Циклопарафины. Состав, строение, изомерия - ABCD42.RU

Циклопарафины. Состав, строение, изомерия

Лекция: Циклопарафины Состав строение изомерия

«Циклопарафины. Состав, строение, изомерия»

Циклоалканы (Циклопарафины)

Циклоалканы – это ненасыщенные углеводороды, в молекулах которых имеется замкнутое кольцо из углеродных атомов.

В отличие от предельных углеводородов, характеризующихся наличием открытых углеродных цепей, существуют углеводороды с замкнутыми цепями (циклами). По своим свойствам они напоминают обычные предельные углеводороды алканы (парафины), отсюда и произошло их название – циклоалканы (циклопарафины).

Общая формула гомологического ряда циклоалканов CnH2n, то есть циклоалканы изомерны этиленовым углеводородам. Представителями этого ряда соединений являются циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан.

По своему строению молекулы органическогих соединений различают на соединения с открытой цепью и циклические. Циклы могут быть построены либо только из атомов углерода (карбоциклы), либо могут включать в себя атомы других элементов (гетероциклы). В свою очередь, циклические соединения бывают предельными, непредельными и ароматическими.

Молекулы циклоалканов имеют скелет, построенный в виде цикла из только sp3-гибридных атомов углерода. Для образования названия циклоалканов необходимо к названию соответствующего предельного углеводорода добавить приставку «цикло». Так, наименьший из возможных циклоалканов – циклопропан, за ним следует циклобутан, затем циклопентан и т.д.

Положения заместителей указывают, нумеруя атомы цикла, причем атому с наиболее старшим заместителем присваивается номер 1. В дизамещенных циклоалканах заместители могут располагаться по одну (цис-) или по разные стороны плоскости кольца (транс-).

Молекулы циклоалканов могут состоять из двух и более циклов. Бициклические углеводороды следует различать по способу соединения (аннелирования) циклов. Если два цикла имеют лишь один общий атом углерода, соединения называют спироциклическими. Названия таких бициклов образуют, добавляя приставку «спиро» к названию соответствующему гомолога алкана. После приставки в квадратных скобках указывают две цифры, обозначающие число атомов углерода, расположенных по каждую сторону от узлового С-атома. Нумерацию атомов начинают с меньшего цикла, последним номером обозначают узловой атом.

В другом способе аннелирования циклы имеют два общих атома углерода. Это – так называемые мостиковые циклоалканы. Названия таких соединений начинается с указания количества циклов приставками бицикло-, трицикло-, затем указываются три цифры, обозначающие число углеродных атомов каждого мостика, связанного с узловыми атомами. В конце пишется название соответствующего алкана. Нумеруют атомы, начиная с одного узлового и передвигаясь по большему (главному) циклу к другому узловому С-атому. Иногда указывают дополнительные координаты мостика.

1. Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях некоторых месторождений (отсюда произошло одно из их названий – нафтены). При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С5 Н10 – С7 Н14

2. Действие активных металлов на дигалогензамещенные алканы (реакция Вюрца) приводит к образованию различных циклоалканов:

(вместо металлического натрия используется также порошкообразный цинк).

Строение образующегося циклоалкана определяется структурой исходного дигалогеналкана. Этим путем можно получать циклоалканы заданного строения. Например, для синтеза 1,3-диметилциклопентана следует использовать 1,5-дигалоген – 2,4-диметилпентан:

Существуют и другие методы получения циклоалканов. Так, например, циклогексан и его алкильные производные получают гидрированием бензола и его гомологов, являющихся продуктами нефтепереработки.

Для циклопарафинов, начиная с C4H8, характерны некоторые виды структурной изомерии, связанные:

a) с числом углеродных атомов в кольце – например, />(этилциклопропан), />(метилциклобутан);

b) с числом углеродных атомов в заместителях – />(1-метил-2-пропилциклопентан), />(1,2-диэтилциклопентан)

c) с положением заместителя в кольце – />(1,1-диметилциклогексан), />(1,2-диметилциклогексан)

Для циклоалканов характерна также межклассовая изомерия с алкенами.

При наличии двух заместителей в кольце у разных углеродных атомов возможна геометрическая цис-транс-изомерия, начиная с C5H10, и оптическая изомерия. Оптическая изомерия проявляется в том случае, если молекула не имеет плоскости симметрии.

Цис-транс-изомерия в циклических соединениях

При наличии двух заместителей в циклических соединениях также возможна цис-транс-изомерия. Метильные группы в приведенных примерах могут располагаться по одну сторону плоскости кольца (такой изомер называется цис-изомером) и по разные стороны (такой изомер называется транс-изомером).

Естественно, что при наложении друг на друга моделей цис- и транс- изомеров они не совмещаются. Взаимные изомеризации требуют разрыва цикла с последующим его замыканием или разрыва связи заместителя с углеродным атомом цикла и образованием новой связи с другой стороны цикла.

Следует отметить, что в циклических соединениях возможно возникновение не только цис-транс-, но и зеркальной изомерии. При наложении модели молекулы цис-изомера с одинаковыми заместителями и ее зеркального отражения они совмещаются, в то время как таковое невозможно для цис-изомера с различными заместителями. Для транс-изомеров совмещение модели молекулы и ее зеркального отражения невозможно как при одинаковых, так и различающихся заместителях.

Циклобутан, циклопентан и их конформации

Циклические соединения – это такие органические соединения, в которых углеродные атомы составляют замкнутые цепи, т.е. циклы. Простейшими представителями таких соединений являются циклопарафины или циклоалканы.

Прочность связей в циклических соединениях зависит от числа атомов, участвующих в образовании цикла. Она определяется степенью его напряженности, обусловленной изменением валентных углов атомов цикла и отклонением этих атомов от нормального направления.

Для циклопропана межъядерные углы составляют 60º, как в равностороннем треугольнике, для циклобутана – 90º, как в квадрате, а в циклопентане – 108º, как в правильном пятиугольнике. Нормальный валентный угол для атома углерода – 109,5º. Поэтому при расположении в названных соединениях всех атомов углерода в одной плоскости уменьшение валентных углов составляет в циклопропане – 49,5º, в циклобутане – 19,5º, в циклопентане – 1,5º.

Чем больше отклонение валентного угла от нормального, тем более напряжены и, следовательно, непрочны циклы. Однако в отличие от циклопропана циклобутан и циклопентан имеют неплоские циклы. Один из атомов углерода непрерывно выходит из плоскости. Циклобутан существует в виде неплоских «сложенных» конформаций. Циклопентан характеризуется конформацией «конверт». Таким образом, обсуждаемые циклы находятся в колебательном движении, приводящем к уменьшению «заслоненности» атомов водорода у соседних углеродных атомов и снижению напряжения.

Циклогексан и его конформации

Для циклогексана, как правильного шестиугольника, межъядерные углы составляют 120º. Если бы молекула циклогексана имела плоское строение, то отклонение от нормального валентного угла атома углерода составляло: 109,5º-120º = 10,5º.

Однако циклогексан и большие циклы имеют неплоское строение. В рассматриваемой молекуле циклогексана сохраняются обычные валентные углы при условии его существования в двух конформациях «кресла» и «ванны». Конформация «кресла» менее напряжена, поэтому циклогексан существует преимущественно в виде конформеров I и III, причем цикл претерпевает непрерывную инверсию (inversio – с латинского переворачивание, перестановка) с промежуточным образованием конформера II:

ось симметрии II III I

Двенадцать связей C–H, которые имеются у циклогексана в конформации «кресла», делятся на два типа. Шесть связей направлены радиально от кольца к периферии молекулы и называются экваториальными связями (e – связи), остальные шесть связей направлены параллельно друг другу и оси симметрии и называются аксиальными (a – связи). Три аксиальные связи направлены в одну сторону от плоскости цикла, а три – в другую (имеется чередование: вверх-вниз).

Свойства циклоалканов

Физические свойства циклоалканов закономерно изменяются с ростом их молекулярной массы. Пpи ноpмальных условиях циклопpопан и циклобутан – газы, циклоалканы С5Н10 – С16Н32 – жидкости, начиная с С17Н34, – твердые вещества. Температуры кипения циклоалканов выше, чем у соответвующих алканов. Это связано с более плотной упаковкой и более сильными межмолекулярными взаимодействиями циклических структур.

Химические свойства циклоалканов сильно зависят от размера цикла, определяющего его устойчивость. Трех- и четырехчленные циклы (малые циклы), являясь насыщенными, тем не менее, резко отличаются от всех остальных предельных углеводородов. Валентные углы в циклопропане и циклобутане значительно меньше нормального тетраэдрического угла 10928’, свойственного sp3-гибридизованному атому углерода.

Это приводит к большой напряженности таких циклов и их стремлению к раскрытию под действием реагентов. Поэтому циклопропан, циклобутан и их производные вступают в реакции присоединения, проявляя характер ненасыщенных соединений. Легкость реакций присоединения уменьшается с уменьшением напряженности цикла в ряду:

циклопропан > циклобутан >> циклопентан.

Наиболее устойчивыми являются 6-членные циклы, в которых отсутствуют угловое и другие виды напряжения.

Малые циклы (С3Н6 – С4Н8) довольно легко вступают в реакции гидрирования:

Циклопропан и его производные присоединяют галогены и галогеноводороды:

В других циклах (начиная с С5) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтому для циклоалканов (С5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т.е. реакции замещения.

Эти соединения, подобно алканам, вступают также в реакции дегидрирования, окисления в присутствии катализатора и др.

Читайте также  Тарифные методы регулирования внешней торговли

Столь резкое отличие в свойствах циклоалканов в зависимости от размеров цикла приводит к необходимости рассматривать не общий гомологический ряд циклоалканов, а отдельные их ряды по размерам цикла. Например, в гомологический ряд циклопропана входят: циклопропан С3Н6, метилциклопропан С4Н8, этилциклопропан С5Н10 и т.д.

Наибольшее практическое значение имеют циклогексан, этилциклогексан. Циклогексан используется для получения циклогексанола, циклогексанона, адипиновой кислоты, капролактама, а также в качестве растворителя. Циклопропан используется в медицинской практике в качестве ингаляционного анестезирующего средства.

Список использованной литературы

1. Химия: Органическая химия: Учебное издание для 10 кл. сред. шк. – Москва, Просвещение, 1993

2. Глинка Н.Л. Общая химия. -25-е изд., испр. – Л.: Химия

3. Артеменко А.И. Органическая химия: учеб. для строит. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 2000.

4. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1999.

5. ХИМИЯ. Справочник школьника, – М., 1995.

6. ХИМИЯ. Энциклопедия для детей. АВАНТА, 2000.

7. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. – М., 1995 г.

8. «Органическая химия»., Просвещение, 1991

Реферат Циклопарафины Состав строение изомерия

Работа добавлена на сайт bukvasha.ru: 2015-10-28

«Циклопарафины. Состав, строение, изомерия»

Циклоалканы – это ненасыщенные углеводороды, в молекулах которых имеется замкнутое кольцо из углеродных атомов.

В отличие от предельных углеводородов, характеризующихся наличием открытых углеродных цепей, существуют углеводороды с замкнутыми цепями (циклами). По своим свойствам они напоминают обычные предельные углеводороды алканы (парафины), отсюда и произошло их название – циклоалканы (циклопарафины).

Общая формула гомологического ряда циклоалканов C n H 2n , то есть циклоалканы изомерны этиленовым углеводородам. Представителями этого ряда соединений являются циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан.

По своему строению молекулы органическогих соединений различают на соединения с открытой цепью и циклические. Циклы могут быть построены либо только из атомов углерода (карбоциклы), либо могут включать в себя атомы других элементов (гетероциклы). В свою очередь, циклические соединения бывают предельными, непредельными и ароматическими.

Молекулы циклоалканов имеют скелет, построенный в виде цикла из только sp 3 -гибридных атомов углерода. Для образования названия циклоалканов необходимо к названию соответствующего предельного углеводорода добавить приставку «цикло». Так, наименьший из возможных циклоалканов – циклопропан, за ним следует циклобутан, затем циклопентан и т.д.

Положения заместителей указывают, нумеруя атомы цикла, причем атому с наиболее старшим заместителем присваивается номер 1. В дизамещенных циклоалканах заместители могут располагаться по одну (цис-) или по разные стороны плоскости кольца (транс-).

Молекулы циклоалканов могут состоять из двух и более циклов. Бициклические углеводороды следует различать по способу соединения (аннелирования) циклов. Если два цикла имеют лишь один общий атом углерода, соединения называют спироциклическими. Названия таких бициклов образуют, добавляя приставку «спиро» к названию соответствующему гомолога алкана. После приставки в квадратных скобках указывают две цифры, обозначающие число атомов углерода, расположенных по каждую сторону от узлового С-атома. Нумерацию атомов начинают с меньшего цикла, последним номером обозначают узловой атом.

В другом способе аннелирования циклы имеют два общих атома углерода. Это – так называемые мостиковые циклоалканы. Названия таких соединений начинается с указания количества циклов приставками бицикло-, трицикло-, затем указываются три цифры, обозначающие число углеродных атомов каждого мостика, связанного с узловыми атомами. В конце пишется название соответствующего алкана. Нумеруют атомы, начиная с одного узлового и передвигаясь по большему (главному) циклу к другому узловому С-атому. Иногда указывают дополнительные координаты мостика.

1. Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях некоторых месторождений (отсюда произошло одно из их названий – нафтены ). При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С 5 Н 10 – С 7 Н 14

2. Действие активных металлов на дигалогензамещенные алканы (реакция Вюрца) приводит к образованию различных циклоалканов:

(вместо металлического натрия используется также порошкообразный цинк).

Строение образующегося циклоалкана определяется структурой исходного дигалогеналкана. Этим путем можно получать циклоалканы заданного строения. Например, для синтеза 1,3-диметилциклопентана следует использовать 1,5-дигалоген – 2,4-диметилпентан:

Существуют и другие методы получения циклоалканов. Так, например, циклогексан и его алкильные производные получают гидрированием бензола и его гомологов, являющихся продуктами нефтепереработки.

Для циклопарафинов, начиная с C 4 H 8 , характерны некоторые виды структурной изомерии, связанные:

a) с числом углеродных атомов в кольце – например, (этилциклопропан), (метилциклобутан);

b) с числом углеродных атомов в заместителях – (1-метил-2-пропилциклопентан), (1,2-диэтилциклопентан)

c) с положением заместителя в кольце – (1,1-диметилциклогексан), (1,2-диметилциклогексан)

Для циклоалканов характерна также межклассовая изомерия с алкенами.

При наличии двух заместителей в кольце у разных углеродных атомов возможна геометрическая цис-транс-изомерия, начиная с C 5 H 10 , и оптическая изомерия. Оптическая изомерия проявляется в том случае, если молекула не имеет плоскости симметрии.

Цис-транс-изомерия в циклических соединениях

При наличии двух заместителей в циклических соединениях также возможна цис-транс-изомерия. Метильные группы в приведенных примерах могут располагаться по одну сторону плоскости кольца (такой изомер называется цис-изомером) и по разные стороны (такой изомер называется транс-изомером).

Естественно, что при наложении друг на друга моделей цис- и транс- изомеров они не совмещаются. Взаимные изомеризации требуют разрыва цикла с последующим его замыканием или разрыва связи заместителя с углеродным атомом цикла и образованием новой связи с другой стороны цикла.

Следует отметить, что в циклических соединениях возможно возникновение не только цис-транс-, но и зеркальной изомерии. При наложении модели молекулы цис-изомера с одинаковыми заместителями и ее зеркального отражения они совмещаются, в то время как таковое невозможно для цис-изомера с различными заместителями. Для транс-изомеров совмещение модели молекулы и ее зеркального отражения невозможно как при одинаковых, так и различающихся заместителях.

Циклобутан, циклопентан и их конформации

Циклические соединения – это такие органические соединения, в которых углеродные атомы составляют замкнутые цепи, т.е. циклы. Простейшими представителями таких соединений являются циклопарафины или циклоалканы.

Прочность связей в циклических соединениях зависит от числа атомов, участвующих в образовании цикла. Она определяется степенью его напряженности, обусловленной изменением валентных углов атомов цикла и отклонением этих атомов от нормального направления.

Для циклопропана межъядерные углы составляют 60 º, как в равностороннем треугольнике, для циклобутана – 90 º, как в квадрате, а в циклопентане – 108 º, как в правильном пятиугольнике. Нормальный валентный угол для атома углерода – 109,5 º. Поэтому при расположении в названных соединениях всех атомов углерода в одной плоскости уменьшение валентных углов составляет в циклопропане – 49,5 º, в циклобутане – 19,5º, в циклопентане – 1,5 º.

Чем больше отклонение валентного угла от нормального, тем более напряжены и, следовательно, непрочны циклы. Однако в отличие от циклопропана циклобутан и циклопентан имеют неплоские циклы. Один из атомов углерода непрерывно выходит из плоскости. Циклобутан существует в виде неплоских «сложенных» конформаций. Циклопентан характеризуется конформацией «конверт». Таким образом, обсуждаемые циклы находятся в колебательном движении, приводящем к уменьшению «заслоненности» атомов водорода у соседних углеродных атомов и снижению напряжения.

Циклогексан и его конформации

Для циклогексана, как правильного шестиугольника, межъядерные углы составляют 120 º. Если бы молекула циклогексана имела плоское строение, то отклонение от нормального валентного угла атома углерода составляло: 1 09,5º -1 20º = 10,5º.

Однако циклогексан и большие циклы имеют неплоское строение. В рассматриваемой молекуле циклогексана сохраняются обычные валентные углы при условии его существования в двух конформациях «кресла» и «ванны». Конформация «кресла» менее напряжена, поэтому циклогексан существует преимущественно в виде конформеров I и III, причем цикл претерпевает непрерывную инверсию (inversio – с латинского переворачивание, перестановка) с промежуточным образованием конформера II:

ось симметрии II III I

Двенадцать связей C–H, которые имеются у циклогексана в конформации «кресла», делятся на два типа. Шесть связей направлены радиально от кольца к периферии молекулы и называются экваториальными связями (e – связи), остальные шесть связей направлены параллельно друг другу и оси симметрии и называются аксиальными (a – связи). Три аксиальные связи направлены в одну сторону от плоскости цикла, а три – в другую (имеется чередование: вверх-вниз).

Физические свойства циклоалканов закономерно изменяются с ростом их молекулярной массы. Пpи ноpмальных условиях циклопpопан и циклобутан – газы, циклоалканы С 5 Н 10 – С 16 Н 32 – жидкости, начиная с С 17 Н 34 , – твердые вещества. Температуры кипения циклоалканов выше, чем у соответвующих алканов. Это связано с более плотной упаковкой и более сильными межмолекулярными взаимодействиями циклических структур.

Читайте также  Особенности сестринского процесса при невротических состояниях

Химические свойства циклоалканов сильно зависят от размера цикла, определяющего его устойчивость. Трех- и четырехчленные циклы ( малые циклы ), являясь насыщенными, тем не менее, резко отличаются от всех остальных предельных углеводородов. Валентные углы в циклопропане и циклобутане значительно меньше нормального тетраэдрического угла 10928’, свойственного sp 3 -гибридизованному атому углерода.

Это приводит к большой напряженности таких циклов и их стремлению к раскрытию под действием реагентов. Поэтому циклопропан, циклобутан и их производные вступают в реакции присоединения , проявляя характер ненасыщенных соединений. Легкость реакций присоединения уменьшается с уменьшением напряженности цикла в ряду:

циклопропан > циклобутан >> циклопентан.

Наиболее устойчивыми являются 6-членные циклы, в которых отсутствуют угловое и другие виды напряжения.

Малые циклы (С 3 Н 6 – С 4 Н 8 ) довольно легко вступают в реакции гидрирования:

Циклопропан и его производные присоединяют галогены и галогеноводороды:

В других циклах (начиная с С 5 ) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтому для циклоалканов (С 5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т.е. реакции замещения .

Эти соединения, подобно алканам, вступают также в реакции дегидрирования, окисления в присутствии катализатора и др.

Столь резкое отличие в свойствах циклоалканов в зависимости от размеров цикла приводит к необходимости рассматривать не общий гомологический ряд циклоалканов, а отдельные их ряды по размерам цикла. Например, в гомологический ряд циклопропана входят: циклопропан С 3 Н 6 , метилциклопропан С 4 Н 8 , этилциклопропан С 5 Н 10 и т.д.

Наибольшее практическое значение имеют циклогексан, этилциклогексан. Циклогексан используется для получения циклогексанола, циклогексанона, адипиновой кислоты, капролактама, а также в качестве растворителя. Циклопропан используется в медицинской практике в качестве ингаляционного анестезирующего средства.

Список использованной литературы

1. Химия: Органическая химия: Учебное издание для 10 кл. сред. шк. – Москва, Просвещение, 1993

2. Глинка Н.Л. Общая химия. -25-е изд., испр. – Л.: Химия

3. Артеменко А.И. Органическая химия: учеб. для строит. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 2000.

4. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1999.

5. ХИМИЯ. Справочник школьника, – М., 1995.

6. ХИМИЯ. Энциклопедия для детей. АВАНТА, 2000.

7. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. – М., 1995 г.

8. «Органическая химия»., Просвещение, 1991

ЦИКЛОПАРАФИНЫ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ

Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов

Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте

откроется в новом окне

Выдаем Удостоверение установленного образца:

Тема: «ЦИКЛОПАРАФИНЫ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ» . Нахождение молекулярной формулы газообразного углеводорода по его относительной плотности и массовым долям элементов

Цели урока: 1. Дать учащимся понятие о циклических углеводородах. 2. Знать физи ческие и химические свойства циклопарафинов в сравнении с предельными углеводородами, уметь записывать уравнения реакций, доказывающие химические свойства циклопарафинов. 3. Знать практическое применение циклопарафинов, исходя из свойств данных веществ, спо собы получения.

Ход урока

I . Подготовка к восприятию нового материала

1 . Проверка домашнего задания.

У доски 1-й учащийся — задача № 1, стр. 50. 2-й учащийся — задача 7, стр. 23.

2. Работа классу.
Решить задачу:

При сжигании 2,1 г вещества образуется 6,6 г оксида углерода ( IV ) и 2,7 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2,91. Определите молекулярную формулу данного вещества.

3. Фронтальная беседа по вопросам:

а) Какие вещества называют гомологами? изомерами?

б) Почему углеводороды называют предельными?

в) Почему углеводородная цепь (у предельных углеводородов) имеет зигзагообразное строение? Почему эта цепь может принимать в пространстве разные формы?

г) Почему атомы углерода соединяются в цепи?

д) В чем причина многообразия органических соединений? И другие вопросы.

II . Изучение нового материала (лекция)

1 . Понятие о циклопарафинах .

Кроме рассмотренных предельных углеводородов с открытой цепью атомов — парафинов, существуют углеводороды замкнутого, циклического строения. Их называют циклопарафинами, например:

Общая формула циклопарафинов: С п Н 2п .

Они имеют на два атома водорода меньше, чем у предельных. Почему?

Циклопарафины называют также циклоалканами. Пяти- и шестичленные циклопарафины были впервые открыты в нефти профессором Московского универ ситета В. В. Марковниковым. Отсюда их другое название — нафтены.

Молекулы циклопарафинов часто содержат боковые углеродные цепи:

2. Строение циклопарафинов .

По строению молекул циклопарафины сходны с предельными углеводоро дами. Каждый атом углерода в циклоалканах находится в состоянии sp 3 -гибри дизации и образует четыре δ-связи С — С и С — Н. Углы между связями зависят от размера цикла. В простейших циклах С 3 и С 4 углы между связями С — С сильно отличаются от тетраэдрического угла 109°28 что создает в молекулах напряжение и обеспечивает их высокую реакционную способность.

Свободное вращение во круг связей С-С, образующих цикл, невозможно.

3. Изомерия и номенклатура .

Для циклоалканов характерны два вида изомерии.

а) 1-й видструктурная изомерия — изомерия углеродного скелета (как для всех классов органических соединений). Но структурная изомерия может быть обусловлена разными причинами.

Во-первых, размером цикла. Например, для циклоалкана С 4 Н 8 существует два вещества:

Также к структурной изомерии относится межклассовая. Например, для вещества С 4 Н 8 можно записать структурные формулы веществ, относящихся к раз ным классам углеводородов.

б) 2-й видпространственная изомерия у некоторых замещенных цикло алканов обусловлена отсутствием свободного вращения вокруг связей С — С в цикле.

Например, в молекуле 1,2-диметилциклопропанадве группы СН 3 могут находиться по одну сторону от плоскости цикла (цис-изомер) или по разные стороны (транс-изомер).

Названия циклоалканов образуются путем добавления приставки цикло- к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода. Нумерацию в цикле производят таким образом, чтобы заместители получили наименьшие номера.

Структурные формулы циклоалканов обычно записывают в сокращенном виде, используя геометрическую форму цикла и опуская символы атомов углеро­ да и водорода.

4. Физические свойства циклопарафинов .

При обычных условиях первые два члена ряда (С 3 и С 4 ) — газы, C 5 – С 10 — жидкости, высшие — твердые вещества. Температуры кипения и плавления циклоалканов, как и их плотности, несколько выше, чем у парафинов с равным числом атомов углерода. Как и парафины, циклоалканы практически нерастворимы в воде.

5. Химические свойства.

По химическим свойствам циклоалканы, в частности циклопентан и циклогексан, сходны с предельными углеводородами. Они химически малоактивны, горючи, вступают в реакцию замещения с галогенами.

в) Также они вступают в реакцию дегидрирования (отщепления водорода) в присутствии никелевого катализатора.

По химическому характеру малые циклы (циклопропан и циклобутан) склонны к реакциям присоединения, в результате которых происходит разрыв цикла и образуются парафины и их производные, чем они напоминают ненасыщенные соединения.

а) Присоединение брома

6. Получение циклопарафинов .

а) Циклопентан, циклогексан и их производные составляют основную часть некоторых сортов нефти. Поэтому их получают в основном из нефти. Но существуют и синтетические методы получения.

б) Общим способом получения циклоалканов является действие металлов на дигалогенопроизводные алканов.

7. Применение циклоалканов. Из циклопарафинов практическое значение имеют циклопентан, циклогексан, метил циклогексан, их производные и другие. В процессе ароматизации нефти эти соединения превращаются в ароматические углеводороды — в бензол, толуол и другие вещества, которые широко используются для синтеза красителей, медикаментов и т.д. Циклопропан применяют для наркоза. Циклопентан используется как добавка к моторному топливу для повышения качества последнего и в разных синтезах.

В нефти содержатся также карбоксильные производные циклопентана -циклопенткарбоновая кислота и ее гомологи, называемые нафтеновыми кислота­ми. При очистке нефтяных продуктов щелочью образуются натриевые соли этих кислот, обладающие моющей способностью (мылонафт). Циклогексан используют главным образом для синтеза адипиновой кислоты и капролактама — полупродуктов для производства синтетических волокон найлон и капрон.

III . Закрепление знаний и умений.

Задача 2. При сгорании вещества массой 4,2 г образуется 13,2 г оксида уг­лерода ( IV ) и 5,4 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2,9. Оп­ределите молекулярную формулу данного вещества.

Задача 3. При сгорании 7,5 г вещества образуется 11 г оксида углерода ( IV ) и 4,5 г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 14 Определите молекулярную формулу данного вещества.

Читайте также  Природно-ресурсный потенциал Латинской Америки

Циклопарафины, их строение, свойства, нахождение в природе

Циклопарафины— циклические насыщенные углеводороды, по химическим свойствам близки к предельным углеводородам. Входят в состав нефти.

В нефтехимической промышленности нафтены являются источником получения ароматических углеводородов путем каталитического риформинга. Наибольшее практическое значение приобрёл циклогексан, применяемый для синтеза капролактама, адипиновой кислоты и других соединений, используемых в производстве синтетического волокна.

К циклоалканам относят предельные углеводороды с общей формулой СnH2n, имеющие циклическое строение. Названия циклоалканов строятся из названий соответствующих алканов с добавлением приставки «цикло», например циклопропан, 1,3-диметилциклогексан. Для циклоалканов характерны следующие виды изомерии:

Изомерия углеродного скелета

Межклассовая изомерия с алкенами

Все атомы углерода в молекулах циклоалканов имеют sp3-гибридизацию. Однако величины углов между гибриднымиорбиталями в циклопентане, циклобутане и особенно в циклопропане не 109°28′, а меньше из-за геометрии, поэтому малые циклы неустойчивы.

Циклопропан и циклобутан при нормальных условиях — газы, циклопентан и циклогексан — жидкости. Циклопарафины в воде практически не растворяются.

Циклопропан применяют для наркоза, но его применение ограничено из-за взрывоопасности.

2. Гидрирование ароматических углеводородов (катализатор, давление, температура)

Классификация неорганических веществ.

Все неорганические вещества делят на простые и сложные
Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента и подразделяются на металлы, не металлы, благородные газы.

Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, химически связанных друг с другом, к ним относятся оксиды, основания, кислоты, и амфотерные гидроксиды и соли.

Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, одним из которых является кислород, со степенью окисления -2 оксиды делятся на основные, амфотерные и кислотные

Основания – это сложные вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксильных групп. Количество гидроксильных групп равно степени окисления металла

Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла и кислотных остатков.

Количество атомовводорода равно заряду иона кислотного остатка. По количеству водорода, кислоты делятся на одно и двух и трёх основные

HCl

Амфотерные гидроксиды – это сложные вещества, которые проявляют свойство кислот и свойства оснований, поэтому их формулы записывают в форме и в форме оснований

Соли – это сложные вещества состоящие из атомов металла и кислотных остатков.

Соли делятся на средние, кислые и основные

Билет №8

Металлы, их положение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, строение их атомов. Металлическая и химическая связь. Общие химические свойства металлов как восстановителей.

Металлы– это химические элементы, атомы которых отдают электроны первращаясь в положительно заряженные ионы.

Металлы находятся в переодической системе ниже диагонали B–At, т.е занимают левый нижний угол. На внешнем энергетическом уровне они имеют 1-3 электрона.

Исключения:

Ge, Sn, Pb – 4 электрона

Sb, Bi – 5 электронов

Po– 6 электронов

Физические свойства.

Высокая электропроводность, теплопроводность, ковкость, пластичность, металический блеск.

Химические свойства.

Наиболее энергично восстановительные способности металлов проявляются в их реакциях с галогенами.

2Na+Cl→ 2NaCl

Металлы энергично взаимодействуют с кислородом:

2Mg+O2→ 2MgO

Менее энергично металлы реагируют с серой:

Ещё менее энергично металлы взаимодействуют с азотом и с фосфором и неметаллами главной подгруппы Vгруппы.

Наиболее активные металлы главных подгрупп.

Восстановительные свойства металлов проявляются и в реакциях со слоными веществами – с водой, кислотами и солями.

С водой самые активные металлы (от Cs до Ca) реагируют при обычных условиях с образованием растворимых в воде оснований щелочей и выделением водорода:

2Na + 2HOH→ 2NaOH +H2

Менее активные металлы реагируют с водой при повышенной температуре (выделяется водород и образуется оксид соответствующего металла)

VМеталлы с кислотами взаимодействую по-разному, те из них, которые в электрохимическом ряду напряжений стоят левее водорода, восстанавливают в кислотах ионы водорода (исключение HNO3)

Металлы, стоящие правее водорода, восстанавливают в кислоте кислото-образующий элемент.

Каждый предыдущий металл в электрохимическом ряду напряжений вытесняет последующие металлы из водных растворов (или расплавов) соответствующих солей.

Применение.

Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют при изготовлении трансформаторов, электромоторов, электромагниты и мембрам микрофонов.

Железо преимущественно используется в виде сплавов – чугуна и стали.

Серый чугун применяется в изготовлении методов литья различных деталей (шестерёнок, колёс, труб и др.)

Белый чугун применяется в переработке в сталь.

Циклопарафины, их строение, свойства, нахождение в природе, практическое значение

Помимо предельных углеводородов с открытой цепью существуют предельные углеводороды с замкнутой (циклической) цепью. Они имеют несколько названий: циклоалканы, циклопарафины, нафтены, цикланы, полиметилены. Циклоалканы различаются между собой размерами цикла:

По размеру цикла циклоалканы делятся на группы: малые (C3, C4) и обычные (C5 – C7) циклы.

Молекулы циклоалканов содержат на два атома Н меньше, чем соответствующие алканы (за счет их отщепления замыкается углеродное кольцо). Поэтому общая формула циклоалканов СnH2n.

Трех- и четырехчленные циклоалканы менее прочны, чем пяти- и шестичленные. Циклобутан и особенно циклопропан – соединения малоустойчивые. Это связано с тем, что в молекулах этих соединений углы между валентными связями значительно отличаются от “нормального” угла в правильном тетраэдре (109°28′). Например, в циклопропане, молекулу которого можно изобразить в виде равностороннего треугольника, угол между углерод-углеродными связями (60°) отличается от тетраэдрического угла на 49°28′ (а в расчете на одну связь на 24°44′). Такое отклонение от тетраэдрического угла создает в молекуле значительное напряжение, что существенно сказывается на ее устойчивости.

В циклогексане разница между тетраэдрическим углом и углом между углерод-углеродными связями в нем меньше и составляет 10°32′ (в расчете на одну связь она равна 5°16′). Чтобы еще уменьшить эту разницу, молекула циклогексана, как и другие молекулы циклоалканов, изгибается в пространстве. Существуют две основные формы – “ванна” и “кресло”. Наиболее устойчивой (энергетически выгодной) формой в циклогексане является форма “кресло”.

Молекулы циклоалканов часто содержат боковые углеводородные цепи:

У циклопарафинов возможна изомерия.

Структурная изомерия обусловлена размером цикла (например, циклобутан и метилциклопропан – изомеры) и положением заместителей в цикле (например, 1,1- и 1,2-диметилциклобутан).

Также имеет место пространственная изомерия, связанная с различным расположением заместителей относительно плоскости цикла. При их расположении по одну сторону от плоскости цикла получаетсяцисизомер, по разные стороны – трансизомер:

Кроме того, каждому циклоалкану изомерен соответствующий алкен – это пример межклассовой изомерии.

Физические свойства. Циклопропан и циклобутан при нормальных условиях – газы, с С5 до С16 – жидкости, начиная с С17 и выше – твердые вещества. Температура кипения и плавления циклоалканов несколько выше, чем у алканов с тем же числом атомов С в молекуле. Циклопарафины в воде практически не растворяются.

Химические свойства. Циклоалканы химически малоактивны и в этом отношении напоминают алканы: они горючи, атомы Н могут замещаться галогенами.

Химические свойства циклоалканов определяются особенностями их строения.

1. Малые циклы (особенно циклопропан) неустойчивы и способны к разрыву, поэтому они склонны к реакциям присоединения:

2. Обычные циклы (С5–С7) очень устойчивы и вступают только в реакции замещения, подобно алканам:

3. Циклопарафины подвергаются реакциям дегидрирования (отщепления Н):

Нахождение в природе. Циклопарафины главным образом находятся в составе некоторых нефтей. Отсюда и другое название циклопарафинов – нафтены. Пяти- и шестичленные циклопарафины были впервые выделены из нефти и изучены профессором Московского университета В.В.Марковниковым.

Практическое значение.Циклоалканы и их гомологи относятся к карбоциклическим соединениям.

Как вещества, составляющие значительную часть некоторых сортов нефти и получаемых из нее нефтепродуктов, они имеют большое практическое значение.

Циклопропан C3H6 используют в качестве анестезирующего средства в хирургии (для наркоза). Циклогексан С6Н12 – прекрасный растворитель. Циклоалканы являются компонентами моторного топлива.

Циклогексан, метилциклогексан и некоторые другие в процессе ароматизации нефти превращаются в ароматические углеводороды – бензол, толуол и другие вещества, которые широко используются для синтеза красителей, медикаментов и т.д.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: