Номер 2.307, страница 73 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.307. Решите цепочки превращений.

а) этан $\underset{\mathrm{свет}}{\overset{{\mathrm{Cl}}_2}{\to }} {\mathrm{X}}_1\stackrel{\mathrm{Na}}{\to }{\mathrm{X}}_2\underset{\mathrm{свет}}{\overset{{\mathrm{Br}}_2}{\to }} {\mathrm{X}}_3\underset{\mathrm{спирт}, \mathrm{t}}{\overset{\mathrm{KOH}}{\to }} {\mathrm{X}}_4$

б) эталон $\underset{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4, t}{\overset{\mathrm{KBr}}{\to }} {\mathrm{X}}_1\underset{\mathrm{спирт}, t}{\overset{\mathrm{KOH}}{\to }} {\mathrm{X}}_2$$\stackrel{\mathrm{HCl}}{\to }{\mathrm{X}}_3\stackrel{\mathrm{NaI}}{\to } {\mathrm{X}}_4\stackrel{{\mathrm{NH}}_3}{\to } {\mathrm{X}}_5$

в) циклопентан $\underset{\mathrm{свет}}{\overset{{\mathrm{Br}}_2}{\to }} {\mathrm{X}}_1\underset{\mathrm{спирт}, t}{\overset{\mathrm{KOH}}{\to }} {\mathrm{X}}_2$$\stackrel{{\mathrm{Br}}_2}{\to }{\mathrm{X}}_3\stackrel{\mathrm{Zn}}{\to } {\mathrm{X}}_4\underset{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4, t}{\overset{{\mathrm{KMnO}}_4}{\to }} {\mathrm{X}}_5$

г) пропан$\underset{t}{\overset{\mathrm{Pt}}{\to }} {\mathrm{X}}_1\stackrel{{\mathrm{Br}}_2}{\to } {\mathrm{X}}_2$$\underset{\mathrm{спирт}, t}{\overset{\mathrm{KOH} (\mathrm{изб}.)}{\to }}{\mathrm{X}}_3\stackrel{{\mathrm{NaNH}}_2}{\to } {\mathrm{X}}_4\stackrel{{\mathrm{CH}}_3\mathrm{I}}{\to } {\mathrm{X}}_5$

а) 1. Хлорирование этана на свету (реакция радикального замещения) приводит к образованию хлорэтана (X₁).

$C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl$

2. Реакция Вюрца: взаимодействие хлорэтана с металлическим натрием приводит к удвоению углеродной цепи и образованию н-бутана (X₂).

$2C_2H_5Cl + 2Na \rightarrow CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 + 2NaCl$

3. Бромирование н-бутана на свету (реакция радикального замещения). Замещение атома водорода происходит преимущественно у вторичного атома углерода из-за большей стабильности образующегося вторичного радикала. Основным продуктом является 2-бромбутан (X₃).

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3-CHBr-CH_2-CH_3 + HBr$

4. Дегидробромирование 2-бромбутана спиртовым раствором щелочи. По правилу Зайцева, водород отщепляется от наименее гидрированного соседнего атома углерода, образуя бут-2-ен (X₄) как основной продукт.

$CH_3-CHBr-CH_2-CH_3 + KOH \xrightarrow{спирт, t} CH_3-CH=CH-CH_3 + KBr + H_2O$

Ответ: X₁ - хлорэтан ($C_2H_5Cl$); X₂ - н-бутан ($C_4H_{10}$); X₃ - 2-бромбутан ($C_4H_9Br$); X₄ - бут-2-ен ($C_4H_8$).

б) 1. Получение бромэтана (X₁) из этанола при действии бромида калия в присутствии концентрированной серной кислоты.

$C_2H_5OH + KBr + H_2SO_4 \xrightarrow{t} C_2H_5Br + KHSO_4 + H_2O$

2. Дегидробромирование бромэтана спиртовым раствором щелочи приводит к образованию этена (X₂).

$C_2H_5Br + KOH \xrightarrow{спирт, t} CH_2=CH_2 + KBr + H_2O$

3. Гидрохлорирование этена (реакция электрофильного присоединения) с образованием хлорэтана (X₃).

$CH_2=CH_2 + HCl \rightarrow C_2H_5Cl$

4. Реакция Финкельштейна: замещение атома хлора на иод при действии иодида натрия, образуется иодэтан (X₄).

$C_2H_5Cl + NaI \rightarrow C_2H_5I + NaCl$

5. Реакция иодэтана с избытком аммиака (нуклеофильное замещение) приводит к образованию первичного амина - этиламина (X₅).

$C_2H_5I + 2NH_3 \rightarrow C_2H_5NH_2 + NH_4I$

Ответ: X₁ - бромэтан ($C_2H_5Br$); X₂ - этен ($C_2H_4$); X₃ - хлорэтан ($C_2H_5Cl$); X₄ - иодэтан ($C_2H_5I$); X₅ - этиламин ($C_2H_5NH_2$).

в) 1. Радикальное бромирование циклопентана на свету приводит к бромциклопентану (X₁).

$C_5H_{10} + Br_2 \xrightarrow{h\nu} C_5H_9Br + HBr$

2. Дегидробромирование бромциклопентана спиртовым раствором щелочи с образованием циклопентена (X₂).

$C_5H_9Br + KOH \xrightarrow{спирт, t} C_5H_8 + KBr + H_2O$

3. Присоединение брома к циклопентену по двойной связи (электрофильное присоединение) с образованием 1,2-дибромциклопентана (X₃).

$C_5H_8 + Br_2 \rightarrow C_5H_8Br_2$

4. Дегалогенирование 1,2-дибромциклопентана цинковой пылью. Происходит отщепление двух атомов брома и восстановление двойной связи, образуется циклопентен (X₄).

$C_5H_8Br_2 + Zn \xrightarrow{t} C_5H_8 + ZnBr_2$

5. Жесткое окисление циклопентена перманганатом калия в кислой среде. Происходит разрыв цикла по двойной связи с образованием двухосновной карбоновой кислоты - пентандиовой (глутаровой) кислоты (X₅).

$5C_5H_8 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \xrightarrow{t} 5HOOC-(CH_2)_3-COOH + 4K_2SO_4 + 8MnSO_4 + 12H_2O$

Ответ: X₁ - бромциклопентан ($C_5H_9Br$); X₂ - циклопентен ($C_5H_8$); X₃ - 1,2-дибромциклопентан ($C_5H_8Br_2$); X₄ - циклопентен ($C_5H_8$); X₅ - пентандиовая (глутаровая) кислота ($HOOC-(CH_2)_3-COOH$).

г) 1. Каталитическое дегидрирование пропана на платиновом катализаторе при нагревании приводит к образованию пропена (X₁).

$CH_3-CH_2-CH_3 \xrightarrow{Pt, t} CH_3-CH=CH_2 + H_2$

2. Бромирование пропена (электрофильное присоединение) приводит к 1,2-дибромпропану (X₂).

$CH_3-CH=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_3-CHBr-CH_2Br$

3. Дегидробромирование 1,2-дибромпропана избытком спиртового раствора щелочи. Отщепляются две молекулы HBr с образованием алкина - пропина (X₃).

$CH_3-CHBr-CH_2Br + 2KOH(изб.) \xrightarrow{спирт, t} CH_3-C \equiv CH + 2KBr + 2H_2O$

4. Пропин, как терминальный алкин, обладает кислотными свойствами и реагирует с сильным основанием, таким как амид натрия, с образованием соли - пропинида натрия (X₄).

$CH_3-C \equiv CH + NaNH_2 \rightarrow CH_3-C \equiv CNa + NH_3$

5. Алкилирование пропинида натрия иодметаном (реакция нуклеофильного замещения). Пропинид-анион атакует иодметан, образуя бут-2-ин (X₅).

$CH_3-C \equiv CNa + CH_3I \rightarrow CH_3-C \equiv C-CH_3 + NaI$

Ответ: X₁ - пропен ($C_3H_6$); X₂ - 1,2-дибромпропан ($C_3H_6Br_2$); X₃ - пропин ($C_3H_4$); X₄ - пропинид натрия ($C_3H_3Na$); X₅ - бут-2-ин ($C_4H_6$).