Номер 4, страница 226 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 42. Галогенопроизводные углеводородов. Глава 3. Углеводороды - номер 4, страница 226.

Условие.

4. Расположите галогенопроизводные углеводородов в ряд в порядке увеличения реакционной способности в реакциях нуклеофильного замещения. Мотивируйте свой ответ. Галогенопроизводные: бромэтан, хлорэтан, хлорэтен, 3-бромбутен-1.

Решение.

Решение 2.

Реакционная способность галогенопроизводных в реакциях нуклеофильного замещения ($S_N$) зависит от нескольких ключевых факторов:

• Прочность связи углерод-галоген (C-Hal) и способность галогена выступать в качестве уходящей группы.
• Гибридизация атома углерода, связанного с галогеном.
• Возможность стабилизации промежуточного карбкатиона (для механизма $S_N1$) или переходного состояния (для механизма $S_N2$).

Рассмотрим каждое из предложенных соединений:

Хлорэтен (винилхлорид)
Структурная формула: $CH_2=CH-Cl$.
В этой молекуле атом хлора связан с атомом углерода, находящимся в состоянии $sp^2$-гибридизации (углерод при двойной связи). Связь $C_{sp^2}-Cl$ короче и прочнее, чем связь $C_{sp^3}-Cl$ в алкилгалогенидах. Кроме того, неподеленная пара электронов атома хлора вступает в p,π-сопряжение с π-системой двойной связи. Это придает связи C-Cl характер частично двойной связи, что еще больше затрудняет ее разрыв. По этим причинам винилгалогениды, как правило, очень инертны в реакциях нуклеофильного замещения. Хлорэтен будет наименее реакционноспособным в данном ряду.

Хлорэтан
Структурная формула: $CH_3-CH_2-Cl$.
Это первичный алкилгалогенид. Атом хлора связан с $sp^3$-гибридизованным атомом углерода. Он вступает в реакции $S_N$ значительно легче, чем хлорэтен. Реакционная способность определяется прочностью связи C-Cl и стабильностью уходящей группы $Cl^-$.

Бромэтан
Структурная формула: $CH_3-CH_2-Br$.
Это также первичный алкилгалогенид, структурно аналогичный хлорэтану. Однако связь C-Br длиннее и слабее связи C-Cl, а бромид-ион ($Br^−$) является лучшей уходящей группой, чем хлорид-ион ($Cl^−$), так как он является анионом более сильной кислоты HBr. Следовательно, бромэтан более реакционноспособен в реакциях нуклеофильного замещения, чем хлорэтан.

3-бромбутен-1
Структурная формула: $CH_2=CH-CH(Br)-CH_3$.
Это аллильный галогенид. Атом брома связан с $sp^3$-гибридизованным атомом углерода, который находится в α-положении к двойной связи. Аллилгалогениды обладают аномально высокой реакционной способностью в реакциях $S_N$. Это связано с тем, что при гетеролитическом разрыве связи C-Br образуется аллильный карбкатион, который стабилизирован за счет резонанса (делокализации положительного заряда по π-системе):
$CH_2=CH-\stackrel{+}{C}H-CH_3 \leftrightarrow \stackrel{+}{C}H_2-CH=CH-CH_3$
Такая стабилизация значительно понижает энергию активации процесса, делая 3-бромбутен-1 наиболее активным соединением в данном ряду.

Таким образом, располагая соединения в порядке увеличения их реакционной способности в реакциях нуклеофильного замещения, получаем следующий ряд:
Хлорэтен < Хлорэтан < Бромэтан < 3-бромбутен-1
Ответ: Ряд по увеличению реакционной способности: хлорэтен < хлорэтан < бромэтан < 3-бромбутен-1.