Номер 150, страница 45 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.150. Определите строение углеводорода, если известно, что после озонолиза и обработки цинком в уксусной кислоте образовались: а) только пропа-нон-2; б) только пропаналь; в) пропаналь и пропанон-2 в соотношении 1 : 1; г) пропанон-2, этандиаль и метаналь в соотношении 1 : 1 : 1; д) пропанон-2 и этандиаль в соотношении 2 : 1; е) только гександиаль; ж) пропанон-2 и этандиаль в соотношении 1 : 1; з) только пропандиаль; и) пропанон-2 и этандиаль в соотношении 2 : 3. В каких случаях однозначно определить структуру нельзя?

Решение

Озонолиз с последующей обработкой цинком в уксусной кислоте (восстановительное расщепление озонида) приводит к разрыву двойных связей $C=C$ и образованию на их месте карбонильных групп $C=O$. Таким образом, зная продукты реакции (альдегиды и кетоны), можно восстановить структуру исходного углеводорода (алкена, диена, полиена или циклоалкена), "сшив" молекулы продуктов по месту карбонильных групп.

а) только пропанон-2

Образование только одного продукта, пропанона-2 (ацетона, $CH_3-C(=O)-CH_3$), свидетельствует о том, что исходный углеводород был симметричным алкеном. Для его образования необходимо "сшить" две молекулы пропанона-2:

$(CH_3)_2C=O + O=C(CH_3)_2 \rightarrow (CH_3)_2C=C(CH_3)_2 + [2O]$

Исходный углеводород — 2,3-диметилбут-2-ен.

Ответ: 2,3-диметилбут-2-ен, $(CH_3)_2C=C(CH_3)_2$.

б) только пропаналь

Аналогично предыдущему случаю, образование только пропаналя ($CH_3-CH_2-CHO$) указывает на симметричный алкен. "Сшиваем" две молекулы пропаналя:

$CH_3CH_2CH=O + O=HCH_2CH_3 \rightarrow CH_3CH_2CH=CHCH_2CH_3 + [2O]$

Исходный углеводород — гекс-3-ен.

Ответ: гекс-3-ен, $CH_3CH_2CH=CHCH_2CH_3$.

в) пропаналь и пропанон-2 в соотношении 1 : 1

Образование двух разных карбонильных соединений в эквимолярном соотношении указывает на несимметричный алкен. "Сшиваем" одну молекулу пропаналя и одну молекулу пропанона-2:

$CH_3CH_2CH=O + O=C(CH_3)_2 \rightarrow CH_3CH_2CH=C(CH_3)_2 + [2O]$

Исходный углеводород — 2-метилпент-2-ен.

Ответ: 2-метилпент-2-ен, $CH_3CH_2CH=C(CH_3)_2$.

г) пропанон-2, этандиаль и метаналь в соотношении 1 : 1 : 1

Образование трех продуктов, один из которых диальдегид (этандиаль, $O=CH-CH=O$), указывает на ациклический сопряженный диен. Пропанон-2 ($(CH_3)_2C=O$) образуется из фрагмента $(CH_3)_2C=$, метаналь ($H_2C=O$) — из фрагмента $CH_2=$, а этандиаль — из внутреннего фрагмента $=CH-CH=$. Соединяем эти три фрагмента в единую цепь:

$(CH_3)_2C=CH-CH=CH_2$

Исходный углеводород — 4-метилпента-1,3-диен.

Ответ: 4-метилпента-1,3-диен, $(CH_3)_2C=CH-CH=CH_2$.

д) пропанон-2 и этандиаль в соотношении 2 : 1

Образование двух молекул пропанона-2 и одной молекулы этандиаля указывает на симметричный ациклический сопряженный диен. Фрагменты: два $(CH_3)_2C=$ (концевые группы) и один $=CH-CH=$ (внутренняя группа). Соединяем их:

$(CH_3)_2C=CH-CH=C(CH_3)_2$

Исходный углеводород — 2,5-диметилгекса-2,4-диен.

Ответ: 2,5-диметилгекса-2,4-диен, $(CH_3)_2C=CH-CH=C(CH_3)_2$.

е) только гександиаль

Образование одного продукта, являющегося диальдегидом, указывает на циклический алкен. Однако название "гександиаль" без указания положения альдегидных групп неоднозначно. Если предположить, что имеется в виду 1,6-гександиаль $O=CH-(CH_2)_4-CH=O$, то исходным углеводородом является циклогексен. Если же продуктом является, например, 1,5-гександиаль $O=CH-(CH_2)_3-CH(CH_3)-CH=O$, то исходное вещество — 4-метилциклопентен. Из-за этой неоднозначности точно определить строение нельзя.

Ответ: Однозначно определить структуру нельзя из-за неоднозначности в названии продукта "гександиаль". Наиболее вероятный ответ — циклогексен (исходя из предположения о 1,6-гександиале).

ж) пропанон-2 и этандиаль в соотношении 1 : 1

Соотношение продуктов 1:1 эквивалентно 2:2. По аналогии со случаем (д), имеем дело с ациклическим полиеном. Продукты: две молекулы пропанона-2 и две молекулы этандиаля. Это соответствует структуре с двумя концевыми фрагментами $(CH_3)_2C=$ и двумя внутренними фрагментами $=CH-CH=$. Соединяем их в цепь:

$(CH_3)_2C=CH-CH=CH-CH=C(CH_3)_2$

Исходный углеводород — 2,7-диметилокта-2,4,6-триен.

Ответ: 2,7-диметилокта-2,4,6-триен, $(CH_3)_2C=CH-CH=CH-CH=C(CH_3)_2$.

з) только пропадиаль

Как и в случае (е), образование одного диальдегида указывает на циклоалкен, но название "пропандиаль" может быть истолковано по-разному. Чаще всего под ним понимают 1,3-пропандиаль (малоновый диальдегид), $O=CH-CH_2-CH=O$. Он образуется при озонолизе циклопропена. Однако продуктом мог быть и 1,2-пропандиаль (метилглиоксаль), $CH_3-C(=O)-CH=O$, который образуется из 1-метилциклопропена. Следовательно, структура однозначно не определяется.

Ответ: Однозначно определить структуру нельзя из-за неоднозначности в названии продукта "пропандиаль". Возможные структуры: циклопропен или 1-метилциклопропен.

и) пропанон-2 и этандиаль в соотношении 2 : 3

Это еще один случай ациклического полиена. Продукты: две молекулы пропанона-2 и три молекулы этандиаля. Это соответствует структуре с двумя концевыми фрагментами $(CH_3)_2C=$ и тремя внутренними фрагментами $=CH-CH=$. Соединяем их в цепь:

$(CH_3)_2C=CH-CH=CH-CH=CH-CH=C(CH_3)_2$

Исходный углеводород — 2,9-диметилдека-2,4,6,8-тетраен.

Ответ: 2,9-диметилдека-2,4,6,8-тетраен, $(CH_3)_2C=CH-(CH=CH)_3-CH=C(CH_3)_2$.

В каких случаях однозначно определить структуру нельзя?

Как показано в анализе выше, однозначно определить структуру углеводорода нельзя в случаях, когда название продукта озонолиза само по себе является неоднозначным (не указано положение функциональных групп), что приводит к нескольким возможным исходным структурам.

Ответ: Однозначно определить структуру нельзя в случаях е) и з).