Номер 147, страница 44 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.147. Определите строение алкена, если известно, что после взаимодействия с горячим подкисленным раствором перманганата калия образовались: а) только уксусная (этановая) кислота; б) только углекислый газ; в) уксусная кислота и пропанон-2; г) только пентандиовая кислота; д) циклогексанон и углекислый газ; е) уксусная кислота и пентановая кислота; ж) циклодекандион-1,5; з) 2-метилгександиовая кислота; и) гептандион-2,6.

Для определения строения исходного алкена необходимо проанализировать продукты его жёсткого окисления горячим подкисленным раствором перманганата калия. Эта реакция приводит к полному разрыву двойной связи C=C. Характер продуктов зависит от строения алкена у двойной связи: фрагмент $=CH_2$ окисляется до $CO_2$; фрагмент $=CHR$ окисляется до карбоксильной группы $-COOH$; фрагмент $=CR_1R_2$ окисляется до кетонной группы $>C=O$. В случае циклических алкенов происходит разрыв цикла с образованием одной молекулы с двумя функциональными группами. Работая в обратном порядке, то есть "соединяя" продукты в местах их образования, можно восстановить структуру исходного алкена.

а) Продуктом реакции является только уксусная (этановая) кислота ($CH_3COOH$). Образование карбоксильной группы свидетельствует о том, что она получилась из фрагмента $CH_3-CH=$. Поскольку других продуктов нет, исходный алкен был симметричным и состоял из двух таких фрагментов. Соединение двух фрагментов $CH_3-CH=$ по месту двойной связи даёт бутен-2.
Ответ: бутен-2 ($CH_3-CH=CH-CH_3$).

б) Единственный продукт – углекислый газ ($CO_2$). Он образуется при окислении терминальной метиленовой группы $=CH_2$. Так как других продуктов нет, исходный алкен состоял из двух таких групп. Соединяя их, получаем этен.
Ответ: этен ($CH_2=CH_2$).

в) Образовались уксусная кислота ($CH_3COOH$) и пропанон-2 (ацетон, $CH_3-C(O)-CH_3$). Уксусная кислота образуется из фрагмента $CH_3-CH=$, а ацетон – из фрагмента $(CH_3)_2C=$. Соединение этих двух фрагментов даёт 2-метилбут-2-ен.
Ответ: 2-метилбут-2-ен ($CH_3-CH=C(CH_3)_2$).

г) Продуктом является только пентандиовая кислота ($HOOC-(CH_2)_3-COOH$). Образование одной молекулы дикарбоновой кислоты указывает на то, что исходный алкен был циклическим. Две карбоксильные группы образовались на месте двойной связи. "Сшивая" карбоксильные группы, мы восстанавливаем цикл. Длина цепи между карбоксильными группами составляет 3 атома углерода. Вместе с двумя атомами углерода, ставшими карбоксильными, это даёт 5-членный цикл. Исходный алкен – циклопентен.
Ответ: циклопентен.

д) Продукты – циклогексанон и углекислый газ ($CO_2$). Образование кетона, у которого карбонильная группа находится в цикле, и $CO_2$ указывает на то, что исходный алкен имел экзоциклическую (внешнюю) двойную связь. Фрагмент, дающий циклогексанон, – это циклогексилиденовая группа $=C_6H_{10}$, а фрагмент, дающий $CO_2$, – это метиленовая группа $=CH_2$. Исходный алкен – метилиденциклогексан.
Ответ: метилиденциклогексан.

е) Продукты – уксусная кислота ($CH_3COOH$) и пентановая кислота ($CH_3(CH_2)_3COOH$). Уксусная кислота образовалась из фрагмента $CH_3-CH=$, а пентановая кислота – из фрагмента $CH_3(CH_2)_3-CH=$. Соединение этих фрагментов приводит к гептену-2.
Ответ: гептен-2 ($CH_3-CH=CH-(CH_2)_3-CH_3$).

ж) Продукт – циклодекандион-1,5. Образование дикетона в виде одного циклического продукта указывает на то, что исходный алкен был бициклическим, а двойная связь находилась между узловыми атомами. Продукт представляет собой 10-членный цикл с кето-группами в положениях 1 и 5. Это означает, что эти два атома углерода были соединены двойной связью в исходном бициклическом алкене. Цепи между ними содержат 3 ($C_2, C_3, C_4$) и 5 ($C_6, C_7, C_8, C_9, C_{10}$) атомов углерода. Таким образом, исходный алкен – это бицикло[5.3.0]децен с двойной связью между узловыми атомами.
Ответ: бицикло[5.3.0]дец-1(7)-ен.

з) Продукт – 3-метилгександиовая кислота ($HOOC-CH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-COOH$). Образование дикарбоновой кислоты указывает на циклический алкен. Углеродный скелет кислоты соответствует углеродному скелету раскрытого цикла. "Сшивая" карбоксильные группы, получаем 6-членный цикл (циклогексен) с метильной группой. Анализ положения метильной группы в продукте (у третьего атома углерода, считая от любой из карбоксильных групп) показывает, что в исходном циклогексене она находилась в положении 4 относительно двойной связи.
Ответ: 4-метилциклогексен.

и) Продукт – гептандион-2,6 ($CH_3-C(O)-CH_2-CH_2-CH_2-C(O)-CH_3$). Образование дикетона из одной молекулы свидетельствует о циклическом строении исходного алкена. Две кетонные группы образовались из двух третичных атомов углерода двойной связи ($=CR_1R_2$). В данном случае, судя по продукту, оба фрагмента были $=C(CH_3)-$. Эти фрагменты в цикле были соединены цепью из трёх метиленовых групп ($-CH_2-CH_2-CH_2-$). Таким образом, исходный цикл был пятичленным. Это 1,2-диметилциклопентен.
Ответ: 1,2-диметилциклопентен.