Sotieji angliavandeniliai Cikloalkanai

1. Sotieji angliavandeniliai Cikloalkanai

2. TURINYS Paplitimas gamtoje...............................................4 Nomenklatūra.......................................................5 Izomerija...............................................................6 Gavimo būdai.....................................................11 Ciklų patvarumas...............................................12 Fizikinės savybės...............................................19 Cheminės savybės.............................................20 Šaltiniai..............................................................25

3. Cikloalkanai – uždaros grandinės junginiai (iš graik. ciklos - skritulys). Cikloalkano molekulėje yra dviem vandenilio atomais mažiau, negu alkane su tokiu pačiu anglies atomų skaičiumi.

4. Paplitimas gamtoje Cikloalkanai labai paplitę gamtoje – jie yra kai kurių vietovių naftos pagrindinė sudėtinė dalis. Daugiausia paplitę junginiai su penkianariais ir šešianariais ciklais (ciklopentanas, cikloheksanas ir jų dariniai). Cikloalkanų yra taip pat augalų eteriniuose aliejuose.

5. Nomenklatūra Cikloalkanų pavadinimai sudaromi, pridedant prie atitinkamo alkano pavadinimo priešdėlį ciklo-. Dažnai rašomos sąlyginės formulės. Kuriose praleidžiami ele-mentų simboliai:

6. Izomerija Cikloalkanų struktūrinę izomeriją sąlygoja ciklo mat-menys, šoninių grandinių ilgis, sandara ir jų išsidėstymas. Tai akivaizdžiai matyti iš šių C5H10 sudėties izomerų for-mulių: ciklopentanas metilciklobutanas etilciklopropanas 1,1-dimetilciklopropanas 1,2-dimetilciklopropanas

7. Izomerija Cikloalkanai turi keletas patvarių stereoizomerų. Šis reiškinis aiškinamas tam tikra šoninių grandinių erdvine padėtimi žiedo atžvilgiu. Tokio tipo stereoizomerija vadinama geometrine, arba cistransizomerija. cis-1,2-dimetilciklopropanas trans-1,2- dimethylcyclopropane

8. Cis-trans izomerai 1,2-dimetilciklopentanas cis-1,2-dimetil-ciklopentanas trans-1,2-dimetil-ciklopentanas

9. Stereoizomerija Cikloheksano anglies atomų neciklinės jungtys skirstomos į du tipus: įašines, nukreiptas statmena į žiedą, ir ekvatorines, lygiagrečias anglies atomų plokštumai:

10. Stereoizomerija Pakaito ekvatorinė padėtis patogesnė už ašinę, todėl visų vienpakaičių cikloheksanų pakaitas yra ekvatorinėje padėtyje. Ašinei formai būdinga didesnė energijos atsarga, todėl jai susidaryti yra mažiau galimybių:

11. Cikloalkanų gavimo būdai Bendras būdas cikloalkanams gauti yra alkanų dihalogenidų veikimas metalais. Šioms reakcijoms naudojamas ir metalinis natris: Cikloheksano eilės junginiai dažniausiai gaunami, hidrinant lengvai gaunamus benzeno eilės junginius. Pramonėje, taikant šio tipo reakciją, iš benzeno gaunamas grynas cikloheksanas:

12. Ciklų patvarumas Cikloalkanų savybės daugiausia priklauso nuo ciklo didumo. Mažų ciklų (C3 – C4) ypatybė yra jų mažesnis patvarumas, lyginant su kitais cikliniais junginiais. Mažų ciklų yra gana didelė energija:

13. Ciklų patvarumas Adolfas Bajeris pirmasis bandė nustatyti ryšį tarp ciklų patvarumo ir jų sandaros ypatybių. 1885 m. jis pasiūlė įtempimo teorija. Jos pagrindu A. Bajeris ėmė anglies atomo tetraedrinį modelį, teigdamas, jog, pakeitus net ie nedaug valentingumų kryptį (109° 28́), molekulėje susidaro įtempimas, sumažinantis jos patvarumą. ( 1835-1917 )

14. Ciklų patvarumas Valentingumų nukrypimas nuo jų normalios padėties, ciklui, sudarytam iš n narių, galima apskaičiuoti taip: α= 109°28́ - ————— 180°(n - 2) n Ciklopropanas Ciklobutanas Ciklodekanas α= 24°44́ α= 9°44́ α= -34°72́

15. Ciklų patvarumas Skaičiuojant pagal šią formulę, buvo laikoma, jog ciklai yra plokščios konfigūracijos. Pastaruoju metu nustatyta, kad plokščias yra tik trinaris ciklas ir kad kampinis įtempimas – tik vienas iš veiksnių, į kurį reikia atsižvelgti, nagrinėjant ciklų patvarumą. Antroji esminė įtempimo priežastis yra dengiamasis įtempimas, susijęs su molekulės konformacijos būkle.

16. Ciklų patvarumas Ciklopropano konformacija yra dengiamoji – dėl trijų lyginių H –H porų sąveikos yra didesnė šio ciklo vidinė energija.

17. Ciklų patvarumas Ciklobutano ir ciklopentano nepalankių lyginių H –H porų sąveika gali sumažėti, išvedus vieną anglies atomą iš ciklo plokštumos. Pavyzdžiui, ciklopentanas yra patvariausias, būdamas “voko” formos. Ciklobutanas Plokštuminė konformacija “Voko” arba “Drugelio” konformacija Ciklopentanas Plokštuminė konformacija “Voko” konformacija

18. Ciklų patvarumas Cikloheksanas ypač patvarus, būdamas “kėdes” formos, nes tada nei kampinio, nei dengiamojo įtempimo:

19. Cikloalkanų fizikinės savybės ► Pirmieji du cikloalkanai – dujos, C5 –C10– skysčiai, aukštesnieji – kietos medžiagos. ► Cikloalkanų virimo, lydymosi temperatūros ir jų tankiai šiek tiek didesni, negu alkanų su tokiu pačiu anglies atomų skaičiumi. ► Kaip ir alkanai, cikloalkanai beveik netirpsta vandenyje.

20. Cikloalkanų cheminės savybės Iš cheminių reakcijų mažiems ciklams būdingiausios prijungimo reakcijos. Joms vykstant, trūksta ciklas ir susidaro alkanai bei jų dariniai – tuo maži ciklai primena nesočius junginius. Didesnio narių skaičiaus ciklams būdingesnės pakaitų reakcijos – tuo šie junginiai panašūs į alkanaus. Prijungimo reakcijos ► Halogenų veikimas ► Veikimas halogenų vandeniliais ► veikimas vandeniliu ► Oksidavimas ► Nitrinimas

21. Halogenų veikimas Ciklopropanas ir jo dariniai lengvai prisijungia bromą. Vykstant reakcijai, trūksta ciklas ir susidaro alkanų 1,3-dibromdariniai: Ciklobutanas patvaresnis už ciklopropaną: kad jis prisijungtų bromą, reikalinga aukštesnė temperatūra; susidaro 1,4-dibrombutanas: Veikiant halogenais ciklopentaną, cikloheksaną ir aukštesnius cikloalkanus, žiedas netrūksta: halogenai pakeičia ciklo vandenilio atomus:

22. Veikimas halogenų vandeniliais Ciklopropanas ir jo alkilų dariniai lengvai prisijungia jodo vandenilį. Reaguojant suyra ciklas ir susidaro jodidas: Su ciklobutanu ši reakcija vyksta sunkiau, šildant. Ciklopentanas ir aukštesnieji ciklai neprisijungia halogenų vandeniliu.

23. Veikimas vandenilių Iš reakcijų su vandeniliu aiškiai matyti, kaip laipsniškai didėja ciklų patvarumas nuo trinario iki šešianario. Ciklui nutraukti, veikiant vandeniliui ir vartojant nikelio katalizatorių, reikalinga vis aukštesnė temperatūra: Cikloheksano ciklas, sudarius sąlygas, nenutrūksta. Vietoj nurodytųjų vyksta dehidrinimo reakcija, susidarant benzenui: C6H12 → C6H6 + 3H2

24. Oksidavimas Ciklopropaną ir jo darinius normalioje temperatūroje iš lėto oksiduoja kalio permanganato tirpalas; terpė turi būti neutrali arba šarminė. .Veikiant stipresniais oksidatoriais arba šildant, oksiduojasi ir kiti cikloalkanai. Trūksta jų ciklas, ir susidaro dikarboninės rūgštys su tuo pačių anglies atomų skaičiumi molekulėje:

25. Šaltiniai Literatūra: V.Potatovas, S. Tatarinčik “Organinė chemija”, Vilnius, “Mokslas”,1977