Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Циклоалкани



Це вуглеводні, в молекулах яких присутні циклічні вуглецеві ланцюжки і наявні лише прості зв’язки.CnH2n.

Циклоалкани, або циклани, ізомерні алкенам.

9.1. Номенклатура. Ізомерія

Номенклатура практично така ж сама, як в алканів, але з додаванням префіксу цикло- перед назвою замкненого вуглецевого ланцюга. Нумерація циклу починається від замісника, ближчого до початку алфавіту.

1. Ізомерія циклів.

2. Ізомерія взаємного розташування замісників у циклі.

3. Ізомерія будови бічного ланцюга.

9.2. Будова циклоалканів

Першою теорією, яка намагалася пояснити стабільність циклоалканів та їх реакційну здатність, була теорія А. Байєра (іноді її називають гіпотезою
А. Байєра). А. Байєр виходив з того, що валентні кути в молекулах циклоалканів нібито відхиляються від нормального кута між валентними напрямками sp3-гібридизованого атома Карбону. Кут між валентними напрямками в молекулі циклопропану за Байєром дорівнює внутрішньому куту трикутника і становить 60° (тобто нібито нормальний кут 109° стиснутий до 60°). Напруження циклу – α — визначається половиною різниці між нормальним кутом 109° і внутрішнім кутом відповідного багатокутника.

Для циклопропану .

Для циклобутану , .

Дійсно, циклопропан та циклобутан поводять себе у хімічних реакціях так, ніби їх зв’язки напружені і намагаються якнайшвидше розірватись.

З гіпотези А. Байєра випливає, що найстабільнішим циклоалканом є циклопентан, внутрішній кут якого (108°) практично співпадає з нормальним валентним кутом sp3-гібридизованого атома Карбону. Але в той час як гіпотеза А. Байєра більш-менш задовільно пояснює властивості малих циклів, то вже починаючи з циклогексану вона не працює, а саме за Байєром циклогексан повинен мати негативне значення напруги циклу .

В дійсності ж циклогексан є найстабільнішим із циклів, стабільнішим ніж циклопентан.

Основними причинами недостатності і недостовірності гіпотези А. Байєра є такі:

1. Хибною була вихідна установка гіпотези на деформацію валентних кутів, таких деформацій не відбувається, оскільки вони вимагали б надзвичайно високих енергій.

2. А. Байєр не враховував і не міг врахувати електронну будову циклоалканів, за його часів не були розвинені квантово-хімічні уявлення про будову хімічних зв’язків.

3. Нарешті А. Байєр вважав молекули циклоалканів плоскими багатокутниками, тобто зовсім не враховував можливого просторового взаємного розташування атомів у циклах.

9.3. Сучасні уявлення про будову малих циклів

В малих циклах – циклопропані і циклобутані – існує особливий тип зв’язків – «бананові зв’язки»:

У «бананових зв’язках» sp3-гібридні орбіталі перекриваються під кутом, тому зона перекривання менша, ніж в σ-зв’язках, що послаблює цей зв’язок порівняно з σ-зв’язком. До того ж притягання іде по дотичній (подібно до
π-зв’язоку), що також послаблює цей зв’язок порівняно з σ-зв’язком. За міцністю «банановий зв’язок» знаходиться між σ- та π-зв’язком, наближаючись до π-зв’язку (легко рветься). А сполуки з «банановим зв’язком» за реакційною здатністю нагадують алкени: добре вступають в реакції приєднання з розривом «бананового зв’язку», а значить і розривом циклу.

9.4. Стереохімія циклоалканів

Всупереч твердженню А. Байєра, жоден з циклоалканів не є плоскою структурою. Найбільш плоским з усіх є циклопропан, але навіть в ньому відбуваються коливання атомів Карбону з виходом із площини.

Циклобутан не є плоским квадратом, а в його молекулі відбувається коливання «крилець».

Циклопентан існує у вигляді «конверта», в якому почергово піднімаються і опускаються кожна з п’яти вершин.

Найцікавішою і найскладнішою є просторова будова циклогексану і його похідних.

Конформації молекули циклогексану.Циклогексан може існувати у вигляді трьох конформерів:

В конформації «крісло» кожна пара атомів Карбону, якщо дивитись вздовж зв’язку, знаходиться у загальмованій конформації.

В конформації «човника» дві пари атомів Карбону знаходяться в заслоненій конформації, тому човник менш імовірний, ніж крісло.

Молекула в конформації «крісло» підлягає осциляції:

Як собі уявити утворення крісла із плоского шестикутника?

Молекула циклогексану може приймати дві кріслоподібні конформації. При переході від однієї конформації до другої атоми Гідрогену стають екваторіальними або аксіальними.

Енергія переходу невелика і такі переходи відбуваються у звичайних умовах (20°С)

9.5. Окремі представники

Циклопропан – безбарвний газ, використовується як нешкідливий дихальний наркотичний засіб. Цілий ряд природних сполук містять кільце циклопропану (наприклад, терпени).

Циклобутан – газоподібна речовина. Біциклічні монотерпенові вуглеводні (α- і β-пінен), деякі алкалоїди містять кільце циклобутану.

Циклопентан, циклогексан виділяють із нафти. Циклогексан є безбарвною рідиною з приємним запахом. Використовується як розчинник і як вихідна сировина для виробництва поліамідів. У природних сполуках міститься значна кількість похідних циклогексану.

10. Арени (Ароматичні вуглеводні)

Арени – це вуглеводні, в молекулах яких наявний циклічний ланцюг атомів Карбону i особливий тип зв’язку (ароматичний зв’язок). Розглянемо основні принципи виникнення i характеристики ароматичного зв’язку на прикладі найпростішої ароматичної сполуки – молекули бензену C6H6.

При переході від циклогексану до циклогексадієну, що мають один і два подвійних зв’язки відповідно, і далі до циклогексатрієну (бензену) відбувається якісний стрибок, оскільки ароматичні сполуки принципово відрізняються за своїми властивостями від циклогексенових і циклогексадієнових похідних.

Назва «ароматичні вуглеводні» виникла на початку розвитку органічної хімії. До групи ароматичних вуглеводнів відносяться речовини, які добували з природних смол, бальзамів і ефірних масел, що мали приємний запах (аромат).

Але в дійсності далеко не всі ароматичні вуглеводні мають запах.

10. 1. Класифікація ароматичних сполук

Класифікація ароматичних сполук відбувається за такими ознаками׃

І. За кількістю ароматичних кілець׃

а) одноядерні (бензен і його гомологи);

б) двох ядерні та багатоядерні, які в свою чергу поділяються на:

- багатоядерні з неконденсованими циклами;

- багатоядерні з конденсованими циклами.

Наприклад׃

Серед багатоядерних аренів з конденсованими ядрами, як правило, знаходяться дуже сильні канцерогени, особливо багато таких сполук у нафтовому пеку (залишок після перегонки нафти), який використовується для асфальтування вулиць, останнє з точки зору охорони здоров'я привело до вимоги заміни асфальтових покриттів іншими засобами дорожнього покриття.

10.2. Ароматичні вуглеводні з одним бензеновим ядром

Загальна формула групи вуглеводнів з одним ядром СnН2n-6. Найпростішим представником ароматичних вуглеводнів з одним ядром є бензен. За даними якісного та кiлькiсного елементного аналізу, бензен має брутто-формулу — C6H6. Його відкрив М.Фарадей (1825 р.) у світильному газі (продукт переробки кам’яного вугілля). Пізніше (1845 р.) бензен був виявлений Гофманом у кам’яновугільній смолі.