Номер 4, страница 317 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 54. Ароматические амины. Диазосоединения. Глава 5. Азот- и серосодержащие органические соединения - номер 4, страница 317.

Условие.

4. Предложите метод синтеза этилфениламина исходя из бензола.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Исходное вещество: бензол ($C_6H_6$).

Целевой продукт: этилфениламин.

Ввиду неоднозначности тривиального названия "этилфениламин", в решении будем исходить из того, что имеется в виду N-этиланилин (вторичный амин), в котором фенильная и этильная группы являются заместителями у атома азота. Структурная формула N-этиланилина: $C_6H_5NHC_2H_5$.

Найти:

Предложить последовательность химических реакций для синтеза N-этиланилина из бензола.

Решение:

Синтез N-этиланилина из бензола является многостадийным процессом. Предлагаемый метод включает нитрование бензола, последующее восстановление нитрогруппы до аминогруппы, ацилирование полученного анилина и, наконец, восстановление амидной группы для получения целевого вторичного амина. Такой подход позволяет осуществить селективное моноэтилирование аминогруппы и избежать побочных продуктов полиалкилирования, которые характерны для прямого алкилирования анилина.

Стадия 1: Нитрование бензола

На первой стадии бензол подвергают реакции электрофильного замещения с нитрующей смесью (смесь концентрированных азотной $HNO_3$ и серной $H_2SO_4$ кислот) для получения нитробензола. Серная кислота катализирует реакцию, способствуя образованию активной частицы - иона нитрония $NO_2^+$.

$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_6H_5NO_2 + H_2O$

Стадия 2: Восстановление нитробензола до анилина

Нитрогруппа в нитробензоле восстанавливается до аминогруппы. Классическим лабораторным методом является восстановление по Зинину, например, с помощью металлического железа или олова в кислой среде (соляная кислота).

$C_6H_5NO_2 + 3Fe + 6HCl \rightarrow C_6H_5NH_2 + 3FeCl_2 + 2H_2O$

В промышленных условиях чаще применяют каталитическое гидрирование водородом в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd).

Стадия 3: Ацилирование анилина

Чтобы избежать неконтролируемого алкилирования анилина, ведущего к смеси продуктов, аминогруппу сначала ацилируют. Анилин обрабатывают ацилирующим агентом, например, уксусным ангидридом $(CH_3CO)_2O$ или ацетилхлоридом $CH_3COCl$. В результате образуется ацетанилид ($N$-фенилацетамид).

$C_6H_5NH_2 + (CH_3CO)_2O \rightarrow C_6H_5NHCOCH_3 + CH_3COOH$

Стадия 4: Восстановление ацетанилида до N-этиланилина

На заключительной стадии амидную группу в ацетанилиде восстанавливают. Для этого используют сильные восстановители, такие как алюмогидрид лития ($LiAlH_4$). Этот реагент селективно восстанавливает карбонильную группу амида до метиленовой ($–CH_2–$), не затрагивая ароматическое кольцо. Таким образом, ацетильная группа ($–COCH_3$) превращается в этильную ($–CH_2CH_3$), и образуется целевой продукт - N-этиланилин.

$C_6H_5NHCOCH_3 \xrightarrow{1. LiAlH_4, \text{эфир}; 2. H_2O} C_6H_5NHCH_2CH_3$

Ответ:

Предложенный метод синтеза этилфениламина (N-этиланилина) из бензола представляет собой следующую четырехстадийную схему превращений:

1. Нитрование бензола до нитробензола:

$C_6H_6 \xrightarrow{HNO_3, H_2SO_4} C_6H_5NO_2$

2. Восстановление нитробензола до анилина:

$C_6H_5NO_2 \xrightarrow{Fe, HCl} C_6H_5NH_2$

3. Ацилирование анилина до ацетанилида:

$C_6H_5NH_2 \xrightarrow{(CH_3CO)_2O} C_6H_5NHCOCH_3$

4. Восстановление ацетанилида до N-этиланилина:

$C_6H_5NHCOCH_3 \xrightarrow{LiAlH_4/H_2O} C_6H_5NHC_2H_5$