Номер 6, страница 330 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

6. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

$C_7H_5NO_4 \leftarrow C_7H_7NO \leftarrow C_7H_9NO \rightarrow C_7H_9NCl_2 \rightarrow C_7H_9N_2ClO_3$.

Для осуществления данной цепи превращений необходимо сначала идентифицировать структуры соединений, соответствующие указанным брутто-формулам. Анализ цепочки показывает, что наиболее вероятным исходным соединением с формулой $C_7H_9NO$ является один из изомеров аминобензилового спирта. Выберем орто-изомер, так как он позволяет логично объяснить все последующие превращения.

• $C_7H_9NO$ – о-аминобензиловый спирт ($o-HOCH_2-C_6H_4-NH_2$)
• $C_7H_7NO$ – о-аминобензальдегид ($o-O=CH-C_6H_4-NH_2$)
• $C_7H_5NO_4$ – о-нитробензойная кислота ($o-HOOC-C_6H_4-NO_2$)
• $C_7H_9NCl_2$ – хлорид о-(хлорметил)анилия ($[o-ClCH_2-C_6H_4-NH_3]^+Cl^−$)
• $C_7H_9N_2ClO_3$ – нитрат о-(хлорметил)анилия ($[o-ClCH_2-C_6H_4-NH_3]^+NO_3^−$)

Ниже приведены уравнения реакций для каждого этапа превращения.

1. Превращение $C_7H_9NO \rightarrow C_7H_7NO$

Это реакция окисления первичной спиртовой группы о-аминобензилового спирта до альдегидной группы. Для такого селективного окисления можно использовать мягкий окислитель, например, оксид марганца(IV) ($MnO_2$). В результате образуется о-аминобензальдегид.

Уравнение реакции:

$o-HOCH_2-C_6H_4-NH_2 + MnO_2 \rightarrow o-O=CH-C_6H_4-NH_2 + H_2O + MnO$

Ответ: $o-HOCH_2-C_6H_4-NH_2 \xrightarrow{MnO_2} o-O=CH-C_6H_4-NH_2$

2. Превращение $C_7H_7NO \leftarrow C_7H_5NO_4$ (записано в обратном порядке в условии, решим прямое превращение $C_7H_7NO \rightarrow C_7H_5NO_4$)

Это реакция окисления о-аминобензальдегида. Требуется сильный окислитель, который окислит и альдегидную группу до карбоксильной ($-CHO \rightarrow -COOH$), и аминогруппу до нитрогруппы ($-NH_2 \rightarrow -NO_2$). Таким реагентом может выступать, например, кислота Каро ($H_2SO_5$) или перманганат калия в кислой среде. Продуктом является о-нитробензойная кислота.

Уравнение реакции с использованием условного окислителя [O]:

$o-O=CH-C_6H_4-NH_2 + 4[O] \xrightarrow{H_2SO_5} o-HOOC-C_6H_4-NO_2 + H_2O$

Ответ: $o-O=CH-C_6H_4-NH_2 \xrightarrow{KMnO_4, H_2SO_4} o-HOOC-C_6H_4-NO_2$

3. Превращение $C_7H_9NO \rightarrow C_7H_9NCl_2$

В этом превращении о-аминобензиловый спирт реагирует с реагентом, который замещает гидроксильную группу на хлор и одновременно протонирует аминогруппу, образуя соль. Такой результат может быть достигнут при реакции с концентрированной соляной кислотой, часто в присутствии катализатора, такого как хлорид цинка (реактив Лукаса), или при использовании тионилхлорида ($SOCl_2$) с последующим подкислением. Продукт реакции — хлорид о-(хлорметил)анилия.

Уравнение реакции с концентрированной соляной кислотой:

$o-HOCH_2-C_6H_4-NH_2 + 2HCl \rightarrow [o-ClCH_2-C_6H_4-NH_3]^+Cl^− + H_2O$

Ответ: $o-HOCH_2-C_6H_4-NH_2 + 2HCl_{конц.} \xrightarrow{ZnCl_2} [o-ClCH_2-C_6H_4-NH_3]^+Cl^− + H_2O$

4. Превращение $C_7H_9NCl_2 \rightarrow C_7H_9N_2ClO_3$

Это реакция ионного обмена, в которой хлорид-ион в соли замещается на нитрат-ион. Для этого к водному раствору хлорида о-(хлорметил)анилия добавляют раствор соли, образующей с хлорид-ионами нерастворимый осадок, например, нитрат серебра ($AgNO_3$). В результате образуется нитрат о-(хлорметил)анилия и выпадает осадок хлорида серебра.

Уравнение реакции:

$[o-ClCH_2-C_6H_4-NH_3]^+Cl^− + AgNO_3 \rightarrow [o-ClCH_2-C_6H_4-NH_3]^+NO_3^− + AgCl\downarrow$

Ответ: $[o-ClCH_2-C_6H_4-NH_3]^+Cl^− + AgNO_3 \rightarrow [o-ClCH_2-C_6H_4-NH_3]^+NO_3^− + AgCl\downarrow$