Cicloalcani

Cicloalcanii (de asemenea , hidrocarburi polimetilene , naftene , ciclani sau cicloparafine ) [1] [2] [3] [4] - hidrocarburi saturate ciclice , aparțin compușilor carbociclici saturati . Poate conține catene laterale care conțin substituenți hidrocarburi (alchil) conectați la ciclu. [1] Toți atomii de carbon ai cicloalcanilor sunt în starea hibridizată sp 3 . [5] Cicloalcanii monociclici (conținând un inel) formează serii omoloage cu formula generală C n H 2n . Cel mai simplu cicloalcan este ciclopropanul ( ciclo - C3H6 ) . În funcție de numărul de atomi de carbon din ciclu, cicloalcanii sunt împărțiți în mici - ciclopropan și ciclobutan , obișnuit - ciclopentan , ciclohexan și cicloheptan , mediu - de la ciclooctan (8 atomi de carbon ) la ciclododecan (12 atomi de carbon13 ), mare - sau mai mulți atomi din carbociclu. [3]

În ciuda faptului că, conform definiției Uniunii Internaționale de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC), cicloalcanii pot conține un singur ciclu în structura lor, [1] un număr de autori [6] [7] includ în clasa de cicloalcani toate hidrocarburile saturate ciclice , indiferent de numărul de cicluri din structura lor și de modul în care sunt conectate. În același timp, în funcție de numărul de cicluri, se izolează cicloalcanii monociclici , biciclici , triciclici și, în general, policiclici . [6] În prezența a două sau mai multe cicluri într-o moleculă, se disting cicloalcanii cu cicluri izolate și condensate , cicloalcanii spiro și cu punte , precum și hidrocarburile cadru . [6] [7] În toate aceste cazuri, formula generală universală pentru seria de cicloalcani este C n H 2( n +1− r ) , unde n este numărul de atomi de carbon și r este numărul de cicluri. [6]

Ele fac parte din ulei . Descoperit de V. V. Markovnikov în 1883 din uleiul de la Baku [8]

Nomenclatură și izomerie

Denumirile de cicloalcani monociclici nesubstituiți sunt formate prin adăugarea prefixului ciclo- la numele unui alcan cu catenă liniară aciclică cu același număr de atomi de carbon ( ciclopropan , ciclobutan , ciclopentan ). [3] [9]

În prezența substituenților alchil conectați la ciclu, există două moduri de a construi nume: (1) numele fragmentului ciclic este luat ca bază, iar numele substituenților sunt scoase în prefix sau (2) denumirea unuia dintre fragmentele aciclice este luată ca bază, iar substituentul ciclic este indicat în partea accesorie. În acest caz, lanțul de carbon al fragmentului denumirii luate ca bază ar trebui (1) să aibă cel mai mare număr de substituenți (3-metil-3-ciclohexilpentan) sau (2) să conțină cel mai mare număr de atomi de carbon (1, 3-dimetilciclohexan). [zece]

Cicloalcanii se caracterizează prin următoarele tipuri de izomerie :

• Izomeria scheletului de carbon, de exemplu, ciclobutan și 1-metilciclopropan.
• Spațial . Pentru cicloalcanii care conțin doi substituenți la atomi de carbon diferiți ai unui inel cu trei membri, este posibilă izomeria cis - trans : [3] dacă doi substituenți sunt de aceeași parte a ciclului, atunci acest izomer se numește izomer cis , dacă doi substituenții sunt pe părțile opuse ale ciclului, atunci izomerul se numește izomer trans [5] , de exemplu, cis- și trans -1,2-dimetilciclopropan.
• Izomerie interclasă cu alchene , cum ar fi ciclopropanul și propena .

Clasificare

Cicloalcanii sunt împărțiți în cicloalcani monociclici și biciclici.

La rândul lor, cicloalcanii biciclici sunt împărțiți în spiroalcani și bicicloalcani:

• Spiroalcanii sunt hidrocarburi formate din două cicluri în care un atom de carbon ( spiro atom [11] ) este împărțit. Un reprezentant al spiroalcanilor este spiropentanul . Numele se formează prin adăugarea prefixului spiro-, indicând numărul de atomi non-centrali din cicluri între paranteze pătrate și prin adăugarea finalului alcanului corespunzător . De exemplu, pentru spiropentan, acest nume ar fi spiro[2.2]pentan.
• Bicicloalcanii sunt hidrocarburi formate din două cicluri în care sunt împărțiți doi atomi de carbon. Denumirea se obține prin adăugarea prefixului bicyclo-, indicând numărul de atomi necentrali din cicluri între paranteze drepte și prin adăugarea terminației alcanului corespunzător. De exemplu, pentru biciclobutan acest nume ar fi biciclo[1.1.0]butan. [5]

Proprietăți fizice

Toți atomii de carbon din moleculele de cicloalcan au hibridizare sp³ . Cu toate acestea, unghiurile dintre orbitalii hibrizi în ciclobutan și mai ales în ciclopropan nu sunt de 109°28’, ci mai mici din cauza geometriei, care creează tensiune în molecule, deci ciclurile mici sunt foarte reactive.

La temperatura camerei, primii doi membri ai seriei (C 3  - C 4 ) sunt gaze , (C 5  - C 11 ) sunt lichide , începând de la C 12  - solide . Punctele de fierbere și de topire ale cicloalcanilor sunt mai mari decât cele ale alcanilor corespunzători . Cicloalcanii practic nu se dizolvă în apă .

Punctele de topire și de fierbere ale unor cicloalcani: [12]

Obținerea

Cicloalcanii se găsesc în cantități semnificative în ulei și se găsesc și în compușii naturali. [5]

Sinteză organometalice

Cicloalcanii pot fi obținuți prin dehalogenarea derivaților dihalogen (sinteză organometalica) cu magneziu , sodiu sau zinc :

Hidrogenarea catalitică

Cicloalcanii pot fi obținuți ca rezultat al reacțiilor de hidrogenare catalitică a arenelor, cicloalchenelor, cicloalcadienelor, de exemplu, ca rezultat al adăugării de hidrogen la benzen în prezența unui catalizator , se formează ciclohexan ; Nichelul Raney , nichelul , platina , paladiul pot servi ca catalizatori în această reacție [13] :

Proprietăți chimice

Proprietățile chimice ale cicloalcanilor care conțin inele mici în structura lor ( ciclopropan , ciclobutan ) sunt specifice - sunt caracterizați mai mult prin reacții de adiție de deschidere a inelului, în timp ce ciclopentanul și membrii mai vechi ai seriei omoloage de cicloalcani sunt predispuși la reacții de substituție radicală și, astfel Astfel, în comportamentul lor chimic, sunt aproape de alcani .

• Ciclopropanul și ciclobutanul pot adăuga brom :

• De asemenea , ciclopropanul și ciclobutanul pot adăuga halogenuri de hidrogen, adăugarea are loc cu deschiderea inelului conform regulii Markovnikov . [paisprezece]
• Ciclopropanul , ciclobutanul și ciclopentanul pot adăuga hidrogen , dând alcanii normali corespunzători. Adăugarea are loc atunci când este încălzită în prezența unui catalizator de nichel :

Aplicație

În industria petrochimică, naftenele sunt o sursă de hidrocarburi aromatice prin reformare catalitică . Ciclohexanul , folosit pentru sinteza caprolactamei , acidului adipic și a altor compuși utilizați în producerea fibrelor sintetice , a căpătat cea mai mare importanță practică .

Ciclopropanul este utilizat pentru anestezie , dar utilizarea sa este limitată datorită naturii sale explozive.

Note

1. ↑ 1 2 3 Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC). Termenul IUPAC  cicloalcani . goldbook.iupac.org . Data accesului: 18 februarie 2022.
2. ↑ Polimetilene hidrocarburi // Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
3. ↑ 1 2 3 4 Cicloalcani // Enciclopedie chimică  : [ rus. ]  : în 5 volume  / ed. N. S. Zefirova. - M .  : Marea Enciclopedie Rusă, 1999. - T. 5. - S. 364–365. — ISBN 5-85270-310-9 .
4. ↑ Hidrocarburi-Cicloalcani | Britannica  (engleză) . www.britannica.com . Preluat: 20 februarie 2022.
5. ↑ 1 2 3 4 Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - a 2-a izd., pererab. eu dop. — Moscova: BINOM. Laboratoria znanij, cop. 2013. - S. 196. - 368 s. Cu. - ISBN 978-5-9963-0406-6 , 5-9963-0406-6, 978-5-9963-0357-1, 5-9963-0357-4.
6. ↑ 1 2 3 4 Alcani și Cicloalcani . www2.chemistry.msu.edu . Preluat: 20 februarie 2022. (nedefinit)
7. ↑ 1 2 George A. Olah. Aspecte generale // Chimia hidrocarburilor  (engleză) . — ediția a II-a. - John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2003. - P. 1. - 871 p. - ISBN 0-471-41782-3 , 978-0-471-41782-8.
8. ↑ Vladimir Vasilevici Markovnikov (1838-1904) [1948 - - Oameni de știință rusă. Volumul 1 ] . nplit.ru. Data accesului: 21 noiembrie 2015. (nedefinit)
9. ↑ R-2.3.1 Hidrocarburi . www.acdlabs.com . Preluat: 20 februarie 2022. (nedefinit)
10. ↑ Regula A-61. Principii generale (HIDROCARBURI CICLICE CU LANȚURI LATERALE) . www.acdlabs.com . Data accesului: 19 februarie 2022. (nedefinit)
11. ↑ Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC). Termenul IUPAC Spiroatom  . „Cartea de Aur” IUPAC . IUPAC. doi : 10.1351/goldbook.S05884 . Preluat: 16 februarie 2022.
12. ↑ Roberts J., Caserio M. Fundamentals of organic chemistry. În 2 volume = Principii de bază ale chimiei organice / Per. din engleza. Yu. G. Bundel, ed. A. N. Nesmeyanov. — Ed. a II-a, completată. - M . : Mir, 1978. - T. 1. - 121 p.
13. ↑ Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - a 2-a izd., pererab. eu dop. — Moscova: BINOM. Laboratoria znanij, cop. 2013. - S. 198. - 368 s. Cu. - 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. Proprietățile cicloalcanilor . Manual multimedia interactiv „Chimie organică” . (Rusă)

Literatură

• Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Începuturile chimiei. Un curs modern pentru solicitanții la universități .. - M . : Examen, 2002.

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Rusă mare in jurul lumii Nou croat Britannica (online) Brockhaus Brockhaus Universalis
În cataloagele bibliografice	BNF : 121074472 GND : 4148484-8 J9U : 987007538313705171 LCCN : sh85035091