Cykloalkaner

Cycloalkaner (også polymethylencarbonhydrider , naphthener , cyclaner eller cycloparaffiner ) [1] [2] [3] [4] - cykliske mættede kulbrinter hører til mættede carbocykliske forbindelser . Kan indeholde sidekæder indeholdende carbonhydrid (alkyl) substituenter forbundet til cyklussen. [1] Alle carbonatomer af cycloalkaner er i sp 3 hybridiseret tilstand . [5] Monocykliske (indeholdende en ring) cycloalkaner danner homologe serier med den almene formel C n H 2n . Den enkleste cycloalkan er cyclopropan ( cyclo - C 3 H 6 ). Ifølge antallet af kulstofatomer i kredsløbet opdeles cycloalkaner i små - cyclopropan og cyclobutan , almindelig - cyclopentan , cyclohexan og cycloheptan , medium - fra cyclooctan (8 kulstofatomer ) til cyclododecan (12 kulstofatomer ), stor - med carbonatomer eller flere atomer i carbocyclen. [3]

På trods af det faktum, at cycloalkaner ifølge definitionen af ​​International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) kun kan indeholde én cyklus i deres struktur, [1] omfatter en række forfattere [6] [7] i klassen af cycloalkaner alle cykliske mættede kulbrinter , uanset antallet af cyklusser i deres struktur og den måde, de er forbundet på. På samme tid, afhængigt af antallet af cyklusser, isoleres monocykliske , bicykliske , tricykliske og generelt polycykliske cycloalkaner. [6] Ved tilstedeværelse af to eller flere cyklusser i et molekyle skelnes der mellem cycloalkaner med isolerede og kondenserede cyklusser , spiro- og broforbundne cycloalkaner samt rammekulbrinter . [6] [7] I alle disse tilfælde er den universelle generelle formel for rækken af ​​cycloalkaner C n H 2( n +1− r ) , hvor n er antallet af carbonatomer og r er antallet af cyklusser. [6]

De er en del af olien . Opdaget af V. V. Markovnikov i 1883 fra Baku-olie [8]

Nomenklatur og isomeri

Navnene på monocykliske usubstituerede cycloalkaner dannes ved at tilføje præfikset cyclo- til navnet på en acyklisk ligekædet alkan med det samme antal carbonatomer ( cyclopropan , cyclobutan , cyclopentan ). [3] [9]

I nærvær af alkylsubstituenter forbundet med cyklussen er der to måder at bygge navne på: (1) navnet på det cykliske fragment tages som basis, og navnene på substituenterne tages ud i præfikset eller (2) navnet på et af de acykliske fragmenter tages som basis, og den cykliske substituent er angivet i accessorisk del. I dette tilfælde skal carbonkæden i fragmentet af navnet taget som basis (1) have det største antal substituenter (3-methyl-3-cyclohexylpentan) eller (2) indeholde det største antal carbonatomer (1, 3-dimethylcyclohexan). [ti]

Cykloalkaner er karakteriseret ved følgende typer isomerisme :

• Isomerisme af kulstofskelettet, for eksempel cyclobutan og 1-methylcyclopropan.
• Rumlig . For cycloalkaner, der indeholder to substituenter ved forskellige carbonatomer i en treleddet ring, er cis - trans - isomerisme mulig : [3] hvis to substituenter er på samme side af cyklussen, så kaldes denne isomer en cis -isomer , hvis to substituenter er på modsatte sider af cyklussen, så kaldes isomeren trans - isomeren [5] , for eksempel cis- og trans -1,2-dimethylcyclopropan.
• Interklasse-isomerisme med alkener , såsom cyclopropan og propen .

Klassifikation

Cykloalkaner er opdelt i monocykliske og bicykliske cycloalkaner.

Til gengæld er bicykliske cycloalkaner opdelt i spiroalkaner og bicycloalkaner:

• Spiroalkaner er kulbrinter, der består af to cyklusser , hvori ét kulstofatom ( spiroatom [11] ) er delt. En repræsentant for spiroalkaner er spiropentan . Navnet dannes ved at tilføje præfikset spiro-, der angiver antallet af ikke-centrale atomer i cyklusserne i firkantede parenteser , og ved at tilføje slutningen af ​​den tilsvarende alkan . For spiropentan vil dette navn f.eks. være spiro[2.2]pentan.
• Bicycloalkaner er carbonhydrider, der består af to cyklusser, hvori to carbonatomer er delt. Navnet fås ved at tilføje præfikset bicyclo-, der angiver antallet af ikke-centrale atomer i cyklusserne i firkantede parenteser, og ved at tilføje slutningen af ​​den tilsvarende alkan. For bicyclobutan vil dette navn f.eks. være bicyclo[1.1.0]butan. [5]

Fysiske egenskaber

Alle carbonatomer i cycloalkanmolekyler har sp³- hybridisering . Vinklerne mellem hybridorbitaler i cyclobutan og især i cyclopropan er dog ikke 109°28', men mindre på grund af geometrien, som skaber spændinger i molekylerne, så små cyklusser er meget reaktive.

Ved stuetemperatur er de to første medlemmer af serien (C3 -  C4 ) gasser , (C5 -  C11 ) er væsker , startende fra C12  - faststoffer . Koge- og smeltepunkter for cycloalkaner er højere end for de tilsvarende alkaner . Cykloalkaner opløses praktisk talt ikke i vand .

Smelte- og kogepunkter for nogle cycloalkaner: [12]

Henter

Cykloalkaner findes i betydelige mængder i olie og findes også i naturlige forbindelser. [5]

Organometallisk syntese

Cykloalkaner kan opnås ved dehalogenering af dihalogenderivater (organometallisk syntese) med magnesium , natrium eller zink :

Katalytisk hydrogenering

Cycloalkaner kan opnås som et resultat af katalytiske hydrogeneringsreaktioner af arener, cycloalkener, cycloalkadiener, for eksempel, som et resultat af tilsætning af hydrogen til benzen i nærvær af en katalysator , dannes cyclohexan ; Raney nikkel , nikkel , platin , palladium kan tjene som katalysator i denne reaktion [13] :

Kemiske egenskaber

De kemiske egenskaber af cycloalkaner, der indeholder små ringe i deres struktur ( cyclopropan , cyclobutan ) er specifikke - de er mere karakteriseret ved ringåbningsadditionsreaktioner, mens cyclopentan og ældre medlemmer af den homologe serie af cycloalkaner er tilbøjelige til radikale substitutionsreaktioner og dermed I deres kemiske adfærd er de således tæt på alkaner .

• Cyclopropan og cyclobutan er i stand til at tilføje brom :

• Desuden kan cyclopropan og cyclobutan tilføje hydrogenhalogenider , tilsætningen sker med ringåbning i henhold til Markovnikov-reglen . [fjorten]
• Cyclopropan , cyclobutan og cyclopentan kan tilføje hydrogen , hvilket giver de tilsvarende normale alkaner. Tilsætningen sker, når den opvarmes i nærvær af en nikkelkatalysator :

Ansøgning

I den petrokemiske industri er naphthener en kilde til aromatiske kulbrinter ved katalytisk reformering . Cyclohexan , der anvendes til syntese af caprolactam , adipinsyre og andre forbindelser, der anvendes til fremstilling af syntetiske fibre , har fået den største praktiske betydning .

Cyclopropan bruges til anæstesi , men dets anvendelse er begrænset på grund af dets eksplosive natur.

Noter

1. ↑ 1 2 3 International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). IUPAC-betegnelse  cycloalkaner . goldbook.iupac.org . Dato for adgang: 18. februar 2022.
2. ↑ Polymethylencarbonhydrider // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M .  : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
3. ↑ 1 2 3 4 Cykloalkaner // Kemisk encyklopædi  : [ rus. ]  : i 5 bind  / udg. N.S. Zefirova. - M .  : Great Russian Encyclopedia, 1999. - T. 5. - S. 364–365. — ISBN 5-85270-310-9 .
4. ↑ Kulbrinte-cycloalkaner | Britannica  (engelsk) . www.britannica.com . Hentet: 20. februar 2022.
5. ↑ 1 2 3 4 Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - 2. izd., pererab. jeg doper. — Moskva: BINOM. Laboratoria znanij, cop. 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 og cykloalkaner . www2.chemistry.msu.edu . Hentet: 20. februar 2022. (ubestemt)
7. ↑ 1 2 George A. Olah. Generelle aspekter // Kulbrintekemi  (engelsk) . — 2. udgave. - John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2003. - S. 1. - 871 s. - ISBN 0-471-41782-3 , 978-0-471-41782-8.
8. ↑ Vladimir Vasilyevich Markovnikov (1838-1904) [1948 - - Folk af russisk videnskab. bind 1 ] . nplit.ru. Dato for adgang: 21. november 2015. (ubestemt)
9. ↑ R-2.3.1 Kulbrinter . www.acdlabs.com . Hentet: 20. februar 2022. (ubestemt)
10. ↑ Regel A-61. Generelle principper (CYKLISKE KARBONER MED SIDEKÆDER) . www.acdlabs.com . Dato for adgang: 19. februar 2022. (ubestemt)
11. ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). IUPAC betegnelse Spiroatom  . IUPAC "Gold Book" . IUPAC. doi : 10.1351/goldbook.S05884 . Hentet: 16. februar 2022.
12. ↑ Roberts J., Caserio M. Fundamentals of Organic Chemistry. I 2 bind = Grundlæggende principper for organisk kemi / Pr. fra engelsk. Yu. G. Bundel, red. A. N. Nesmeyanov. — 2. udg., suppleret. - M . : Mir, 1978. - T. 1. - 121 s.
13. ↑ Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - 2. izd., pererab. jeg doper. — Moskva: BINOM. Laboratoria znanij, cop. 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. Egenskaber af cycloalkaner . Interaktiv multimedielærebog "Organisk kemi" . (Russisk)

Litteratur

• Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Begyndelsen af ​​kemi. Et moderne kursus for ansøgere til universiteter .. - M . : Eksamen, 2002.

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Stor russer jorden rundt Ny kroatisk Britannica (online) Brockhaus Brockhaus Universalis
I bibliografiske kataloger	BNF : 121074472 GND : 4148484-8 J9U : 987007538313705171 LCCN : sh85035091