Сучасні уявлення про будову циклоалканів

 

У молекулі циклопропану всі три атоми вуглецю знаходяться в одній площині. Якщо уявити собі циклопропан як правильний трикутник, то величина внутрішніх кутів (60 °) досить сильно відрізняється від звичайного тетраедричного кута 109 °28'. Відхилення валентних кутів a, як ми знайшли, дорівнює 24 °44'. Це найбільш напружений цикл. В дійсності ж кут між зв’язуючими орбіталями вуглецевих атомів близько 104 °, що в значній мірі знімає кутове напруження. Гібридизація орбіталей в молекулі циклопропану ближче до sp²-гібридизації алкенів, ніж до sp³-гібридизації алканів. Отже, зв’язки в молекулі циклопропану можна вважати близькими до етиленового. Підтвердженням цього є схильність циклопропану до реакцій приєднання з розривом С–С-зв’язків у циклі.

«бананові» зв’язки

Схема утворення s_С–С-зв’язків у молекулі циклопропану

Атоми водню в циклопропані розташовані в просторі у найбільш енергетично невигідному стані, один напроти одного, тобто в затулених конформаціях:

Це створює додаткове конформаційне напруження в циклопропановому циклі. В молекулах циклобутану і циклопентану існує «торсійне» або крутильне напруження. В циклобутані і циклопентані кожен з атомів вуглецю по черзі безперервно виходить із площини.

Тому цикли знаходяться в коливному русі. В результаті зменшується «затуленність» атомів водню у сусідніх вуглецевих атомів і знижується напруження.

Циклогексан не є плоским. Реальні молекули циклогексану майже не мають ненапруження у циклі. Молекула циклогексану набуває конформаційної форми «крісла» або «ванни».

циклопентан	форма «крісла»	форма «ванни»

Аксіальні С–Н зв’язки (а) орієнтовані в просторі паралельно один одному і паралельно осі симетрії. Екваторіальні (е) направлені радіально від циклу. Найстійкішою є конформація у вигляді «крісла», при якій кути між зв’язками практично дорівнюють тетраедричним (109 °28'), а крім того немає затулених конформацій. Екваторіальні конформери більш стійкі, ніж аксіальні, тому що останні відчувають конформаційне напруження.

 

СПОСОБИ ОДЕРЖАННЯ ЦИКЛОАЛКАНІВ

 

1. Дегалогенування дигалогенопохідних алканів натрієм або цинком (Густавсон, 1887 р.):

За таким методом можна добувати циклоалкани з кількістю атомів вуглецю у циклі від 3 до 6. Проте найлегше так добувати циклопропан.

2. Взаємодія дигалогенопохідних алканів з натріємалоновим естером.

За цим методом можна добути цикли, які містять від 3 до 6 вуглецевих атомів:

3. Піроліз солей дикарбонових кислот. Цей метод зручний для синтезу 5-, 6- і більшчленних циклів:

 

 

Спеціальні методи

 

1. Шестичленні цикли добувають гідруванням бензолу:

2. Дієновий синтез (див. 1,3-алкадієни):