Строение циклоалканов. Номенклатура

Как и в молекулах алканов, атомы углерода в молекулах циклоалканов связаны ковалентными связями.

Общая формула гомологического ряда циклопарафинов (СН2)n или СnН2n. Таким образом, молекула циклопарафина содержит на два атома водорода меньше, чем парафин с тем же числом атомов углерода. Названия циклопарафинов образуются путем добавления приставки ЦИКЛО- к названию соответствующего парафина. Часто для написания пользуются условными формулами, в которых опущены символы элементов, например:

Изомерия

Структурная изомерия циклопарафинов может быть обусловлена размером цикла, размерами и строением боковых цепей и их положением.

Способы получения

Циклоалканы являются главной составной частью некоторых
нефтей.

Впервые в нефти Бакинского месторождения их обнаружил В. В. Марковников и дал им название нафтены. Особенно распространены в природе соединения с пяти- и шестичленными циклами. Циклоалканы встречаются также в эфирных маслах растений.

Общим способом получения циклопарафинов являются действия металлов на дигалогенпроизводные парафинов (реакция Густавсона):

Соединения ряда циклогексана чаще всего получают гидрированием легкодоступных соединений ряда бензола. Важным применением такой реакции служит получение в промышленности чистого циклогексана из бензола:

Физические свойства

Первые два члена ряда – газы (циклопропан, циклобутан).

С₅–С₁₀ – жидкости (циклопентан, циклогексан, циклононан, циклодекан); высшие – твердые вещества. Температуры кипения и плавления циклопарафинов, как и их плотность, выше, чем у парафинов с равным числом атомов углерода. Как и парафины, циклопарафины нерастворимы в воде.

Химические свойства

А. Действие галогенов

Большая устойчивость циклобутана по сравнению с циклопропаном проявляется в том, что он присоединяет бром труднее – лишь при повышенных температурах.

У циклопентана, циклогексана и высших циклоалканов при действии галогенов разрыв кольца не происходит, а идет реакция замещения атомов водорода на галоген.

Б. Действие галогеноводорода

Циклопропан легко присоединяет иодистый водород с размыканием цикла; с циклобутаном эта реакция идет труднее, при нагревании.

Циклопентан и высший циклы не присоединяют галогеноводородов.

В. Действие водорода

Хорошо иллюстрирует постепенное повышение устойчивости циклов от трехчленного к шестичленному:

Для размыкания циклов под действием водорода над никелевым катализатором требуется все более высокая температура:

Циклогексановый цикл в этих условиях не размыкается. Вместо этого идет дегидрирование (отщепление водорода) с образованием бензола:

Г. Окисление

Циклопропан и его производные медленно окисляются при нормальной температуре раствором перманганата калия (KMnO4) в нейтральной или щелочной средах. При действии более сильных окислителей или при нагревании окисляются и другие циклопарафины. При этом происходит разрыв цикла и образование двухосновных кислот с тем же числом углеродных атомов в молекуле:

Д. Нитрование

Циклопарафины, имеющие пяти-шестичленные циклы, нитруются в тех же условиях, что и парафины. Практическое значение имеет нитроциклогексан, из которого можно получить капролактам, являющийся сырьем для производства синтетического волокна капрон: