Занятие №47. Циклоалканы. Алкадиены

• Приветствие и обсуждение переноса урока.  

• Объявление о предпоследнем уроке в 2023 году.  

• План урока: разбор двух классов соединений и разбор варианта ЕГЭ.  

• Объяснение, что за один урок будут рассмотрены два класса соединений: циклы алканы и алкадиены.  

• Упоминание, что новой информации не будет, а будет отработка старой.  

• Объяснение, что в конспектах прописаны базовые примеры и механизмы реакций.  

• Указание на важность написания примеров с нуля.  

• План урока: общая информация, химические свойства, способы получения и вопросы.  

• Введение в циклы алканы: свойства и способы получения.  

• Объяснение общей формулы циклов алканов.  

• Упоминание о реакции циклизации и отрыва молекулы водорода.  

• Номенклатура: префикс "цикла" и окончание "-ан".  

• Типы изомерии: углеродного скелета и межклассовая.  

• Физические свойства: газообразные, жидкие, твердые.  

• Применение: неполярные растворители.  

• Гомологический ряд циклов алканов.  

• Структурные формулы: скелетная и развернутая.  

• Примеры: циклопропан, циклобутан и т.д.  

• Примеры структурной изомерии: циклобутан и метилциклопропан.  

• Межклассовая изомерия: циклобутан и бутен-1.  

• Пространственная изомерия: цис и транс.  

• Влияние особенностей строения на химические свойства.  

• Детальный разбор строения циклов алканов.  

• Малые циклы алканов содержат 3 и 4 атома углерода.  

• Атомы углерода находятся в sp3 гибридизации, что приводит к напряженным связям.  

• Эти циклы неустойчивы и вступают в реакции присоединения.  

• Малые циклы алканов стремятся раскрыться через реакции присоединения.  

• В циклах пропана и бутана разрываются циклы, как в алкенах.  

• Циклы алканов могут принимать различные конформации для минимизации напряжения.  

• В циклах пентана и гексана больше атомов углерода, что делает их более устойчивыми.  

• Эти циклы вступают в реакции замещения, характерные для алканов.  

• Конформации молекул могут быть различными, но это не влияет на их устойчивость.  

• Связи углерод-водород могут быть обозначены штриховкой для указания направления.  

• Штриховка указывает, что водород смотрит за плоскость, а сплошная линия — к плоскости.  

• Это помогает правильно изображать структурные формулы.  

• Малые циклы алканов реагируют через присоединение, а большие — через замещение.  

• Реакции замещения включают галогенирование, нитрование и другие.  

• Реакции присоединения включают гидрирование и гидрогалогенирование.  

• Гидрирование малых циклов алканов протекает при нагревании с катализаторами.  

• Водород присоединяется к атому углерода в цикле, разрывая его.  

• В результате образуются насыщенные углеводороды.  

• Водород присоединяется к заместителям в цикле.  

• Промежуточные частицы будут устойчивыми, если водород присоединяется к заместителю.  

• Правильный продукт реакции можно предсказать, учитывая расположение заместителей.  

• При гидрировании замещенных циклов алканов заместитель входит в состав углеродного скелета.  

• Образуется алкан на один атом углерода длиннее.  

• Заместитель присоединяется к наиболее устойчивым промежуточным частицам.  

• Глогенирование может идти с бромной водой или без нее.  

• В ЕГЭ чаще встречается реакция с бромной водой.  

• Реакция идет легко без дополнительных условий.  

• Хлор присоединяется по циклу, разрушая его.  

• Образуется дигалогеналкан с галогенами в первом и третьем положении.  

• Важно понимать, что происходит при разрыве двойной связи.  

• Хлор присоединяется к первому и второму атому углерода.  

• Образуется карбкатион, который становится более устойчивым с разветвлением.  

• Важно учитывать, что происходит при разрушении цикла.  

• Реакция протекает по правилу Марковникова.  

• Водород присоединяется к одному углероду, хлор к соседнему.  

• Образуется один-хлорпропан.  

• Водород присоединяется к одному углероду, бром к соседнему.  

• Образуется один-бромбутан.  

• Важно указывать положение галогена для предотвращения изомеров.  

• Важно уметь анализировать и прогнозировать реакции.  

• Гидрогалогенирование алкенов протекает по правилу Марковникова.  

• Правило Марковникова действует для несимметричных молекул.  

• Водород присоединяется к более гидрированному атому углерода.  

• В метил-циклопропане водород присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода в цикле.  

• Хлор присоединяется к наименее гидрированному атому углерода, разрушая цикл.  

• Водород присоединяется к атому углерода с радикалом.  

• Хлор присоединяется к наименее гидрированному атому углерода.  

• Продукт реакции: 2-хлорбутан.  

• Водород присоединяется к атому углерода с радикалом.  

• Бром присоединяется к наименее гидрированному атому углерода.  

• Продукт реакции: 3-бромгексан.  

• Большие циклы устойчивы и реагируют по механизму замещения.  

• Хлорирование цикла пентана: замещение водорода хлором.  

• Бромирование цикла гексана: замещение водорода бромом.  

• Галогенирование протекает легче около третичного атома углерода.  

• Пример: бромирование метил-циклогексана.  

• Хлорирование метил-циклогексана: замещение водорода около третичного атома углерода.  

• Нитрование протекает при нагревании с разбавленной азотной кислотой.  

• Пример: нитрование цикла пентана и цикла гексана.  

• Нитрование разветвленных циклов: замещение водорода около третичного атома углерода.  

• Большие циклы алканов более устойчивы и могут отщеплять молекулу водорода.  

• Дегидрирование цикла гексана приводит к образованию бензола, а не цикла гексена.  

• Для образования одной двойной связи требуется использование других методов.  

• Дегидрирование метил-цикла гексана приводит к образованию метил-бензола толуола.  

• Отщепляется три молекулы водорода, что приводит к образованию ароматической системы.  

• Малые циклы алканов реагируют с водородом, хлором, бромом и кислородом.  

• Для малых циклов характерно присоединение по циклу, а для больших - замещение водорода.  

• Дегалогенирование дигалогеналканов используется для получения циклов.  

• Реакция проводится с использованием магния, цинка или натрия.  

• Натрий используется для получения циклов, а не двойных связей.  

• Гидрирование бензола приводит к образованию цикла гексана.  

• Реакция протекает при нагревании и давлении, но неконтролируемо.  

• Большие циклы алканов не вступают в дальнейшее гидрирование.  

• Присоединение трех молекул водорода в присутствии катализатора при нагревании и давлении образует циклалкан.  

• Гидрирование не протекает для больших циклов, таких как метилциклагексан.  

• Циклизация алканов возможна только для малых циклов, так как они напряжены.  

• Пропан может образовать пропен или циклопропан, но предпочитает устойчивый пропен.  

• Бутан также образует бутадиен, а не циклобутан.  

• Только с шестого гомолога возможно образование цикла, так как цикл гексан устойчив.  

• Алканы изображаются зигзагообразными молекулами с валентным углом 109 градусов 28 минут.  

• Циклизация протекает в тех же условиях, что и дегидрирование.  

• Отщепление молекулы водорода около крайних атомов углерода образует новую связь и замыкает цикл.  

• Циклизация гептана образует цикл между первым и шестым атомами углерода.  

• Метил находится в цикле, образуя замещенный цикл гексан.  

• Циклизация диметилгексана приводит к образованию 1,4-диметилциклогексана.  

• Малые циклы алканы образуются дегалогенированием дигалогеналканов.  

• Большие циклы алканы, начиная с цикла гексана, получаются гидрированием ароматических углеводородов или циклизацией алканов.  

• Циклизация всегда происходит на шесть атомов углерода.  

• Алкадиены содержат две двойные связи и характерны для реакции присоединения.  

• Общая формула: CnH2n-2.  

• Номенклатура: суффикс "диен" указывает на две двойные связи.  

• Виды изомерии: углеродного скелета, положение кратной связи, межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами.  

• Физические свойства: бутадиен-1,3 - газ с резким запахом, гомологи - жидкости.  

• Применение: получение каучуков, используемых в резине.  

• Бутадиен-1,3 состоит из двух винильных радикалов.  

• Примеры: 2-метил-бутадиен-1,3 и 2-хлор-бутадиен-1,3.  

• Важность запоминания тривиальных названий для изомеров.  

• Изомерия углеродного скелета начинается с пятого гомолога.  

• Примеры: пентадиен-1,3 и пентадиен-1,4.  

• Гипотетические изомеры, но практически маловероятные.  

• Межклассовая изомерия: алкадиены, алкины и циклоалкены.  

• Примеры: пентадиен-1,3, пентатин-1 и циклопентен.  

• Свойства циклоалкенов аналогичны алкенам.  

• Состразамерия характерна для алкадиенов с разными заместителями.  

• Примеры: пентадиен-1,3 и его изомеры.  

• Важность понимания различных типов заместителей для понимания изомерии.  

• Атомы углерода при одной двойной связи находятся в sp2-гибридизации.  

• Атомы углерода при двух двойных связях находятся в sp-гибридизации.  

• Пропадиен неустойчив, его свойства не рассматриваются.  

• Изолированные алкадиены напоминают алкены, но с возможностью присоединения по двойной связи.  

• Сопряженные алкадиены имеют четыре атома углерода в sp2-гибридизации, что создает сопряжение.  

• Пример сопряженного алкадиена: бутадиен-1,3.  

• Бутадиен симметричен и устойчив благодаря сопряжению.  

• Сопряжение делает молекулу прочной и устойчивой.  

• Реакции алкадиенов аналогичны реакциям алкенов, но с особенностями.  

• Присоединение может происходить по одной или двум двойным связям.  

• В зависимости от условий реакции, образуются разные продукты.  

• При низкой температуре преобладает 1,2-присоединение, при высокой – 1,4-присоединение.  

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

• При 1,2-присоединении образуются новые связи в первом и втором положении.  

• При 1,4-присоединении разрушаются связи в первом и четвертом положении, новая связь образуется во втором положении.  

• В ЕГЭ важно понимать, какой продукт требуется по смыслу задания.  

• Примеры реакций: присоединение водорода и галогенов.  

• Присоединение одной молекулы водорода приводит к алкенам, двух молекул – к алканам.  

• При бромировании образуется 1,4-дибромбутен-2.  

• Присоединение брома происходит по одной двойной связи.  

• Старшинство функциональных групп: двойная связь старше галогенов.  

• Пример: 3,4-дибромбутен-1.  

• Присоединение брома или хлора возможно с избытком или недостатком.  

• При избытке брома или хлора происходит полное бромирование.  

• Наблюдается обесцвечивание бромной воды.  

• Реакция возможна, но редко встречается в ЕГЭ.  

• Водород присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода.  

• Пример: 1-хлорбутен-2.  

• Алкадиены могут полимеризоваться, образуя каучуки.  

• Каучуки получают из бутадиена, изопрена и хлоропрена.  

• Полимеризация происходит при нагревании и катализаторе.  

• Каучуки используются для изготовления латекса и резины.  

• Резина получается при вулканизации каучука с помощью серы.  

• Каучуки могут обесцвечивать бромную воду и вступать в реакции окисления.  

• Окисление алкадиенов перманганатом приводит к образованию многоатомных спиртов.  

• Процесс аналогичен окислению алкенов.  

• В результате образуются спирты с двумя и более гидроксильными группами.  

• Разрыв двойной связи приводит к образованию тетра-ола.  

• Скелет молекулы сохраняется, окисление происходит за счет образования новых связей с OH-группами.  

• Марганец восстанавливается до Mn+4, калий-аш до K+4.  

• Углерод повышает степень окисления на единицу при образовании связи с OH-группой.  

• Коэффициенты определяются по электронному балансу.  

• Пример: окисление бутадиена с образованием щавелевой кислоты.  

• Жесткое окисление протекает с перманганатом в кислой среде.  

• Разрушаются двойные связи, концевые атомы углерода окисляются до CO2.  

• Образуются две карбоксильные группы, что приводит к образованию щавелевой кислоты.  

• Углерод в карбоксильной группе имеет степень окисления +3.  

• Коэффициенты определяются по электронному балансу.  

• Щавелевая кислота неустойчива и может окисляться до CO2.  

• При окислении бутадиена образуются CO2 и щавелевая кислота.  

• При мягком окислении может образовываться только щавелевая кислота.  

• Важно учитывать условия реакции и смысл задания.  

• Изомеры могут влиять на продукты окисления.  

• Пример: пентадиен-1,3 может окисляться до CO2 и щавелевой кислоты.  

• Важно правильно изображать изомеры для понимания реакций.  

• Окисление алкадиенов может привести к образованию двух кислот или одной кислоты с углекислым газом.  

• Пентадиен-1,4 может окисляться до пропан-диовой или малоовой кислоты.  

• Полная реакция окисления включает продукты с коэффициентами.  

• Алкадиены можно получить дегидрированием алканов, особенно бутана.  

• Дегидрирование бутана может привести к образованию смеси продуктов, что указывает на алкадиен.  

• Изомеризация пентана также может привести к образованию алкадиенов.  

• Реакция Лебедева позволяет получить бутадиен из этанола.  

• Процесс включает дегидрирование и дегидратацию этанола.  

• Реакция протекает в присутствии цинк-о или алюминий-два-у-три.  

• Дегалогенирование тетрагалогеналканов с использованием двувалентных металлов приводит к образованию бутадиена.  

• Важно использовать дигалогеналканы для получения двух двойных связей.  

• Реакция протекает по правилу Зайцева, что определяет положение новых связей.  

• Промышленные способы получения алкадиенов включают дегидрирование алканов и реакцию Лебедева.  

• Лабораторные способы включают дегалогенирование тетрагалогеналканов и дегидрирование дигалогеналканов.  

• Новая реакция - синтез Лебедева, остальные реакции повторяют свойства алканов и алкенов.  

• Могут использоваться никель и хром два о три.  

• Важно понимать, что катализаторы могут быть разными, но смысл остается одинаковым.  

• Время задать вопросы, если что-то непонятно.  

• Важно знать особенности строения и типы реакций для алканов.  

• Алканы малореакционноспособны, но могут разрушаться при нагревании.  

• Непредельные углеводороды могут присоединять водород, галогены и воду.  

• Реакции замещения и присоединения характерны для разных классов углеводородов.  

• Окисление алкенов может быть мягким или жестким.  

• Полимеризация возможна как особый случай присоединения.  

• Важно понимать механизмы реакций для лучшего запоминания.  

• Реакция Лебедева: дегидратация и сдваивание.  

• Окисление: мягкое окисление сохраняет скелет, жесткое разрушает.  

• Важно запомнить механизмы реакций для лучшего понимания.  

• Отщепление двух молекул галогенов в присутствии щелочи.  

• Образуются две эпи-связи.  

• Запоминание реакций требует практики и повторения.  

• Понимание концепций помогает запоминать реакции.  

• Важно писать домашки и тренажеры для лучшего усвоения.  

• Работа над тестами и второй частью заданий помогает закрепить знания.  

• Алкадиены дегидратации не получают, но это возможно.  

• Трудолюбие и практика помогут сдать ЕГЭ на высокие баллы.  

• Вопросы можно задавать кураторам, встречаемся на разборе варианта.