Урок №50. Циклоалканы. Алкадиены

• Приветствие и обсуждение первого рабочего дня после каникул.  

• Упоминание о 50-м занятии на химфаке.  

• Подчёркивание важности оставшихся пяти месяцев до ЕГЭ.  

• Обсуждение медленного роста баллов после общей химии.  

• Объяснение, что за неорганику нужно было набрать часть баллов за первый месяц.  

• Оценка текущего результата в 50–60 баллов как нормального для начинающих.  

• Рекомендация работать над ошибками по общей химии.  

• Подчёркивание важности качественного разбора заданий по неорганике.  

• Предупреждение о медленном росте баллов по органике.  

• Детальный разбор задания №14 на углеводороды.  

• Указание на то, что в тестовой части могут встречаться другие задания на углеводороды.  

• Подчёркивание необходимости качественного разбора теории.  

• Объяснение, что первые полгода были самыми тяжёлыми для выстраивания базы.  

• Цель оставшихся шести месяцев — достичь более глубокого уровня знаний.  

• Важность терпения и качественной работы над теорией для решения второй части экзамена.  

• Для получения 70 баллов по химии необходимо знать весь материал.  

• Текущие результаты могут быть ниже из-за неполного изучения материала.  

• Качественная подготовка по химии позволит быстро улучшить результаты.  

• Урок посвящён циклам алканам и алкадиенам.  

• Темы будут повторяться в течение нескольких уроков.  

• Новая информация будет минимальной, но объёмной.  

• Циклалканы — это предельные углеводороды с замкнутой цепочкой атомов углерода.  

• Цикл начинается с трёх атомов углерода.  

• Общая формула циклалканов — CnH2n.  

• Цикл образуется за счёт отрыва молекулы водорода от алкана.  

• Атомы углерода в циклах находятся в sp3-гибридизации.  

• Возможны структурная и пространственная изомерия.  

• Первые члены гомологического ряда газообразные, последующие — твёрдые вещества.  

• Не растворяются в воде, но растворяются в алканах.  

• Встречаются в нефти, используются для реформинга и ароматизации.  

• Первый гомолог — циклопропан.  

• Гомологи имеют сходное строение без разветвлений.  

• Примеры гомологов: циклобутан, циклопентан, циклогептан.  

• Структурная изомерия углеродного скелета.  

• Пример: молекулярная формула C4H8, предельное соединение с вторичными атомами углерода — циклобутан.  

• Важно правильно изображать циклы и связи.  

• Циклоалканы содержат третичные атомы углерода и радикалы.  

• Пример: метилциклопропан.  

• Скелетная формула циклопропана выглядит как треугольник.  

• Вещества могут быть алкенами или циклоалканами.  

• Алкены вступают в реакцию полимеризации.  

• Циклоалканы не вступают в реакцию полимеризации и содержат только вторичные атомы углерода.  

• Пространственная изомерия начинается с четвёртого гомолога.  

• Для цис-транс-изомерии важна плоскость и наличие двух разных типов заместителей около соседних атомов углерода.  

• Пример: цис-1,2-диметилциклопропан.  

• Цепь нумеруется так, чтобы положение заместителя было наименьшим.  

• Пример транс-1,2-диметилциклопропана.  

• Малые циклоалканы: циклопропан и циклобутан.  

• Циклопропан — плоский цикл, циклобутан искажён из-за валентных углов.  

• Напряжённые связи в малых циклах из-за несоответствия гибридного и геометрического углов.  

• Большие циклоалканы менее напряжены и принимают устойчивые конформации.  

• Примеры конформаций: конверт, ванна, кресло.  

• Конформации влияют на химические свойства.  

• Малые циклоалканы вступают в реакции присоединения, как алкены.  

• Большие циклоалканы устойчивы и вступают в реакции замещения, аналогичные алканам.  

• Примеры реакций: гидрирование, галогенирование, гидрогалогенирование.  

• Реакции замещения для больших циклоалканов: хлорирование, бромирование на свету, нитрование при нагревании.  

• Обсуждение свойств циклопропана и циклобутана.  

• Гидрирование малых циклов — каталитическая реакция присоединения водорода.  

• Пример гидрирования циклопропана: водород присоединяется по циклу, происходит разрыв цикла, образуется алкан.  

• Циклобутан вступает в реакцию гидрирования.  

• Водород присоединяется к одному атому углерода по циклу, к другому, цикл разрушается.  

• В результате образуется нормальный бутан.  

• Реакция гидрирования малых циклов необратима.  

• Дегидрирование алканов не приводит к образованию малых циклов.  

• Продукты реакций всегда являются наиболее устойчивыми.  

• Реакции присоединения идут к атомам углерода с ответвлениями.  

• Пример: гидрирование метилциклопропана.  

• Водород присоединяется к наименее гидрированному атому углерода.  

• Глогенирование — реакция хлорирования и бромирования.  

• Хлорирование циклопропана: хлор присоединяется по циклу, образуется 1,3-дихлорпропан.  

• Бромирование циклобутана: бром присоединяется по циклу, образуется 1,4-дибромбутан.  

• Хлор присоединяется к атомам углерода с ответвлениями.  

• Пример: хлорирование метилциклопропана даёт 1,3-дихлорбутан.  

• Важно правильно раскрывать циклы для определения положения галогенов.  

• Гидрохлорирование циклопропана: водород присоединяется по циклу, хлор — к соседнему атому углерода.  

• Цикл разрушается, образуется 1-хлорпропан.  

• Пример с несимметричными молекулами: гидрохлорирование циклопропана даёт 2-хлорпропан.  

• Реакция идёт по правилам Марковникова: водород к наиболее гидрированному атому углерода, хлор — к наименее гидрированному.  

• Пример: гидрохлорирование цикла пропана приводит к образованию 1-хлорпропана.  

• Гидробромирование цикла бутана: водород к одному углероду, бром — к соседнему, цикл разрушается.  

• Хлор присоединяется к наименее гидрированному атому углерода, водород — к наиболее гидрированному.  

• Разрушение цикла и раскрытие молекулы: образуется 2-хлорбутан.  

• Бром присоединяется к наименее гидрированному атому углерода, водород — к наиболее гидрированному.  

• Раскрытие молекулы: образуется 3-бромгексан.  

• Большие циклы алканов устойчивы благодаря валентным углам, близким к 109 градусам.  

• Характерная реакция — замещение водорода, цикл не разрушается.  

• Примеры реакций: хлорирование и бромирование цикла пентана и гексана.  

• Замещение водорода происходит сначала около третичного атома углерода, затем вторичного и первичного.  

• Образование 1-бром-1-метилцикла гексана.  

• Взаимодействие с азотной кислотой: замещение водорода на нитрогруппу.  

• Пример: нитрование цикла гексана, образование нитрацикла гексана и воды.  

• Для разветвлённых циклов: сначала третичный, затем вторичный атом углерода.  

• Дегидрирование цикла гексана приводит к образованию бензольного кольца.  

• Ароматизация — самое устойчивое состояние для больших циклов.  

• Катализаторы: никель, платина, палладий.  

• Отрываются три молекулы водорода, образуя три двойные связи.  

• В результате образуется бензол.  

• Малые циклы алканов не подвергаются дегидрированию.  

• Реформинг метилциклогексана приводит к образованию метилбензола толуола.  

• Образование ароматичности — самое устойчивое состояние.  

• Реагируют с водородом, галогенами и кислородом.  

• Возможны реакции горения.  

• Реагируют с чистыми галогенами, азотной кислотой и кислородом.  

• Дегидрирование и ароматизация характерны для цикла гексана.  

• Дегалогенирование дигалогеналканов с использованием магния, цинка или натрия.  

• Примеры: дегалогенирование 1,3-дихлорпропана и 1,4-дибромбутана.  

• Гидрирование бензола до цикла гексана.  

• Использование катализаторов: никель, платина, палладий.  

• Избыток водорода не приводит к образованию цикла гексана.  

• При гидрировании бензола образуется циклогексан, а не гексан.  

• Большие циклоалканы не вступают в присоединение, независимо от количества водорода.  

• Гидрирование гомологов бензола, например, толуола, приводит к образованию разветвлённых циклоалканов.  

• Малые циклоалканы получают дегалогенированием дигалогеналканов.  

• Большие циклоалканы, включая циклогексан, получают гидрированием ароматических углеводородов.  

• Циклоалкены получают дегалогенированием галогенциклоалканов.  

• Большие циклоалканы устойчивы к окислению, так как являются насыщенными соединениями.  

• В ЕГЭ малые циклоалканы не рассматриваются.  

• Алкадиены — это углеводороды с двумя двойными связями.  

• Общая формула алкадиенов: CnH2n-2.  

• Первый гомолог алкадиенов — пропадиен.  

• Номенклатура алкадиенов включает суффиксы «-диен» и «-ен».  

• Виды изомерии: структурная, положение кратной связи, межклассовая.  

• Бутадиен-1,3 — легко сжижающийся бесцветный газ с резким неприятным запахом.  

• Гомологи бутадиена могут быть жидкостями.  

• Алкадиены не растворяются в воде, но растворяются в неполярных растворителях.  

• Алкадиены используются как сырьё для получения каучуков и резины.  

• Примеры тривиальных названий: бутадиен-1,3 — дивинил, изопрен — метилбутадиен-1,3.  

• Хлорбутадиен-1,3 — C4H5Cl.  

• Межклассовые изомеры включают алкадиены, циклоалкены и алкины.  

• Примеры: циклопентен, пинтин-2.  

• Обучение структурному измерению сравнивается с обучением английскому языку: важно начинать с малого и постепенно.  

• Упоминается пространственное измерение и плоская двойная связь.  

• Пример: пентадиен-1,3.  

• Обсуждение расположения алкильных радикалов относительно плоской двойной связи.  

• Цис-изомер: одинаковые радикалы по одну сторону плоскости.  

• Транс-изомер: разные радикалы по разные стороны плоскости.  

• Обсуждение положения двойных связей и их влияния на химические свойства.  

• Кумулированные диены: двойные связи около одного атома углерода.  

• Пример: пропадиен, также известный как ален.  

• Объяснение гибридизации атомов углерода на примере пропадиена.  

• Первый атом углерода в sp2-гибридизации, второй — в sp-гибридизации, третий — также в sp2-гибридизации.  

• Двойные связи через две одинарные связи или через sp3-гибридный атом углерода.  

• Пример: пентадиен-1,4.  

• Свойства аналогичны алкенам, но с удвоенным количеством реакций присоединения.  

• Кратные связи через одну одинарную связь.  

• Пример: бутадиен.  

• Сопряжение создаёт единое π-облако, влияющее на химические свойства.  

• Реакции присоединения, полимеризация и окисление аналогичны алкенам.  

• Различия в типах присоединения: 1,2 и 1,4 в зависимости от температуры.  

• Гидратация алкадиенов невозможна из-за полимеризации.  

• При низкой температуре присоединение к первому и второму атому углерода.  

• При нагревании присоединение к первому и четвёртому атому углерода.  

• Всегда получается смесь продуктов 1,2 и 1,4 присоединения.  

• При низкой температуре преобладает 1,2-присоединение.  

• При высокой температуре 40–60 °C больше 1,4-присоединения.  

• Всегда образуется смесь изомеров.  

• Симметричный продукт указывает на 1,4-присоединение.  

• Несимметричный продукт — на 1,2-присоединение.  

• Пример: бутен-2 при 1,4-присоединении, бутен-1 при 1,2-присоединении.  

• Уксусная кислота указывает на бутен-2.  

• Пропионовая кислота — на бутен-1.  

• Избыток водорода приводит к образованию алкана.  

• Недостаток водорода — 1 моль, избыток — 2 моль.  

• Обесцвечивание бромной воды указывает на кратную связь.  

• 1,4-присоединение: бром присоединяется к первому и четвёртому атомам углерода.  

• 1,2-присоединение: бром присоединяется к соседним атомам углерода.  

• 1,4-присоединение: водород присоединяется к одному атому углерода, бром — к четвёртому.  

• 1,2-присоединение: водород присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, бром — к соседнему.  

• С избытком галогена: бром стягивает электронную плотность, образуя заряды на атомах углерода.  

• Вторая молекула присоединяется против правила Марковникова.  

• Всегда получается 1,3-дибромбутан.  

• Механизм реакции ионный.  

• Гидратация не рассматривается из-за полимеризации.  

• Реакции присоединения завершены.  

• Полимеризация — промышленный способ получения каучуков.  

• Каучуки получаются только из алкадиенов.  

• Пример полимеризации: бутадиен-1,3 образует синтетический каучук.  

• В мономере каучука четыре атома углерода и двойная связь во втором положении.  

• Каучуки подвержены окислению и могут обесцвечивать бромную воду.  

• Атомы углерода в каучуках могут быть в sp² и sp³ гибридизации.  

• При полимеризации изопрена образуется натуральный каучук.  

• Различие между синтетическим и натуральным каучуками: у натурального каучука есть метил во втором положении.  

• Хлоропреновый каучук получается при полимеризации хлоропрена.  

• Отличительный признак хлоропренового каучука: галоген во втором положении.  

• Вулканизация — процесс сшивания молекул каучука серными мостиками.  

• Резина — более прочный и износостойкий материал, используемый для шин.  

• Алкадиены могут гореть и вступать в реакции окисления с перманганатом и дихроматом.  

• Мягкое окисление: разрушение слабой π-связи, образование OH-групп.  

• Жёсткое окисление: разрушение сигма- и π-связей, окисление концевых атомов углерода до CO2, внутренних — до карбоксильной группы.  

• Расчёт коэффициентов в реакциях окисления на основе изменения степеней окисления атомов.  

• Особенности коэффициентов при мягком окислении алкадиенов.  

• Реакции окисления алкадиенов редко встречаются в практике.  

• Жёсткое окисление рассматривается как гипотетическая реакция.  

• Атомы углерода окисляются до карбоксильной группы, образуя щавелевую кислоту.  

• В кислой среде марганец IV восстанавливается до MnIV, калий II и IV.  

• Щавелевая кислота неустойчива и может окислиться до CO2 при дальнейшем кипячении с перманганатом в кислой среде.  

• При окислении несопряжённых алкадиенов, например пентадиена, разрушаются сигма- и пи-связи.  

• Концевые атомы углерода окисляются до CO2, а атомы углерода при кратных связях — до карбоксильной группы.  

• Образуется двухосновная кислота, например, пропандиовая кислота.  

• Качественная реакция на алкадиены — обесцвечивание перманганата.  

• Обесцвечивание перманганата более важный признак, чем выделение газа.  

• Дегидрирование алканов, например бутана, приводит к образованию бутадиена.  

• Реакция Лебедева: дегидрирование и дегидратация этанола в присутствии катализаторов ZnO и Al2O3.  

• Дегалогенирование тетрагалогеналканов, например тетрбромбутана, с использованием двухвалентных металлов.  

• Для получения алкадиенов необходимо использовать дигалогеналканы, например 1,4-дибромбутан.  

• Правило Зайцева определяет положение образования пи-связей.  

• Из дигалогеналканов с галогенами в середине скелета образуется алкин, а не алкадиен.  

• Промышленные способы: дегидрирование алканов и реакция Лебедева.  

• Лабораторные способы: дегалогенирование и дегидрогалогенирование.  

• Дегалогенирование тетрагалогеналканов редко встречается в цепочках реакций.  

• Преподаватель проводит перекличку, отмечая, что не любит её в середине урока.  

• Упоминает о увеличении числа студентов и необходимости спешить на второй курс.  

• Советует не записывать всё на уроке, а слушать объяснения и записывать реакции после урока.  

• Подчёркивает важность понимания логики реакций.  

• Объясняет, что чек-листы дублируются в закрытом чате Telegram, на платформе и в закрытой группе ВКонтакте.  

• Напоминает о необходимости проверять информацию в разных источниках.  

• Признаётся, что у неё охрипший голос из-за увеличения нагрузки.  

• Анонсирует практику по органике в воскресенье в 10:00.  

• Упоминает урок по алкинам во вторник.  

• Рассказывает о двух пробниках: обязательном и дополнительном.  

• Описывает формат и уровень сложности пробников.  

• Напоминает о дополнительной домашней работе по 34-м задачам.  

• Анонсирует вебинары по решению второй части заданий.  

• Обещает дополнительные уроки с методистом раз в две недели.  

• Подчёркивает важность самостоятельной работы и работы с экспертом.  

• Делится мнением о органике как о более скучном, но простом материале.  

• Призывает не откладывать учёбу и писать тренажеры.  

• Прощается с учениками до воскресенья.