Циклоалканы

(перенаправлено с «Нафтены»)
Циклоалканы 1.png

Циклоалканы (также полиметиленовые углеводороды[1], 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[2]

Номенклатура и изомерияПравить

К циклоалканам относят предельные углеводороды с общей формулой CnH2n, имеющие циклическое строение. Названия циклоалканов строятся из названий соответствующих алканов с добавлением приставки цикло- (циклопропан, 1,3-диметилциклогексан, циклобутан, циклопентан).

Для циклоалканов характерны следующие виды изомерии:

  • Изомерия углеродного скелета: циклобутан, 1-метилциклопропан и т.д.
  • Пространственная. Для циклоалканов характерна цис-транс-изомерия: если два заместителя находятся по одну сторону цикла, то этот изомер называется цис-изомером, если же два заместителя находятся по разные стороны от цикла, то изомер называется транс-изомером.[3]
  • Межклассовая изомерия с алкенами.

КлассификацияПравить

 
Бициклобутан
 
Спиропентан

Циклоалканы делятся на спироалканы и бициклоалканы:

  • Спироалканы - углеводороды, состоящие из двух циклов, в которых один углеродный атом является общим.Представителем спироалканов является спиропентан[en]. Название получается путем добавления приставки спиро-, указанием количества нецентральных атомов в циклах в квадратных скобках и путем добавления окончания соответствующего алкана. Например, для спиропентана это название будет спиро[2.2]пентан.
  • Бициклоалканы - углеводороды, состоящие из двух циклов, в которых два углеродных атом являются общими. Название получается путем добавления приставки бицикло-, указанием количества нецентральных атомов в циклах в квадратных скобках и путем добавления окончания соответствующего алкана. Например, для бициклобутана[en] это название будет бицикло[1.1.0]бутан.[3]

Физические свойстваПравить

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.[источник?]

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:[источник?]

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.

ПолучениеПравить

Циклоалканы в значительном количестве находятся в нефти.

Циклоалканы можно получить дегалогенированием дигалогенпроизводных при помощи магния или цинка:

Br-CH2-CH2-CH2-Br + Mg = циклопропан + MgBr2

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

C6H6 +3H2 = C6H12

Химические свойстваПравить

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[источник не указан 910 дней].
  • 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

ПрименениеПравить

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.

Циклопропан применяют для наркоза, но его применение ограничено из-за взрывоопасности.

ПримечанияПравить

  1. Полиметиленовые углеводороды // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. Владимир Васильевич Марковников (1838-1904) [1948 - - Люди русской науки. Том 1]. nplit.ru. Дата обращения: 21 ноября 2015.
  3. 1 2 Valerij Fedorovič. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1. — 2-e izd., pererab. i dop. — Moskva: BINOM. Laboratoriâ znanij, cop. 2013. — С. 195. — 368 s. с. — ISBN 978-5-9963-0406-6, 5-9963-0406-6, 978-5-9963-0357-1, 5-9963-0357-4.

ЛитератураПравить

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