Алканы и циклоалканы

Алканы (предельные или насыщенные углеводороды, парафины) — углеводороды, атомы углерода в которых соединены простыми связями. Общая формула: CnH2n+2. Соотношение числа атомов водорода и углерода в молекулах алканов максимально по сравнению с молекулами углеводородов других классов.

Таблица изомеров и название радикалов

При замыкании углеводородной цепи в цикл с потерей двух атомов водорода образуются моноциклоалканы с общей формулой CnH2n. Циклизация начинается с C3, названия образуются от Cn с префиксом цикло–:

Изомерия алканов и циклоалканов:

1. Углеродного скелета

Пространственные изомеры могут быть у циклоалканов:

Конформеры находятся в динамическом равновесии и превращаются друг в друга через нестабильные формы. Неустойчивость плоских циклов вызвана значительной деформацией валентных углов. При сохранении тетраэдрических валентных углов для циклогексана C6H12 возможны две устойчивые конформации: в форме кресла и в форме ванны:

Химические cвойства алканов:

1. Галогенирование:

СH4+Cl2=CH3Cl+HCl

2. Нитрование:

3. Реакции горения:

С5H12+8O2=5CO2+6H2O

4. Сульфохлорирование:

CH3(CH2)10CH3+SO2+Cl2→CH3(CH2)10CH2- SO2Cl+HCl

CH3(CH2)10CH2- SO2Cl+2NaOH→CH3(CH2)10- CH2SO3Na+NaCl

Это свойство используется при получении синтетических моющих средств.

Химические свойства циклоалканов:

Наиболее устойчивыми являются 6-членные циклы, в которых отсутствуют угловое и другие виды напряжения.

1. Малые циклы (С3 — С4) довольно легко вступают в реакции гидрирования: 

Циклопропан и его производные присоединяют галогены и галогеноводороды:

В других циклах (начиная с С5) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтому для циклоалканов (С5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т.е. реакции замещения.

2. Эти соединения, подобно алканам, вступают также в реакции дегидрирования, окисления в присутствии катализатора и др. 

3. Окисление циклоалканов (циклогексан).

Столь резкое отличие в свойствах циклоалканов в зависимости от размеров цикла приводит к необходимости рассматривать не общий гомологический ряд циклоалканов, а отдельные их ряды по размерам цикла. Например, в гомологический ряд циклопропана входят: циклопропан С3Н6, метилциклопропан С4Н8, этилциклопропан С5Н10 и т.д.

Алкены

Алке́ны (олефины, этиленовые углеводороды) — ациклические непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь между атомами углерода, образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n.

Виды изомерии:

Помимо изомерии, связанной со строением углеродной цепи, в ряду олефинов наблюдается изомерия положения двойной связи. Кроме того, у олефинов имеет место пространственная (геометрическая) или цис-транс-изомерия.

Для изучения материала по названному виду изомерии необходимо просмотреть анимационный фильм “Цис-транс-изомерия в ряду алкенов”. Обращаем внимание на то, что текст, сопровождающий этот фильм. в полном объеме перенесен в данный подраздел и ниже следует.

Цис-транс-изомерия в ряду алкенов

Наряду с изомерией, связанной со строением углеродного скелета и положением двойной связи, в ряду алкенов имеет место геометрическая или цис-транс-изомерия. Ее существование обусловлено отсутствием свободного вращения атомов, связанных двойной связью.

Метильные группы в приведенных примерах могут располагаться как по одну сторону двойной связи (такой изомер называется цис-изомером), так и по разные стороны (такой изомер называется транс-изомером). Названия упомянутых изомеров происходят от латинского cis - на этой стороне и trans- через, на другой стороне. Превращение изомеров друг в друга невозможно без разрыва двойной связи”.

Химические свойства алкенов:

1. Присоединение галогенов.

CH2=CH-CH3+Cl2→CH2Cl-CHCl-CH3

2. Присоединение водорода.

CH2 = CH-CH3+Н2→CH3-CH2-CH3

3. Присоединение галогенводородов.

CH2 = CH-CH3+НCl→CH3-CHCl-CH3

Присоединение протекает по правилу Марковникова (водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода).

4. Присоединение воды.

5. Окисление перманганатом калия в нейтральной или слабощелочной среде (реакция Вагнера).

6. Полимеризация алкенов.