5. Reaktionen und Synthese

5.1 Rekapitulation Schulwissen

In der Schule werden Sie wahrscheinlich gelernt haben, dass sich Cycloalkane chemisch genau so verhalten wie offenkettige Alkane. Das ist weitgehend auch korrekt.

Über die Verfahren zur Herstellung von Cycloalkanen werden Sie höchstwahrscheinlich noch gar nichts gehört haben.

5.2 Studienvorbereitung

Genau wie die offenkettigen Alkane können auch die Cycloalkane oxidiert werden und eine Radikalische Substitution eingehen. Eine zusätzliche Reaktion der Cycloalkane ist die Hydrierung.

5.2.1 Hydrierung/Ringöffnung

Durch Zufuhr von Wasserstoff kann sich dann der Ring öffnen und es bildet sich ein offenkettiges Alkan, aus Cyclopropan kann so Propan hergestellt werden. Wegen der enormen Ringspannung des Propans ist diese Reaktion sogar stark exotherm.

Bromierung von Cyclopropan
Autor: Ulrich Helmich 01/2023, Lizenz: siehe Seitenende

Auch bei der Reaktion mit Brom oder Bromwasserstoff kommt es bei Cyclopropan zu einer Ringöffnung, während sich bei Cyclobutan unter gleichen Bedingungen nichts tut ^[5].

Ringerweiterungen und -umlagerungen

Typisch für viele Cycloalkane sind Ringumlagerungs-Reaktionen, wobei sich der Ring verengen oder erweitern kann. Schauen wir uns dazu einmal folgende Reaktion an:

Ringerweiterung (oben) und Ringverengung (unten)
Autor: Ulrich Helmich 01/2023, Lizenz: siehe Seitenende

Oben im Bild sehen wir die Reaktion von Ethyl-cyclobutan zu Methyl-cyclopentan, also eine Ringerweiterung. Unten im Bild sehen wir das Gegenteil, eine Ringverengung. Aus Cycloheptan wird Methyl-cyclohexan.

Ringbildungen

Die Ringbildungen gehören zwar nicht zu den Reaktionen der Cycloalkane, sondern dienen im Gegenteil zur Herstellung von Cycloalkanen. Dennoch sollten diese Reaktionen hier kurz erwähnt werden. Das Lexikon der Chemie des Spektrum-Verlags [5] listet folgende Reaktionen auf, die zur Bildung eines Cycloalkans führen können:

• Intramolekulare Wurtz-Reaktion von Dihalogenalkanen
• Dieckmann-Kondensation von Dicarbonsäureestern mit anschließender Reduktion der erhaltenen Ketone.
• Acyloinreduktion von Dicarbonsäureestern
• Pyrolyse von Dicarbonsäure-Salzen
• Intramolekulare Thorpe-Reaktion von Dinitrilen

Auf diese Reaktionen soll auf dieser Seite nicht näher eingegangen werden, schließlich wollen wir hier ja nicht das Chemie-Studium vorwegnehmen. Aber die intramolekulare Wurtz-Reaktion wollen wir uns einmal kurz anschauen. Die Wikipedia zeigt auf ihrer Seite die Bildung von Cyclohexan aus 1,6-Dibromhexan:

Bildung von Cyclohexan durch Wurtz-Reaktion
Autor: Ulrich Helmich 1/2023, Lizenz: siehe Seitenende