Cicloalcanos

Los cicloalcanos (también hidrocarburos de polimetileno , naftenos , ciclanos o cicloparafinas ) [1] [2] [3] [4] - hidrocarburos saturados cíclicos , pertenecen a compuestos carbocíclicos saturados . Puede contener cadenas laterales que contienen sustituyentes de hidrocarburo (alquilo) conectados al ciclo. [1] Todos los átomos de carbono de los cicloalcanos están en estado de hibridación sp 3 . [5] Los cicloalcanos monocíclicos (que contienen un anillo) forman series homólogas con la fórmula general C n H 2n . El cicloalcano más simple es el ciclopropano ( ciclo - C 3 H 6 ). Según el número de átomos de carbono en el ciclo, los cicloalcanos se dividen en pequeños - ciclopropano y ciclobutano , ordinarios - ciclopentano , ciclohexano y cicloheptano , medianos - de ciclooctano (8 átomos de carbono ) a ciclododecano (12 átomos de carbono ), grandes - con 13 o más átomos en el carbociclo. [3]

A pesar de que, según la definición de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), los cicloalcanos pueden contener un solo ciclo en su estructura, [1] varios autores [6] [7] incluyen en la clase de cicloalcanos todos los hidrocarburos saturados cíclicos , independientemente del número de ciclos en su estructura y la forma en que están conectados. Al mismo tiempo, dependiendo del número de ciclos, se aíslan cicloalcanos monocíclicos , bicíclicos , tricíclicos y, en general, policíclicos . [6] En presencia de dos o más ciclos en una molécula, se distinguen los cicloalcanos con ciclos aislados y condensados , los cicloalcanos espiro- y puenteados , así como los hidrocarburos marco . [6] [7] En todos estos casos, la fórmula general universal para la serie de cicloalcanos es C n H 2( n +1− r ) , donde n es el número de átomos de carbono yr es el número de ciclos. [6]

Son parte del aceite . Descubierto por V. V. Markovnikov en 1883 en el aceite de Bakú [8]

Nomenclatura e isomería

Los nombres de los cicloalcanos monocíclicos no sustituidos se forman añadiendo el prefijo ciclo- al nombre de un alcano acíclico de cadena lineal con el mismo número de átomos de carbono ( ciclopropano , ciclobutano , ciclopentano ). [3] [9]

En presencia de sustituyentes alquilo conectados al ciclo, hay dos formas de construir nombres: (1) el nombre del fragmento cíclico se toma como base y los nombres de los sustituyentes se eliminan en el prefijo o (2) se toma como base el nombre de uno de los fragmentos acíclicos , y el sustituyente cíclico se indica en la parte accesoria. En este caso, la cadena carbonada del fragmento del nombre tomado como base debe (1) tener el mayor número de sustituyentes (3-metil-3-ciclohexilpentano) o (2) contener el mayor número de átomos de carbono (1, 3-dimetilciclohexano). [diez]

Los cicloalcanos se caracterizan por los siguientes tipos de isomería :

• Isomería del esqueleto de carbono, por ejemplo, ciclobutano y 1-metilciclopropano.
• espacial _ Para los cicloalcanos que contienen dos sustituyentes en diferentes átomos de carbono de un anillo de tres miembros, es posible la isomería cis - trans : [3] si dos sustituyentes están en el mismo lado del ciclo, entonces este isómero se denomina isómero cis , si dos los sustituyentes están en lados opuestos del ciclo, entonces el isómero se llama isómero trans [ 5] , por ejemplo, cis- y trans -1,2-dimetilciclopropano.
• Isomería interclase con alquenos , como ciclopropano y propeno .

Clasificación

Los cicloalcanos se dividen en cicloalcanos monocíclicos y bicíclicos.

A su vez, los cicloalcanos bicíclicos se dividen en espiroalcanos y bicicloalcanos:

• Los espiroalcanos son hidrocarburos que constan de dos ciclos en los que se comparte un átomo de carbono ( átomo de espiro [11] ). Un representante de los espiroalcanos es el espiropentano . El nombre se forma añadiendo el prefijo espiro-, indicando el número de átomos no centrales en los ciclos entre corchetes , y añadiendo la terminación del alcano correspondiente . Por ejemplo, para el espiropentano, este nombre sería espiro[2.2]pentano.
• Los bicicloalcanos son hidrocarburos que constan de dos ciclos en los que se comparten dos átomos de carbono. El nombre se obtiene añadiendo el prefijo biciclo-, indicando entre corchetes el número de átomos no centrales en los ciclos, y añadiendo la terminación del alcano correspondiente. Por ejemplo, para biciclobutano este nombre sería biciclo[1.1.0]butano. [5]

Propiedades físicas

Todos los átomos de carbono en las moléculas de cicloalcano tienen hibridación sp³ . Sin embargo, los ángulos entre los orbitales híbridos en el ciclobutano y especialmente en el ciclopropano no son de 109°28', sino más pequeños debido a la geometría, lo que crea tensión en las moléculas, por lo que los ciclos pequeños son muy reactivos.

A temperatura ambiente, los dos primeros miembros de la serie (C 3  - C 4 ) son gases , (C 5  - C 11 ) son líquidos , a partir de C 12  - sólidos . Los puntos de ebullición y fusión de los cicloalcanos son más altos que los de los alcanos correspondientes . Los cicloalcanos prácticamente no se disuelven en agua .

Puntos de fusión y ebullición de algunos cicloalcanos: [12]

Conseguir

Los cicloalcanos se encuentran en cantidades significativas en el aceite y también se encuentran en compuestos naturales. [5]

Síntesis organometálica

Los cicloalcanos se pueden obtener por deshalogenación de derivados dihalógenos (síntesis organometálica) con magnesio , sodio o zinc :

Hidrogenación catalítica

Los cicloalcanos se pueden obtener como resultado de reacciones de hidrogenación catalítica de arenos, cicloalquenos, cicloalcadienos, por ejemplo, como resultado de la adición de hidrógeno al benceno en presencia de un catalizador , se forma ciclohexano ; El níquel Raney , el níquel , el platino y el paladio pueden servir como catalizadores en esta reacción [13] :

Propiedades químicas

Las propiedades químicas de los cicloalcanos que contienen anillos pequeños en su estructura ( ciclopropano , ciclobutano ) son específicas: se caracterizan más por reacciones de adición con apertura de anillo, mientras que el ciclopentano y los miembros más antiguos de la serie homóloga de cicloalcanos son propensos a reacciones de sustitución por radicales y, por lo tanto, Por lo tanto, en su comportamiento químico están cerca de los alcanos .

• El ciclopropano y el ciclobutano pueden agregar bromo :

• Además , el ciclopropano y el ciclobutano pueden agregar haluros de hidrógeno , la adición ocurre con la apertura del anillo de acuerdo con la regla de Markovnikov . [catorce]
• El ciclopropano , el ciclobutano y el ciclopentano pueden agregar hidrógeno , dando los alcanos normales correspondientes. La adición ocurre cuando se calienta en presencia de un catalizador de níquel :

Aplicación

En la industria petroquímica, los naftenos son una fuente de hidrocarburos aromáticos por reformado catalítico . El ciclohexano , utilizado para la síntesis de caprolactama , ácido adípico y otros compuestos empleados en la producción de fibras sintéticas , ha adquirido la mayor importancia práctica .

El ciclopropano se usa para la anestesia , pero su uso está limitado debido a su naturaleza explosiva.

Notas

1. ↑ 1 2 3 La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Cicloalcanos término IUPAC  . goldbook.iupac.org . Fecha de acceso: 18 de febrero de 2022.
2. ↑ Hidrocarburos de polimetileno // Gran Enciclopedia Soviética  : [en 30 volúmenes]  / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M.  : Enciclopedia soviética, 1969-1978.
3. ↑ 1 2 3 4 Cicloalcanos // Enciclopedia química  : [ rus. ]  : en 5 volúmenes  / ed. N. S. Zefirova. - M.  : Gran Enciclopedia Rusa, 1999. - T. 5. - S. 364–365. — ISBN 5-85270-310-9 .
4. ↑ Hidrocarburos-cicloalcanos | Britannica  (inglés) . www.britannica.com . Recuperado: 20 de febrero de 2022.
5. ↑ 1 2 3 4 Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - 2do izd., pererab. me dopo — Moscú: BINOM. Laboratoria znanij, cop. 2013. - S. 196. - 368 s. Con. - ISBN 978-5-9963-0406-6 , 5-9963-0406-6, 978-5-9963-0357-1, 5-9963-0357-4.
6. ↑ 1 2 3 4 Alcanos y cicloalcanos . www2.química.msu.edu . Recuperado: 20 de febrero de 2022. (indefinido)
7. ↑ 1 2 George A. Olah. Aspectos Generales // Química de los Hidrocarburos  (Español) . — 2ª edición. - John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2003. - P. 1. - 871 p. - ISBN 0-471-41782-3 , 978-0-471-41782-8.
8. ↑ Vladimir Vasilyevich Markovnikov (1838-1904) [1948 - - Gente de ciencia rusa. Volumen 1 ] . nplit.ru. Fecha de acceso: 21 de noviembre de 2015. (indefinido)
9. ↑ R-2.3.1 Hidrocarburos . www.acdlabs.com . Recuperado: 20 de febrero de 2022. (indefinido)
10. ↑ Regla A-61. Principios Generales (HIDROCARBUROS CICLICOS CON CADENAS LATERALES) . www.acdlabs.com . Fecha de acceso: 19 de febrero de 2022. (indefinido)
11. ↑ La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Término  IUPAC espiroátomo . El "Libro de Oro" de la IUPAC . IUPAC. doi : 10.1351/goldbook.S05884 . Recuperado: 16 febrero 2022.
12. ↑ Roberts J., Caserio M. Fundamentos de química orgánica. En 2 tomos = Principios Básicos de Química Orgánica / Per. De inglés. Yu. G. Bundel, ed. A. N. Nesmeyanov. — 2ª ed., complementada. - M. : Mir, 1978. - T. 1. - 121 p.
13. ↑ Valerij Fedorovic. Traven'. Organičeskaâ himiâ : v treh tomah. 1 . - 2do izd., pererab. me dopo — Moscú: BINOM. Laboratoria znanij, cop. 2013. - S. 198. - 368 s. Con. - ISBN 978-5-9963-0406-6 , 5-9963-0406-6, 978-5-9963-0357-1, 5-9963-0357-4.
14. ↑ G. I. Deryabina, G.V. Kantaria, D. I. Groshev. Propiedades de los cicloalcanos . Libro de texto multimedia interactivo "Química orgánica" . (Ruso)

Literatura

• Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Los comienzos de la química. Un curso moderno para aspirantes a universidades .. - M . : Examen, 2002.

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