4. Фізичні властивості.
Циклоалкани С3-С4 – це гази; С5-С11 – рідини; інші – тверді сполуки. Не розчинні у воді. температури кипіння та температури плавлення циклоалканів нижчі у порівнянні із відповідними нециклічними алканами.
5. Хімічні властивості.
5.1. Реакції приєднання при розриві С–С зв’язку:
За механізмом наведені перетворення є реакціями електрофільного приєднання (АЕ). При наявності у циклі замісників приєднання галогеноводнів та кисневовмісних кислот відбувається за правилом Марковникова:
5.2. Реакція гідрування (гідрогеноліз). Наведені реакції відбуваються як в звичайних умовах так і при підвищенні температури, що вказує на зростання відносної стійкості циклічних сполук:
|
| ||
|
|
|
В останньому випадку переважає реакція дегідрування з утворенням бензолу |
5.3. Реакції окиснення. Окиснення, як і у випадку парафінів, проходить в „жорстких” умовах з утворенням циклічних кетонів, спиртів, а також дикарбонових кислот при розриві циклу та збереженні загальної кількості атомів карбону у вуглеводневому ланцюзі:
|
|
n=1 (малонова, пропандіова кислота) n=2 (бурштинова, бутандіова кислота) |
Промислове значення має добування адипінової кислоти окисненням циклогексану в присутності каталізатора (нафтенату кобальта або мангана):
а також добування ε-амінокапронової кислоти:
5.4. Ізомеризація циклів.
Циклопропан ізомеризується при нагріванні із розкриттям циклу:
Інші циклоалкани можуть ізомеризуватись з розширенням або звужуванням циклу: якщо функціональна група знаходиться у боковому ланцюзі цикл розширюється, а якщо вона безпосередньо зв’язана із ланцюгом – звужується:
|
|
реакції із розширенням циклу |
|
|
реакції із звуженням циклу |
6. Екологічні питання.
Похідні циклоалканів дуже поширені у природі. Вони та їх синтетичні аналоги можуть використовуватись як інсектициди (похідні хризантемової кислоти):
|
|
Декаметрин (децис), а також неопінамін | |||
|
|
|
| ||
|
|
| |||
|
|
γ-ГХЦГ, гексахлорциклогексан, гексахлоран |
|
|
дільдрин |
Ці сполуки належать до так званої “чорної дюжини” поліхлорвмісних сполук, які згідно з Стокгольмською конвенцією заборонені для використання у 128 країнах світу, включаючи і Україну, яка підписала конвенцію у 2001 році [2].
Екологічні питання пов’язані із можливим використанням циклоалканів як вихідної сировини в нафтохімічній переробці та органічному синтезі. Нафтоорганічна переробка використовується у каталітичному риформінзі з метою отримання мінеральних палив для ДВЗ з високим октановим числом. Органічний синтез пов’язаний, перш за все, з синтезом адипінової та ε-амінокапронової кислот та зменшенням побічних продуктів реакції, а також використовуванням їх у синтезі полімерних поліамідів – найлону і капрону. Велике значення має виробництво капролактаму.
Капролактамвикористовують для отримання пластмас, плівок та синтетичного волокна. Його отримують із різної вихідної сировини, що супроводжується утворенням різних побічних продуктів. Розглянемо основні методи:
а) із циклогексану виробляють 60 % капролактаму:
при цьому утворюється велика кількість (NH4)2SO4: 4,5 т на 1 т капролактаму.
Витратні показники технологічного процесу на 1 т капролактаму: циклогексанону – 1 т; олеуму – 1 т; аміаку – 0,9 т; сульфатної кислоти – 0,52 т; водню – 420 м3; кисню – 340 м3. При цьому утилізація (NH4)2SO4 до NH3 та SO3дозволяє зменшити витрати NH3 до 0,24 т, а також здійснити рецикл олеому та H2SO4; в свою чергу NH3 використовують для утворення гідроксиламіну:
б) із циклогексану DSM-процесом отримують капролактам високої чистоти з низьким виходом сульфату амонію:
Витратні показники технологічного процесу на 1 т капролактаму: циклогексану 0,9 т; аміаку 0,8 т; сульфатної кислоти 1,4 т; водню 96 кг; пару 6600 кг; електроенергії 224 кВт/г; технічної води 2,5 т. У цьому випадку утворюється лише 1,1 т (NH4)2SO4.
в) із толуолу. Процес, що складається із трьох стадій:
|
1а стадія |
|
|
2а стадія |
|
|
3я стадія |
|
При порівнянні техніко-економічних показників наведених методів виробництва капролактаму необхідно відзначити. що процес із використанням толуолу є більш економічно вигідним.