Циклические углеводороды. Циклоалканы

Циклоалканы – предельные углеводороды, в молекулах которых все валентности, оставшиеся свободными после образования углеродными атомами одного или более циклов, насыщены водородом.

2.2.1 Химические свойства

Различают три характерных направления химических превращений циклоалканов:

1. Раскрытие кольца (реакции присоединения подобно алкенам).

2. Замещение атомов водорода при углеродных атомах кольца, окисление, дегидрирование (подобно ациклическим аналогам).

3. Превращения, обусловленные наличием цикла (изомеризация циклов: сужение, расширение).

Склонность к тому или иному направлению определяется, в первую очередь, прочностью цикла. Наименее прочны трех- и четырехчленные. Эти циклы по свойствам напоминают алкены, т.е. склонны к реакциям 1 типа. Последующие гомологи по химическому поведению почти не отличаются от алканов (склонны к реакциям 2).

1. Присоединение водорода с разрывом С-С связи (каталитическое гидрирование). Циклопропан в условиях гидрогенолиза (Н₂, катализаторы Pt, Ni на различных носителях, 0-25°С) превращается в пропан:

Галогенирование. При действии галогенов на циклоалканы с 5 и более атомами углерода в кольце происходит замещение атомов водорода (подобно алканам):

Циклопропан присоединяет бром с раскрытием кольца (подобно алкенам), при хлорировании (в отличие от бромирования и йодирования) наблюдается и замещение атомов водорода:

2. Галогенирование – цепная радикальная реакция. Циклобутан присоединяет бром при нагревании. Гидрогалогенирование. Галогеноводородные кислоты легко присоединяются к циклопропану и его гомологам, труднее – к циклобутану (при нагревании). Присоединение идет по правилу Марковникова:

Высшие циклоалканы галогеноводородов не присоединяют.

Окисление. Подобно алканам, циклоалканы устойчивы к действию окислителей (KMnO₄). Более активные окислители (HNO₃, кислород воздуха + катализатор) разрушают кольцо, превращая циклоалканы в двухосновные карбоновые кислоты с тем же числом атомов углерода в молекуле:

Ароматизация. Циклогексан дегидрируется до бензола (катализаторы Pt, Pd, температура 300°С). Процесс обратимый.