Номер 9, страница 257 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

9. Определите структурную формулу соединения состава $C_7H_8O_2$, которое реагирует с гидроксидом натрия с образованием $C_7H_7O_2Na$, а при взаимодействии с бромной водой, подкисленной бромоводородом, дает $C_7H_5OBr_3$.

Дано:

Соединение A имеет состав $C_7H_8O_2$.

1. $A + NaOH \rightarrow B (C_7H_7O_2Na) + H_2O$

2. $A + Br_2 (\text{в } H_2O, \text{подкисленной } HBr) \rightarrow C (C_7H_5OBr_3) + \text{другие продукты}$

Найти:

Структурную формулу соединения A.

Решение:

1. Проанализируем состав исходного соединения $C_7H_8O_2$.

Степень ненасыщенности (индекс водородного дефицита) рассчитывается по формуле: $IHD = C + 1 - \frac{H}{2}$.

$IHD = 7 + 1 - \frac{8}{2} = 4$.

Такая степень ненасыщенности характерна для ароматических соединений, содержащих бензольное кольцо (которое имеет 3 двойные связи и 1 цикл, что в сумме дает 4).

2. Проанализируем первую реакцию: взаимодействие с гидроксидом натрия.

$C_7H_8O_2 + NaOH \rightarrow C_7H_7O_2Na + H_2O$.

В ходе реакции один атом водорода в молекуле A замещается на атом натрия. Это типичная кислотно-основная реакция, указывающая на наличие в молекуле A одного кислотного протона. В контексте ароматических соединений это, скорее всего, фенольная гидроксильная группа (–OH, связанная непосредственно с бензольным кольцом), так как спиртовые гидроксилы недостаточно кислые для реакции с $NaOH$.

Исходя из брутто-формулы и наличия одной фенольной группы, можно предположить две основные изомерные структуры:

• Метоксифенолы: $HO-C_6H_4-OCH_3$.
• Гидроксибензиловые спирты: $HO-C_6H_4-CH_2OH$.

Обе структуры имеют формулу $C_7H_8O_2$ и содержат одну фенольную группу.

3. Проанализируем вторую реакцию: взаимодействие с бромной водой.

$C_7H_8O_2 + Br_2 \rightarrow C_7H_5OBr_3 + \dots$

Продукт реакции имеет формулу $C_7H_5OBr_3$. Сравним его состав с исходным веществом $C_7H_8O_2$: число атомов углерода сохранилось (7), а число атомов кислорода уменьшилось на единицу (с 2 до 1). При этом в молекулу вошли три атома брома, заместив три атома водорода.

Формула $C_7H_5OBr_3$ соответствует трибромкрезолу, то есть трибромпроизводному метилфенола ($CH_3-C_6H_4-OH$).

Это означает, что в ходе реакции исходное вещество не только бромировалось по ароматическому кольцу, но и одна из его функциональных групп, содержащая кислород, превратилась в метильную группу (–$CH_3$). Такое превращение возможно для группы бензилового спирта (–$CH_2OH$), которая может восстанавливаться до метильной группы (–$CH_3$) в жестких условиях.

$ -CH_2OH \rightarrow -CH_3 $

Таким образом, исходное вещество A, скорее всего, является гидроксибензиловым спиртом ($HO-C_6H_4-CH_2OH$), а не метоксифенолом.

4. Определим взаимное положение заместителей в бензольном кольце.

Реакция с бромом приводит к образованию трибромпроизводного. Это возможно только в том случае, если в бензольном кольце есть три незамещенных положения, которые сильно активированы для реакции электрофильного замещения.

В молекуле гидроксибензилового спирта есть две группы-ориентанта первого рода (орто- и пара-ориентанты): фенольная –$OH$ и спиртовая –$CH_2OH$.

• Если заместители находятся в орто- или пара-положении друг к другу, в кольце будет только два положения, максимально активированных обеими группами. Это приведет к образованию дибромпроизводного.
• Если заместители находятся в мета-положении (как в 3-гидроксибензиловом спирте), то фенольная группа (в положении 1) активирует положения 2, 4 и 6, и спиртовая группа (в положении 3) также активирует положения 2, 4 и 6. Происходит согласованная ориентация, и все три положения (2, 4, 6) легко подвергаются бромированию.

Следовательно, исходное соединение – это 3-гидроксибензиловый спирт.

Реакция с бромной водой протекает в две стадии: сначала происходит бромирование кольца, а затем восстановление спиртовой группы до метильной, предположительно под действием образующегося бромоводорода.

Ответ:

Искомое соединение – 3-гидроксибензиловый спирт. Его структурная формула: