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 С_nH_2n, n 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 создает 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 (С₃ — С₄) — газы, (С₅ — С₁₁) — жидкости, начиная с С₁₂ — 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., °С	Т. кип., °С
циклопропан С3H6	-126,9	−32,7
циклобутан С4H8	−50	12
циклопентан С5H10	−93,9	49,3
циклогексан С6H12	6,5	80
циклогептан С7H14	−12	118,5
циклооктан С8H16	14,3	63 при 45 мм рт.ст.
циклононан С9H18	9,7	69 при 14 мм рт.ст.
циклодекан С10H20	10,8	201
циклоундекан С11H22	−7,2	91 при 12 мм рт.ст.
циклододекан С12H24	61,6	243
циклотридекан С13H26	23,5	128 при 20 мм рт.ст.
циклотетрадекан С14H28	54	131 при 11 мм рт.ст.
циклопентадекан С15H30	62,1	147 при 12 мм рт.ст.

Получение циклоалканов

• Дегалогенирование дигалогенпроизводных:

Br-СН₂-СН₂-СН₂-Br + Mg или Zn = циклопропан + MgBr₂ или ZnBr₂

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

С₆Н₆ +3Н₂ = С₆Н₁₂

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:

С₃H₆ + Br₂ → BrCH₂—CH₂—CH₂Br

• Циклопропан, циклобутан и циклопентан могут присоединять водород, давая соответствующие нормальные алканы. Присоединение происходит при нагревании в присутствии никелевого катализатора:

С₄H₈ + 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.