Циклопарафины, их строение, свойства, нахождение в природе, практическое значение
Помимо предельных углеводородов с открытой цепью существуют предельные углеводороды с замкнутой (циклической) цепью. Они имеют несколько названий: циклоалканы, циклопарафины, нафтены, цикланы, полиметилены. Циклоалканы различаются между собой размерами цикла:

По размеру цикла циклоалканы делятся на группы: малые (C3, C4) и обычные (C5 – C7) циклы.
Молекулы циклоалканов содержат на два атома Н меньше, чем соответствующие алканы (за счет их отщепления замыкается углеродное кольцо). Поэтому общая формула циклоалканов СnH2n.
Трех- и четырехчленные циклоалканы менее прочны, чем пяти- и шестичленные. Циклобутан и особенно циклопропан – соединения малоустойчивые. Это связано с тем, что в молекулах этих соединений углы между валентными связями значительно отличаются от “нормального” угла в правильном тетраэдре (109°28'). Например, в циклопропане, молекулу которого можно изобразить в виде равностороннего треугольника, угол между углерод-углеродными связями (60°) отличается от тетраэдрического угла на 49°28' (а в расчете на одну связь на 24°44'). Такое отклонение от тетраэдрического угла создает в молекуле значительное напряжение, что существенно сказывается на ее устойчивости.
В циклогексане разница между тетраэдрическим углом и углом между углерод-углеродными связями в нем меньше и составляет 10°32' (в расчете на одну связь она равна 5°16'). Чтобы еще уменьшить эту разницу, молекула циклогексана, как и другие молекулы циклоалканов, изгибается в пространстве. Существуют две основные формы – “ванна” и “кресло”. Наиболее устойчивой (энергетически выгодной) формой в циклогексане является форма “кресло”.
Молекулы циклоалканов часто содержат боковые углеводородные цепи:

У циклопарафинов возможна изомерия.
Структурная изомерия обусловлена размером цикла (например, циклобутан и метилциклопропан – изомеры) и положением заместителей в цикле (например, 1,1- и 1,2-диметилциклобутан).
Также имеет место пространственная изомерия, связанная с различным расположением заместителей относительно плоскости цикла. При их расположении по одну сторону от плоскости цикла получается цисизомер, по разные стороны – трансизомер:

Кроме того, каждому циклоалкану изомерен соответствующий алкен – это пример межклассовой изомерии.
Физические свойства. Циклопропан и циклобутан при нормальных условиях – газы, с С5 до С16 – жидкости, начиная с С17 и выше – твердые вещества. Температура кипения и плавления циклоалканов несколько выше, чем у алканов с тем же числом атомов С в молекуле. Циклопарафины в воде практически не растворяются.
Химические свойства. Циклоалканы химически малоактивны и в этом отношении напоминают алканы: они горючи, атомы Н могут замещаться галогенами.
Химические свойства циклоалканов определяются особенностями их строения.
1. Малые циклы (особенно циклопропан) неустойчивы и к разрыву, поэтому они склонны к реакциям присоединения:

2. Обычные циклы (С5–С7) очень устойчивы и вступают только в реакции замещения, подобно алканам:

Объяснение:
Дано:
m(Al)= 2,7 г
m(КОН) = 20 г
V(H2)-?
Составим уравнение реакции:
2Al+2KOH+6H2O=2K[Al (OH) 4] + 3H2 ↑
2 2 3
Рассчитаем количества вещества алюминия:
молярная масса M(Al) = 27 г/моль
n = m / M;
n(Al) = m(Al) / M(Al);
n(Al) = 2,7 / 27 = 0,1 моль.
Рассчитаем количества вещества КОН:
M(KOH) = 56 г/моль
n (KOH) = 20 : 56=0,36 моль
Так как KOH= 0,36 моль, а надо 0,1 моль, то он в избытке
Согласно уравнению реакции n(Al) : n(H2) = 2:3, значит,
n(H2) = 3/2 × n(Al);
n(H2) = 1,5 × 0,1 = 0,15 моль.
Вычислим объем выделившегося водорода:
V = n × Vm;
V(H2) = n (H2) × Vm, где Vm=22,4 л- это молярный объем газов при н.у.
V(H2) = 0,15 × 22,4 = 3,36 л.
