Номер 4, страница 331 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Задания для повторения. Параграф 57. Шестичленные гетероциклы. Глава 5. Азот- и серосодержащие органические соединения - номер 4, страница 331.

Условие.

4. Некоторое вещество X состава $C_8H_9OCl$ реагирует как с соляной кислотой, так и с водным раствором гидроксида натрия. X обесцвечивает горячий подкисленный раствор перманганата калия, превращаясь в терефталевую кислоту. Установите строение X и напишите уравнения описанных реакций.

Решение.

Решение 2.

Решение

1. Проанализируем условия задачи для установления строения вещества X с формулой $C_8H_9OCl$.

2. Продукт окисления вещества X горячим подкисленным раствором $KMnO_4$ — терефталевая кислота. Терефталевая (бензол-1,4-дикарбоновая) кислота имеет формулу $p-HOOC-C_6H_4-COOH$. Это указывает на то, что вещество X содержит бензольное кольцо, замещенное в положениях 1 и 4 (пара-положение). При окислении перманганатом калия алкильные или некоторые другие функциональные группы, связанные с бензольным кольцом, превращаются в карбоксильные группы ($-COOH$).

3. Если отнять от брутто-формулы вещества X ($C_8H_9OCl$) атомы, входящие в пара-замещенное бензольное кольцо ($C_6H_4$), то на два заместителя (R₁ и R₂) останутся атомы: $C_2H_5OCl$. Оба заместителя должны быть окисляемыми до карбоксильной группы, следовательно, каждый из них должен содержать хотя бы один атом углерода, связанный с кольцом.

4. Наиболее вероятное распределение атомов $C_2H_5OCl$ между двумя заместителями — это спиртовая группа $-CH_2OH$ и хлорметильная группа $-CH_2Cl$. В этом случае структура вещества X будет (4-(хлорметил)фенил)метанол.

Структурная формула вещества X: $p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2Cl$.

Проверим соответствие этой структуры всем условиям задачи:

• Брутто-формула: $C_6H_4$ (кольцо) + $CH_2OH$ (один заместитель) + $CH_2Cl$ (второй заместитель) = $C_{6+1+1}H_{4+3+2}O_1Cl_1 = C_8H_9OCl$. Формула совпадает.
• Реакция с $HCl$: бензиловый спирт (группа $-CH_2OH$) может реагировать с концентрированной соляной кислотой с замещением гидроксильной группы на хлор.
• Реакция с $NaOH$: бензилхлорид (группа $-CH_2Cl$) в водном растворе щелочи подвергается нуклеофильному замещению (гидролизу) с образованием спиртовой группы.
• Окисление $KMnO_4$: обе группы, $-CH_2OH$ и $-CH_2Cl$, находясь у бензольного кольца, окисляются до карбоксильных групп, образуя терефталевую кислоту.

Таким образом, предложенная структура полностью удовлетворяет всем условиям задачи.

Уравнения описанных реакций:

Реакция с соляной кислотой

Происходит замещение гидроксильной группы в бензиловом спирте на атом хлора:
$p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2Cl + HCl \rightarrow p-ClCH_2-C_6H_4-CH_2Cl + H_2O$

Реакция с водным раствором гидроксида натрия

Происходит гидролиз хлорметильной группы до гидроксиметильной группы (реакция нуклеофильного замещения):
$p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2Cl + NaOH \xrightarrow{t^\circ} p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2OH + NaCl$

Реакция с горячим подкисленным раствором перманганата калия

Происходит окисление обеих боковых цепей до карбоксильных групп:
$5 p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2Cl + 8 KMnO_4 + 12 H_2SO_4 \xrightarrow{t^\circ} 5 p-HOOC-C_6H_4-COOH + 8 MnSO_4 + 4 K_2SO_4 + 5 HCl + 17 H_2O$

Ответ:

Строение вещества X — (4-(хлорметил)фенил)метанол, формула $p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2Cl$.

Уравнения реакций:

1. $p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2Cl + HCl \rightarrow p-ClCH_2-C_6H_4-CH_2Cl + H_2O$

2. $p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2Cl + NaOH \xrightarrow{t^\circ} p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2OH + NaCl$

3. $5 p-HOCH_2-C_6H_4-CH_2Cl + 8 KMnO_4 + 12 H_2SO_4 \xrightarrow{t^\circ} 5 p-HOOC-C_6H_4-COOH + 8 MnSO_4 + 4 K_2SO_4 + 5 HCl + 17 H_2O$