Номенклатура циклоалканов

По современной международной заместительной номенклатуре названия циклоалканов образуют прибавлением приставки «цикло» к названиям соответствующих углеводородов алифатического ряда (циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т.д.)

По рациональной номенклатуре циклоалканы рассматриваются как замкнутые цепочки, состоящие из метиленовых групп СН₂ (триметилен, тетраметилен, пентаметилен, гексаметилен и т.д.).

При наличии в молекуле циклоалкана двух и более заместителей, их положение нумеруют таким образом, чтобы сумма номеров была наименьшей. При этом наименьший номер получает младший заместитель.

1,3-диметилциклогексан 1-метил-2-этилциклопентан

Изомерия циклоалканов

1. Структурная изомерия

1. Изомерия, связанная с числом углеродных атомов в цикле:

Циклогексан Метилциклопентан Этилциклобутан Пропилциклопропан

2. Изомерия, связанная с числом углеродных атомов в заместителях:

1-метил-2-пропилциклогексан 1,2-диэтилциклогексан

3. Изомерия, зависящая от положения заместителей в цикле:

1,2-диметилциклогексан 1,3-диметилциклогексан 1,4-диметилциклогексан

4. Изомерия боковых цепей:

5. 

1-метил-4-изопропилциклогексан 1-метил-4-пропилциклогексан

2. Пространственная изомерия

Геометрическая изомерия (цис-, транс-изомерия) наблюдается также в циклических насыщенных соединениях, где кольцо играет роль жесткой двойной связи.

В циклических системах геометрической изомерии часто сопутствует оптическая изомерия.

Кроме того, в случае неплоских колец возникает возможность конформационной изомерии.

Для двухзамещенных циклопропанов цис-изомерами называют соединения, у которых оба заместителя расположены по одну сторону плоскости кольца, а транс-изомерами – соединения с заместителями, расположенными по разные стороны кольца:

В случае одинаковых заместителей только транс-форма имеет оптические изомеры, так как оптическая изомерия проявляется только в том случае, если молекула не имеет плоскости симметрии.

В случае различных заместителей каждый из геометрических изомеров является оптически активным

Для циклов, имеющих большее число атомов углерода в кольце, число возможных цис-транс-изомеров возрастает, поскольку здесь имеются изомеры положения.

В циклогексановом ряду наряду с геометрической изомерией наблюдается оптическая изомерия при 1,2 и 1,3-транс-положении заместителей:

1,1-изомер 1,2-транс 1,2-цис 1,3-транс 1,4-цис

1,4-цис 1,4-транс

Способы получения циклоалканов

Способы получения алициклических соединений можно разделить на две группы:

1. Общие, приемлемые для получения соединений с различной величиной цикла.

2. Специальные, которые используются для получения определенного цикла.

Общие способы получения

1. Циклизация дигалогеналканов)

Этим способом могут быть получены трех- и четырехчленные циклы при действии Zn, Na, Mg на соответствующие дигалогенопроизводные алканов:

n = 1,2 (3-4-членные циклы)

Пяти- и шестичленные циклические соединения этим методом образуются с трудом, вследствие преобладания конформаций, строение которых неблагоприятно для циклизации.

Эти конформации в результате свободного вращения по С-С-связи имеют такое строение углеродной цепи, при котором концевые группы взаимно удалены и вероятность образования конформации со сближенными концевыми группами невелика.

2. Взаимодействие дигалогенпроизводных с натриймалоновым эфиром

В зависимости от выбора дигалогенпроизводного (1,2-, 1,3-, 1,4- и т.д.) этим методом можно получать соединения с 3-6-членными циклами:

циклобутандикарбоновая кислота циклобутан

3. Отщепление галогеноводородов от галогенокарбонильных соединений

Наиболее легко этим способом получаются соединения с трехчленными циклами. Однако этот метод приемлем и для получения других циклов.

4. Декарбоксилирование дикарбоновых кислот их солей

Этот метод применяется для синтеза пяти- и шестичленных циклов соответственно из адипиновой кислоты НООС-(СН₂)₄-СООН и пимелиновой кислоты НООС-(СН₂)₅-СООН и непригоден для получения трех- и четырехчленных циклов.

1. Сухая перегонка дикарбоновых кислот

2. Сухая перегонка кальциевых или бариевых солей дикарбоновых кислот

5. Сложноэфирная конденсация эфиров дикарбоновых кислот

(реакция Дикмана)

Конденсация сложных эфиров дикарбоновых кислот под влиянием алкоголятов натрия приводит к образованию пяти- и шестичленных циклов:

1. Межмолекулярная конденсация

эфир щавелевой кислоты + эфир адипиновой кислоты = циклогексан

2. Внутримолекулярная конденсация