При взаимодействии циклопропана с хлором образуется
Циклоалканы (циклопарафины, нафтены) - циклические насыщенные углеводороды, по химическому строению близкие к алканам. Содержат только простые одинарные сигма связи (σ-связи), не содержат ароматических связей.
Циклоалканы имеют большую плотность и более высокие температуры плавления, кипения, чем соответствующие алканы. Общая формула их гомологического ряда - CnH2n.
Названия циклоалканов формируются путем добавления приставки "цикло-" к названию алкана с соответствующим числом: циклопропан, циклобутан и т.д.
Как и у алканов, атомы углерода циклоалканов находятся в sp 3 гибридизации.
Помимо изомерии углеродного скелета, для циклоалканов характерна межклассовая изомерия с алкенами и пространственная геометрическая изомерия в виде существования цис- и транс-изомеров.
В промышленности циклоалканы получают несколькими способами:
-
Из ароматических углеводородов
Циклоалканы можно получить гидрированием (присоединением водорода) бензола и его гомологов.
При наличии катализатора и повышенной температуры алканы способны образовывать цикл, отщепляя при этом водород.
В лабораторных условиях циклоалканы можно получить реакцией дегалогенирования дигалогеналканов.
-
Дегалогенирование дигалогеналканов (внутримолекулярная реакция Вюрца)
Важно заметить, что циклопропан и циклобутан вступают в реакции присоединения, проявляя свойства ненасыщенных соединений. Для циклопентана и циклогексана реакции присоединения не характерны, они преимущественно вступают в реакции замещения.
Наиболее легко в реакции гидрирования вступают циклопропан и циклобутан. Циклопентан и циклогексан не вступают в реакции гидрирования.
Без освещения реакция циклопропана и циклобутана с хлором идет по типу присоединения. При освещении хлор образует свободные радикалы, реакция идет, как и у алканов, по механизму замещения.
У циклопентана и циклогексана реакция идет только путем замещения.
В реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения, вступают циклопропан и циклобутан.
При отщеплении водорода от циклогексана образуется бензол, при наличии радикалов - гомологи бензола.
В ходе нагревания с катализатором - AlCl3 циклоалканы образуют изомеры.
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Пройдите тест для закрепления знаний
Реакция присоединения характерна для циклопропана, цикл которого неустойчив и легко рвется.
Межклассовыми изомерами циклоалканов являются алкены.
Тип гибридизации атомов углерода у циклоалканов (как и у алканов) - sp 3 .
В результате гидрирования бензола можно получить циклогексан.
Циклогексан не вступает в реакцию присоединения, этой прочный устойчивый цикл.
13. При взаимодействии циклогексана с хлором образуется
| 1) | 1-хлоргексан | 3) | хлорциклогексан |
| 2) | 1,6-дихлоргексан | 4) | 1,1-дихлоргексан |
14. 1-Хлорпропан преимущественно образуется при взаимодействии
| 1) | пропана с хлором | 3) | циклопропана с хлором |
| 2) | пропена с хлороводородом | 4) | циклопропана с хлороводородом |
15. С каждым из трех веществ:
хлором, хлороводородом, водородом –
| 1) | гексан | 2) | циклогексан | 3) | циклопропан | 4) | метан |
16. И с водородом, и с бромоводородом взаимодействует
| 1) | 2-метилбутан | 3) | циклогексан |
| 2) | циклопропан | 4) | метилциклогексан |
17. Циклопропан в отличие от пропана взаимодействует с
| 1) | йодоводородом | 4) | кислородом |
| 2) | бромной водой | 5) | раствором серной кислоты |
18. Циклобутан в отличие от бутана взаимодействует
| 1) | бромом | 4) | кислородом |
| 2) | водородом | 5) | метаном |
19. Какие из приведенных утверждений о циклоалканах и их свойствах верны?
А. Для циклоалканов характерна структурная изомерия.
Б. Циклоалканы горят на воздухе.
| 1) | верно только А |
| 2) | верно только Б |
| 3) | верны оба утверждения |
| 4) | оба утверждения неверны |
20. Какие из приведенных утверждений о циклоалканах и их свойствах верны?
А. Циклоалканы содержатся в нефти.
Б. Химические свойства циклоалканов зависят от величины цикла.
| 1) | верно только А |
| 2) | верно только Б |
| 3) | верны оба утверждения |
| 4) | оба утверждения неверны |
21. Какие из приведенных утверждений о циклопропане и его свойствах верны?
А. Изомером циклопропана является пропин.
Б. Для циклопропана характерны реакции присоединения.
| 1) | верно только А |
| 2) | верно только Б |
| 3) | верны оба утверждения |
| 4) | оба утверждения неверны |
22. Какие из приведенных утверждений о циклогексане и его свойствах верны?
А. Молекула циклогексана имеет плоское строение.
Б. Для циклогексана характерны реакции замещения.
| 1) | верно только А |
| 2) | верно только Б |
| 3) | верны оба утверждения |
| 4) | оба утверждения неверны |
23. В схеме превращений
веществами Х1 и Х2 соответственно являются
| 1) | 1-хлорпропан и пропен | 3) | 1-хлорпропан и пропин |
| 2) | 2-хлорпропан и пропен | 4) | 2-хлорпропан и пропанол-2 |
24. В схеме превращений
веществами Х1 и Х2 соответственно являются
| 1) | хлорциклопропан и пропен | 3) | 1,3-дихлорпропан и циклопропан |
| 2) | 1,2-дихлорпропан и пропен | 4) | 1,3-дихлорпропан и пропин |
25. В схеме превращений
веществами Х1 и Х2 соответственно являются
| 1) | циклогексан и хлорциклогексан | 3) | циклогексан и 1,6-дихлоргексан |
| 2) | гексан и 2-хлоргексан | 4) | гексан и 2,2-дихлоргексан |
26. В схеме превращений
веществами Х1 и Х2 соответственно являются
| 1) | Mg и CH≡C-CH3 | 3) | Mg и CH2=CH-CH3 |
| 2) | Cu и CH3-CH2-CH3 | 4) | Zn и CH3-CH2-CH3 |
Повышенный уровень сложности
27. Бромоводород способны присоединить
| 1) | 2-метилпропан | 4) | циклогексан |
| 2) | циклопропан | 5) | гексан |
| 3) | гексин-2 | 6) | изопрен |
28. Для циклопропана справедливы утверждения
| 1) | образует цис-транс-изомеры |
| 2) | является изомером пропена |
| 3) | при обычных условиях – газообразное вещество |
| 4) | характерны реакции замещения |
| 5) | при нагревании присоединяет бромоводород |
| 6) | обесцвечивает бромную воду |
29. Для циклогексана справедливы утверждения
| 1) | молекула является плоской |
| 2) | все атомы углерода находятся в sp 2 -гибридном состоянии |
| 3) | при обычных условиях – жидкость |
| 4) | характерны реакции замещения |
| 5) | является продуктом каталитического гидрирования бензола |
| 6) | обесцвечивает раствор перманганата калия |
30. Для метилциклогексана справедливы утверждения
| 1) | все атомы углерода находятся в sp 3 -гибридном состоянии |
| 2) | при обычных условиях – твердое вещество |
| 3) | хорошо растворяется в воде |
| 4) | характерны реакции замещения |
| 5) | при каталитическом дегидрировании образует толуол |
| 6) | вступает в реакцию гидрирования |
31. Идля циклопропана, и для циклогексана справедливы утверждения
| 1) | все атомы углерода находятся в sp 3 -гибридном состоянии |
| 2) | плохо растворяются в воде |
| 3) | характерны реакции присоединения |
| 4) | вступают в реакцию каталитического гидрирования |
| 5) | обесцвечивают бромную воду |
| 6) | горят на воздухе |
32. Для циклопропана в отличие от циклогексана справедливы утверждения
| 1) | атомы углерода в молекуле свободно вращаются вокруг σ-связи |
| 2) | при обычных условиях - газ |
| 3) | образует структурные изомеры |
| 4) | вступает в реакцию каталитического гидрирования |
| 5) | способен присоединять хлороводород |
| 6) | характерна реакция горения |
33. Циклопропан взаимодействует с
| 1) | хлороводородом | 4) | водородом |
| 2) | бромом | 5) | гексаном |
| 3) | раствором серной кислоты | 6) | гидроксидом натрия |
34. Циклогексан взаимодействует с
| 1) | бромоводородом | 4) | водородом |
| 2) | бромной водой | 5) | кислородом |
| 3) | хлором | 6) | азотной кислотой |
35. Максимальный объем (н.у.) водорода, который может присоединить циклопропан массой 8,4 г, равен _________ л. (Запишите число с точностью до сотых.)
36. Масса хлороводорода, которую может присоединить циклопропан объемом 17,92 л (н.у.), равна _________ г. (Запишите число с точностью до десятых.)
37. Масса гексана, которая необходима для получения 16,8 г циклогексана, равна _________ г. (Запишите число с точностью до десятых.)
38. Смесь пропана и циклопропана объемом 20 л (н.у.) максимально может присоединить 5 л (н.у.) водорода. Объемная доля циклопропана в смеси равна _________ %. (Запишите число с точностью до целых.)
39. Смесь пропана и циклопропана объемом 10 л (н.у.) может присоединить 48 г брома. Объемная доля циклопропана в исходной смеси газов равна _________ %. (Запишите число с точностью до десятых.)
Высокий уровень сложности
40. (С3) Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
41. (С3) Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Укажите условия протекания 4 реакции.
42. (С3) Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Укажите условия протекания реакций.
43. (С4) Газ выделившийся при взаимодействии циклогексана массой 25,2 г с хлором объемом 8 л (н.у.), растворили в 150 мл воды. Какой объем 20%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,22 г/мл) надо добавить к полученному раствору для его полной нейтрализации? Чему равна массовая доля соли в полученном растворе?
44. (С4) Для полного гидрирования смеси циклопропана и циклобутана массой 25,2 г использовали водород, который выделился при взаимодействии 12 г магния с 14%-ным раствором серной кислоты объемом 400 мл (плотность 1,1 г/мл). Чему равны массовые доли циклопропана и циклобутана в исходной смеси?
45. (С5) Установите молекулярную формулу циклоалкана, плотность паров которого по воздуху равна 2,897.
46. (С5) Циклоалкан массой 1,4 г может максимально присоединить 0,448 л (н.у.) водорода. Установите молекулярную формулу циклоалкана.
47. (С5) Циклоалкан массой 25,2 г может присоединить 13,44 л (н.у.) хлороводорода. Установите молекулярную формулу циклоалкана.
48. (С5) Для полного сгорания 0,896 л (н.у.) циклоалкана потребовалось 5,376 л (н.у.) кислорода. Установите молекулярную формулу циклоалкана.
Арены
Базовый уровень сложности
1. Состав аренов выражается общей формулой
| 1) | CnH2n+2 | 2) | CnH2n | 3) | CnH2n-2 | 4) | CnH2n-6 |
2. Последовательности
алкан – циклоалкан – арен
может соответствовать ряд веществ
| 1) | С5Н12, С7Н14, С3Н4 | 3) | С5Н12, С4Н10, С4Н6 |
| 2) | С3Н8, С4Н8, С7Н8 | 4) | С3Н4, С4Н8, С6Н12 |
3. К соединениям с общей формулой СnН2n-6 относится
| 1) | бутадиен | 2) | толуол | 3) | стирол | 4) | гексен |
4. В молекуле бензола атомы углерода находятся в состоянии гибридизации
| 1) | sp | 2) | sp 2 | 3) | sp 3 | 4) | sp 2 d |
5. В молекуле толуола атомы углерода находятся в состоянии гибридизации
| 1) | sp и sp 2 | 2) | только sp 2 | 3) | sp 2 и sp 3 | 4) | sp и sp 3 |
6. Молекула бензола имеет строение
| 1) | тетраэдрическое | 2) | угловое | 3) | линейное | 4) | плоское |
7. Валентный угол и длина связи в молекуле бензола соответственно равны
| 1) | 120˚ и 0,154 нм | 3) | 120˚ и 0,140 нм |
| 2) | 180˚ и 0,120 нм | 4) | 109˚28' и 0,154 нм |
8. Тетраэдрический фрагмент атомов имеется в молекуле
| 1) | бензола | 2) | толуола | 3) | винилбензола | 4) | ацетилена |
9. Число σ-связей в молекуле бензола равно
| 1) | 6 | 2) | 8 | 3) | 10 | 4) | 12 |
10. Число σ-связей в молекуле толуола равно
| 1) | 6 | 2) | 8 | 3) | 12 | 4) | 15 |
11. Бензол и толуол являются
| 1) | структурными изомерами | 3) | гомологами |
| 2) | геометрическими изомерами | 4) | одним и тем же веществом |
12. Метилбензол и толуол являются
| 1) | структурными изомерами | 3) | гомологами |
| 2) | геометрическими изомерами | 4) | одним и тем же веществом |
13. Фенилметан и бензол являются
| 1) | структурными изомерами | 3) | гомологами |
| 2) | геометрическими изомерами | 4) | одним и тем же веществом |
14. Взаимодействие бензола с хлором в присутствии AlCl3 относится к реакциям
| 1) | пиролиза | 2) | замещения | 3) | разложения | 4) | присоединения |
15. Взаимодействие бензола с хлором при освещении относится к реакциям
| 1) | крекинга | 2) | замещения | 3) | разложения | 4) | присоединения |
Дата добавления: 2019-01-14 ; просмотров: 1065 ;
Циклоалканы – это предельные (насыщенные) углеводороды, которые содержат замкнутый углеродный цикл.
Общая формула циклоалканов CnH2n, где n≥3.
Циклоалканы с малым циклом (циклопропан, циклобутан и их замещенные гомологи) из-за большой напряженности в кольце могут вступать в реакции присоединения.
1. Реакции присоединения к циклоалканам
| Чем меньше цикл и чем больше угловое напряжение в цикле, тем легче протекают реакции присоединения. Способность вступать в реакции присоединения уменьшается в ряду: циклопропан > циклобутан > циклопентан. |
С водородом могут реагировать малые циклы, а также (в жестких условиях) циклопентан. При этом происходит разрыв кольца и образование алкана.
Циклопропан и циклобутан довольно легко присоединяют водород при нагревании в присутствии катализатора:
Циклопентан присоединяет водород в жестких условиях:
Бромирование протекает более медленно и избирательно.
Циклогексан и циклоалканы с большим число атомов углерода в цикле с водородом не реагируют.
Циклопропан и циклобутан реагируют с галогенами, при этом тоже происходит присоединение галогенов к молекуле, сопровождающееся разрывом кольца.
| Например. Циклопропан присоединяет бром с образованием 1,3-дибромпропана: |
Циклопропан и его гомологи с алкильными заместителями у трехчленного цикла вступают с галогеноводородами в реакции присоединения с разрывом цикла.
| Например, циклопропан присоединяет йодоводород. |
| Присоединение галогеноводородов к гомологам циклопропана с заместителями у трехатомного цикла (метилциклопропан и др.) происходит по правилу Марковникова. |
| Например, при присоединении бромоводорода к метилциклопропану преимущественно образуется 2-бромбутан |
2. Реакции замещения
Галогенирование циклопентана, циклогексана и циклоалканов с большим количеством атомов углерода в цикле протекает по механизму радикального замещения.
| Например, при хлорировании циклопентана на свету или при нагревании образуется хлорциклопентан |
При хлорировании метилциклопентана замещение преимущественно протекает у третичного атома углерода:
При взаимодействии циклоалканов с разбавленной азотной кислотой при нагревании образуются нитроциклоалканы.
| Например, нитрование циклопентана. |
При нагревании циклоалканов в присутствии катализаторов протекает дегидрирование – отщепление водорода.
Циклогексан и его производные дегидрируются при нагревании и под действием катализатора до бензола и его производных.
| Например, бензол образуется при дегидрировании циклогексана. |
| Например, при отщеплении водорода от метилциклогексана образуется толуол. |
3. Окисление циклоалканов
Как и все углеводороды, алканы горят до углекислого газа и воды. Уравнение сгорания циклоалканов в общем виде:
| Например, горение циклопентана. |
При окислении циклогексана азотной кислотой или в присутствии катализатора образуется адипиновая (гександиовая) кислота:
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.
ЦИКЛОПРОПАН (триметилен), мол. м. 42,08; бесцв. газ, т. пл. -127 °С, т. кип. -33 °С; 
1,3799,
0,7352; раств. в орг. р-рителях, плохо - в воде; легко воспламеняется; смеси с воздухом, О2 и N2O взрывоопасны.
Ц иклопропан - простейший циклоалкан, трехчленный цикл к-рого обладает значит. энергией напряжения (
115 кДж/моль) и повышенной по сравнению с др. циклоалканами хим. активностью. Углы в циклопропане 60° (ССС), 114-115° (НСН), длины связей 0,151 (С —С) и 0,109 нм (С —Н). Малая величина угла ССС по сравнению с углом между sр 3 -гибридизованными орбиталями (109,5°) позволяет предположить, что при образовании связей С — С в циклопропане не достигается макс. перекрывание атомных орбиталей. Такие связи наз. "банановыми" (рис.), по своему характеру они являются промежуточными между 
и
-связями, поэтому циклопропан может вести себя подобно олефинам. Кроме того, благодаря слабости "банановой" связи, циклопропан легко раскрывает кольцо в разл. р-циях. Возможны др. способы описания характера и св-в связей в циклопропане.
Замещение в циклопропане значительно изменяет его геометрию. Так, электронодонорные заместители укорачивают прилежащие связи С — С и удлиняют противолежащую; электроноакцепторные группы действуют наоборот; объемные вицинальные заместители удлиняют связь между атомами С, несущими эти заместители. В высоконапряженных структурах при сочленении циклопропана с др. циклами, в т. ч. циклопропановыми, наблюдаются большие искажения 3-членного цикла (см. Напряжение молекул).
Ц иклопропан- слабая СН-к-та: рКа46 (вода, 25 °С).
Легко протекает изомеризация циклопропана в пропен; р-ция осуществляется термически или в присут. каталитич. кол-в Pt, Pd, Fe, Ni, Rh, A12O3.
При действии Н2 алкилциклопропаны в мягких условиях подвергаются гидрогенолизу либо изомеризации с послед. гидрированием:
Р-ция циклопропана с протонными к-тами приводит к пропилгалогенидам. В присут. А1С13 циклопропан алкилирует ароматич. соед. с образованием как пропильных, так и изопропильных производных; при этом при переходе от n-ксилола к о-дихлорбензолу соотношение указанных изомеров изменяется от (92 : 8) до (4 : 96) соотв.
С хлором и бромом циклопропан реагирует неодинаково. В условиях радикального бромирования образуется 1,3-дибромпропан, а радикального хлорирования в мягких условиях - 1,1-дихлорциклопропан. При электроф. бромировании получают смесь бромпропанов:
Р-ция циклопропана и его производных с солями ртути в среде протонных р-рителей приводит к
-меркурир. спиртам [или их алкокси(ацилокси)производным]; р-ция не имеет аналогов в химии др. карбоциклов:
R'=H,Alk, Ас
Замещенные циклопропана, содержащие электронодонорные и электроноакцепторные группы, при умеренном нагревании претерпевают гетеролиз по наиб. замещенной связи, напр.:
1,1-Дигалогенциклопропаны при действии (C4H9)3SnH или Mg в СН3ОН восстанавливаются в моногалогениды, а при взаимод. с CH3Li превращаются в соответствующие аллены:
Ц иклопропан и его производные получают действием Zn-пыли на 1,3-дигалогениды:
Для синтеза функционально замещенных циклопропана используют р-ции внедрения по связи С = С при действии диазоэфиров (кат.- комплексы Сu и Rh) или диазометана, генерируемого в присут. комплексов Pd; элиминирование HHal из
галогензамещенных кетонов, эфиров или нитрилов; взаимод. олефинов с СН2I2 в присут. пары Zn - Сu (см. Симмонса-Смита реакция); термич. разложение пиразолинов:
Галогенциклопропаны получают внедрением галогенкарбенов в олефины.
Ц иклопропан и его фторпроизводные применяют в медицине как средства для ингаляц. наркоза. Эфиры циклопропанкарбоновой к-ты - средства защиты растений (см. Пиретроиды).
Лит.: Яновская Л. А., Домбр овский В. А., Хусид А. X., Циклопропаны с функциональными группами, М., 1980; Иоффе А.И., Святкин В.А., Нефедов О. М., Строение производных циклопропана, М., 1986; Houben-Weyl, Metoden der organischen Chemie, 4 Aufl., Bd 13, Tl 2a, Stuttg., 1973.
Читайте также: