Cykloalkany

Cyklo

alkany

-Budowa,

-Szereg homologiczny,

-Izomeria położenia, geometryczna i

nazewnictwo,

-Otrzymywanie cykloalkanów

-Właściwości cykloalkanów

-Budowa,

-Szereg homologiczny,

-Izomeria położenia, geometryczna i

nazewnictwo,

-Otrzymywanie cykloalkanów

-Właściwości cykloalkanów

Szereg homologiczny

cykloalkanów

Szereg homologiczny

cyklo

alkanów

• Cykloalkany - węglowodory, których

atomy połączone są wyłącznie wiązania

kowalencyjnymi (atomowymi), tworząc

zamknięty układ cykliczny należą do

szeregu homologicznego o ogólnym

wzorze C

n

H

2n

,

gdzie n ≥ 3

• Nazwy systematyczne tworzy się

poprzez dodanie przedrostka „cyklo”

do nazwy systematycznej alkanu o tej

samej liczbie at. C w cząsteczce.

• Cykloalkany

- węglowodory, których

atomy połączone są

wyłącznie wiązania

kowalencyjnymi (atomowymi),

tworząc

zamknięty układ cykliczny

należą do

szeregu homologicznego o ogólnym

wzorze C

n

H

2n

,

gdzie n ≥ 3

• Nazwy systematyczne tworzy się

poprzez

dodanie przedrostka

„

cyklo

”

do nazwy systematycznej alkanu o tej

samej liczbie at. C w cząsteczce

.

Szereg homologiczny

cykloalkanów cd

Szereg homologiczny

cyklo

alkanów cd

Cyklopropan C

3

H

6

Cyklobutan C

4

H

8

CH

2

H

2

C

CH

2

H

2

C CH

2

H

2

C CH

2

Szereg homologiczny

cykloalkanów cd

Szereg homologiczny

cyklo

alkanów

cd

Izomeria położenia

podstawnika

Izomeria położenia

podstawnika

• W cykloalkanach o co najmniej 4 at. C występuje

izomeria konstytucyjna – izomeria położenia

podstawnika – zamiast atomu (ów) wodoru może

być przyłączony jednowartościowy (jeden lub

dwa) podstawnik (i), np. grupa (y) alkilowa (e) -

alkil (e)

• CH

3

cyklobutan

metylocyklopropan

• W cykloalkanach o co najmniej 4 at. C występuje

izomeria konstytucyjna – izomeria położenia

podstawnika

– zamiast atomu (ów) wodoru może

być przyłączony jednowartościowy (jeden lub

dwa)

podstawnik (i), np. grupa (y) alkilowa (e) -

alkil (e)

•

CH

3

cyklo

butan

metylo

cyklo

propan

Izomeria położenia

podstawnika cd

Izomeria położenia

podstawnika cd

• Izomery

di

metylo

cyklo

h

eksanu C

8

H

16

1,2

-

di

metylo

cyklo

heksan

1,3

-

di

metylo

cyklo

heksan

CH

3

|

H

1

C

CH

3

/

H

2

6

C

2

CH

| |

H

2

5

C

3

CH

2

4

CH

2

CH

3

|

H

1

C

H

2

6

C

2

CH

2

| |

H

2

5

C

3

CH

\

4

CH

2

CH

3

Izomeria położenia

podstawnika cd

Izomeria położenia

podstawnika cd

• Izomery

di

metylo

cyklo

h

eksanu C

8

H

16

cd

1,4

-

di

metylo

cyklo

heksan

1,1

-

di

metylo

cyklo

heksan

CH

3

|

H

1

C

H

2

6

C

2

CH

2

| |

H

2

5

C

3

CH

2

4

CH

|

CH

3

H

3

C CH

3

\ /

1

C

H

2

6

C

2

CH

2

| |

H

2

5

C

3

CH

2

4

CH

2

Izomeria geometryczna

cyklo

alkanów

i

halogeno

cyklo

alkanów

• W związku z znacznie mniejszymi kątami

między orbitalami wiążącymi w

cykloalkanach, niż to wnika z hybrydyzacji

sp

3

,w cykloalkanych nie ma możliwości

rotacji wokół wiązań C – C.

• Tak jak w przypadku alkenów,

podstawniki

tego samego rodzaju

mogą znajdować się

po tej samej

lub

po obu stronach

płaszczyzny

, w której leży wiązanie

rozpatrywanych at. C w cząsteczce

cykloalkanu lub helogenocykloalkanu.

• Wyróżnia się

formy

cis

i

formy

trans

.

Izomeria geometryczna

cykloalkanów

i dihalogenocykloalkanów

Izomeria geometryczna

cyklo

alkanów

i di

halogeno

cyklo

alkanów

Cis

-

1,2

-

di

metylo

cyklo

propan

Cis

-

1,2

-

di

bromo

cyklo

propan

H

3

C

H

1

C

H

2

3

C

2

C

H

H

3

C

H

Br

1

C

H

2

3

C

2

C

Br

H

Trans

-

1,2

-

di

metylo

cyklo

propan

Trans

-

1,2

-

di

bromo

cyklo

propan

H

CH

3

1

C

H

2

3

C

2

C

H

H

3

C

H

Br

1

C

H

2

3

C

2

C

Br

H

Otrzymywanie

cyklo

alkanów

•

Cyklopentan

i

cykloheksan

oraz

ich pochodne

są składnikami ropy naftowej,

otrzymuje się

w procesie destylacji frakjonowanej

wykorzystując

różnice w temp. wrzenia i skraplania

tych

węglowodorów.

• Synteza organiczna – reakcja

Würtza

CH

2

– CH

2

–

Cl

CH

2

– CH

2

H

2

C +

2Na

 H

2

C +

2Na

Cl

CH

2

– CH

2

–

Cl

CH

2

– CH

2

1,5-

di

chloro

pentan

cyklo

pentan

Otrzymywanie

cyklo

alkanów

cd

• Uwodorowanie (

hydrogenacja)

cykloalk

enów,

cykloalk

inów

lub

benzenu

oraz jego homologów

w obecności

katalizatora Ni

i

podwyższonej

temp

.

H

2

C CH H

2

C CH

2

+ H

2



H

2

C CH H

2

C CH

2

cyklo

but

en

cyklo

but

an

H

2

C C H

2

C CH

2

+ 2H

2



H

2

C C H

2

C CH

2

cyklo

but

yn

cyklo

but

an

Właściwości fizyczne

cyklo

alkanów

• W warunkach normalnych

cyklopropan i cyklobutan

są gazami

, o

temp. wrzenia wyższych niż odpowiednio propanu oraz butanu.

• Cyklopentan i cykloheksan

w warunkach normalnych

są cieczami

również o temp. wrzenia wyższej niż odpowiednio pentanu i heksanu.

• Trwałość

a tym samym

aktywność cykloalkanów chemiczna

zależy od

wielkości pierścienia,

im mniejszy kąt między wiązaniami σ między

atomami węgla w od kąta 109

o

28`(wynikającego z hybrydyzacji sp

3

)

tym

silniejsze są naprężenia na wiązaniach i tym samym mniejsza trwałość
cząsteczki.

• Najmniej trwałą cząsteczką

jest cyklopropan,

większą trwałością

wykazuje cyklobutan,

natomiast cyklopentan i cykloheksan wykazują

znaczną trwałość

. Wynika to z możliwości

większej swobody rotacji

na

wiązaniach C – C w pierścieniu ,

przez co atomy C nie leżą w jednej

płaszczyźnie

; np.

cykloheksan

przyjmują konformację łódeczkową lub

krzesełkową

aby zmniejszyć naprężenia na wiązaniach w pierścieniu, w

tych konformerach kąty są zbliżone do kąta wynikającego z
hybrydyzacji sp

3

. Takie zjawisko jest niemożliwe w

cząsteczce

cyklopropanu

, która

jest cząsteczką płaską, a kąty wynoszą 60

o

.

Właściwości chemiczne

•

Reakcje spalania

– identycznie jak alkany

•

Cyklo

propan

i cyklo

butan

ze względu na małą

trwałość
i dużą aktywność chemiczną

ulegają reakcji

addycji

(

przyłączenia bromu

a w

obecności

katalizatora - Ni wodoru

) połączoną z

rozerwaniem układu cyklicznego

H

2

C CH

2

CH

2

– CH

2

– CH

2

Br

2

 | |

CH

2

Br Br

cyklo

propan

1,3

-

di

bromo

propan

H

2

C CH

2

H

2

 CH

3

– CH

2

– CH

3

CH

2

cyklo

propan propan

Właściwości chemiczne

cd

• Cyklo

alkany o

5 i więcej at. C

w pierścieniu ulegają

reakcji

substytucji

,

tak jak alkany

CH

2

H CH

2

H

H

2

C C +

Br

2

 H

2

C C +

H

Br

H

Br

H

2

C CH

2

H

2

C CH

2

cyklo

pentan

bromo

cyklo

pentan

• Cyklo

alkany stosunkowo łatwo

ulegają utlenieniu

,

produktem są

kwasy

di

karboksylowe

2 + 5O

2

2

HOOC

– CH

2

– CH

2

– CH

2

– CH

2

–

COOH

+ 2H

2

O

cyklo

heksan

kwas

heksano

di

owy

(adypinowy)