Cikloalkánok

A cikloalkánok (szintén polimetilén szénhidrogének , naftének , ciklánok vagy cikloparaffinok ) [1] [2] [3] [4] - ciklusos telített szénhidrogének , a telített karbociklusos vegyületek közé tartoznak . Tartalmazhat a ciklushoz kapcsolódó szénhidrogén (alkil) szubsztituenseket tartalmazó oldalláncokat. [1] A cikloalkánok összes szénatomja sp 3 hibridizált állapotban van . [5] A monociklusos (egy gyűrűt tartalmazó) cikloalkánok homológ sorozatot alkotnak C n H 2n általános képlettel . A legegyszerűbb cikloalkán a ciklopropán ( ciklo - C 3 H 6 ). A ciklus szénatomjainak száma szerint a cikloalkánokat kis - ciklopropánra és ciklobutánra , közönséges - ciklopentánra , ciklohexánra és cikloheptánra , közepesre - a ciklooktántól (8 szénatomos ) a ciklododekánig (12 szénatomos ), a nagy - a ciklobutánra (12 szénatomos) osztják. vagy több atom a karbociklusban. [3]

Annak ellenére, hogy a Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (IUPAC) meghatározása szerint a cikloalkánok szerkezetükben csak egy ciklust tartalmazhatnak, [1] számos szerző [6] [7] a cikloalkánok minden ciklikus telített szénhidrogén , tekintet nélkül szerkezetük ciklusainak számára és kapcsolódásuk módjára. Ugyanakkor a ciklusok számától függően monociklusos , biciklusos , triciklusos és általában policiklusos cikloalkánokat izolálnak. [6] Két vagy több ciklus jelenlétében egy molekulában megkülönböztetik az izolált és kondenzált ciklusú cikloalkánokat , a spiro- és áthidalt cikloalkánokat, valamint a keretszénhidrogéneket . [6] [7] Mindezen esetekben a cikloalkánok sorozatának univerzális általános képlete: C n H 2( n +1− r ) , ahol n a szénatomok száma, r pedig a ciklusok száma. [6]

Az olaj részét képezik . V. V. Markovnikov fedezte fel 1883-ban a bakui olajból [8]

Nomenklatúra és izoméria

A monociklusos szubsztituálatlan cikloalkánok nevei úgy jönnek létre, hogy egy azonos szénatomszámú aciklusos egyenes láncú alkán ( ciklopropán , ciklobután , ciklopentán ) nevéhez a ciklo- előtagot adják. [3] [9]

A ciklushoz kapcsolódó alkil-szubsztituensek jelenlétében kétféleképpen lehet nevet alkotni: (1) a ciklusos fragmens nevét vesszük alapul, és a szubsztituensek nevét kivesszük az előtagból vagy (2) az egyik aciklusos fragmens nevét vesszük alapul, és a gyűrűs szubsztituenst a kiegészítő részben jelöljük. Ebben az esetben a név alapjául szolgáló fragmens szénláncának kell (1) a legtöbb szubsztituenst (3-metil-3-ciklohexilpentán) vagy (2) a legtöbb szénatomot tartalmaznia (1, 3-dimetil-ciklohexán). [tíz]

A cikloalkánokat a következő izomériatípusok jellemzik :

• A szénváz izomerizmusa, például ciklobután és 1-metil-ciklopropán.
• Térbeli . Egy háromtagú gyűrű különböző szénatomjain két szubsztituenst tartalmazó cikloalkánok esetében lehetséges a cisz - transz izoméria : [3] ha két szubsztituens a ciklus ugyanazon oldalán van, akkor ezt az izomert cisz -izomernek nevezzük , ha kettő a szubsztituensek a ciklus ellentétes oldalán vannak, akkor az izomert transz - izomernek [5] nevezzük , például cisz- és transz -1,2-dimetil-ciklopropánnak.
• Osztályok közötti izoméria alkénekkel , például ciklopropánnal és propénnel .

Osztályozás

A cikloalkánokat monociklusos és biciklusos cikloalkánokra osztják.

A biciklusos cikloalkánokat viszont spiroalkánokra és bicikloalkánokra osztják:

• A spiroalkánok két ciklusból álló szénhidrogének, amelyekben egy szénatom (spiroatom [ 11 ] ) közös . A spiroalkánok képviselője a spiropentán . A név a spiro- előtag hozzáadásával jön létre , amely szögletes zárójelben jelzi a ciklusokban a nem központi atomok számát , és a megfelelő alkán végét . Például a spiropentán esetében ez a név spiro[2.2]pentán.
• A bicikloalkánok két ciklusból álló szénhidrogének, amelyekben két szénatom osztozik. A nevet a biciklo- előtag hozzáadásával kapjuk , szögletes zárójelben megadva a nem központi atomok számát a ciklusokban, és hozzáadjuk a megfelelő alkán végét. Például a biciklobután esetében ez a név biciklo[1.1.0]bután lenne. [5]

Fizikai tulajdonságok

A cikloalkánmolekulák összes szénatomja sp3 hibridizációval rendelkezik . A hibrid pályák közötti szögek azonban a ciklobutánban és különösen a ciklopropánban nem 109°28', hanem a geometria miatt kisebbek, ami feszültséget hoz létre a molekulákban, így a kis ciklusok nagyon reaktívak.

Szobahőmérsékleten a sorozat első két tagja (C 3  - C 4 ) gázok , ( C 5  - C 11 ) folyadékok , a C 12  - szilárd anyagoktól kezdve . A cikloalkánok forrás- és olvadáspontja magasabb, mint a megfelelő alkánoké . A cikloalkánok gyakorlatilag nem oldódnak vízben .

Egyes cikloalkánok olvadáspontja és forráspontja: [12]

Getting

A cikloalkánok jelentős mennyiségben megtalálhatók az olajban, és megtalálhatók a természetes vegyületekben is. [5]

Fémorganikus szintézis

A cikloalkánok előállíthatók dihalogénszármazékok dehalogénezésével (fémorganikus szintézis) magnéziummal , nátriummal vagy cinkkel :

Katalitikus hidrogénezés

A cikloalkánok arének, cikloalkének, cikloalkadiének katalitikus hidrogénezési reakciói eredményeként állíthatók elő, például ha hidrogént adnak a benzolhoz katalizátor jelenlétében , ciklohexán képződik ; Raney -nikkel , nikkel , platina , palládium katalizátorként szolgálhat ebben a reakcióban [13] :

Kémiai tulajdonságok

A szerkezetükben kis gyűrűket tartalmazó cikloalkánok ( ciklopropán , ciklobután ) kémiai tulajdonságai specifikusak - inkább gyűrűnyitási addíciós reakciók jellemzik őket, míg a ciklopentán és a cikloalkánok homológ sorozatának régebbi tagjai hajlamosak gyökös szubsztitúciós reakciókra és így Így kémiai viselkedésükben közel állnak az alkánokhoz .

• A ciklopropán és a ciklobután brómot adhat hozzá :

• A ciklopropán és a ciklobután is adhat hidrogén-halogenideket , az addíció a Markovnikov-szabály szerint a gyűrű felnyílásával történik . [tizennégy]
• A ciklopropán , a ciklobután és a ciklopentán hidrogént adhat hozzá , és a megfelelő normál alkánokat eredményezi. Az adagolás nikkelkatalizátor jelenlétében történő melegítéskor történik :

Alkalmazás

A petrolkémiai iparban a naftének katalitikus reformálás útján aromás szénhidrogének forrásai . A kaprolaktám , adipinsav és más, a szintetikus szálak előállításához használt vegyületek szintézisére használt ciklohexán a legnagyobb gyakorlati jelentőséggel bír .

A ciklopropánt érzéstelenítésre használják , de alkalmazása robbanásveszélyes jellege miatt korlátozott.

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 3 A Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (IUPAC). IUPAC kifejezés  cikloalkánok . goldbook.iupac.org . Hozzáférés időpontja: 2022. február 18.
2. ↑ Polimetilén szénhidrogének // Nagy Szovjet Enciklopédia  : [30 kötetben]  / ch. szerk. A. M. Prohorov . - 3. kiadás - M .  : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978.
3. ↑ 1 2 3 4 Cikloalkánok // Kémiai enciklopédia  : [ rus. ]  : 5 kötetben  / szerk. N. S. Zefirova. - M .  : Nagy Orosz Enciklopédia, 1999. - T. 5. - S. 364–365. — ISBN 5-85270-310-9 .
4. ↑ Szénhidrogén-cikloalkánok | Britannica  (angol) . www.britannica.com . Letöltve: 2022. február 20.
5. ↑ 1 2 3 4 Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - 2. izd., pererab. én dop. — Moszkva: BINOM. Laboratoria znanij, cop. 2013. - S. 196. - 368 s. Val vel. - ISBN 978-5-9963-0406-6 , 5-9963-0406-6, 978-5-9963-0357-1, 5-9963-0357-4.
6. ↑ 1 2 3 4 Alkánok és cikloalkánok . www2.chemistry.msu.edu . Letöltve: 2022. február 20. (határozatlan)
7. ↑ 1 2 George A. Olah. Általános szempontok // Szénhidrogén-kémia  (angol) . — 2. kiadás. - John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2003. - P. 1. - 871 p. - ISBN 0-471-41782-3 , 978-0-471-41782-8.
8. ↑ Vlagyimir Vasziljevics Markovnyikov (1838-1904) [1948 - - Az orosz tudomány emberei. 1. kötet ] . nplit.ru. Hozzáférés időpontja: 2015. november 21. (határozatlan)
9. ↑ R-2.3.1 Szénhidrogének . www.acdlabs.com . Letöltve: 2022. február 20. (határozatlan)
10. ↑ A-61 szabály. Általános alapelvek (CIKLUS SZÉNhidrogén OLDALLÁNCAL) . www.acdlabs.com . Hozzáférés időpontja: 2022. február 19. (határozatlan)
11. ↑ A Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (IUPAC). IUPAC kifejezés Spiroatom  . Az IUPAC "Aranykönyve" . IUPAC. doi : 10.1351/goldbook.S05884 . Letöltve: 2022. február 16.
12. ↑ Roberts J., Caserio M. A szerves kémia alapjai. 2 kötetben = Szerves kémia alapelvei / Per. angolról. Yu. G. Bundel, szerk. A. N. Nesmeyanov. — 2. kiadás, kiegészítve. - M . : Mir, 1978. - T. 1. - 121 p.
13. ↑ Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - 2. izd., pererab. én dop. — Moszkva: BINOM. Laboratoria znanij, cop. 2013. - S. 198. - 368 s. Val vel. - 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. A cikloalkánok tulajdonságai . Interaktív multimédiás tankönyv "Szerves kémia" . (Orosz)

Irodalom

• Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. A kémia kezdetei. Modern tanfolyam egyetemekre jelentkezőknek .. - M . : Vizsga, 2002.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz Nagy orosz a világ körül Új horvát Britannica (online) Brockhaus Brockhaus Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 121074472 GND : 4148484-8 J9U : 987007538313705171 LCCN : sh85035091