Химия циклоалканов определяется размером цикла. Напряжённые малые циклы стремятся раскрыться, и для них характерно присоединение с разрывом кольца. Обычные циклы не напряжены и ведут себя как алканы — вступают в реакции замещения.
Малые циклы: присоединение с раскрытием кольца
Гидрирование
Над никелевым катализатором циклопропан присоединяет водород уже при небольшом нагревании, циклобутан — при более высокой температуре. Цикл раскрывается, получается алкан с тем же числом атомов углерода.
Циклопентан и циклогексан водород в таких условиях не присоединяют: их циклы не напряжены.
Галогенирование и гидрогалогенирование
Циклопропан присоединяет бром и бромоводород, раскрывая цикл. Галогены оказываются на концах трёхуглеродной цепи.
При присоединении брома к пропену получается 1,2-дибромпропан: бром садится на атомы двойной связи. К циклопропану бром присоединяется по концам разорвавшейся связи — получается 1,3-дибромпропан. По продукту можно понять, что было исходным веществом.
Циклопропан, в отличие от пропена, не обесцвечивает раствор перманганата калия: окислитель цикл не раскрывает. С бромом циклопропан реагирует, поэтому отличить его от пропена бромом нельзя, а перманганатом — можно.
Обычные циклы: замещение
Циклопентан и циклогексан на свету вступают в реакцию радикального замещения — точно так же, как алканы.
Дегидрирование
Над платиновым или палладиевым катализатором при нагревании циклогексан теряет шесть атомов водорода и превращается в бензол. Реакцию изучил Н. Д. Зелинский; её используют при переработке нефти для получения ароматических углеводородов.
Изомеризация и окисление
В присутствии катализаторов (AlCl3) циклы могут сужаться и расширяться: циклогексан превращается в метилциклопентан и обратно.
Все циклоалканы горят с образованием углекислого газа и воды:
Сильные окислители при нагревании разрывают цикл: так при окислении циклогексана азотной кислотой получают адипиновую кислоту HOOC–(CH2)4–COOH — сырьё для производства найлона.
Главное в параграфе
- Циклопропан и циклобутан присоединяют H2, а циклопропан ещё и Br2, HBr — с раскрытием цикла: из циклопропана и брома — 1,3-дибромпропан.
- Циклопропан не обесцвечивает KMnO4 — так его отличают от пропена.
- Циклопентан и циклогексан вступают в радикальное замещение, как алканы.
- Циклогексан над платиной дегидрируется до бензола.
Проверь себя: химические свойства циклоалканов
Задание 14 ЕГЭ — соответствие реагентов и продуктов. Раскрытие цикла циклопропана и дегидрирование циклогексана там встречаются регулярно.