Номер 151, страница 45 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.151. Получите из циклогексана: а) циклогексанол; б) цис-циклогександиол-1,2; в) транс-циклогександиол-1,2.

а) циклогексанол

Для получения циклогексанола из циклогексена используется реакция гидратации (присоединения воды). Реакция проводится в кислой среде, в качестве катализатора обычно используют серную или фосфорную кислоту. Это реакция электрофильного присоединения по двойной связи, протекающая по правилу Марковникова. В случае симметричного циклогексена положение присоединения гидроксильной группы не имеет значения.

Схема реакции:

$C_6H_{10} (\text{циклогексен}) + H_2O \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_6H_{11}OH (\text{циклогексанол})$

Механизм включает протонирование двойной связи с образованием вторичного карбокатиона, который затем атакуется молекулой воды. Последующее отщепление протона от присоединенной молекулы воды приводит к образованию спирта.

Ответ: Циклогексанол получают из циклогексена путем кислотно-катализируемой гидратации (реакция с водой в присутствии серной или фосфорной кислоты).

б) цис-циклогександиол-1,2

Для получения цис-диола необходимо провести син-гидроксилирование, то есть присоединение двух гидроксильных групп к одной и той же стороне двойной связи. Это достигается с помощью реакции Вагнера – окисления циклогексена холодным разбавленным водным раствором перманганата калия ($KMnO_4$).

Схема реакции:

$3C_6H_{10} + 2KMnO_4 + 4H_2O \xrightarrow{0-5^\circ C} 3 \text{ цис-}C_6H_{10}(OH)_2 + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

Реакция протекает через образование промежуточного циклического эфира марганцевой кислоты (манганатного эфира). Атом кислорода от перманганат-иона присоединяется одновременно к обоим атомам углерода двойной связи с одной стороны плоскости цикла. Последующий гидролиз этого эфира приводит к разрыву связей $O-Mn$ и образованию двух гидроксильных групп, расположенных с одной стороны (в цис-положении).

Ответ:Цис-циклогександиол-1,2 получают окислением циклогексена холодным разбавленным раствором перманганата калия (реакция Вагнера).

в) транс-циклогександиол-1,2

Получение транс-диола требует анти-гидроксилирования, то есть присоединения двух гидроксильных групп с противоположных сторон двойной связи. Этот процесс обычно проводят в две стадии.

Стадия 1: Эпоксидирование. Циклогексен обрабатывают надкислотой (например, надмуравьиной $HCOOOH$, надуксусной $CH_3COOOH$ или мета-хлорнадбензойной кислотой, m-CPBA) для получения оксида циклогексена (эпоксида).

$C_6H_{10} + RCO_3H \rightarrow C_6H_{10}O (\text{оксид циклогексена}) + RCOOH$

Стадия 2: Гидролиз эпоксида. Полученный оксид циклогексена подвергают гидролизу в кислой среде. Молекула воды атакует один из атомов углерода эпоксидного цикла с обратной стороны (Sₙ2-подобная атака). Это приводит к раскрытию цикла и образованию двух гидроксильных групп, расположенных по разные стороны от плоскости бывшего цикла, то есть в транс-положении.

$C_6H_{10}O + H_2O \xrightarrow{H^+} \text{транс-}C_6H_{10}(OH)_2$

Ответ:Транс-циклогександиол-1,2 получают в две стадии: сначала циклогексен эпоксидируют с помощью надкислоты, а затем полученный оксид циклогексена гидролизуют в кислой среде.