Номер 16, страница 226 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 42. Галогенопроизводные углеводородов. Глава 3. Углеводороды - номер 16, страница 226.

Условие.

16. Запишите уравнения реакций, соответствующие следующим схемам превращений:

а) $C_2H_5OH \to C_2H_4 \xrightarrow{HBr} X_1 \to \text{этилбензол} \xrightarrow{\frac{\text{KMnO}_4}{\text{H}_2\text{SO}_4}} X_2 \xrightarrow{\frac{\text{HNO}_3}{\text{H}_2\text{SO}_4}} X_3;$

б) $C_2H_4 \to X_1 \to \text{дивинил} \xrightarrow{\text{Br}_2 \atop 40^\circ\text{C}} X_2 \xrightarrow{\frac{\text{H}_2}{\text{Ni}}} X_3 \xrightarrow{\text{Zn}} X_4;$

в) 1,3-дибромпропан $\xrightarrow{\text{Zn}} X_1 \xrightarrow{\frac{\text{Br}_2}{t}} X_2 \to C_3H_6 \xrightarrow{\frac{\text{KMnO}_4}{\text{H}_2\text{O}}} X_3 \to$ 1,2-дибромпропан;

г) $C_2H_2 \xrightarrow{\text{C, }t} X_1 \xrightarrow{\text{C}_2\text{H}_5\text{Cl, FeCl}_3} X_2 \xrightarrow{\text{Cl}_2, h\nu} X_3 \to \text{стирол} \to \text{полистирол}.$

Решение.

Решение 2.

а) $C_2H_5OH \rightarrow C_2H_4 \rightarrow X_1 \rightarrow \text{этилбензол} \xrightarrow{KMnO_4, H_2SO_4} X_2 \xrightarrow{HNO_3, H_2SO_4} X_3$

Решение:

1. Первое превращение – это внутримолекулярная дегидратация этанола при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты, в результате которой образуется алкен – этен.

$C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t > 140^\circ C} C_2H_4 + H_2O$

2. Этен вступает в реакцию электрофильного присоединения с бромоводородом, образуя бромэтан ($X_1$).

$C_2H_4 + HBr \rightarrow C_2H_5Br$ (вещество $X_1$)

3. Для получения этилбензола из бромэтана необходимо провести реакцию алкилирования бензола по Фриделю-Крафтсу. В качестве катализатора используется кислота Льюиса, например, $AlBr_3$ или $FeBr_3$.

$C_6H_6 + C_2H_5Br \xrightarrow{AlBr_3} C_6H_5C_2H_5 + HBr$

4. Этилбензол, как гомолог бензола, окисляется сильными окислителями (перманганат калия в кислой среде) по боковой цепи. Альфа-атом углерода окисляется до карбоксильной группы, а остальная часть цепи – до углекислого газа. Вещество $X_2$ – бензойная кислота.

$5C_6H_5C_2H_5 + 12KMnO_4 + 18H_2SO_4 \rightarrow 5C_6H_5COOH + 5CO_2\uparrow + 12MnSO_4 + 6K_2SO_4 + 28H_2O$ (вещество $X_2$)

5. Бензойная кислота нитруется нитрующей смесью ($HNO_3 + H_2SO_4$). Карбоксильная группа является электроноакцепторным заместителем и направляет замещение в мета-положение. Вещество $X_3$ – 3-нитробензойная кислота.

$C_6H_5COOH + HNO_3(конц.) \xrightarrow{H_2SO_4(конц.)} C_6H_4(m-NO_2)COOH + H_2O$ (вещество $X_3$)

Ответ:

$C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t > 140^\circ C} C_2H_4 + H_2O$

$C_2H_4 + HBr \rightarrow C_2H_5Br$

$C_6H_6 + C_2H_5Br \xrightarrow{AlBr_3} C_6H_5C_2H_5 + HBr$

$5C_6H_5C_2H_5 + 12KMnO_4 + 18H_2SO_4 \rightarrow 5C_6H_5COOH + 5CO_2\uparrow + 12MnSO_4 + 6K_2SO_4 + 28H_2O$

$C_6H_5COOH + HNO_3(конц.) \xrightarrow{H_2SO_4(конц.)} C_6H_4(m-NO_2)COOH + H_2O$

б) $C_2H_4 \rightarrow X_1 \rightarrow \text{дивинил} \xrightarrow{Br_2, 40^\circ C} X_2 \xrightarrow{H_2, Ni} X_3 \xrightarrow{Zn} X_4$

Решение:

1. Из этена ($C_2H_4$) можно получить этанол ($X_1$) реакцией гидратации.

$C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{H_3PO_4, t, p} C_2H_5OH$ (вещество $X_1$)

2. Дивинил (бута-1,3-диен) получают из этанола по реакции Лебедева – каталитическое дегидрирование и дегидратация.

$2C_2H_5OH \xrightarrow{Al_2O_3/ZnO, 425^\circ C} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2O + H_2$

3. Бромирование дивинила при повышенной температуре ($40^\circ C$) идет преимущественно как 1,4-присоединение. Продукт $X_2$ – 1,4-дибромбут-2-ен.

$CH_2=CH-CH=CH_2 + Br_2 \xrightarrow{40^\circ C} BrCH_2-CH=CH-CH_2Br$ (вещество $X_2$)

4. Каталитическое гидрирование 1,4-дибромбут-2-ена приводит к насыщению двойной связи. Продукт $X_3$ – 1,4-дибромбутан.

$BrCH_2-CH=CH-CH_2Br + H_2 \xrightarrow{Ni, t} BrCH_2-CH_2-CH_2-CH_2Br$ (вещество $X_3$)

5. Действие цинковой пыли на 1,4-дибромбутан приводит к внутримолекулярной реакции дегалогенирования с образованием циклического соединения – циклобутана ($X_4$).

$BrCH_2CH_2CH_2CH_2Br + Zn \xrightarrow{t} C_4H_8(\text{циклобутан}) + ZnBr_2$ (вещество $X_4$)

Ответ:

$C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{H_3PO_4, t, p} C_2H_5OH$

$2C_2H_5OH \xrightarrow{Al_2O_3/ZnO, 425^\circ C} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2O + H_2$

$CH_2=CH-CH=CH_2 + Br_2 \xrightarrow{40^\circ C} BrCH_2-CH=CH-CH_2Br$

$BrCH_2-CH=CH-CH_2Br + H_2 \xrightarrow{Ni, t} BrCH_2-CH_2-CH_2-CH_2Br$

$BrCH_2CH_2CH_2CH_2Br + Zn \xrightarrow{t} C_4H_8(\text{циклобутан}) + ZnBr_2$

в) $1,3\text{-дибромпропан} \xrightarrow{Zn} X_1 \xrightarrow{Br_2, t} X_2 \rightarrow C_3H_6 \xrightarrow{KMnO_4, H_2O} X_3 \rightarrow 1,2\text{-дибромпропан}$

Решение:

1. При обработке 1,3-дибромпропана цинком происходит отщепление атомов брома и замыкание цикла. Продукт $X_1$ – циклопропан.

$Br-CH_2-CH_2-CH_2-Br + Zn \xrightarrow{t} C_3H_6(\text{циклопропан}) + ZnBr_2$ (вещество $X_1$)

2. Последовательность $X_1 \rightarrow X_2 \rightarrow C_3H_6$ (пропен) является нетривиальной. Наиболее вероятный путь включает изомеризацию циклопропана в пропен при нагревании, последующее бромирование пропена до $X_2$ и затем дегалогенирование $X_2$ обратно в пропен.
а) Изомеризация циклопропана в пропен при высокой температуре.
$C_3H_6(\text{циклопропан}) \xrightarrow{t \approx 500^\circ C} CH_3-CH=CH_2$
б) Присоединение брома к пропену с образованием 1,2-дибромпропана ($X_2$).
$CH_3-CH=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_2(Br)$ (вещество $X_2$)

3. Превращение $X_2$ (1,2-дибромпропан) в $C_3H_6$ (пропен) происходит при реакции с цинком (дегалогенирование).

$CH_3-CH(Br)-CH_2(Br) + Zn \xrightarrow{t} CH_3-CH=CH_2 + ZnBr_2$

4. Мягкое окисление пропена водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера) приводит к образованию двухатомного спирта – пропан-1,2-диола ($X_3$).

$3CH_3-CH=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_3-CH(OH)-CH_2(OH) + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$ (вещество $X_3$)

5. Пропан-1,2-диол реагирует с бромоводородом, при этом гидроксильные группы замещаются на атомы брома, образуя конечный продукт – 1,2-дибромпропан.

$CH_3-CH(OH)-CH_2(OH) + 2HBr \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_2(Br) + 2H_2O$

Ответ:

$Br-CH_2-CH_2-CH_2-Br + Zn \xrightarrow{t} C_3H_6(\text{циклопропан}) + ZnBr_2$

$C_3H_6(\text{циклопропан}) \xrightarrow{t} CH_3-CH=CH_2$; $CH_3-CH=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_2(Br)$

$CH_3-CH(Br)-CH_2(Br) + Zn \xrightarrow{t} CH_3-CH=CH_2 + ZnBr_2$

$3CH_3-CH=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_3-CH(OH)-CH_2(OH) + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

$CH_3-CH(OH)-CH_2(OH) + 2HBr \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_2(Br) + 2H_2O$

г) $C_2H_2 \xrightarrow{C, t} X_1 \xrightarrow{C_2H_5Cl, FeCl_3} X_2 \xrightarrow{Cl_2, h\nu} X_3 \rightarrow \text{стирол} \rightarrow \text{полистирол}$

Решение:

1. Тримеризация ацетилена при пропускании над активированным углем при высокой температуре (реакция Зелинского-Казанского) приводит к образованию бензола ($X_1$).

$3C_2H_2 \xrightarrow{C_{акт.}, 600^\circ C} C_6H_6$ (вещество $X_1$)

2. Алкилирование бензола хлорэтаном в присутствии катализатора $FeCl_3$ (реакция Фриделя-Крафтса) дает этилбензол ($X_2$).

$C_6H_6 + C_2H_5Cl \xrightarrow{FeCl_3} C_6H_5C_2H_5 + HCl$ (вещество $X_2$)

3. Хлорирование этилбензола на свету ($h\nu$) протекает по свободно-радикальному механизму. Замещение происходит в боковой цепи, преимущественно у α-углеродного атома, так как образующийся бензильный радикал наиболее стабилен. Продукт $X_3$ – (1-хлорэтил)бензол.

$C_6H_5CH_2CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CHClCH_3 + HCl$ (вещество $X_3$)

4. Получение стирола (винилбензола) из (1-хлорэтил)бензола осуществляется реакцией дегидрогалогенирования под действием спиртового раствора щелочи.

$C_6H_5CHClCH_3 + KOH(спирт.) \xrightarrow{t} C_6H_5CH=CH_2 + KCl + H_2O$

5. Стирол способен к полимеризации по двойной связи с образованием полистирола.

$n(C_6H_5CH=CH_2) \xrightarrow{t, p, кат.} (-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n$

Ответ:

$3C_2H_2 \xrightarrow{C_{акт.}, 600^\circ C} C_6H_6$

$C_6H_6 + C_2H_5Cl \xrightarrow{FeCl_3} C_6H_5C_2H_5 + HCl$

$C_6H_5CH_2CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CHClCH_3 + HCl$

$C_6H_5CHClCH_3 + KOH(спирт.) \xrightarrow{t} C_6H_5CH=CH_2 + KCl + H_2O$

$n(C_6H_5CH=CH_2) \xrightarrow{t, p, кат.} (-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n$