Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Декабря 2014 в 17:40, реферат
Циклоалканы (циклопарафины, нафткны, цикланы, полиметилены)- предельные углеводороды с замкнутой (циклической) углеродной цепью. Общая формула циклоалканов СnН2n.
Реферат включает общую характеристику, химические и физические свойства, методы получения и применение циклоалканов.
1. Определение---3
2. Классификация циклоалканов---4
3. Изомерия---6
4. Номенклатура циклоалканов---10
5. Строение молекул циклоалканов (типы связей, теория напряжения Байера)---13
6. Методы получения циклоалканов---18
6.1. Из ,-дигалогеноалканов---18
6.2. В реакциях внедрения в двойную связь с участием карбенов и диазометана---19
6.3. В реакциях димеризации алленов---19
6.4. Гидрированием ароматических углеводородов---19
6.5. Дегидрированием алканов---20
6.6. В реакции Дильса-Альдера---21
7. Химические свойства циклоалканов---22
7.1. Реакции присоединения---22
7.2. Реакции замещения---23
7.3. Другие реакции циклоалканов---24
8. Применение циклоалканов---26
9. Библиография---28
(-СН2-)n |
Q |
(-СН2-)n |
Q |
3 4 5 6 7 |
166,6 164,0 158,7 157,4 158,3 |
8 9 10 11 12 |
158,6 158,8 158,6 158,4 157,6 |
Зависимость теплоты сгорания циклоалканов, приведенных к одной метиленовой группе от количества атомов углерода
Как видно из таблицы и графика теплоты сгорания циклоалканов, привденных к одной метиленовой группе, достигают минимума в случае циклогексана.
Шестичленный цикл лишен напряжений и является наиболее устойчивым. В малых циклах ( циклопропан и циклобутан) присутствуют угловое 9Байеровское) и торсионное напряжения, в средних циклах (циклооктан) присутствует напряжение Прелога(трансаннулярное напряжение, что делает их менее предпочтительными с энергетической точки зрения.
Трасаннулярное напряжение в циклооктане
6. Методы получения циклоалканов
Циклоалканы впервые были обнаружены в нефти (поэтому имеют название нафтены) русским химиком В. В. Марковниковым.
В некоторых нефтях содержится большое количество циклоалкано, главным образом производных циклопентана и циклогексана.
6.1. Из дигалогеноалканов.
Действие активных металлов на дигалогензамещенные алканы (внутримолекулярная реакция Вюрца) приводит к образованию различных циклоалканов:
(вместо
металлического натрия часто
используется порошкообразный
Строение
образовавшегося циклоалкана определяется
структурой исходного дигалогеналкана.
Этим путем можно получать циклоалканы
заданного строения. Например, для синтеза
1,3-диметилциклопентанаследует использовать
1,5-дигалоген-2,4-
6.2. В реакциях внедрения в двойную связь с участием карбенов и диазометана.
При пиролизе диазометана образуется карбен
- высокореакционная
короткоживущая частица, которая
легко присоединяется по
(пиролиз или фотолиз диазометана)
потом карбен присоединяется с образованием циклического соединения:
6.3. В реакциях димеризации алленов.
Циклобутан может быть построен циклодимеризацией замещенных алкенов:
6.4. Гидрированием ароматических углеводородов.
Циклогексан и его алкильные производные получают гидрированием бензола и его гомологов, являющихся продуктами нефтепереработки.
6.5. Дегидрированием алканов
При нагревании алканов в присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni, Fe, Cr2O3, Fe2O3, ZnO) происходит их каталитическое дегидрирование. Алканы, содержащие в основной цепи больше 4-х атомов углерода. При этом происходит дегидроциклизация- реакция дегидрирования, которая приводит к замыканию цепи в устойчивый цикл. Если основная цепь молекулы алкана содержит 5 (но не более) атомов углерода ( н-пентан и его алкильные производные), то при нагревании над Pt- катализатором атомы водорода отщепляются от концевых атомов углеродной цепи, и образуется пятичленный цикл (циклопентан или его производные):
Алканы
с основной цепью в 6 и более атомов углерода
всегда образуют 6-членный цикл., который
дальше подвергается дальнейшему дегидрированию:
6.6. В реакции Дильса-Альдера.
В органическом синтезе широко применяется реакция присоединения к сопряженным диенам соединений, содержащих кратные связи ( так называемых диенофилов). Реакция идет как 1,4-присоединение и приводит к образованию циклических продуктов:
7.
Химические свойства
Химические свойства циклоалканов зависят от размера цикла. Малые циклы (трех- и четырехчленные циклы), проявляют очень своеобразные свойства. Свойства обычных, средних и макроциклов практически не отличаются от свойств соответствующих алканов.
Энергия циклопропана и циклобутана значительно выше, чем энергия всех остальных циклоалканов благодаря наличию значительного углового и торсионного напряжения. Следовательно, для раскрытия этих циклов необходима значительно меньшая энергия, чем во всех остальных случаях. Поэтому циклопропан, циклобутан и их производные легко вступают в реакции присоединения, проявляя характер ненасыщенных соединений.
В других циклах (начиная с С5) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтому для циклоалканов (С5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т.е. реакции замещения.
7.1. Реакции присоединения
Лекгость реакций присоединения увеличиваеься с увеличением напряженности цикла в ряду: циклобутан > циклопропан >> циклопентан.
Циклопропан и циклобутан легко превращаются в алканы, пропуская их смесь с водородом над порошкообразным никелем. Гидрирование циклопропана начинается при 80̊ С, для гидрирования циклобутана необходима более высокая температура, 180̊ С. Для гидрирования циклопентана, циклогексана и т.д. необходимы жесткие условия. Например, циклопентан гидрируется лишь при 300-310̊ С над платиной.
Циклопропан легко присоединяет бромоводород с размыканием цикла и образованием бромистого пропила.
Циклобутан взаимодействует с бромоводородом при более высокой температуре, но принцип реакции тот же – присоединение.
Циклопентан и циклогексан с бромоводородом не взаимодействуют.
7.2. Реакции замещения
По-разному идет реакция взаимодействия галогенов с циклоалканами. Циклопропан легко реагирует с бромной водой (при комнатной температуре). Реакция сопровождается размыканием цикла и присоединением атомов брома к углеродам.
Циклобутан взаимодействует с бромом уже при более высокой температуре.
Пяти- и шестичленные циклы наиболее устойчивы, они не разрываются при действии галогена. В этом случае происходит свойственная предельным углеводородам реакция замещения.
7.3. Другие реакции циклоалканов.
7.3.1. Дегидрирование
Циклоалканы подобно алканам, вступают также в реакции дегидрирования при этом образуются ненасыщенные соединения:
Малые циклы при нагревании и при действии катализаторов раскрывают цикл и превращаются в алкены:
7.3.2. Окисление
Реакция окисления циклопропана медленно происходит при комнатной температуре даже в мягких условиях (окислитель - КМnО4 в нейтральной или щелочной среде). Проведение реакции окисления в более жестких условиях (нагрев, КМnО4 в кислой среде) позволяет окислить и другие циклоалканы. При этом происходит разрыв цикла и образование двухосновных карбоновых кислот с тем же числом атомов углерода в молекуле.
8. Применение циклоалканов
Циклопропан оказывает сильное общеобезболивающее действие. Чрезвычайно огнеопасен; его смеси с кислородом, закисью азота и воздухом могут взрываться при соприкосновении с пламенем, электрической искрой и другими источниками, которые могут вызывать воспламенение. При использовании циклопропана необходимо принимать все меры, исключающие возможность взрыва, в том числе меры предосторожности, связанные с применением электро- и рентгеноаппаратуры и исключающие образование статического электричества. В связи с этими особенностями, а также с появлением новых способов и средств общего обезболивания циклопропан в настоящее время крайне редко используется в качестве средства для наркоза. Действует циклопропан быстро. В концентрации 4 об. % вызывает аналгезию, 6 об. % — выключает сознание, 8 — 10 об. % — вызывает наркоз (III стадии), в концентрации 20 −30 об. % — глубокий наркоз.
В организме циклопропан не разрушается и выделяется в неизменном виде почти полностью через 10 мин после прекращения ингаляции.
Циклопропан не оказывает выраженного влияния на функции печени и почек; несколько понижает диурез. Иногда при наркозе циклопропаном наступает кратковременная гипергликемия, связанная с возбуждением адренореактивных систем. Этот эффект менее выражен, чем при применении эфира.
Циклопропан оказывает возбуждающее влияние на холинореактивные системы организма и вызывает некоторое замедление пульса, возможны аритмии. Под влиянием циклопропана сильно повышается чувствительность миокарда к адреналину; введение адреналина при наркозе циклопропаном может вызвать фибрилляцию желудочков.
Артериальное давление во время наркоза несколько повышается, что может привести к некоторому усилению кровоточивости.
Циклопропан используется для вводного и основного наркоза (циклопропан с кислородом); чаще применяется в комбинации с другими средствами для наркоза (закись азота, эфир) и с мышечными релаксантами. Показан больным с заболеваниями легких, так как не вызывает раздражения слизистых оболочек дыхательных путей. Его можно назначать при болезнях печени и при диабете.
Циклопропановый наркоз может применяться для кратковременных оперативных вмешательств.
Циклопропан применяют в смеси с кислородом по закрытой и полузакрытой системе (иногда по полуоткрытой) с использованием наркозных аппаратов с дозиметрами. Для поддержания наркоза используют 15 — 18 % циклопропана. Введение в наркоз осуществляется более высокими концентрациями циклопропана. К моменту окончания операции подачу циклопропана прекращают, и через 2 — 5 мин. вдыхания чистого кислорода больные просыпаются.
Подача кислорода должна производиться непрерывно. Необходимо следить за тем, чтобы сохранялась достаточная вентиляция легких и происходило освобождение организма от углекислоты.
Иногда циклопропан применяют как составную часть «смеси Шейна Ашмена». После вводного внутривенного наркоза тиопентал-натрием подают (по полузакрытому способу) смесь газов в следующем соотношении: закись азота — 1 часть, кислород — 2 части, циклопропан — 0,4 части.
При использовании этой смеси необходимо после окончания обезболивания исключать наркотизирующие компоненты в определенной последовательности (во избежание развития гипоксии): сначала прекращают подачу циклопропана, через 2 — 3 мин — закиси азота и ещё через такой же срок — кислорода.
При правильном дозировании циклопропана наркоз протекает без осложнений, больные быстро просыпаются после окончания ингаляции. В случае передозировки возможны остановка дыхания и угнетение сердечной деятельности вплоть до остановки сердца.
В связи с быстрым пробуждением после прекращения наркоза больные могут ощущать после операции сильную боль, поэтому до окончания операции рекомендуется ввести анальгетик. После наркоза относительно часто наблюдается головная боль, в отдельных случаях — послеоперационная рвота, парез кишечника. Поэтому больные после пробуждения от наркоза нуждаются в тщательном наблюдении.
К применению циклопропана допускается только медицинский персонал, прошедший соответствующий инструктаж.
Производное циклобутана, октафторциклобутан (C4F8), является одним из фреонов.
Циклопентан применяется в качестве хладагента в холодильном оборудовании.
Циклогексан: сырье для получения капролактама, адипиновой кислоты и циклогексанона; растворитель эфирных масел, восков, лаков, красок, экстрагент в фармацевтической промышленности.
9. Библиография