Физические свойства циклоалканов

Циклоалканы кипят при температурах выше, чем алканы и алкены, но ниже, чем арены с тем же числом атомов углерода в молекуле.

Алкилзамещенные циклоалканы кипят при более высокой температуре, чем голоядерные, а замерзают при более низкой температуре. При этом следует отметить, что чем проще заместитель у циклоалкана, тем выше разница в температурах плавления замещенного циклана и голоядерного.

Химические свойства циклоалканов

По многим свойствам циклоалканы похожи на алканы. Они также вступают в реакции замещения с галогенами, нитруются азотной кислотой.

Наиболее устойчивым среди голоядерных циклоалканов является циклогексан. В отличие от других циклоаканов, не имеющих заместителей, его молекула не является плоской и в ней отсутствует напряжение. И это при небольшом отклонении от Байеровского угла (109^о28^//) между двумя валентностями sp³-гибридизованного атома углерода, которое составляет у циклогексана — 5^о16^//. Для сравнения это отклонение у циклопентана составляет + 44^//, у циклобутана + 9^о 44^//, циклопропана даже + 24^о 44^//. Последние три молекулы являются плоскими. Как следствие, теплота сгорания в расчете на одну группу — СН₂ — у циклогексана наименьшая и составляет 659,03 кДж/моль, что почти равно теплоте сгорания, приходящейся на одну группу — СН₂ — у алканов.

5.2.1. Реакции изомеризации. Пятичленные цикланы могут превращаться в шестичленные в присутствии катализаторов кислотного типа, подобного AlCl₃ или AlBr₃. При этом расширение цикла идет за счет включения в негоуглеродного атома:

Эта реакция используется для получения ценного сырья — циклогексана. Как видно из уравнения (5.1), реакция может быть обратимой при определенных условиях. Такой тип изомеризации называют структурной скелетной с изменением цикла. Существуют и другие виды изомеризации циклоалканов.

Структурная скелетная без изменения цикла:

Пространственная геометрическая (цис — транс) изомерия:

5.2.2. Реакция дегидрирования. На бифункциональных катализаторах при 240 — 420 ^оС на гидрирующе-дегидрирующих центрах металлических катализаторов (Pt, Ni, Pd) образуются циклоалкены, а на кислотных центрах (Al₂O₃) — карбкатионы:

где М — металлические центры;

К — кислотные центры.