Реферат
В«Ціклопарафіни. Склад,будова, ізомерія В»
Циклоалкани(Ціклопарафіни)
Циклоалкани - це ненасиченівуглеводні, в молекулах яких є замкнуте кільце з вуглецевихатомів.
На відміну відграничних вуглеводнів, що характеризуються наявністю відкритих вуглецевих ланцюгів,існують вуглеводні з замкнутими ланцюгами (циклами). За своїми властивостями вонинагадують звичайні граничні вуглеводні алкани (парафіни), звідси івідбулася їх назва - Циклоалкани (ціклопарафіни).
Загальна формулагомологічного ряду циклоалканов C n H 2n , тобто Циклоалканиізомерних етиленових вуглеводнів. Представниками цього ряду сполукє циклопропан, ціклобутан, циклопентан, циклогексан.
Циклопропан
Ціклобутан
циклопентану
Циклогексан
За своїмбудовою молекули органіческогіх з'єднань розрізняють на з'єднання з відкритоюланцюгом і циклічні. Цикли можуть бути побудовані або тільки з атомів вуглецю(Карбоцікли), або можуть включати в себе атоми інших елементів (гетероцикли).У свою чергу, циклічні сполуки бувають граничними, неграничними іароматичними.
Молекулициклоалканов мають скелет, побудований у вигляді циклу з тільки sp 3 -гібриднихатомів вуглецю. Для утворення назви циклоалканов необхідно до назвивідповідного граничного вуглеводню додати приставку В«циклоВ». Так,найменший з можливих циклоалканов - циклопропан, за ним слідує ціклобутан,потім циклопентан і т.д.
Положеннязаступників вказують, нумеруючи атоми циклу, причому атому з найбільш старшимзаступником присвоюється номер 1. У дизаміщених циклоалканов заступникиможуть розташовуватися по один (цис-) або по різні сторони площини кільця(Транс-).
Молекулициклоалканов можуть складатися з двох і більше циклів. Біциклічні вуглеводніслід розрізняти за способом з'єднання (аннелірованія) циклів. Якщо два циклимають лише один спільний атом вуглецю, сполуки називають спіроциклічеськие.Назви таких біциклів утворюють, додаючи приставку В«СпіритВ» до назви відповідногогомолога алкана. Після приставки в квадратних дужках вказують дві цифри,позначають число атомів вуглецю, розташованих по кожну сторону від вузловогоЗ-атома. Нумерацію атомів починають з меншого циклу, останнім номеромпозначають вузловий атом.
В іншомуспособі аннелірованія цикли мають два спільних атома вуглецю. Це - такзвані мостіковие Циклоалкани. Назви таких з'єднань починається ззазначення кількості циклів приставками біцикло-, трицикли-, потім вказуютьсятри цифри, що позначають число вуглецевих атомів кожного містка, пов'язаного звузловими атомами. В кінці пишеться назва відповідного алкана. Нумеруютьатоми, починаючи з одного вузлового і пересуваючись по більшому (головному) циклу доіншому вузловому С-атому. Іноді вказують додаткові координати містка.
Отримання
1.Циклоалкани містяться в значних кількостях в нафтах деякихродовищ (звідси сталося одне з їхніх назв - нафтени ). Припереробці нафти виділяють головним чином Циклоалкани З 5 Н 10 - С 7 Н 14
2. Дія активних металів надігалогензамещенние алкани (реакція Вюрца) призводить до утворення різнихциклоалканов:
(замість металевого натріювикористовується також порошкоподібний цинк).
Будова що утворюється Циклоалканивизначається структурою вихідного дігалогеналкана. Цим шляхом можна отримуватиЦиклоалкани заданого будови. Наприклад, для синтезу 1,3-діметілціклопентанаслід використовувати 1,5-дігалоген - 2,4-діметілпентан:
Існують й інші методи отриманняциклоалканов. Так, наприклад, циклогексан і його алкільні похідні отримуютьгідруванням бензолу і його гомологів, що є продуктами нафтопереробки.
Ізомерія
Дляциклопарафинов, починаючи з C 4 H 8 , характерні деякі видиструктурної ізомерії, пов'язані:
a) з числомвуглецевих атомів у кільці - наприклад, (етілціклопропан), (метілціклобутан);
b) з числомвуглецевих атомів в заступниках - (1-метил-2-пропілціклопентан), (1,2-діетілціклопентан)
c) зстановищем заступника в кільці - (1,1-діметілціклогексан), (1,2-діметілціклогексан)
Дляциклоалканов характерна також міжкласові ізомерія з алкенами.
За наявностідвох заступників в кільці у різних вуглецевих атомів можлива геометричнацис-транс-ізомерія, починаючи з C 5 H 10 , і оптичнаізомерія. Оптична ізомерія виявляється в тому випадку, якщо молекула не маєплощини симетрії.
Цис-транс-ізомеріяв циклічних сполуках
За наявностідвох заступників в циклічних сполуках також можлива цис-транс-ізомерія.Метильної групи в наведених прикладах можуть розташовуватися по один бікплощині кільця (такий ізомер називається цис-ізомером) і по різні боки(Такий ізомер називається транс-ізомером).
Природно,що при накладенні один на одного моделей цис-і транс-ізомерів вони непоєднуються. Взаємні ізомеризації вимагають розриву циклу з подальшим йогозамиканням або розриву зв'язку заступника з вуглецевим атомом циклу таутворенням нового зв'язку з іншого боку циклу.
Слідвідзначити, що в циклічних сполуках можливе виникнення не тількицис-транс-, але і дзеркальної ізомерії. При накладенні моделі молекули цис-ізомеруз однаковими заступниками та її дзеркального відображення вони поєднуються, в точас як таке неможливо для цис-ізомеру з різними заступниками. Длятранс-ізомерів суміщення моделі молекули і її дзеркального відображення неможливояк при однакових, так і розрізняються заступниках.
Ціклобутан,циклопентан і їх конформації
Циклічніз'єднання - це такі органічні сполуки, в яких вуглецеві атомискладають замкнуті ланцюги, тобто цикли. Найпростішими представниками такихсполук є ціклопарафіни або Циклоалкани.
Міцністьзв'язків у циклічних сполуках залежить від числа атомів, що беруть участь восвіті циклу. Вона визначається ступенем його напруженості, обумовленоїзміною валентних кутів атомів циклу і відхиленням цих атомів віднормального напряму.
Дляциклопропану меж'ядерние кути становлять 60 Вє, як в рівносторонньому трикутнику,для ціклобутана - 90 Вє, як в квадраті, а в циклопентаном - 108 Вє, як вправильному п'ятикутнику. Нормальний валентний кут для атома вуглецю - 109,5 Вє.Тому при розташуванні в названих сполуках всіх атомів вуглецю в однійплощині зменшення валентних кутів складає в циклопропаном - 49,5 Вє, вціклобутане - 19,5 Вє, в циклопентаном - 1,5 Вє.
Чим більшевідхилення валентного кута від нормального, тим більше напружені і,отже, неміцні цикли. Однак на відміну від циклопропану ціклобутан іциклопентан мають неплоских цикли. Один з атомів вуглецю безперервно виходитьз площини. Ціклобутан існує у вигляді неплоских В«складенихВ» конформацій.Циклопентан характеризується конформацією В«конвертВ». Таким чином, обговорюваніцикли знаходяться в коливальному русі, що приводить до зменшення В«заслоненнихВ»атомів водню у сусідніх вуглецевих атомів і зниженню напруги.
Циклогексані його конформації
Дляциклогексану, як правильного шестикутника, меж'ядерние кути становлять 120 Вє.Якби молекула циклогексану мала плоске будову, то відхилення віднормального валентного кута атома вуглецю становило: 109,5 Вє -120 Вє =10,5 Вє.
Однакциклогексан і великі цикли мають неплоских будова. У розглянутіймолекулі циклогексану зберігаються звичайні валентні кути за умови йогоіснування в двох конформаціях В«кріслаВ» і В«ванниВ». Конформація В«кріслаВ» меншнапружена, тому ц...
