Размер цикла решает всё: малый раскрывается, большой ведёт себя как алкан
Циклоалканы — единственный класс, где размер молекулы меняет не скорость реакции, а её тип. Напряжённые трёх- и четырёхчленные циклы стремятся раскрыться и вступают в присоединение. Пяти- и шестичленные напряжения не несут и ведут себя как алканы — вступают в замещение.
C3 и C4 — присоединение с раскрытием цикла. C5 и больше — радикальное замещение. Циклопропан раскрывается легче всех: у него самый острый угол и самое сильное напряжение.
Молекула присоединяет реагент, цикл размыкается, и получается алкан с открытой цепью или его производное. Обратите внимание: атомы присоединяются к разным концам разорванной цепи — то есть в положения 1 и 3.
Циклопропан обесцвечивает бромную воду — как непредельный углеводород. Но раствор KMnO4 он не обесцвечивает: π-связи в нём нет, окислять нечего. Алкен обесцвечивает оба реактива. Именно этой парой проб их и различают.
Устойчивый цикл не рвётся — реагент замещает атом водорода, как у алканов. Реакция идёт по радикальному механизму, нужен свет или нагревание, и выделяется галогеноводород.
Цикл при этом сохраняется — в продукте столько же атомов углерода в кольце, сколько было. Это и есть главный признак, по которому в задании отличают замещение от раскрытия.
Шестичленный цикл при нагревании над платиной отдаёт три молекулы водорода и превращается в бензол. Пятичленные циклы так не могут: ароматическое кольцо из пяти атомов углерода не образуется.
Как и все углеводороды, циклоалканы сгорают до углекислого газа и воды. Формула CnH2n даёт удобное соотношение: углекислого газа и воды получается поровну.
Если при сгорании углеводорода n(CO2) = n(H2O), то это вещество состава CnH2n — циклоалкан или алкен. Какой именно, покажет проба с KMnO4.