Номер 8, страница 226 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

8. Как из пропана получить 2-аминопропан (изопропиламин)? Напишите уравнения реакций.

Решение

Получить 2-аминопропан (изопропиламин) из пропана можно в две стадии, поскольку прямое введение аминогруппы в молекулу алкана затруднительно. Для этого сначала в молекулу пропана вводят более реакционноспособную функциональную группу (например, атом галогена или нитрогруппу), которую затем преобразуют в аминогруппу. Рассмотрим два основных способа.

Способ 1. Через галогенирование и последующее аминирование

Этот путь включает две последовательные реакции.

1. Радикальное галогенирование пропана

На первой стадии пропан подвергают реакции с галогеном (например, бромом) при нагревании или под действием ультрафиолетового излучения. Реакция протекает по механизму свободно-радикального замещения. Замещение атома водорода у вторичного атома углерода происходит преимущественно, так как образующийся при этом вторичный радикал более стабилен, чем первичный. В результате основным продуктом реакции является 2-галогенпропан (в данном случае 2-бромпропан).

Уравнение реакции:

$CH_3-CH_2-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu \text{ или } t^\circ} CH_3-CH(Br)-CH_3 + HBr$

2. Аминирование 2-бромпропана (реакция Гофмана)

На второй стадии полученный 2-бромпропан нагревают с избытком аммиака (часто в спиртовом растворе и под давлением). Происходит реакция нуклеофильного замещения, в ходе которой атом брома замещается на аминогруппу ($-NH_2$). Использование большого избытка аммиака необходимо, чтобы минимизировать образование побочных продуктов — вторичных и третичных аминов.

Уравнение реакции:

$CH_3-CH(Br)-CH_3 + 2NH_3 \text{(изб.)} \xrightarrow{t^\circ, p} CH_3-CH(NH_2)-CH_3 + NH_4Br$

В результате образуется целевой продукт — 2-аминопропан.

Способ 2. Через нитрование и последующее восстановление

Это альтернативный двухстадийный метод.

1. Нитрование пропана (реакция Коновалова)

Пропан реагирует с разбавленной азотной кислотой при повышенной температуре и давлении. Как и в случае галогенирования, реакция идет преимущественно по вторичному атому углерода, что приводит к образованию 2-нитропропана.

Уравнение реакции:

$CH_3-CH_2-CH_3 + HNO_3 \text{(разб.)} \xrightarrow{140^\circ C, p} CH_3-CH(NO_2)-CH_3 + H_2O$

2. Восстановление 2-нитропропана (реакция Зинина)

Нитрогруппа легко восстанавливается до аминогруппы. Для этого можно использовать каталитическое гидрирование (водород $H_2$ в присутствии катализаторов, таких как Ni, Pt, Pd) или восстановление металлами в кислой среде (например, $Fe$, $Zn$ или $Sn$ в $HCl$).

Уравнение реакции (на примере каталитического гидрирования):

$CH_3-CH(NO_2)-CH_3 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, t^\circ, p} CH_3-CH(NH_2)-CH_3 + 2H_2O$

В результате также получается 2-аминопропан.

Ответ:

Для получения 2-аминопропана из пропана можно использовать следующую последовательность уравнений реакций (Способ 1):

1. $CH_3-CH_2-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3-CH(Br)-CH_3 + HBr$

2. $CH_3-CH(Br)-CH_3 + 2NH_3 \xrightarrow{t^\circ} CH_3-CH(NH_2)-CH_3 + NH_4Br$

Или альтернативную последовательность (Способ 2):

1. $CH_3-CH_2-CH_3 + HNO_3 \xrightarrow{t^\circ, p} CH_3-CH(NO_2)-CH_3 + H_2O$

2. $CH_3-CH(NO_2)-CH_3 + 3H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH(NH_2)-CH_3 + 2H_2O$