Малые циклы: получение и раскрытие — Органическая химия для олимпиад

Малые циклы: получение и раскрытие

8 заданий

Получение малых циклов

linkОпора

Напряжение малых циклов (урок 46) велико, но замкнуть их всё же можно. Реакция Вюрца (урок 151), проведённая внутри одной молекулы, даёт цикл из дигалогенида, а карбены (урок 127) строят циклопропан из алкена.

Как получить циклоалкан

  1. Внутримолекулярный Вюрц (Густавсон): \(\ce{BrCH2CH2CH2Br + Zn -> C3H6 + ZnBr2}\).
  2. Карбены и Симмонс — Смит (уроки 127–128) — циклопропаны из алкенов.
  3. Пиролиз солей дикарбоновых кислот: адипинат бария → циклопентанон → (Клемменсен) циклопентан.
  4. Гидрирование аренов: бензол → циклогексан.
1,5-Дибромпентан → циклопентан; адипиновая кислота → циклопентанон → циклопентан
1,5-Дибромпентан → циклопентан; адипиновая кислота → циклопентанон → циклопентан

Примеры

1. 1,3-Дибромпропан и цинк. Цинк отрывает оба атома брома, и концы цепи соединяются в трёхчленный цикл (реакция Густавсона).

Внутримолекулярный Вюрц замыкает цикл
Внутримолекулярный Вюрц замыкает цикл

2. 1,4-Дибромбутан и натрий. Тем же способом получают циклобутан, но с примесями: часть молекул реагирует друг с другом, а не сама с собой.

Четырёхчленный цикл замыкается труднее
Четырёхчленный цикл замыкается труднее

3. Адипиновая кислота → циклопентанон. При нагревании бариевой соли дикислоты уходит \(\ce{CO2}\) и замыкается пятичленный кетон; восстановление по Клемменсену превращает его в циклопентан.

Из шести атомов углерода — пятичленный цикл
Из шести атомов углерода — пятичленный цикл

errorЦикл получается на один атом меньше

При пиролизе соли дикарбоновой кислоты одна карбоксильная группа уходит в виде \(\ce{CO2}\), а вторая становится кетонной группой цикла. Поэтому из адипиновой кислоты с шестью атомами углерода получается пятичленный циклопентанон, а не шестичленный.

edit_noteПопробуйте сами

Какой кетон даст пиролиз соли гептандиовой (пимелиновой) кислоты?

expand_moreПоказать решение

Циклогексанон.

Раскрытие малых циклов

Из-за напряжения (урок 46) циклопропан ведёт себя почти как алкен: его связи C–C «изогнуты», и при присоединении реагентов цикл раскрывается, как раскрывается π-связь. Более крупные циклы этой способности лишены.

Как предсказать раскрытие цикла

  1. Циклопропан присоединяет \(\ce{H2}\) (Ni, 80 °C), \(\ce{Br2}\), HBr — цикл раскрывается.
  2. Замещённый циклопропан: протон к наименее замещённому атому, галоген — к тому, где устойчивее катион (Марковников).
  3. Циклобутан раскрывается только водородом при 200 °C; циклопентан и циклогексан — не раскрываются.
  4. \(\ce{KMnO4}\) и \(\ce{K2Cr2O7}\) циклопропан не окисляют — так его отличают от пропена.
Циклопропан и метилциклопропан: HBr и водород
Циклопропан и метилциклопропан: HBr и водород

Примеры

1. Циклопропан и HBr. Цикл раскрывается, и получается 1-бромпропан.

Раскрытие трёхчленного цикла — как присоединение к алкену
Раскрытие трёхчленного цикла — как присоединение к алкену

2. Метилциклопропан и HBr. Протон идёт к наименее замещённому атому \(\ce{CH2}\), а бром — к атому, у которого катион устойчивее (правило Марковникова для цикла): продукт — 2-бромбутан.

Ориентация как у алкена: галоген к более замещённому атому
Ориентация как у алкена: галоген к более замещённому атому

3. Циклопропан и галогены на свету. Бром раскрывает цикл и даёт 1,3-дибромпропан, а хлор действует двояко: частично замещает водород (хлорциклопропан), частично раскрывает цикл (1,3-дихлорпропан).

Оба атома галогена встают на концы раскрытой цепи
Оба атома галогена встают на концы раскрытой цепи

errorХлор на свету и замещает, и раскрывает

С циклопропаном хлор при облучении даёт два продукта: хлорциклопропан (радикальное замещение водорода) и 1,3-дихлорпропан (раскрытие цикла). Бром в тех же условиях в основном раскрывает цикл. Отличить же циклопропан от пропена проще всего перманганатом: пропен обесцвечивает раствор, циклопропан — нет.

edit_noteПопробуйте сами

Как отличить циклопропан от пропена?

expand_moreПоказать решение

Перманганатом: пропен обесцвечивает раствор, циклопропан — нет.

push_pinГлавное

Малые циклы напряжены (циклопропан ~115, циклобутан ~110 кДж/моль) и поэтому раскрываются: циклопропан присоединяет \(\ce{H2}\) (Ni, 80 °C), \(\ce{Br2}\), HBr — как алкен, но медленнее, и не окисляется перманганатом. Замещённые циклопропаны раскрываются по Марковникову. Циклопропаны получают внутримолекулярным Вюрцем (1,3-дибромпропан + Zn), карбенами, Симмонсом — Смитом; циклопентанон — пиролизом солей адипиновой кислоты.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.