Циклобутан устойчивость

Этот цикл очень сильно напряжен, энергия его напряжения вычислена и указана в табл. 15-2. Оптимальный угол между связями, образуемыми углеродом, равен 109" ( тетраэдрический угол), однако в данном трехчленном цикле углы между связями равны 60°. Циклобутан и циклопентан напряжены меньше, а шестичленные циклы со структурой циклогексана встречаются очень часто. Циклогексан может иметь две различные структуры, называемые конформациями (формами) ванны и кресла (рис. 21-9). Конформация ванны менее устойчива из-за того, что в ней сильно сближены два диаметрально расположенных атома водорода. Сахара и другие вешества, молекулы которых имеют фрагменты, подобные цикло-гексану, почти всегда включают их в форме кресла. [c.285]

Кольца в Ц. (за исключением циклопропана) - неплоские. Так, циклобутан имеет слегка вспученную форму - один из углеродных атомов располагается выше или ниже плоскости, в к-рой находятся три остальных атома, циклопентан - конформацию конверта или твист-конформацию, циклогексан может существовать в двух конформациях кресла, при переходе между к-рыми (через конформацию ванны) все аксиальные заместители становятся экваториальными и наоборот (см. Конформационный анализ). Для циклов больших размеров число конформаций возрастает, поэтому такие соед. существуют в виде неск. взаимопревращающихся конформеров. Так, для циклогептана возможны 4 устойчивые конформации искаженное кресло (твист-кресло), кресло, ванна, искаженная ванна (твист-ванна), ддя циклооктана - 11 конформаций. [c.364]

В соответствии с теорией Байера циклы, большие, чем циклопентан и циклогексан, также должны быть неустойчивыми и, следовательно, должны иметь высокие теплоты сгорания, причем их относительная неустойчивость и соответственно теплоты сгорания должны монотонно возрастать с увеличением размера кольца. Однако из данных табл. 9.2 видно, что на самом деле наблюдается почти обратная картина. Ни для одного из циклов, больших С4, теплота сгорания в расчете на СНг-группу не отличается слишком сильно от величины 157,4 ккал (659,0-10 Дж) (ациклические соединения). В действительности одно из небольших отклонений наблюдается для самого стабильного (по Байеру) соединения—циклопентана 1,3 ккал (5,44-10 Дж) на СНг-группу, или 6,5 ккал (27,21 10 Дж) на молекулу. Кольца, содержащие от 7 до 11 атомов углерода, имеют ту же величину теплоты сгорания в расчете на СНа-группу, что и циклопентан, а для колец с 12 атомами углерода и более эта величина уже практически равна вкладу СНг-группы в теплоты сгорания ациклических веществ. В противоположность теории Байера ни одна из этих систем не обладает заметно меньшей устойчивостью по сравнению с ациклическими соединениями, а соединения с большими циклами не напряжены. Более того, если их синтезировать, то соединения с большими циклами почти не обнаруживают тенденции вступать в реакции раскрытия цикла, как циклопропан и циклобутан. [c.271]

Физические и химические свойства. Ц. весьма сходны со свойствами соответствующих алканов. Это бесцветные газы (циклопропан) или жидкости, а высшие гомологи —твердые вещества. Трех- и четырехчленные кольца относительно менее устойчивы, чем Ц. с большим числом углеродных атомов, поэтому для них характерны реакции, сопровождающиеся раскрытием цикла. Для Ц. с большим размером цикла характерны те же реакции, что и для алканов (радикальное замещение). Циклопропан легко гидрируется и при 120 °С присоединяет два атома водорода с разрывом кольца и образованием пропана. Циклобутан также способен к такому гидрированию, но при 180 °С. Циклопентановые производные гидрируются в еще более жестких условиях при 300 °С и использовании активных катализаторов. Циклогексан не гидрируется. Циклопропан способен с разрывом кольца присоединять два атома брома, переходя в 1,3-дибромпропан.Ц. с большим числом атомов углерода взаимодействуют с галогенами без разрыва кольца, т. е. способны лишь к замещению атомов водорода галогенами, протекающему так же, как и у алканов с незамкнутой цепью. Концентрационные пределы воспламенения в смеси с воздухом 1,3—8,5 % (по объему). [c.76]

Если циклопропан и циклобутан выделяют при сгорании больше энер ГИИ в расчете на СНг-группу, чем ациклические соединения, то это означает, что они содержат больше энергии на СН -группу. Тогда в соответствии с теорией напряжения Байера циклопропан и циклобутан менее устойчивы по сравнению с ациклическими соединениями. Кажется вполне разумным предположение, что склонность циклопропанов и циклобутанов к реакциям с раскрытием кольца связана с их меньшей устойчивостью. [c.271]

Циклобутан кипит при II—12°. Обладает большой устойчивостью. Кольцо разрывается в присутствии водорода над восстановленным никелем только при 200° бром н иод не действуют. [c.44]

Одной из необычных особенностей органической химии фтора является часто наблюдаемое образование циклобутанов. Выше было показано, что по сравнению со своими углеводородными аналогами фторуглероды этого типа термодинамически более устойчивы по-видимому, и скорость образования последних из соответствующих этиленов также больше, чем в случае углеводородов. При изучении кинетики димеризации тетрафторэтилена и хлортрифторэтилена установлено, что процесс является бимолекулярным. В соответствии с бимолекулярными константами скорости энергия активации составляет около 26 ккал/моль, а константа уравнения Аррениуса—10 л/моль сек. [c.369]

При плоском расположении углеродных атомов кольца реализуются только невыгодные заслоненные (четные) конформации. Поэтому трехчленный цикл — единственный, все углеродные атомы которого лежат в одной плоскости (по той простой причине, что через три точки всегда можно провести плоскость). Все остальные циклы, начиная с четырехчленного, имеют неплоское строение. Так, циклобутан имеет форму квадрата, несколько изогнутого по диагонали XV ( угол складчатости 9—несколько десятков градусов). Для циклопентана наиболее устойчива форма конверта XVI [c.74]

Циклобутан гораздо устойчивее циклопропана, но и для него известны реакции с раскрытием цикла. [c.134]

Прочность циклогексанового кольца подтверждается не только устойчивостью к гидрогенолизу циклогексан имеет самую низкую из всех алициклов теплоту сгорания, рассчитанную на одну метиленовую группу-659 кДж/моль О том же свидетельствует ряд относительной напряженности простейших алициклов циклопропан-29, циклобутан - 26, циклопентан-7, циклогексан -1 [c.44]

Судя по величинам байеровского напряжения, наименьшей энергией должен был обладать циклопентан, наибольшей — циклопропан и макроциклы. Это качественно более или менее согласовывалось с имевшимися в то время данными, поскольку макроциклы не были известны. Действительно, кольцо циклопропана очень легко размыкается под действием галоидоводородов и брома, легко каталитически гидрируется циклобутан значительно устойчивее циклопентан, как и следовало ожидать, чрезвычайно устойчив, и прочность его цикла напоминает прочность [c.525]

Строение и химические свойства. Химические свойства и устойчивость циклоалканов во многом определяются размерами цикла. Так, наибольшую химическую стойкость в ряду этих соединений проявляют пяти- и шестичленные циклы. В то же время циклопропан и в меньшей степени циклобутан — вещества неустойчивые. [c.265]

Тем не менее, циклобутан не обнаруживает столь разнообразных свойств, как циклопропан За исключением сравнительно легко протекающего гидрогенолиза, он не проявляет свойств непредельного соединения це присоединяет галогенов с образованием 1,4-дигалогенидов, не дает адцуктов с солями оксида ртути, как алкены и циклопропаны, является устойчивым к действию галогеноводородных кислот, не проявляет достаточно четко выраженной способности к сопряжению с непредельными группировками, не обладает способностью к комплексообразованию [c.29]

В условиях изомеризации алкилциклобутаны очень устойчивы. Лишь при температуре — 250°С в присутствии алюмосиликата в катализате были обнаружены следы продуктов изомеризации — циклопентановых углеводородов. Однако и у циклобутанов устойчивость цикла резко падает, когда рядом с циклом имеется двойная связь. Б. А. Казанский с сотр. [292, 343] показали, что изопропенил- и изопронилиденциклобутаггы способны изомеризоваться в присутствии силикагеля и кизельгура почти с той же легкостью, что и алкилциклопропаны. [c.12]

Этот эксперимент подтвердил прежние выводы о возрастании устойчивости циклобутанов к гидрогенолизу на никеле с повышением числа заместителей. [c.158]

Циклобутан много устойчивее циклопропана. В обыкновенных условиях он не взаимодействует ни с бромом, ни с иодистым во- [c.121]

В результате циклопропан и циклобутан имеют энергии образования меньшие, чем пропилен и бутилен, а циклопентан, циклогексан и т. д. превосходят соответствующие им алкены по энергии образования, а значит, и по устойчивости. [c.266]

НАПРЯЖЕНИЕ молекул. Это понятие относится к соед., обладающим избыточной энтальпией (теплотой образования) по сравнению с эталонным соед. или фрагментом, и рассматривается как мера их устойчивости. Напр., избыточная энтальпия циклоалканов на одну СН2-группу имеет след, значения (в кДж/моль) циклопропан — 37,674, циклобутан — 26,377, циклопентан — 5,023, циклогексан — О, циклооктан — 4,186 и циклононан — 6,023. Т. о., к сильно напряженным соед. относятся циклопропан и циклобутан циклогексан — ненапряженное соед. [c.359]

При вычислении по этой формуле предполагалось, что циклы имеют плоское строение, т. е. что все атомы углерода лежат в одной плоскости. Далее мы увидим, что в действительности это не так. Для плоских циклов Сз—Сз вычисленные углы отклонения имеют следующие значения циклопропан 24° 44, циклобутан 9° 44, циклопентан 0°44, циклогексан — 5° 16, циклогептан — 9° 33, циклооктан— 12° 46. В этих цифрах правильно отражается постепенное повышение устойчивости (т. е. уменьшение напряжения) от трехчленного цикла к пятичленному. Однако дальше гипотеза Байера уже перестает соответствовать фактам шестичленный цикл в действительности прочнее пятичленного, не наблюдается увеличения напряжения и в макроциклах. [c.57]

Как меняется устойчивость циклов в ряду циклопропан, циклобутан, циклогексан, циклооктан [c.125]

В условиях изомеризации алкилциклопропанов ал-килциклобутаны очень устойчивы. Лишь при - 250°С в присутствии алюмосиликата в катализате обнаружены следы продуктов изомеризации — циклопентаны. Однако и у циклобутанов устойчивость цикла резко падает, когда в а-положении к циклу имеется двойная связь. Показано [131 —133], что изопропенил- и изопропилиден-циклобутаны способны изомеризоваться в присутствии силикагеля, кизельгура, синтетических цеолитов и аморфных алюмосиликатов почти с той же легкостью, что и алкилциклопропаны. Пути превращения изопропе- [c.119]

Циклопропан и циклобутан можно превратить в парафины путем гидрирования для этого их смесь с водородом пропускают над нагретым порошкообразным никелем (Вильштеттер). Гидрирование циклопропана начинается уже при 80° и быстро протекает при 120° для восстановительного расщепления циклобутанового кольца и образования из него бутана требуется более высокая температура, 180°, а поли-метиленовые кольца циклопентана, циклогексана и циклооктана еще более устойчивы (иапример, по Зелинскому, циклоиентан гидрируется с расщеплением пятичленного кольца лишь при 300—310 ), Если при этом учесть, что этилен гидрируется в присутствии N1 уже при 40°. то, исходя из этих различий, не трудно вывести зависимость между устойчивостью таких кольцевых систем и легкостью их расщепления [c.775]

Все эти кетоны, если они з-же образовались, оказываются очень устойчивыми. Например, циклогептадеканон при нагревании. до 40СГ в незначительной степени обугливается, но в основном остается неизмененным прн нагревании с соляной кислотой до высокой температуры тоже не происходит значительного разложения. Циклоалканы, полученные из циклоалкаионов, были испытаны па отношение к иодистому водороду при высокой температуре. В то время как циклопропан (стр. 780) и циклобутан (стр. 783) в этих условиях претерпевали расщепление кольца, многочленные циклические углеводороды при обработке иодистоводородной кислотой не изменялись. Следовательно, 10—30-член-ные углеродные циклические системы очень устойчивы. Поэтому можно считать, что их кольцевые атомы не находятся в одной плоскости, а расположены в пространстве таким образом, что образуют циклы, более или менее свободные от напряжений. [c.923]

При этом в полном соответствии с данными В. В. Марковникова и В. Н. Оглобина, полученными в результате трудоемких и кропотливых исследований, ни в одной из исследованных нефтей не найдены циклопропан, циклобутан и их производные, что хорошо согласуется с данными о малой химической устойчивости трех- и четырехчленных углеводородных циклов и данными Н. Д. Зелинского о том, что основную массу циклоалканов составляют различные производные циклопентана и циклогексана. [c.71]

Циклоалканы (циклопарафины, нафтены) содержатся во всех нефтях и входят в состав всех фракций. В среднем в нефтях различных типов обнаружено от 25 до 75% циклоалканов. К нефтям, богатым циклоалканами, относятся бакинские и эмбенские нефти, американские нефти Галф-Коста. В нефтях существуют только термодинамически устойчивые 5- и б-членные циклы. Циклопропан и циклобутан, термодинамически метастабильные в термобарических условиях нефтяных коллекторов, в нефтяных фракциях не найдены. Моноциклические циклоалканы — гомологи цикло-пентана и циклогексана имеются в низкокипящих бензиновых и керосиновых фракциях. В высококипящих фракциях, как правило, содержатся углеводороды с 2-6 конденсированными циклами. [c.42]

Эти отклонения углов связей от нормального тетраэдрического значения делают эти молекулы шапряженнымы и, следовательно, неустойчивыми по сравнению с молекулами с тетраэдрическими углами связей. Циклопропан и циклобутан склонны вступать в реакции раскрытия кольца, поскольку при этом снимается напряжение и образуются более устойчивые ациклические соединения. Поскольку искажение углов в циклопропане (109,5° —60° = 49,5°) более значительно, чем в циклобутане (109,5°—90° = = 19,5), то циклопропан является более напряженным, более неустойчивым и более склонным к реакциям раскрытия кольца, чем циклобутан. [c.270]

Как уже говорилось, термодинамическая устойчивость циклов различна. Об этом можно судить до теплотам сгорания (АЯ), рассчитанным на одну метиленовую группу (табл. 53). Наибольшие теплоты соответствуют циклопропану, затем циклобутану, в которых велики искажения валентных углов (угловое напряжение) и торсионное напряжение (стр. 527). Большие циклы обладают довольно близкими значениями АЯ. Однако и здесь имеются довольно характерные отличия. Наименьшим запасом энергии из первых де< яти членов ряда обладает циклогексан. Более высокая энергия циклопентана объясняется торсионным напряжением, возникающим, как уже говорилось, в результате пространственного взаимодействия атомов водорода, которые находятся в невыгодных, заслоненных, положениях. В средних циклах (Се—С ) теплота сгорания на метиленовую группу немного больше, чем в циклогексане, вследствие другого типа напряжения, небайеровокого (взаимодействие атомов водорода, находящихся по разным сторонам кольца) с этим эффектом мы встретимся еще в разделе, специально посвященном большим и средним циклам. Наконец, энергия макроциклов наименьшая и близка к энергетическому уровню нециклических парафинов с нормальной цепью. [c.534]

Четырехчленный карбоцикл — циклобутан — пмеет меньшее байеровское напряжение между соседними атомами углерода, поскольку они образуют между собой углы 90°. Все вицинальные атомы водорода в плоском циклобутане являются заслоненными, однако дополнительное напряжение за счет этих взаимодействий может быть несколько снижено путем деформации кольца. В действительности, как показано методом электронной дифракции, циклобутан имеет слегка вспученную форму в наиболее устойчивом положении пара углеродных атомов располагается выше или ниже плоскости, в которой находится вторая пара. Между этими устойчивыми положениями располагается бесконечное множество неустойчивых конформаций. Дополнительное искажение угла между связями в системе становится возможным за счет ослабления торсионного напряжения, обусловленного небольшим вспучиванием. Угол вспучивания в производных циклобутана (а такм е для самого циклобутана) по экспериментальным данным находится в пределах 20—35°. Разница в энергиях между вспученной и плоской конформациями в циклобутанах, по-видимому, невелика. Для многих замещенных циклобутанов имеет место энантиомерия и диастереомерия. На моделях видно, что в то время как в плоском циклобутане имеются водородные атомы только одного типа, в вспученной конформации существуют два типа водородных атомов, соответствующих примерно аксиальному и экваториальному ато- [c.80]

Реакция образования циклобутанов по схеме [2-f-2] можно разделить иа две группы 1) реакции, в которых в качестве другого компонента выступают фторолефины, кетены, изоцианаты или другие соединения с активированной двойной связью и 2) реакции, в которых вторым компонентом является фотовозбужденная система я-связей, например карбонил или сопряженный олефин и т. п. [82]. В первой группе реакций барьер орбитальной симметрии преодолевается, если применять постадийный механизм. В случае же ке-тенов присоединение может проходить антараповерхностно анти) ко второму компоненту, как разрешенный процесс [.n2s-f- 2a] [78]. Фотохимические реакции (вторая группа) могут проходить через возбужденные состояния, которые включают Aq электронов ( = 1) и поэтому разрешены. Примеры реакций обеих групп даны уравнениями (166) — (174). Присоединение к простым олефинам устойчивых кетенов проходит только при повышенных температурах (уравнение 167), однако более активные молекулы, содержащие электронооттягивающие группы, реагируют в более мягких условиях (уравнения 168—170). В качестве единственного примера приведена также реакция присоединения фотовозбужденного [c.219]

За счет этого циклобутан из плоского состояния в результате взаимного отталкивания атомов водорода (это явление характерно для однойменных атомов в молекулах, не связанных Друг с другом, например НзО + ОН2) превращается в более устойчивое неплоское [c.35]

Аналогичная, но менее резко выраженная картина напряжения С-С-связей наблюдается в щпслобутане. Разница между линиями перекрывания (см. рис. 10.1) 5р -орбиталей соседних атомов (пунктирные линии) и линиями, соединяющими ядра атомов (сплошные линии), составляет только 19°. Поэтому из-за напряжения ст-связей циклобутан менее устойчив, чем циклопентан и циклогексан, в которых ст-связи не напряжены. Но он намного устойчивее циклопропана, если речь идет о римыкании цикла. В связи с пониженным перекрыванием связывающих орбиталей в циклопропане и циклобутане энергия С-С-связи в них на 50—40 кДж/моль ниже, чем в алканах, тогда как энергия С-Н-связей такая же, как вторичная С-Н-связь в алканах. [c.324]

Свойства циклопропанов, отличные от свойств алкенов, показывают, что триметиленовый цикл, обладая известной ненасыщенностью, все же существенно устойчивее этиленовой связи Так, по легкости гидрирования на малоактивном катализаторе циклопропан гораздо ближе к циклобутану, чем к оле-финам, но все же весьма существенно отличается от устойчивого в этих условиях циклопентана [c.26]

В процессе изучения углеводорода Густавсона Филипов, подвергая метиленциклобутан (I) и метилциклобутен (II) гидрогенизации на никеле, нашел, что этиленовые связи гидрировались легко в обычных для этого условиях. Полученный же на основе обоих углеводородов (Г и II) метилциклобутан начинал расщепляться лишь при температуре выше 205° С. Это было первым указанием на большую устойчивость гомологов циклобутана в сравнении с самим циклобутаном при каталитическом гидроге-нолизе на никеле. [c.157]

Рис. 13. Устойчивость молекулярных ионов (С11Н24) к электронному удару. 1 — моноолефиновые 2 — пятичленные наф-тены 3 — шестичленные нафтены 4 — этил-циклобутан.

При увеличении радиуса центрального атома сипы стерич. отталкивания убывают при этом уменьшаются отклонения В. v. от нормальных значений (90°), напр. 96° 4° (Sb y, 92°16 (HgS), 90° (H Se). Увеличение размеров присоединенных атомов приводит к росту сил отталкивания. Особенно большие отклонения от нормальных В. у, наблюдаются у циклич. соединений с небольшим числом звеньев в кольце. Так, в циклопропане gHj и циклобутане iUg углы между атомами углерода равны соответственно 60° и 90° вместо 109°28. Так как искажение В. у. сопряжено с затратой энергии, то подобным соединениям присуща пониженная термодинамич. устойчивость. [c.259]

Циклобутан и циклопентан имеют возможность несколько уменьшить невыгодные четные Н—Н-взаимодействия, путем вывода одного из углеродов нз плоскости цикла. Так, например, для циклопентана наиболее устойчива форма конверта I. Особая устойчивость циклогексана связана с тем, что в так называемой форме кресла П у него нет ни углового напряжения, ни напряжения заслокения [c.57]

В каждой паре соединений а) метилдиклопропан и циклобутан б) этилциклобутан и метилциклопентан в) цис- и тра с-1,3-диметилциклопентан г) трале-1,2-диметилциклобутан и циклогексан укажите более устойчивый изомер и объясните причину его большой устойчивости. [c.101]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология