Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Циклоалка́ни (інша назва нафтени, циклопарафіни, циклани) — вуглеводні з одним чи кількома вуглецевими циклами. Загальна формула CnH2n або (CH2)n.
За розмірами циклу поділяють на малі (циклопропан, циклобутан), середні (циклопентан, циклогексан, циклогептан) та великі (n>7).
Історія
У 1883 році професор Московського університету В. В. Марковников (1838—1904 рр.) довів, що, на відміну від американської, бакинська нафта містить головним чином циклічні вуглеводні, які мають у циклі п'ять або шість атомів вуглецю. Ці вуглеводні були названі Марковниковим нафтенами. У молекулах нафтенів атоми вуглецю сполучені простими зв'язками, як і в молекулах парафінів, що робить нафтени схожими за властивостями з насиченими вуглеводнями.
Номенклатура
Циклоалкани з одним циклом називають аналогічно до нормальних (лінійних) алканів з відповідною кількістю атомів вуглецю, використовуючи префікс цикло-: циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан тощо. Циклоалкани з n>20 зазвичай називають циклопарафінами. Для називання сполуки:
- Визначте кількість атомів вуглецю у кільці та найбільшому заміснику. Якщо кількість атомів вуглецю в кільці є більшою чи рівною кількості атомів вуглецю найбільшого замісника, сполука приймає назву від циклоалкану з алкільним замісником. Якщо ж кількість атомів вуглецю в найбільшому заміснику є більшою від кількості атомів вуглецю в циклі, сполука приймає назву від алкану заміщеного циклоалкільним замісником.
![image]()
Біцикло[2,2,1]гептан - Для циклоалканів з алкільним замісником нумерація атомів вуглецю кільця починається від місця приєднання замісника. Замісники в кільці нумеруються так, щоб сума номерів атомів вуглецю була мінімальна (1,3-диметилоциклогексан а не 1,5-диметилоциклогексан)
- Коли в молекулі наявні два або більше алкільних замісника, нумеруємо в алфавітному порядку (напр. 1-етил-2-метилоциклопентан)
- Якщо присутній атом галогену, то нумеруємо так само як у випадку з алкільними групами (в алфавітному порядку).
Номенклатура поліциклічних алканів (біциклічних та спіро) є складнішою. Основа назви вказує на кількість атомів вуглецю в циклічній системі, префікс вказує на кількість циклів (напр. «біцикло»), нумеричним префіксом позначають кількість атомів вуглецю в кожному циклі не рахуючи вузлових атомів. Наприклад, біциклооктан, що складається з шести- та чотиричленного циклів з двома спільними сусідніми атомами, має назву біцикло[4,2,0]октан. Шестичленний цикл, за винятком спільного зв'язка, складається з 4-х атомів вуглецю. Чотиричленний — з двох. Спільна сторона, за винятком двох вершин що її визначають, містить 0 атомів.
Фізичні властивості
Загалом циклоалкани подібні за фізичними властивостями до відповідних алканів, проте мають дещо вищі температури плавлення та кипіння, більші густини. Цим вони завдячують міцнішим , оскільки циклічна форма сприяє більшій поверхні міжмолекулярних контактів. Циклоалкани виказують практично таку ж хімічну пасивність що й алкани (містять стійкі С-С та С-Н зв'язки). Однак, циклічне напруження (див. нижче) може сприяти підвищеній реактивності.
| Назва | Т.плав., °С | Т.кип., °С | Відносна густина (при 20 °С) |
| Циклопропан | -127 | -33 | - |
| Циклобутан | -80 | 13 | - |
| Циклопентан | -94 | 49 | 0,746 |
| Циклогексан | 6,5 | 81 | 0.778 |
| Циклогептан | -12 | 118 | 0,810 |
| Циклооктан | 14 | 149 | 0,830 |
Напруженість циклу
Атоми вуглецю в циклоалканах sp3-гібридизовані і тому відхилення від ідеальних тетраедричних кутів (109,47°) спричиняє зростання потенційної енергії і має загальний дестабілізуючий ефект. Перекривання атомів водню також відіграє дестабілізуючу роль. Енергія напруження циклу вказує на теоретичний приріст потенційної енергії спричинений геометричним фактором і вираховується з порівняння стандартної зміни ентальпії згоряння циклоалкану із значенням обрахованим на основі усереднених енергій хімічних зв'язків.
Циклопропан, в якому атоми вуглецю утворюють правильний трикутник і тому мають валентні кути 60°, має найвищу енергію напруження циклу. Енергія напруження складає прибл. 120 кДж/моль. Вуглецевий скелет циклобутану утворює деформований квадрат з кутами прибл. 90°. Завдяки деформації вуглецевого скелету частково зменшується взаємодія між атомами водню. Він має дещо меншу енергію напруження, близько 110 КДж/моль. У теоретично плаского циклопентану кути С-С-С становлять 108°, дуже близько до тетраедричного. Реальна молекула циклопентану дещо спотворена, за рахунок чого зменшується дестабілізуюча взаємодія між атомами водню. Енергія напруження становить 25 кДж/моль.
В циклогексану енергія напруження є мінімальною завдяки можливості укладання атомів таким чином, що досягаються ідеальні тетраедричні кути між зв'язками. В найбільш стабільній конформації циклогексану (крісло) атоми водню біля сусідніх атомів вуглецю скеровані в протилежні боки, завдяки чому практично нівелюється стерична взаємодія.
Після циклогексану молекули вже не здатні приймати конформації в яких відсутнє напруження циклу, тому енергія напруження починає зростати і досягає масимуму при n=9 (50 кДж/моль). Далі напруження повільно спадає до n=12 після чого різко зменшується до 10 кДж/моль при n=14. При подальшому збільшенні циклу немає однозначної думки про зміну напруження циклу. Одні вважають, що вона монотонно зростає, інші — зникає цілковито.
Реакції
Циклоалкани з середнім та великим циклом є винятково стабільними і за хімічними властивостями подібні до алканів. Малі циклоалкани — а особливо циклопропан — є менш стабільними завдяки напруженню Байера та напруженню цикла. Вони реагують подібно до алкенів. Специфічними є реакції аліфатичного нуклеофільного заміщення та пасивність до електрофільного приєднання .
Див. також
Література
- Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. —
- Ю. С. Шабаров (2002 г.). Органическая химия. Москва: Химия.
- John McMurry (2000 r.). Chemia Organiczna. Warszawa: PWN.
- R. T. Morrison, R.N. Boyd (1987). Organic chemistry.
{{}}: Cite має пустий невідомий параметр:|знаходженя=() - Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
- В. І. Саранчук, М. О. Ільяшов, В. В. Ошовський, В. С. Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. — с. 600. ISBN 978-966-317-024-
Посилання
- ЦИКЛОАЛКАНИ //Фармацевтична енциклопедія
- «Cycloalkanes» at the online Encyclopædia Britannica
- «Cycloalkanes»[недоступне посилання з травня 2019] by the Chemistry staff at Westminster College
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Cikloalka ni insha nazva nafteni cikloparafini ciklani vuglevodni z odnim chi kilkoma vuglecevimi ciklami Zagalna formula CnH2n abo CH2 n Ciklobutan Za rozmirami ciklu podilyayut na mali ciklopropan ciklobutan seredni ciklopentan ciklogeksan ciklogeptan ta veliki n gt 7 IstoriyaU 1883 roci profesor Moskovskogo universitetu V V Markovnikov 1838 1904 rr doviv sho na vidminu vid amerikanskoyi bakinska nafta mistit golovnim chinom ciklichni vuglevodni yaki mayut u cikli p yat abo shist atomiv vuglecyu Ci vuglevodni buli nazvani Markovnikovim naftenami U molekulah nafteniv atomi vuglecyu spolucheni prostimi zv yazkami yak i v molekulah parafiniv sho robit nafteni shozhimi za vlastivostyami z nasichenimi vuglevodnyami NomenklaturaCikloalkani z odnim ciklom nazivayut analogichno do normalnih linijnih alkaniv z vidpovidnoyu kilkistyu atomiv vuglecyu vikoristovuyuchi prefiks ciklo ciklopropan ciklobutan ciklopentan ciklogeksan tosho Cikloalkani z n gt 20 zazvichaj nazivayut cikloparafinami Dlya nazivannya spoluki Viznachte kilkist atomiv vuglecyu u kilci ta najbilshomu zamisniku Yaksho kilkist atomiv vuglecyu v kilci ye bilshoyu chi rivnoyu kilkosti atomiv vuglecyu najbilshogo zamisnika spoluka prijmaye nazvu vid cikloalkanu z alkilnim zamisnikom Yaksho zh kilkist atomiv vuglecyu v najbilshomu zamisniku ye bilshoyu vid kilkosti atomiv vuglecyu v cikli spoluka prijmaye nazvu vid alkanu zamishenogo cikloalkilnim zamisnikom Biciklo 2 2 1 geptan Dlya cikloalkaniv z alkilnim zamisnikom numeraciya atomiv vuglecyu kilcya pochinayetsya vid miscya priyednannya zamisnika Zamisniki v kilci numeruyutsya tak shob suma nomeriv atomiv vuglecyu bula minimalna 1 3 dimetilociklogeksan a ne 1 5 dimetilociklogeksan Koli v molekuli nayavni dva abo bilshe alkilnih zamisnika numeruyemo v alfavitnomu poryadku napr 1 etil 2 metilociklopentan Yaksho prisutnij atom galogenu to numeruyemo tak samo yak u vipadku z alkilnimi grupami v alfavitnomu poryadku Nomenklatura policiklichnih alkaniv biciklichnih ta spiro ye skladnishoyu Osnova nazvi vkazuye na kilkist atomiv vuglecyu v ciklichnij sistemi prefiks vkazuye na kilkist cikliv napr biciklo numerichnim prefiksom poznachayut kilkist atomiv vuglecyu v kozhnomu cikli ne rahuyuchi vuzlovih atomiv Napriklad biciklooktan sho skladayetsya z shesti ta chotirichlennogo cikliv z dvoma spilnimi susidnimi atomami maye nazvu biciklo 4 2 0 oktan Shestichlennij cikl za vinyatkom spilnogo zv yazka skladayetsya z 4 h atomiv vuglecyu Chotirichlennij z dvoh Spilna storona za vinyatkom dvoh vershin sho yiyi viznachayut mistit 0 atomiv Fizichni vlastivostiZagalom cikloalkani podibni za fizichnimi vlastivostyami do vidpovidnih alkaniv prote mayut desho vishi temperaturi plavlennya ta kipinnya bilshi gustini Cim voni zavdyachuyut micnishim oskilki ciklichna forma spriyaye bilshij poverhni mizhmolekulyarnih kontaktiv Cikloalkani vikazuyut praktichno taku zh himichnu pasivnist sho j alkani mistyat stijki S S ta S N zv yazki Odnak ciklichne napruzhennya div nizhche mozhe spriyati pidvishenij reaktivnosti Fizichni vlastivosti najprostishih cikloalkaniv Nazva T plav S T kip S Vidnosna gustina pri 20 S Ciklopropan 127 33 Ciklobutan 80 13 Ciklopentan 94 49 0 746 Ciklogeksan 6 5 81 0 778 Ciklogeptan 12 118 0 810 Ciklooktan 14 149 0 830Napruzhenist cikluAtomi vuglecyu v cikloalkanah sp3 gibridizovani i tomu vidhilennya vid idealnih tetraedrichnih kutiv 109 47 sprichinyaye zrostannya potencijnoyi energiyi i maye zagalnij destabilizuyuchij efekt Perekrivannya atomiv vodnyu takozh vidigraye destabilizuyuchu rol Energiya napruzhennya ciklu vkazuye na teoretichnij pririst potencijnoyi energiyi sprichinenij geometrichnim faktorom i virahovuyetsya z porivnyannya standartnoyi zmini entalpiyi zgoryannya cikloalkanu iz znachennyam obrahovanim na osnovi userednenih energij himichnih zv yazkiv Ciklopropan v yakomu atomi vuglecyu utvoryuyut pravilnij trikutnik i tomu mayut valentni kuti 60 maye najvishu energiyu napruzhennya ciklu Energiya napruzhennya skladaye pribl 120 kDzh mol Vuglecevij skelet ciklobutanu utvoryuye deformovanij kvadrat z kutami pribl 90 Zavdyaki deformaciyi vuglecevogo skeletu chastkovo zmenshuyetsya vzayemodiya mizh atomami vodnyu Vin maye desho menshu energiyu napruzhennya blizko 110 KDzh mol U teoretichno plaskogo ciklopentanu kuti S S S stanovlyat 108 duzhe blizko do tetraedrichnogo Realna molekula ciklopentanu desho spotvorena za rahunok chogo zmenshuyetsya destabilizuyucha vzayemodiya mizh atomami vodnyu Energiya napruzhennya stanovit 25 kDzh mol V ciklogeksanu energiya napruzhennya ye minimalnoyu zavdyaki mozhlivosti ukladannya atomiv takim chinom sho dosyagayutsya idealni tetraedrichni kuti mizh zv yazkami V najbilsh stabilnij konformaciyi ciklogeksanu krislo atomi vodnyu bilya susidnih atomiv vuglecyu skerovani v protilezhni boki zavdyaki chomu praktichno nivelyuyetsya sterichna vzayemodiya Pislya ciklogeksanu molekuli vzhe ne zdatni prijmati konformaciyi v yakih vidsutnye napruzhennya ciklu tomu energiya napruzhennya pochinaye zrostati i dosyagaye masimumu pri n 9 50 kDzh mol Dali napruzhennya povilno spadaye do n 12 pislya chogo rizko zmenshuyetsya do 10 kDzh mol pri n 14 Pri podalshomu zbilshenni ciklu nemaye odnoznachnoyi dumki pro zminu napruzhennya ciklu Odni vvazhayut sho vona monotonno zrostaye inshi znikaye cilkovito ReakciyiCikloalkani z serednim ta velikim ciklom ye vinyatkovo stabilnimi i za himichnimi vlastivostyami podibni do alkaniv Mali cikloalkani a osoblivo ciklopropan ye mensh stabilnimi zavdyaki napruzhennyu Bajera ta napruzhennyu cikla Voni reaguyut podibno do alkeniv Specifichnimi ye reakciyi alifatichnogo nukleofilnogo zamishennya ta pasivnist do elektrofilnogo priyednannya Div takozhCikloalkiniLiteraturaGlosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0 Yu S Shabarov 2002 g Organicheskaya himiya Moskva Himiya John McMurry 2000 r Chemia Organiczna Warszawa PWN R T Morrison R N Boyd 1987 Organic chemistry a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite book title Shablon Cite book cite book a Cite maye pustij nevidomij parametr znahodzhenya dovidka Mala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Shidnij vidavnichij dim 2013 T 3 S Ya 644 s V I Saranchuk M O Ilyashov V V Oshovskij V S Bileckij Himiya i fizika goryuchih kopalin Doneck Shidnij vidavnichij dim 2008 s 600 ISBN 978 966 317 024 PosilannyaCIKLOALKANI Farmacevtichna enciklopediya Cycloalkanes at the online Encyclopaedia Britannica Cycloalkanes nedostupne posilannya z travnya 2019 by the Chemistry staff at Westminster College