Номенклатура и изомерия

Циклоалканы

Циклоалканы или цикланы – углеводороды, содержащие в молекуле циклы (кольца), построенные из атомов углерода (карбоциклические соединения), связанные между собой σ-связью. Цикланы входят в состав алициклических соединений. Общая формула циклоалканов C_nH_2n. Следовательно, молекулы цикланов, не имеющие заместителей, состоят из связанных между собой и замкнутых в кольца групп СН₂ (метиленовая группа); отсюда и другое их название – полиметиленовые соединения.

В технической литературе (в том числе и в нефтяной) циклоалканы называют нафтенами. Последнее название им дал В.В. Марковников, впервые открывший эти углеводороды в 1833 году в бакинских нефтях.

Циклоалканы по числу циклов в молекуле подразделяются на моноцикланы (общая формула С_nН_2n), бицикланы (С_nН_2n-2) и полицикланы (С_nН_2n-4, С_nН_2n-6 и т.д.).

1. Моноцикланы.

Название циклоалканов образуется путём добавления приставки цикло- к названию соответствующего линейного алкана с тем же числом атомов углерода:

Замещённые циклоалканы называют и нумеруют так же, как и их ациклические (нециклические аналоги):

Для удобства циклоалканы часто изображают в виде геометрических фигур. При этом подразумевается, что во всех углах фигуры находятся атомы углерода, а все свободные валентности заняты атомами водорода:

Для циклоалканов возможны следующие виды изомерии:

а) Изомерия, связанная с размером цикла:

б) Изомерия, зависящая от положения заместителей в цикле:

в) Изомерия боковых цепей

г) Изомерия, связанная с расположением боковых цепей в пространстве - геометрическая (цис-, транс-) изомерия:

2. Бициклические алканы.

Когда 2 цикла имеют два общих соседних атома углерода, то они образуют конденсированную систему. Если общими для двух циклов являются несмежные атомы, возникает мостиковая система. Циклы, связанные простой связью, называют ансамблями циклов.

Цепи атомов или валентности, соединяющие узловые атомы молекулы, называют мостиками. Узловыми считаются наиболее замещённые атомы.

Конденсированные и мостиковые системы, состоящие только из двух циклов, называют как и алканы с тем же общим числом углеродных атомов, добавляя приставку “бицикло”. Число атомов углерода в каждом из трёх мостиков указывают в квадратных скобках между приставкой “бицикло” и названием углеводорода. Цифры располагают в порядке уменьшения и отделяют друг от друга точкой.

Ансамбли двух одинаковых циклоалканов называют с помощью приставки “би-”, помещённой либо перед названием соответствующего одновалентного остатка, либо перед названием соответствующего углеводорода.

Ансамбли неодинаковых циклоалканов называют выбирая более сложный цикл в качестве основного, а другой рассматривают как заместитель:

Физические свойства. Физические свойства некоторых циклоалканов, часто встречающихся в нефтях, приведены в табл. 13.

Из таблицы видно, что циклоалканы имеют более высокие температуры кипения и плавления, чем соответствующие алканы. Объясняется это тем, что вследствие более жёсткой структуры молекулы циклоалканов плотнее упаковываются в жидком или твёрдом состоянии, что увеличивает силы межмолекулярного взаимодействия.

Наличие одного алкильного заместителя в структуре циклоалкана нарушает симметрию молекулы, что приводит к резкому уменьшению температуры плавления.

На температуру кипения оказывает влияние расположение заместителей. Циклоалканы, имеющие заместители у соседних атомов углерода в цикле, кипят при более высокой температуре

Температуры плавления моноалкилзамещённых циклоалканов намного ниже, чем у соответствующих алканов.

С увеличением числа и длины алкильных заместителей физические свойства циклоалканов приближаются к свойствам алканов.

Таблица 13

Дата добавления: 2017-01-14