4 Фізичні властивості

За звичайних умов циклоалкани С₃-С₄– гази, С₅-С₁₆– рідини, а починаючи з С₁₇– тверді речовини. Температури плавлення та кипіння циклоалканів вищі, ніж у алкенів з тією ж кількістю атомів Карбону. У воді вони практично не розчинні, але все ж таки ледь краще, ніж алкани. Всі вони горючі.

5 Хімічні властивості

Як випливає із співставлення будови циклоалканів різних груп, нафтени і малі цикли повинні мати відмінності у реакційній здібності, тому хімічні властивості зручніше розглядати окремо.

Малі циклихарактеризуються підвищеною хімічною активністю порівняно із нафтенами і великими циклами.

1. Реакції приєднання

• гідруванняпроходить при помірно-підвищеній температурі у присутності каталізатора з утворенням відповідних алканів:

80-120⁰С

+ Н₂ ---------- CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂

СН₂-СН₃ Ni

Етилциклопропан Пентан

СН₃

80-120⁰С

+ Н₂ ---------- CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂

Ni

Метилциклопропан Пентан

• галогенуваннядає дигалогенпохідні і супроводжується руйнуванням циклу, причому атомиHalприєднуються на місці розриву звязку С₁-С₂чи С₁-С₃у циклі:

+ Br₂ ----- CH₃-CH₂-CH-CH₂-CH₂

СН₂-СН₃ H₂O  

Br Br

Етиленциклопропан 1,3-Дибромпентан

СН₃

+ Br₂ ----- CH₃-CH-CH₂-CH₂-CH₂

CCl₄  

Br Br

1,4-Дихлорпентан

- гідрогалогенуванняхарактерно, в основному, для циклопропану та його похідних (відносно гідрогалогенування циклобутану відомості у літературі суперечливі), причому при наявності бокового ланцюгу приєднання проходить згідно із правилом Марковникова:

+ Br₂ ----- CH₃-CH₂-CH-CH₂-CH₃

СН₂-СН₃ 

Br

Етиленциклопропан 3-Бромпентан

- сульфування інітруванняпо типу реакцій приєднання проходить тільки з циклопропаном, внаслідок чого утворюються складні естери:

+ НОSO₃H----- CH₃-CH₂-CH₂-OSO₃H

Пропілсульфан

+ НОNO₂ ----- CH₃-CH₂-CH₂-ONO₂

Пропілнітрат

2) Реакції заміщення

Оскільки малі цикли належать до насичених вуглеводнів, то реакції заміщення протікають за радикально-ланцюговим механізмом S_Rу відповідних умовах. Наприклад, галогенування:

h

+ Cl₂----- +HCl

Cl

Хлорциклопропан

УФ

+ Br₂----- +HBr

Br

Бромциклопропан

3) Реакції окиснення

При дії сильних окисників (KMnO₄+H₂SO₄; 50%HNO₃,t,kat;CrO₃+H₂SO₄) малі цикли піддаються окисненню, яке супроводжується розривом циклу і утворенням дикарбонових (двохосновних) кислот. Ці реакції мають промислове значення оскільки дають можливість добувати цінні органічні продукти, як це видно із схем:

[O] 100⁰

----------------------- HOOC-CH₂-COOH ------- CH₃-COOH + CO₂

KMnO₄, H₂SO₄

Пропандиова Етанова

(молонова) кислота (оцтова) кислота

O

[O] 100⁰ CH₂-C

------------------ HOOC-CH-CH₂-COOH -------  O + H₂O

KMnO₄, H₂SO₄ CH₂-C

O

Бутандиова (янтарна) Циклічний ангідрид

кислота янтарної кислоти

НАФТЕНИ (пяти і шестичленні цикли) завдяки стійкості будови виявляють, в основному, здатність до реакції заміщення. Однак у жорстких умовах їх піддаються ігідруванню, яке дає низький вихід продукту:

300⁰С,Pd

+ Н₂СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃

Циклогексан Гексан

Серед реакцій заміщення найбільш важливими є процеси галогенуванняінітрування.

h

+ Cl₂--------------+HCl

Циклогексан Хлорциклогексан

t⁰

+ НО-NO₂ ------------ + H₂O

H₂SO₄ (к)

Циклогексан Нітроциклогексан

Нітроциклогексан добувають у великих промислових кількостях, оскільки його використовують як напівпродукт у виробництві капролактама.

Окисненнянафтенів приводить до дикарбонових кислот:

[O]

------------------- HOOC-CH₂-CH₂-CH₂-COOH

KMnO₄, H₂SO₄

Циклопентан Пентандиова (глутарова) кислота

[O]

------------------- HOOC-(CH₂)₄-COOH

KMnO₄, H₂SO₄

Циклогексан Гександиова (адіпінова) кислота