Các hợp chất mà trong đó các nguyên tử cacbon tạo với nhau thành mạch kín gọi là các hợp chất vòng.
5.1. CÁCH GỌI TÊN VÀ CÁC ĐỒNG PHÂN.
Các hợp chất vòng được gọi tên bằng cách thêm tiếp đầu ngữ xyclô.
5.1.1. Cách gọi tên các hợp chất đơn vòng (mônôxyclô).
Để gọi tên các hợp chất đơn vòng, mạch chính được chọn là vòng xyclô sau đó đánh số thứ tự các nhóm thế sao cho tổng các chỉ số là nhỏ nhất. Thường để tiện lợi, người ta đơn giản viết các nguyên tử cacbon và hyđrô của vòng.
Ví dụ:
H3C
CH3 CH3 1,2,4ưtrimê tylxyclôhexan
Trong trường hợp phân tử lớn, mạch chính phức tạp thì tên gọi trên đây không phù hợp nên người ta coi vòng xyclô như một nhóm thế.
Ví dụ:
CH2 C CH3 CH3
CH OH
CH3 3,3ưđimê tylư4ưxyclôpentylbutanolư2 5.1.2. Cách gọi tên các hợp chất đa vòng (polyxyclô).
Thông thường các hợp chất đa vòng được chia làm các loại sau:
1- Các vòng riêng biệt
(CH2)n
2- Các vòng nối với nhau bởi một liên kết cacbon-cacbon
3- Các vòng có một nguyên tử cacbon chung
4- Các vòng có 2 nguyên tử cacbon chung
5- Các vòng có số nguyên tử cacbon chung lớn hơn 2
CH2
Tên gọi của 2 giống như đã trình bày ở phần trên.
Tất cả các vòng còn lại được xem như là hợp chất có cầu nối. Bắt đầu đánh số từ một đầu cầu nối theo vòng lớn, tiếp đến vòng bé hơn và cuối cùng là các nguyên tử cacbon của cầu nối. Nếu ở các nguyên tử cacbon của vòng còn có các nhóm thế thì chọn sao cho chỉ số là nhỏ nhất. Gọi tên mạch chính của vòng, thêm tiếp đầu ngữ bixyclô- tiếp theo là số nguyên tử cacbon của mỗi vòng đặt trong dấu ngoặc vuông (nguyên tử cacbon của 2 đầu cầu nối không tính).
C(CH3)2
CH3 1 O
2
3 4 5 6
7
1,7,7ưtrimê tylưbixyclô[2,2,1]ưheptanonư2 CH3
1 3 2
4
5 6
7 8
9 10
2ưmê tylưbixyclô[5,3,0]ưđê kan 5.1.3. Đồng phân.
Đồng phân của một hợp chất vòng gồm các loại:
1- Đồng phân do sự thay đổi các nguyên tử cacbon của vòng.
Ví dụ: Hợp chất C5H10 có các đồng phân sau đây:
CH3 CH3 CH3
2- Đồng phân do sự thay đổi cấu tạo của mạch nhánh:
Ví dụ:
C2H5 CH3
CH3 CH3 C2H5 H3C CHCH3 CH2CH2CH3 3- Đồng phân do sự sắp xếp của các nhóm thế khác nhau ở các vị trí khác nhau:
Ví dụ:
CH3 CH3 CH3 CH3
R1
R2
R1 R2 R1
R2
4- Đồng phân hình học:
Ví dụ:
CH3 CH3 CH3
CH3
Đ ồng phân trans Đ ồng phân cis
5- Đồng phân quang học xuất hiện khi trong phân tử có cacbon bất đối:
Ví dụ:
C R H
C R H
C O
R H
C
O R
H 6- Đồng phân cấu dạng:
GhÕ ThuyÒn 5.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ.
5.2.1. Phương pháp công nghiệp.
Từ dầu mỏ ta có thể thu nhận một số hợp chất vòng như: xyclôhecxan, mêtylxyclôhecxan, mêtylxyclôpentan, 1,2-đimêtylxyclôpentan.n Các dẫn xuất xyclôhecxan có thể điều chế bằng phản ứng hyđrô hoá benzen:
R
Mo2O3, Al2O3, 560 C, 21at0 H2/Ni, 150-200 C, 25at0 R 5.2.2. Phương pháp tổng hợp.
Để tổng hợp một hợp chất vòng thường có 2 giai đoạn:
1- Chuyển hoá một hợp chất mạch hở nào đó thành mạch vòng (phản ứng đóng vòng).
2- Chuyển hoá một hợp chất vòng thu nhận được thành vòng cần thiết phải tổng hợp.
a. Tổng hợp các hợp chất xyclôprôpan và xyclôbutan.
- Từ ankylđihalogenua
CH2
CH2Br CH2Br
2Na + 2NaBr
CH2 CH2
CH2Br
CH2Br + 2Li-Mg + 2LiBr + 2Mg - Phản ứng với điazômêtan
C
C CH2N2 C
C N CH2
N C
C CH2 N2
+ Cu, t C0 +
- Các hợp chất đien-1,3 dưới tác dụng của tia tử ngoại cho xyclôbuten CH
CH
CHR CHR
hν CH CH
CHR CHR - Phản ứng quang hoá xyclôpentanon
O hν
+ CO
b. Tổng hợp các hợp chất xyclôpentan, xyclôhecxan hoặc lớn hơn.
- Từ ankylđihalogenua
(CH2) CH2Br CH2Br
n 2Li-Mg (CH2) CH2 CH2
n 2LiBr 2Mg
+ + +
- Từ muối canxi đicacbôxylat CH2 CH2 COO
CH2 CH2 COO Ca CH2 CH2
CH2 CH2 C O
t C0 H2/Ni
- Từ ankan
CH3 CH CH3
CH2 CH CH3 CH3
Pt (300 C)0
CH3
H3C + H2
CH3CH2CH2CH2CH2CH3 Pt
H2 +
c. Các hợp chất vòng không no có thể điều chế từ xyclôankan hoặc từ hợp chất thơm.
X
H2/Ni
X
KOH/ancol OH
H2/Ni
OH
H+, t C0
5.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC.
5.3.1. Tính chất vật lý.
Tương tự như ankan và anken tương ứng, các hợp chất vòng không phân cực, có tỷ trọng nhỏ thua nước,có nhiệt độ sôi tăng theo chiều tăng của số nguyên tử cacbon…
5.3.2. Tính chất hoá học.
a. Tính chất chung.
Trừ một số phản ứng đặc biệt, xyclôankan và xyclôanken có các tính chất tương tự như ankan và anken.
Phản ứng thế theo cơ chế gốc của xyclôankan:
Br2
+ hν Br + HBr
Cl2 Cl HCl
+ hν +
Các phản ứng cộng electrôphin của xyclôanken:
O3 H2O/Zn
CH CHCH3 CH2 CH2 CH
O O
H3C
Br2
Br Br
+ 1,2ưđibrômxyclôhecxan
CH3 + HI
CH3 I
1ưiôdư1ưmê tylxyclôpentan
b. Các phản ứng đặc biệt của xyclôprrôpan và xyclôbutan phản ứng thế theo cơ chế gốc đặc trưng cho các xyclôankan kể cả xyclyprôpan và xyclôbutan. Nhưng mặt khác xyclyprôpan và xyclôbutan còn tham gia một số phản ứng cộng sau đây:
CH3CH2CH2CH3
H2/Ni, 120 C0 Br2/CCl4
HI Không có phản ứng Không có phản ứng CH3CH2CH3