Циклические соединения уже упоминались раньше, но одними только циклоалканами дело не ограничивается. Циклическими могут быть также амины и эфиры, как простые, так и сложные. В целом они похожи по свойствам на своих собратьев, но в чём-то различаются весьма заметно. Например, тетрагидрофуран можно рассматривать как аналог диэтилового эфира, но вследствие его геометрии отрицательный заряд атома кислорода оказывается уже не в центре, и молекула становится более полярной. Это проявляется в том, что тетрагидрофуран смешивается с водой (в отличие от эфира), и кипит при заметно более высокой температуре, как и полагается всем полярным соединениям.
Диэтиловый эфир и тетрагидрофуран
Конечно, существуют и гомологи тетрагидрофурана (иначе называемого оксоланом): трёх-, четырёх- и шестичленные. Они называются соответственно оксиран, оксетан и тетрагидропиран (оксан)
Семейство циклических эфиров: оксиран, оксетан, оксолан, оксан
Трёхчленные циклы всегда очень неустойчивы. Оксиран (окись этилена) очень реакционноспособен, из-за чего признан канцерогеном. Однако он используется для стерилизации медицинского оборудования (в частности, одноразовых шприцев) - это безопасно, поскольку впоследствии он улетучивается или разлагается. А ещё он настолько горюч, что им заправляют боеприпасы объёмного взрыва.
Соединения, содержащие оксирановый фрагмент, называются эпоксидами. Да, теми же эпоксидами, как и эпоксидная смола - она полимеризуется ("застывает") благодаря реакции эпоксидного фрагмента с присутствующими в смоле фенолами (в частности бисфенолом А). Катализаторами в этой реакции являются амины, например, полиэтиленполиамин.
Циклические сложные эфиры имеют собственное название: лактоны. Циклические амиды называются лактамами. Гамма-бутиролактон и гамма-бутиролактам (пирролидон) - важные растворители и полупродукты в синтезе. Есть целый класс соединений - производных пирролидона, которые используются в качестве лекарств под названием "рацетамы". Про их представитель под названием "Пирацетам", наверное, слышали все. Ещё один известный представитель циклических амидов - это капролактам, сырьё для получения полимера капрона.
Лактон (бутиролактон) и лактамы - пирролидон и капролактам
Ряд простейших азотистых гетероциклов строится аналогично ряду циклических эфиров. Знакомьтесь: азиридин, азетидин, пирролидин, пиперидин. Пяти- и шестичленные циклы всегда более устойчивы и чаще встречаются в природе.
Из-за их геометрии атом азота более доступен (менее загорожен заместителями), поэтому они более реакционноспособны, а также более основны. Мы все знаем, что третичные амины - самые слабые основания, но DABCO (диазабициклооктан) заодно с хинуклидином так не считают - эти два соединения являются очень сильными основаниями и используются как катализаторы в органическом синтезе.
Азиридин, азетидин, пирролидин, пиперидин, пиперазин, хинуклидин и DABCO. Последние два в принципе можно нарисовать плоскими, но трёхмерная фигура лучше отражает строение.
Теперь кратко об ароматических соединениях. Оказывается, что циклические соединения, содержащие чередующиеся с одинарными двойные связи, проявляют себя в реакциях довольно необычно - они почти исключительно вступают в реакцию замещения вместо присоединения, так, чтобы сохранить эту систему двойных связей. Это явление и называется ароматичностью. Прототипом всех ароматических соединений является бензол: он настолько устойчив, что присоединение водорода идёт с большим трудом (а дигидробензол под действием кислорода легко окисляется обратно!), а в реакциях с галогенами образуется бромоводород и бромбензол - почти как с алифатическими соединениями!
Реакция бензола с бромом. Справа - "полная" формула бензола (обычно не используется)
Бензол встречается нечасто из-за его токсичности, а вот толуол (метилбензол) и прочие его производные - повсеместно. Ароматическими" такие соединения называются потому, что впервые были выделены из ароматичных соединений: бензоиновой смолы (бензол) и толуанского бальзама (толуол). В чистом виде оба они пахнут не очень приятно, но название устоялось. Впоследствии были обнаружены и другие ароматические соединения - аналоги пиперидина (пиридин), пирролидина (пиррол), оксолана (фуран).
Пиридин, пиррол, фуран
В зависимости от заместителя мы можем получить соответствующий спирт (фенол), амин (анилин), кислоту (бензойная кислота) и так далее. Ароматические соединения по свойствам значительно отличаются от алифатических - например, фенол обладает кислотными свойствами и легко образует соли, в отличие от спиртов, а анилин заметно более слабое основание, чем алифатические первичные амины (например, метиламин). Ход реакций с участием ароматических соединений зачастую сложен и непредсказуем, хотя по этой теме написан не один многотомник.
Анилин, фенол, бензойная кислота
Практически все природные соединения (особенно алкалоиды) содержат в своей структуре тот или иной ароматический цикл. Таковы, например, никотин, хинин, а также ароматические аминокислоты фенилаланин и триптофан.
Природные ароматические соединения: никотин, хинин, фенилаланин, триптофан
Таблицу формул и названий гетероциклов можно найти здесь https://ru.wikipedia.org/wiki/Гетероциклические_соединения, либо здесь https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a8/Heterocycle_compounds.jpg (больше и на английском)
Любопытства ради рекомендую заглянуть в учебник Джоуль Дж., Миллс К. «Химия гетероциклических соединений» Этот 700-страничный учебник, правда, будет сложноват, но даёт представление об объёме знаний в этой области.
Для начинающих могу порекомендовать учебник А.Н Несмеянова и Н.А.Несмеянова «Начала органической химии». Во второй книге неплохо рассказывается о бензоле и явлении ароматичности
