Номер 100, страница 40 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.100. Определите неизвестные вещества в цепочках превращений и запишите соответствующие уравнения реакций:

а) Решение:

1. Хлорирование этана на свету — это реакция радикального замещения, в ходе которой атом водорода замещается на атом хлора. $X_1$ — хлорэтан.

$CH_3-CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{свет} CH_3-CH_2Cl + HCl$

2. Реакция Вюрца. Две молекулы хлорэтана реагируют с металлическим натрием, образуя н-бутан ($X_2$) — происходит удлинение углеродной цепи.

$2 CH_3-CH_2Cl + 2 Na \rightarrow CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 + 2 NaCl$

3. Бромирование н-бутана на свету — реакция радикального замещения. Замещение преимущественно происходит у вторичного атома углерода, как более реакционноспособного. $X_3$ — 2-бромбутан.

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{свет} CH_3-CH_2-CH(Br)-CH_3 + HBr$

4. Дегидробромирование 2-бромбутана спиртовым раствором щелочи. Происходит отщепление $HBr$ по правилу Зайцева (атом водорода отщепляется от наименее гидрированного соседнего атома углерода), образуется бут-2-ен ($X_4$).

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

Ответ: $X_1$ - хлорэтан ($CH_3-CH_2Cl$), $X_2$ - н-бутан ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$), $X_3$ - 2-бромбутан ($CH_3-CH_2-CH(Br)-CH_3$), $X_4$ - бут-2-ен ($CH_3-CH=CH-CH_3$).

б) Решение:

1. Каталитическое гидрирование пропена. Двойная связь разрывается, и присоединяется водород, образуя алкан — пропан ($X_1$).

$CH_3-CH=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_2-CH_3$

2. Бромирование пропана на свету. Атом брома замещает водород у вторичного атома углерода. $X_2$ — 2-бромпропан.

$CH_3-CH_2-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{свет} CH_3-CH(Br)-CH_3 + HBr$

3. Дегидробромирование 2-бромпропана спиртовым раствором щелочи с образованием алкена — пропена ($X_3$).

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

4. Мягкое окисление пропена водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера). По месту двойной связи присоединяются две гидроксильные группы, образуя двухатомный спирт — пропан-1,2-диол ($X_4$).

$3 CH_3-CH=CH_2 + 2 KMnO_4 + 4 H_2O \xrightarrow{0^{\circ}C} 3 CH_3-CH(OH)-CH_2(OH) + 2 MnO_2\downarrow + 2 KOH$

Ответ: $X_1$ - пропан ($CH_3-CH_2-CH_3$), $X_2$ - 2-бромпропан ($CH_3-CH(Br)-CH_3$), $X_3$ - пропен ($CH_3-CH=CH_2$), $X_4$ - пропан-1,2-диол ($CH_3-CH(OH)-CH_2(OH)$).

в) Решение:

1. Гидрирование бут-2-ена на никелевом катализаторе приводит к образованию н-бутана ($X_1$).

$CH_3-CH=CH-CH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$

2. Изомеризация н-бутана в присутствии катализатора ($AlCl_3$) при нагревании приводит к образованию его изомера — изобутана (2-метилпропана, $X_2$).

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{AlCl_3, t} CH_3-CH(CH_3)-CH_3$

3. Бромирование изобутана на свету. Замещение преимущественно происходит у третичного атома углерода. $X_3$ — 2-бром-2-метилпропан (трет-бутилбромид).

$CH_3-CH(CH_3)-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{свет} (CH_3)_3CBr + HBr$

4. Дегидробромирование 2-бром-2-метилпропана спиртовым раствором щелочи. Образуется 2-метилпропен ($X_4$).

$(CH_3)_3CBr + KOH \xrightarrow{спирт, t} (CH_3)_2C=CH_2 + KBr + H_2O$

Ответ: $X_1$ - н-бутан ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$), $X_2$ - изобутан ($CH_3-CH(CH_3)-CH_3$), $X_3$ - 2-бром-2-метилпропан ($(CH_3)_3CBr$), $X_4$ - 2-метилпропен ($(CH_3)_2C=CH_2$).

г) Решение:

1. Дегидратация пропанола-2 при нагревании с оксидом алюминия. Отщепляется молекула воды, образуется алкен — пропен ($X_1$).

$CH_3-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{Al_2O_3, t} CH_3-CH=CH_2 + H_2O$

2. Присоединение брома к пропену по двойной связи. Образуется 1,2-дибромпропан ($X_2$).

$CH_3-CH=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_2Br$

3. Дегалогенирование 1,2-дибромпропана цинковой пылью. Отщепляются атомы брома и восстанавливается двойная связь, снова образуется пропен ($X_1$).

$CH_3-CH(Br)-CH_2Br + Zn \xrightarrow{t} CH_3-CH=CH_2 + ZnBr_2$

4. Гидрохлорирование пропена. Реакция идет по правилу Марковникова: атом водорода присоединяется к более гидрированному атому углерода при двойной связи (C1), а хлор — к менее гидрированному (C2). Образуется 2-хлорпропан ($X_3$).

$CH_3-CH=CH_2 + HCl \rightarrow CH_3-CH(Cl)-CH_3$

Ответ: $X_1$ - пропен ($CH_3-CH=CH_2$), $X_2$ - 1,2-дибромпропан ($CH_3-CH(Br)-CH_2Br$), $X_3$ - 2-хлорпропан ($CH_3-CH(Cl)-CH_3$).

д) Решение:

1. Гидролиз карбида алюминия. В результате реакции образуется метан ($X_1$) и гидроксид алюминия.

$Al_4C_3 + 12 H_2O \rightarrow 4 Al(OH)_3\downarrow + 3 CH_4\uparrow$

2. Пиролиз метана при высокой температуре ($1600^{\circ}C$) приводит к образованию ацетилена (этина, $X_2$).

$2 CH_4 \xrightarrow{1600^{\circ}C} CH\equiv CH + 3 H_2$

3. Каталитическое гидрирование ацетилена. В условиях задачи, для последующей реакции присоединения, логично предположить неполное гидрирование до этена ($X_3$).

$CH\equiv CH + H_2 \xrightarrow{Pt, controlled} CH_2=CH_2$

4. Гидробромирование этена. Происходит присоединение $HBr$ по двойной связи с образованием бромэтана ($X_4$).

$CH_2=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2Br$

Ответ: $X_1$ - метан ($CH_4$), $X_2$ - ацетилен ($CH\equiv CH$), $X_3$ - этен ($CH_2=CH_2$), $X_4$ - бромэтан ($CH_3-CH_2Br$).

е) Решение:

1. Дегидрохлорирование 1-хлорбутана спиртовым раствором щелочи приводит к образованию бут-1-ена ($X_1$).

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

2. Гидратация бут-1-ена в кислой среде. Реакция идет по правилу Марковникова, образуется вторичный спирт — бутан-2-ол ($X_2$).

$CH_3-CH_2-CH=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_3$

3. Внутримолекулярная дегидратация бутан-2-ола при нагревании с концентрированной серной кислотой. Отщепление воды идет по правилу Зайцева, образуется наиболее замещенный алкен — бут-2-ен ($X_3$).

$CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3-CH=CH-CH_3 + H_2O$

4. Жесткое окисление бут-2-ена перманганатом калия в кислой среде. Происходит разрыв двойной связи с образованием двух молекул уксусной кислоты ($X_4$).

$5 CH_3-CH=CH-CH_3 + 8 KMnO_4 + 12 H_2SO_4 \xrightarrow{t} 10 CH_3COOH + 4 K_2SO_4 + 8 MnSO_4 + 12 H_2O$

Ответ: $X_1$ - бут-1-ен ($CH_3-CH_2-CH=CH_2$), $X_2$ - бутан-2-ол ($CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_3$), $X_3$ - бут-2-ен ($CH_3-CH=CH-CH_3$), $X_4$ - уксусная кислота ($CH_3COOH$).

ж) Решение:

1. Радикальное хлорирование циклогексана на свету приводит к образованию хлорциклогексана ($X_1$).

$C_6H_{12} + Cl_2 \xrightarrow{свет} C_6H_{11}Cl + HCl$

2. Дегидрохлорирование хлорциклогексана спиртовым раствором щелочи. Образуется циклогексен ($X_2$).

$C_6H_{11}Cl + KOH \xrightarrow{спирт, t} C_6H_{10} + KCl + H_2O$

3. Присоединение брома к циклогексену по двойной связи с образованием 1,2-дибромциклогексана ($X_3$).

$C_6H_{10} + Br_2 \rightarrow C_6H_{10}Br_2$

4. Двойное дегидробромирование 1,2-дибромциклогексана избытком спиртового раствора щелочи. Отщепляются две молекулы $HBr$, образуется сопряженный диен — циклогекса-1,3-диен ($X_4$).

$C_6H_{10}Br_2 + 2 KOH \xrightarrow{спирт, t} C_6H_8 + 2 KBr + 2 H_2O$

Ответ: $X_1$ - хлорциклогексан ($C_6H_{11}Cl$), $X_2$ - циклогексен ($C_6H_{10}$), $X_3$ - 1,2-дибромциклогексан ($C_6H_{10}Br_2$), $X_4$ - циклогекса-1,3-диен ($C_6H_8$).