Разместить заказ
Вы будете перенаправлены на Автор24

Химические свойства соединений со средним размером цикла

8-800-775-03-30 support@author24.ru
Все предметы / Химия / Циклоалканы / Химические свойства соединений со средним размером цикла
Содержание статьи

Химические свойства циклоалканов в значительной степени зависят от устойчивости их циклов. Так, циклопропан, который имеет наименее устойчивый цикл, способен к реакциям присоединения с расщеплением цикла и по свойствам напоминает алкен.

Циклобутан менее напряженный и стойкий, чем циклопропан, однако его способность к реакциям присоединения преобладает над способностью участвовать в реакциях замещения. Наибольшую устойчивость проявляют пяти-, шестичленные и высшие циклы, для которых характерны реакции замещения, подобно алканам. Они не расщепляются на холоде при действии брома, раствора $KMnO_4$, озона и др.

Гидрирования циклоалканов со средним размером цикла

На примере реакций гидрирования моноциклоалканов при одинаковых условиях, кроме температуры, наглядно наблюдаются относительная устойчивость циклов и их способность к реакциям присоединения:



Рисунок 1.

Последняя реакция называется обратным катализом М. Зелинского.

Реакции замещения

Пяти-, шестичленные и выше циклы, подобно алканам, вступают в реакции замещения в основном по радикальному механизму.

  1. Бромирование приводит к образованию монобромпроизводных



    Рисунок 2.

  2. Аналогично бромированию происходит и хлорирование, однако при хлорировании на свету иногда также может образовываться смесь моно- и дихлоропроизводных, а также происходить раскрытие цикла:



    Рисунок 3.

В реакции замещения участвуют не только атомы водорода цикла, но и другие заместители по механизмам нуклеофильного замещения $Sn1$ и $Sn2$. Реакции по $Sn2$-механизму происходят с обращением конфигурации у атома углерода цикла, который атакуется нуклеофилом. При этом транс-изомер превращается в цис- и наоборот, а новый заместитель занимает противоположное положение, чем нуклеофуг (например, экваториальное положение вместо аксиального). Так, при гидролизе транс -1- трет-бутил-4 бромоциклогексана образуется цис-4-трет-бутил-1-циклогскеанол с обратной конфигурацией:

Готовые работы на аналогичную тему



Рисунок 4.

Кроме того, заместитель в аксиальном положении замещается легче, чем в экваториальном, вследствие большей энергетической выгодности продукта реакции е-изомер устойчивее, чем а-изомер).

Среди полизмещенных производных циклогексана заслуживает внимания гексахлорциклогексан (гексахлоран) как эффективный инсектицид, который в промышленности получают хлорированием бензола на свету:



Рисунок 5.

Гексахлоран представляет собой смесь восьми стереоизомеров, в которых атомы хлора занимают аксиальные или экваториальные положения. Биологическую активность из них как инсектицида проявляет только один так называемый $\gamma$-изомер (примерно 12-16% в конечной смеси) с расположением хлора в а, а, а, е, е, е-положениях:



Рисунок 6.

Для бициклических и особенно полициклических соединений преимущественно наблюдаются реакции электрофильного замещения по атому углерода, который находится в голове вместительная.

Окисление циклоалканов

Окисление циклоалканов зависит от их строения. Так, циклопропан при нормальных условиях не взаимодействует с раствором перманганата и дихромата калия в условиях реакций Вагнера. Другие циклоалканы при окислении в жестких условиях наряду с кислородсодержащими циклическими производными (спирты, кетоны) способны образовывать дикарбоновые кислоты с разрывом цикла, но в отличие от алкенов сохраняют общее количество атомов углерода. Промышленное значение имеет процесс окисления циклогексана до адипиновой кислоты в присутствии нафтената кобальта или марганца с получением промежуточных циклогексанола и циклогексанона. Последние соединения имеют и самостоятельное применение:



Рисунок 7.

Приведенная схема не учитывает всего многообразия промежуточных реакций, сопровождающих окисления циклогексана.

Изомеризация циклов

Для циклоалканов характерна изомеризация цикла с его расширением или сужением.

Изомеризация циклоалканов происходит в присутствии кислот Льюиса через стадию образования промежуточных карбокатионов аналогично изомеризации алканов. Так, метилциклопентан в присутствии $AlCl_3$ на 88% изомеризуется в циклогексан:



Рисунок 8.

Существует определенная зависимость перехода одних циклов в другие под действием катализатора (М. Зелииський):



Рисунок 9.

Процессы изомеризации происходят также при реакциях замещения, как это уже было показано выше, причем цикл сужается или расширяется, как правило, на один атом углерода (М. Кижнера, В. Марковников):



Рисунок 10.

Сообщество экспертов Автор24

Автор этой статьи

Автор статьи

Юля Леонидовна Карабут

Эксперт по предмету «Химия»

Статья предоставлена специалистами сервиса Автор24
Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.
как работает сервис