Cicloalacanii

CicloalacaniiCicloalcanii denumi i cicloparafine sunt hidrocarburi ciclice saturate cu formula CnH2n n care n-numrul atomilor de C din molecul.Caracteristici:-hidrocarburi

-ciclice

-saturate

Se consider c sunt saturate pentru c au n molecula lor doar atomi de C saturai sp3. Dac vom calcula nesaturarea echivalenei, valoarea obinut este 1, ceea ce demonstreaz prezena unei nesaturri n raport cu alcanii cu acelai numr de atomi de C n caten.

Aceast unitate de nesaturare se datoreaz prezenei unui ciclu n caten i se concretizeaz n lipsa a 2 atomi de H fa de alcanul cu acelai numr de atomi de C.

Serie omolog. Nomenclatur.

Dnd lui n valori ntregi n3 obinem seria omolog a cicloalcanilor. Ca n orce serie omolog 2 termeni cosecutivi se difereniaz ntre ei printr-o grupare metilen.

Determinarea cicloalcanilor se face prin adugarea cuvntului ciclo- la numele alcanului cu acelai numr de atomi de C n molecul.

nCnH2n

cicloalcan

3C3H6

ciclopropan

4C4H8

ciclobutan

5C5H10

ciclopentan

6C6H12

ciclohexan

Reprezentarea cicloalcanilor se face prin intermediul formulelor ciclice:

CH2

CH2

CH2

Izomeria la cicloalcani

La cicloalcani:

I.1.Izomerie de caten de la n4

CH3

C4H8

ciclobutan metilciclopropan

CH2-CH3

CH3 CH3

CH3C5H10

ciclopentan metilciclobutan etilciclopropan 1,1-dimetilciclopropan

CH3

CH3 1,2-dimetilciclopropan

Astfel ciclobutanul adopt o astfel de structur spaial:

n cazul ciclohexanului o multitudine de structuri izomere din care 2 structuri izomere limit sunt forma scaun i forma baie.

forma scaun forma baie

Cea mai stabil este forma scaun.

Aceste forme izomere sunt izomeri de conformaie sau conformeri

II.2.Izomeria geometric

Este un fenomen de izomerie datorat prezenei fenomenului de blocare a rotirii libere a atomilor de C dublu legai sau care fac parte dintr-un ciclu plan. n aceste condiii apare un plan de referin n raport cu care se poate discuta poziia relativa a unor substituieni.I.3.Izomeria de funciune cicloalcanii sunt izomeri de funciune cu alchenele(au aceeai formul molecular, dar aparin unor clase de compui diferii).

CH2C3H6 ca cicloalcan CH2

CH2 ciclopropan

ca alchen CH2=CH-CH3 propen

II.1.Izomeria de conformaie un tip de izomerie ce are la baz posibilitatea atomilor de C simplu legai de a se roti n jurul axei de simetrie a legturii simple.Stabilitate ciclurilor

ntre unghiul figurii geometrice i unghiul hibridizrii atomului de C din cicloalcani(C sp3 109028) apare o diferen ce determin apariia unei tensiuni n ciclu. Cu ct diferena este mai mic cu att cicloalcanii prezint un ciclu mai stabil. Cicloalcanii tind spre adoptarea de structur spaial, spre atingerea valorii unghiului de 109028.

Nici un cicloalcan nu va adopta o structur plan pentru c nu exist o figur geometric plan n care unghiul dintre laturi sa fie de 109028.

Metode de obinere a cicloalcanilor.1.Metode industriale

2.Metode de laborator

1. Ciclohexanul se gsete n petrol din care se poate izola benzina uoar(fracie petrolier) ce conine pn la 20% ciclohexan. Pentru obinerea lui se mbogete benzina n ciclohexan prin tratare cu clorur de aluminiu anhidru cnd are loc izomerizarea metil ciclopentanului la ciclohexan. CH3

AlCl3\HCl

metil-ciclopropan ciclohexan

Benzina astfel mbogit se trateaz cu H2SO4 avnd loc ndeprtarea benzenului i este supus pirolizei pentru ndeprtarea alcanilor inferiori sub form de gaze de piroliz. Fracia lichid rmas este supus distilrii cnd se poate obine chiar ciclohexan n satre pur.

O alt metod reprezint hidrogenarea benzenului la 2500C pe catalizator de N,Pt,Pd cu obinerea ciclohexanului.

2500C

+3H2

N;Pt;Pd

benzen

ciclohexan

2.a)Sinteza Wrtz

Se utilizeaz derivai halogenai ce au halogenii n capetele catenei, n prezen de Na. Eliminarea lor sub form de halogenur de sodiu duce la cicloalcanii corespunztori.

CH2 Cl

CH2(CH2)n + 2Na

(CH2)n

CH2 Cl - 2NaCl

CH2

Din 1,3 diclorpropan => ciclopropan

CH2 CH2 CH2

CH2

CH2 + NaClCl +2Na Cl -2NaClCH2

ciclopropan

Din 1,4 diclorbutan => ciclobutan

CH2 CH2 Cl

CH2 CH2

+ 2Na

+ 2NaCl

CH2 CH2 Cl

CH2 CH2

Distilarea cu Zn a derivailor dihalogenai cu halogenii marginali duce la cicloalcani. Din 1,3 diciclopropan => ciclopropan, iar din 1,4 diciclobutan => ciclobutan.

CH2 CH2 CH2

CH2 CH2

+ ZnCl2Cl + Zn + Cl

CH2CH2 CH2 Cl

CH2 CH2

+ Zn

+ ZnCl2CH2 CH2 Cl

CH2 CH2Proprieti fizice

Cicloalcanii au puncte de topire ce cresc odat cu creterea numrului de atomi de C din molecul, creterea avnd loc neregulat. Punctele de fierbere cresc regulat fiind mai ridicate dect cele ale alcanilor cu acelai numr de atomi de C n molecul.

Proprieti chimice

Ciclurile mici fiind instabile ( datorit diferenei mari dintre unghiul hibridizrii i unghiul figurii geometrice ) vor da uor reacii de adiie cu desfacere de ciclu.

Ciclurile mari fiind mai stabile ( datorit diferenei mici dinte unghiul hibridizrii i unghiul figurii geometrice ) nu vor da adiii, ci substituii.

a)Hidrogenarea ciclopropanului are loc la temperaturi mai mici nefiindu-i necesar condiii energice din cauza instabilitii sale mari.

CH2

Ni

CH2 + H2

CH3 CH2 CH3CH2

400C

ciclopropan

propan

b)Halogenarea are loc prin adiie de X2 a ciclurilor mici. Din ciclopropan n reacia cu Cl2 la lumin se obine 1,3 diclor propan, iar din ciclobutan, 1,4 diclorbutan.

CH2

h

CH2 + Cl2

CH2 CH2 CH2CH2

Cl

Cl

1,3 diclorpropanCH2 CH2

h

+ Cl2

CH2 CH2 CH2 CH2CH2 CH2

Cl

Cl

1,4 diclorbutan

c)Adiia de HX are loc doar la ciclopropan cu obinerea derivatului monohalogenat. n cazul HBr => 1 brom propan

CH2

CH2 + Br

CH3 CH2 CH2CH2

Br

1 brompropan

Ciclurile mari dau reacii de substituie. Ciclohexanul la lumin se clorurez cu obinerea de clor ciclohexan.

Cl

h

+ Cl2

+ HCl

clor hexan

Ca i alcanii, ciclurile mari dau n prezen de AlCl3 sau AlBr3 anhidru, reacii de izomerizare. Astfel ciclohexanul se izomerizeaz n aceste condiii la metil ciclopentan, n sistem la echilibru gsindu-se ambele forme.

Oxidarea cicloalcanilor superiori se produce cu O2 din aer, astfel, n anumite condiii din ciclohexan => ciclohexanol ce se poate oxida n continuare la ciclohexanon.

O

t0C

+ O2 C

+ O2

+ H2O

ciclohexanol ciclohexanon

+O2 H2O

De fapt n sistem se obin simultan ambele componente.

Oxidarea ciclohexanului la ciclohexanol i ciclohexanon reprezint o etap intermediar pentru obinerea firelor de tip nylon 6, respectiv de tip poliamidic ( caprolactan).

Oxidarea energic a ciclohexanului duce la acid adipic i intermediar n obinerea firelor de tip nylon 6,6.

t0C

+ 5/2 O2

HOOC CH2 CH2 CH2 CH2 COOH

H2O

acid adipic.

Cicloalcanii prezint impotan practic n special prin ciclohexan materie prima n industria firelor i fibrelor sintetice, a coloranilor i a medicamentelor.