Химические свойства циклопропана и циклобутана

 

«Визитной карточкой» углеводородов с малыми циклами является низкая устойчивость: для них характерны реакции присоединения водорода, галогенов и галогеноводородов, приводящие к размыканию цикла. Наиболее легко эти реакции протекают с участием циклопропана:

 

 

 

 

Циклобутан вступает в аналогичные реакции, но в более жестких условиях. Его гидрирование начинается при температуре около 180 ^оС:

 

Галогенирование и гидрогалогенирование циклобутана протекают при нагревании:

 

 

 

Склонность малых циклов, особенно циклопропана, к раскрытию и реакциям присоединения объясняют особенностями химических связей между атомами углерода в их молекулах. Рассмотрим в качестве примера строение молекулы циклопропана. Исходя из того, что трехчленный цикл является плоским равносторонним треугольником, валентные углы между атомами углерода должны быть равными 60^о, то есть существенно отличаться по величине от соответствующего sp³-гибридизации тетраэдрического угла. Такого сильного искажения валентного угла в действительности не происходит: электронные облака, связывающие атомы углерода, перекрываются не на прямой, соединяющей ядра, а вне ее (рис. 4). Поскольку в этом случае максимальная электронная плотность располагается вне линии, соединяющей ядра атомов, образовавшаяся связь приобретает частично ненасыщенный характер и становится похожей на π -связь в алкенах. Связи такого типа называют «банановыми».

 

Рисунок 4. Схема перекрывания электронных облаков в молекуле циклопропана (черными точками обозначены ядра атомов углерода).

 

 

Химические свойства циклоалканов с пятью и более атомами углерода в цикле

 

Циклоалканы с пятью и более атомами углерода в цикле по химическим свойствам практически не отличаются от алканов. Так, при их хлорировании происходит замещение атома водорода на галоген:

 

 

При действии разбавленной азотной кислоты при нагревании протекает реакция нитрования:

 

 

Характерной особенностью циклогексана и его гомологов является реакция дегидрирования с образованием ароматических углеводородов, которая протекает при пропускании их паров над никелем или платиной при температуре около 300 ^оС:

 

 

НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИКЛОАЛКАНОВ

 

В природе наиболее распространены циклоалканы, содержащие наиболее устойчивые пяти- и шестичленные циклы. Они входят в состав нефти, а также содержатся в эфирных маслах некоторых растений.

Общим способом получения циклоалканов является действие активных металлов (натрия, лития, магния, цинка) на дигалогенпроизводные алканов. Так, циклопропан можно получить действием натрия на 1, 3-дибромпропан, а циклопентан – действием магния на 1, 5-дибромпентан:

 

 

 

Циклогексан чаще всего получают гидрированием бензола в присутствии катализаторов. Эта реакция обратима (сравните с реакцией дегидрирования циклогексана). Чтобы сместить равновесие в сторону образования циклогексана, процесс ведут при повышенном давлении:

 

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

 

1. Даны вещества:

 

а)		в)
б)		г)

 

Назовите каждое из веществ в соответствии с правилами номенклатуры ИЮПАК.

 

2. Даны вещества

а) б) в) г) д) е)

2, 3, 4-триметилпентан; 2, 4-диметил-3-этилпентан; 2, 2, 4, 4-тетраметилгексан 2-бром-3-метилпентан; 3, 4-диэтил-2, 5-дихлоргексан 3-нитро-3-этилпентан.

Напишите структурные формулы этих веществ.

 

3. Алкан состава С₇Н₁₆ имеет девять изомеров (включая нормальный гептан). Напишите структурные формулы этих веществ и дайте им названия.

 

4. Напишите уравнения следующих реакций, указывая условия их протекания:

а) б) в)

нитрования 2-метилбутана; ароматизации гексана; изомеризации пентана.*

*В этой реакции образуется одновременно два изомера. При написании уравнения реакции достаточно в качестве продукта привести один из них.

 

5. Напишите уравнения реакций бромирования и хлорирования 2, 3-диметилбутана. Сколько разных монохлорзамещенных продуктов образуется при хлорировании этого вещества?

 

6. Напишите уравнения реакций, позволяющих с помощью реакции Вюрца получить

а) октан;

б) 2, 5-диметилгексан.

 

7. Напишите структурные формулы всех алканов, образующихся при действии металлического натрия на смесь иодэтана и 2-иодпропана.

 

8. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

карбид алюминия → метан → бромметан → этан → нитроэтан.

 

9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

бутан → изобутан → 2-бром-2-метилпропан.

 

10. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить 2, 3-диметилбутан из пропана в две стадии.

 

11. Алкан, выделившийся на аноде при электролизе водного раствора пропионата натрия (CH₃CH₂COONa), пропустили над платиновым катализатором при температуре 300 ^оС. Какие продукты могли образоваться в результате? Напишите уравнения возможных реакций.

 

12. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Популярное:

1. Биохимические методы очистки сточных вод.
2. Конструкционные и химические меры защиты деревянных конструкций от пожарной опасности
3. Лекция № 3. Химическая структура, биохимические свойства и ферменты бактерий.
4. Механические, тепловые и физико-химические характеристики диэлектриков.
5. Основные физико-химические свойства газогидратов.
6. Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу
7. Основные химические элементы и продукты питания
8. Практическое занятие № 2 «Определение параметров лазерной сварки» (МЕ-5 Электро физические и электрохимические методы обработки.)
9. Производственная пыль, физико-химические свойства, определяющие действие на организм человека. Понятие о пылевой нагрузке.
10. Термохимические газоанализаторы.
11. Физико-химические и фармакологические свойства ксенона
12. Физико-химические методы очистки сточных вод.