Циклоалканы

Циклоалканы, также полиметиленовые углеводороды, нафтены, цикланы, или циклопарафины — циклические насыщенные углеводороды, по химическим свойствам близки к предельным углеводородам. Входят в состав нефти. Открыты В. В. Марковниковым в 1883 году из бакинской нефти

В нефтехимической промышленности нафтены являются источником получения ароматических углеводородов путём каталитического риформинга. Наибольшее практическое значение приобрёл циклогексан, применяемый для синтеза капролактама, адипиновой кислоты и других соединений, используемых в производстве синтетического волокна.

К циклоалканам относят предельные углеводороды с общей формулой C_nH_2n, имеющие циклическое строение. Названия циклоалканов строятся из названий соответствующих алканов с добавлением приставки цикло- (циклопропан, 1,3-диметилциклогексан).

Для циклоалканов характерны следующие виды изомерии:

• Изомерия углеродного скелета;
• Пространственная;
• Межклассовая изомерия с алкенами.

Все атомы углерода в молекулах циклоалканов имеют sp³-гибридизацию. Однако величины углов между гибридными орбиталями в циклобутане и особенно в циклопропане не 109°28', а меньше из-за геометрии, что создаёт в молекулах напряжение, поэтому малые циклы очень реакционноспособны. Циклопропан применяют для наркоза, но его применение ограничено из-за взрывоопасности.

Физические свойства

При обычных условиях первые два члена ряда (C₃ — C₄) — газы, (C₅ — C₁₁) — жидкости, начиная с C₁₂ — твёрдые вещества. Температуры кипения и плавления циклоалканов выше, чем у соответствующих алканов. Циклоалканы в воде практически не растворяются. При увеличении числа атомов углерода возрастает молярная масса, следовательно, увеличивается температура плавления.

Температуры плавления и кипения некоторых циклоалканов:

Циклоалкан	Т. пл., °C	Т. кип., °C
циклопропан C3H6	−126,9	−32,7
циклобутан C4H8	−50	12
циклопентан C5H10	−93,9	49,3
циклогексан C6H12	6,5	80
циклогептан C7H14	−12	118,5
циклооктан C8H16	14,3	63 при 45 мм рт. ст.
циклононан C9H18	9,7	69 при 14 мм рт. ст.
циклодекан C10H20	10,8	201
циклоундекан C11H22	−7,2	91 при 12 мм рт. ст.
циклододекан C12H24	61,6	243
циклотридекан C13H26	23,5	128 при 20 мм рт. ст.
циклотетрадекан C14H28	54	131 при 11 мм рт. ст.
циклопентадекан C15H30	62,1	147 при 12 мм рт. ст.

Получение циклоалканов

• Дегалогенирование дигалогенпроизводных:

Br-CH₂-CH₂-CH₂-Br + Mg или Zn = циклопропан + MgBr₂ или ZnBr₂

• Гидрирование бензола и его гомологов (образуются циклогексан или его производные):

C₆H₆ +3H₂ = C₆H₁₂

Химические свойства

По химическим свойствам малые и обычные циклы существенно различаются между собой. Циклопропан и циклобутан склонны к реакциям присоединения, то есть сходны в этом отношении с алкенами. Циклопентан и циклогексан по своему химическому поведению близки к алканам, так как вступают в реакции замещения.

• Циклопропан и циклобутан способны присоединять бром:

C₃H₆ + Br₂ → BrCH₂—CH₂—CH₂Br

• Также циклопропан и циклобутан могут присоединять галогеноводороды, присоединение происходит с раскрытием цикла, по правилу Марковникова.
• Циклопропан, циклобутан и циклопентан могут присоединять водород, давая соответствующие нормальные алканы. Присоединение происходит при нагревании в присутствии никелевого катализатора:

C₄H₈ + H₂ → CH₃—CH₂—CH₂—CH₃

Литература

• Кузьменко Н. Е., Еремин В. В., Попков В. А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы.. — М.: Экзамен, 2002.