom dehalogenering av dihalogenderivat (metallorganisk syntes) med magnesium , natrium eller zink :

Katalytisk hydrering

Cykloalkaner kan erhållas som ett resultat av katalytiska hydrogeneringsreaktioner av arener, cykloalkener, cykloalkadiener, till exempel, som ett resultat av tillsats av väte till bensen i närvaro av en katalysator , bildas cyklohexan ; Raney- nickel , nickel , platina , palladium kan fungera som en katalysator i denna reaktion [13] :

Kemiska egenskaper

De kemiska egenskaperna hos cykloalkaner som innehåller små ringar i sin struktur ( cyklopropan , cyklobutan ) är specifika - de kännetecknas mer av ringöppnande additionsreaktioner, medan cyklopentan och äldre medlemmar av den homologa serien av cykloalkaner är benägna att radikala substitutionsreaktioner och, således Så i sitt kemiska beteende är de nära alkaner .

• Cyklopropan och cyklobutan kan tillsätta brom :

• Dessutom kan cyklopropan och cyklobutan tillsätta vätehalogenider , tillsatsen sker med ringöppning enligt Markovnikov-regeln . [fjorton]
• Cyklopropan , cyklobutan och cyklopentan kan tillsätta väte , vilket ger motsvarande normala alkaner. Tillsatsen sker vid upphettning i närvaro av en nickelkatalysator :

Applikation

Inom den petrokemiska industrin är naftener en källa till aromatiska kolväten genom katalytisk reformering . Cyklohexan , som används för syntes av kaprolaktam , adipinsyra och andra föreningar som används vid framställning av syntetiska fibrer , har fått den största praktiska betydelsen .

Cyklopropan används för anestesi , men dess användning är begränsad på grund av dess explosiva natur.

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). IUPAC term  cykloalkaner . goldbook.iupac.org . Tillträdesdatum: 18 februari 2022.
2. ↑ Polymetylenkolväten // Stora sovjetiska encyklopedin  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
3. ↑ 1 2 3 4 Cykloalkaner // Chemical encyclopedia  : [ rus. ]  : i 5 volymer  / utg. N.S. Zefirova. - M .  : Great Russian Encyclopedia, 1999. - T. 5. - S. 364–365. — ISBN 5-85270-310-9 .
4. ↑ Kolväte-cykloalkaner | Britannica  (engelska) . www.britannica.com . Hämtad: 20 februari 2022.
5. ↑ 1 2 3 4 Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - 2:a izd., pererab. jag dopar. — Moskva: BINOM. Laboratoria znanij, polis. 2013. - S. 196. - 368 s. Med. - ISBN 978-5-9963-0406-6 , 5-9963-0406-6, 978-5-9963-0357-1, 5-9963-0357-4.
6. ↑ 1 2 3 4 Alkaner och cykloalkaner . www2.chemistry.msu.edu . Hämtad: 20 februari 2022. (obestämd)
7. ↑ 1 2 George A. Olah. Allmänna aspekter // Kolvätekemi  (engelska) . — 2:a upplagan. - John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2003. - P. 1. - 871 sid. - ISBN 0-471-41782-3 , 978-0-471-41782-8.
8. ↑ Vladimir Vasilyevich Markovnikov (1838-1904) [1948 - - Folk inom rysk vetenskap. Volym 1 ] . nplit.ru. Tillträdesdatum: 21 november 2015. (obestämd)
9. ↑ R-2.3.1 Kolväten . www.acdlabs.com . Hämtad: 20 februari 2022. (obestämd)
10. ↑ Regel A-61. Allmänna principer (CYKLISKA VÄTEKOL MED SIDKEDJOR) . www.acdlabs.com . Tillträdesdatum: 19 februari 2022. (obestämd)
11. ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). IUPAC term Spiroatom  . IUPAC "Gold Book" . IUPAC. doi : 10.1351/goldbook.S05884 . Hämtad: 16 februari 2022.
12. ↑ Roberts J., Caserio M. Fundamentals of organisk kemi. I 2 volymer = Grundläggande principer för organisk kemi / Per. från engelska. Yu. G. Bundel, red. A. N. Nesmeyanov. — 2:a uppl., kompletterad. - M . : Mir, 1978. - T. 1. - 121 sid.
13. ↑ Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - 2:a izd., pererab. jag dopar. — Moskva: BINOM. Laboratoria znanij, polis. 2013. - S. 198. - 368 s. Med. - ISBN 978-5-9963-0406-6 , 5-9963-0406-6, 978-5-9963-0357-1, 5-9963-0357-4.
14. ↑ G.I. Deryabina, G.V. Kantaria, D.I. Groshev. Egenskaper hos cykloalkaner . Interaktiv multimedialärobok "Organisk kemi" . (ryska)

Litteratur

• Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Kemins början. En modern kurs för sökande till universitet .. - M . : Exam, 2002.

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Stor ryss runt världen Ny Kroatisk Britannica (online) Brockhaus Brockhaus Universalis
I bibliografiska kataloger	BNF : 121074472 GND : 4148484-8 J9U : 987007538313705171 LCCN : sh85035091