Номер 149, страница 45 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.149. Результат озонолиза алкенов сильно зависит от реагентов, используемых для расщепления озонида. Какие реагенты можно использовать, чтобы при расщеплении озонида получить: а) карбонильные соединения (альдегиды, кетоны); б) спирты; в) карбоновые кислоты?

Озонолиз алкенов — это двухстадийный процесс. На первой стадии алкен реагирует с озоном ($O_3$) с образованием промежуточного соединения — озонида. На второй стадии озонид расщепляется под действием различных реагентов. Именно природа этих реагентов, используемых на второй стадии, определяет конечные продукты реакции. В зависимости от условий проведения второй стадии (так называемой "обработки"), можно получить различные классы соединений.

а) карбонильные соединения (альдегиды, кетоны)

Для получения альдегидов и кетонов из озонидов необходимо проводить расщепление в восстановительных условиях (редуктивная обработка). Цель такой обработки — расщепить озонид до карбонильных соединений, но при этом предотвратить дальнейшее окисление образующихся альдегидов до карбоновых кислот. Кетоны в этих условиях, как правило, стабильны.

Для этого используют мягкие восстановители, которые реагируют с побочными окислительными продуктами (например, пероксидом водорода), образующимися при распаде озонида.

Основные реагенты для восстановительной обработки:

• Цинк в воде или уксусной кислоте ($Zn/H_2O$, $Zn/CH_3COOH$): Цинк восстанавливает образующийся в ходе реакции пероксид водорода ($H_2O_2$), не давая ему окислить альдегид. Это классический метод.
• Диметилсульфид ($(CH_3)_2S$): Мягкий восстановитель, который окисляется до диметилсульфоксида ($(CH_3)_2SO$). Этот метод очень популярен благодаря мягким условиям и летучести побочных продуктов.
• Трифенилфосфин ($PPh_3$): Действует аналогично диметилсульфиду, окисляясь до стабильного трифенилфосфиноксида ($Ph_3PO$).

В результате при обработке озонида этими реагентами двойная связь $C=C$ расщепляется, и на ее месте образуются две карбонильные группы $C=O$. Если у атома углерода при двойной связи был хотя бы один атом водорода, образуется альдегид. Если оба заместителя — углеводородные радикалы, образуется кетон.

Ответ: Для получения карбонильных соединений (альдегидов и кетонов) используют восстановительную обработку озонида с помощью таких реагентов, как цинковая пыль в воде или кислоте ($Zn/H_2O$), диметилсульфид ($(CH_3)_2S$) или трифенилфосфин ($PPh_3$).

б) спирты

Для получения спиртов расщепление озонида проводят в условиях сильного восстановления. Этот процесс объединяет озонолиз с последующим восстановлением образующихся на промежуточной стадии карбонильных соединений. Альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов, а кетоны — до вторичных.

Для этого используют сильные гидрирующие агенты, способные восстанавливать карбонильную группу.

Основные реагенты для получения спиртов:

• Боргидрид натрия ($NaBH_4$): Эффективный и селективный восстановитель для альдегидов и кетонов. Его обычно добавляют в реакционную смесь после завершения реакции с озоном.
• Алюмогидрид лития ($LiAlH_4$): Очень сильный восстановитель, также превращающий альдегиды и кетоны в спирты. Работа с ним требует строго безводных условий, так как он бурно реагирует с водой и другими протонными растворителями.

Эта последовательность реакций позволяет в одну лабораторную стадию (англ. "one-pot") превратить алкен в соответствующие спирты.

Ответ: Для получения спиртов озонид обрабатывают сильными восстановителями, такими как боргидрид натрия ($NaBH_4$) или алюмогидрид лития ($LiAlH_4$).

в) карбоновые кислоты

Для получения карбоновых кислот расщепление озонида проводят в окислительных условиях (окислительная обработка). При такой обработке все образующиеся альдегиды окисляются до соответствующих карбоновых кислот. Кетоны, не имеющие атома водорода при карбонильном углероде, в этих условиях, как правило, не окисляются и остаются в виде кетонов.

Следовательно, если при расщеплении двойной связи образуется фрагмент, дающий альдегид, в результате окислительной обработки будет получена карбоновая кислота. Если же образуется кетон, он и будет конечным продуктом.

Основным реагентом для окислительной обработки является:

• Пероксид водорода ($H_2O_2$): После реакции алкена с озоном в реакционную смесь добавляют пероксид водорода, который эффективно окисляет альдегиды до карбоновых кислот. Часто реакцию проводят в кислой или щелочной среде для ускорения процесса.

Иногда окисление происходит даже при обработке озонида просто водой, так как при его гидролизе образуется некоторое количество $H_2O_2$, но для полного и целенаправленного окисления используют избыток пероксида водорода.

Ответ: Для получения карбоновых кислот используют окислительную обработку озонида, как правило, с помощью пероксида водорода ($H_2O_2$).