12: Циклоалкани, Циклоалкени та Циклоалкіни
- Page ID
- 106121
Багато важливих вуглеводнів, відомих як циклоалкани, містять кільця атомів вуглецю, з'єднаних між собою поодинокими зв'язками. Прості циклоалкани формули складають особливо важливий гомологічний ряд\((CH_2)_n\), в якому хімічні властивості змінюються набагато більш драматично зі збільшенням n, ніж у ациклічних вуглеводнів\(\ce{CH_3(CH_2)}_{n-1} \ce{H}\). Циклоалкани з малими кільцями (\(n = 3\)-\(6\)) представляють особливий інтерес для прояву хімічних властивостей проміжних між властивостями алканів та алкенів. У цьому розділі ми покажемо, як цю поведінку можна пояснити з точки зору кутової деформації та стеричної перешкоди, понять, які були введені раніше і будуть використовуватися зі збільшенням частоти, коли ми продовжуємо далі. Ми також детально обговорюємо конформації циклоалканів, особливо циклогексану, через їх важливість для хімії багатьох видів природних органічних сполук. Деяка увага також буде приділена поліциклічним сполукам, речовинам з більш ніж одним кільцем, а також циклоалкенам і циклоалкінів.
- 12.1: Номенклатура та фізичні властивості циклоалканів
- Номенклатура та фізичні властивості циклоалканів охоплюють системи IUPAC іменування циклоалканів. Фізичні властивості циклоалканів можуть пояснити кожну молекулярну структуру циклоалкану та відносний розмір від простого пропану до багаторазового вуглецю, що містить циклоакану, як циклононан.
- 12.2: Спектроскопічні властивості циклогексанів
- Спектроскопічні властивості циклоалканів значно схожі з властивостями алканів. Раніше ми згадували основні особливості їх інфрачервоних спектрів, а також те, що відсутність поглинання ультрафіолету на довжині хвиль до 200 нм робить їх корисними розчинниками для визначення ультрафіолетових спектрів інших речовин. Деякі спектоскопічні властивості циклоалканів були помітні в спектрах ЯМР протонів.
- 12.3: Конформації циклоалканів
- Рівноваги (відносна стабільність) та рівновага (швидкість взаємоперетворення) обертальних конформацій етану та бутану обговорювалися раніше. Якщо переглянути цей матеріал, то буде зрозуміло, що формування кільця з вуглеводневої ланцюга значно зменшить кількість можливих шахових і затемнених конформацій. Почнемо нашу дискусію з циклогексану через його особливої важливості, приступимо до менших кілець, потім наведемо короткий виклад конформацій l
- 12.4: Штам в циклоалканових кільцях
- Багато з властивостей циклопропану і його похідних схожі з властивостями алкенів.
- 12.5: Хімічні властивості
- Штам в малокільцевих циклоалканах має глибокий вплив на їх теплоти згоряння. Ми розумно очікуємо, що інші хімічні властивості також будуть порушені. Дійсно, як і алкени, циклопропан і циклобутан зазнають реакцій розщеплення зв'язку C−C, які не спостерігаються ні для циклопентану і циклогексану, ні для насичених вуглеводнів з відкритим ланцюгом.
- 12.6: Більші циклоалкани та їх конформації
- Теорія деформації Бейєра припустила, що більші циклоалкани кільця важко синтезувати через кутову деформацію, пов'язану з площинними кільцями. Тепер ми знаємо, що, за винятком циклопропану, жоден з циклоалканів не має плоских вуглецевих кілець і що вищі циклоалкани мають нормальні або майже нормальні кути зв'язку.
- 12.7: Циклоалкени та Циклоалкани
- Кут C−C=C у алкенах зазвичай становить близько 22°, що на 10° більше, ніж звичайний кут C−C−C у циклоалканах. Це означає, що ми очікуємо приблизно на 20° більшої кутової деформації в циклоалкенах малого кільця, ніж у циклоалканах з однаковою кількістю вуглеців у кільці. Порівняння даних для циклоалкенів та циклоалканів показує, що це очікування реалізується для циклопропену, але менш помітне для циклобутену та циклопентену.
- 12.8: Номенклатура поліциклоалканів
- Існує багато вуглеводнів і похідних вуглеводнів з двома або більше кільцями, що мають загальні атоми вуглецю. Сполуки цього типу зазвичай називаються шляхом приєднання приставки bicyclo до назви вуглеводню з відкритим ланцюгом з таким же загальним числом атомів вуглецю, що і в кільцях.
- 12.9: Конформації декаліна
- Очікується, що шестичленні кільця декаліну, як і циклогексану, будуть найбільш стійкими у формі стільця. Однак існує два можливі способи, за допомогою яких можна з'єднати два стільці. Кільцевий перехід водню можуть перебувати або на одній стороні молекули (цис-декалін), або з протилежних сторін (транс-декалін). Коли два кільця з'єднуються через дві зв'язки екваторіального типу, результати транс-декалін, тоді як аксіально-екваторіальний союз дає цис-декалін.
- 12.10: Штам в поліциклічних молекулах
- Знаючи важливість кута і затемнення деформації в малокільцевих циклоалканах, слід очікувати, що ці штами стануть ще більш важливими в реакціях.
- 12.E: Циклоалкани, Циклоалкени та Циклоалкіни (вправи)
- Це домашні вправи, які супроводжують главу 12 TextMap з основних принципів органічної хімії (Робертс та Касеріо).