Cykloalkany Budowa, Szereg homologiczny,

Prezentacja na temat: "Cykloalkany Budowa, Szereg homologiczny,"— Zapis prezentacji:

1 Cykloalkany Budowa, Szereg homologiczny,
Izomeria położenia, geometryczna i nazewnictwo, Otrzymywanie cykloalkanów Właściwości cykloalkanów

2 Szereg homologiczny cykloalkanów
Cykloalkany - węglowodory, których atomy połączone są wyłącznie wiązania kowalencyjnymi (atomowymi), tworząc zamknięty układ cykliczny należą do szeregu homologicznego o ogólnym wzorze CnH2n, gdzie n ≥ 3 Nazwy systematyczne tworzy się poprzez dodanie przedrostka „cyklo” do nazwy systematycznej alkanu o tej samej liczbie at. C w cząsteczce.

3 Szereg homologiczny cykloalkanów cd
Cyklopropan C3H6 Cyklobutan C4H8 CH2 H2C CH2 H2C CH2

4 Szereg homologiczny cykloalkanów cd
Cyklobutan C5H12 Cykloheksan C6H12 CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2

5 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) CH3 cyklobutan metylocyklopropan

6 Izomeria położenia podstawnika cd
Izomery dimetylocykloheksanu C8H16 1,2-dimetylocykloheksan 1,3-dimetylocykloheksan CH3 | H1C CH3 / H26C CH | | H25C CH2 4CH2 H1C H26C CH2 H25C CH \ 4CH CH3

7 Izomeria położenia podstawnika cd
Izomery dimetylocykloheksanu C8H16 cd 1,4-dimetylocykloheksan 1,1-dimetylocykloheksan CH3 | H1C H26C CH2 | | H25C CH2 4CH H3C CH3 \ / 1C 4CH2

8 Izomeria geometryczna cykloalkanów i halogenocykloalkanów
W związku z znacznie mniejszymi kątami między orbitalami wiążącymi w cykloalkanach, niż to wnika z hybrydyzacji sp3,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.

9 Izomeria geometryczna cykloalkanów i dihalogenocykloalkanów
Cis-1,2-dimetylocyklopropan Cis-1,2-dibromocyklopropan H3C H 1C H23C C H H3C H Br H23C C Br H Trans-1,2-dimetylocyklopropan Trans-1,2-dibromocyklopropan H CH3 H Br Br H

10 Otrzymywanie cykloalkanów
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 CH2 – CH2 – Cl CH2 – CH2 H2C Na  H2C NaCl CH2 – CH2 – Cl CH2 – CH2 1,5-dichloropentan cyklopentan

11 Otrzymywanie cykloalkanów cd
Uwodorowanie (hydrogenacja) cykloalkenów, cykloalkinów lub benzenu oraz jego homologów w obecności katalizatora Ni i podwyższonej temp. H2C CH H2C CH2 + H2  H2C CH H2C CH2 cyklobuten cyklobutan H2C C H2C CH2 + 2H2  H2C C H2C CH2 cyklobutyn cyklobutan

12 Właściwości fizyczne cykloalkanów
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 109o28`(wynikającego z hybrydyzacji sp3) 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 sp3. Takie zjawisko jest niemożliwe w cząsteczce cyklopropanu, która jest cząsteczką płaską, a kąty wynoszą 60o.

13 Właściwości chemiczne
Reakcje spalania – identycznie jak alkany Cyklopropan i cyklobutan 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 H2C CH CH2 – CH2 – CH2 Br2  | | CH Br Br cyklopropan ,3-dibromopropan H2C CH2 H2  CH3 – CH2 – CH3 CH2 cyklopropan propan

14 Właściwości chemiczne cd
Cykloalkany o 5 i więcej at. C w pierścieniu ulegają reakcji substytucji, tak jak alkany CH H CH H H2C C Br2  H2C C HBr H Br H2C CH H2C CH2 cyklopentan bromocyklopentan Cykloalkany stosunkowo łatwo ulegają utlenieniu, produktem są kwasy dikarboksylowe O2 2 HOOC – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – COOH + 2H2O cykloheksan kwas heksanodiowy (adypinowy)