Номер 154, страница 46 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.154. При гидрировании алкена состава ${\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{10}$ образуется 2-метилбутан. Если подействовать на алкен бромоводородом в присутствии перекиси, а затем нагреть полученный продукт с металлическим натрием, то образуется 2,7-диметилоктан. Определите строение алкена.

Дано:

Алкен состава $C_5H_{10}$

1. Алкен + $H_2 \rightarrow$ 2-метилбутан

2. Алкен + $HBr$ (в присутствии перекиси) $\rightarrow$ Продукт X

3. Продукт X + $Na$ (нагревание) $\rightarrow$ 2,7-диметилоктан

Найти:

Строение исходного алкена.

Решение:

1. Определим углеродный скелет алкена. Реакция гидрирования алкена ($C_5H_{10} + H_2 \rightarrow C_5H_{12}$) приводит к образованию алкана с тем же углеродным скелетом, что и у исходного алкена. По условию, продуктом гидрирования является 2-метилбутан, структурная формула которого:

$CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$

Это означает, что исходный алкен имеет разветвленный скелет 2-метилбутана. Существует три возможных изомерных алкена с таким скелетом, которые отличаются положением двойной связи: 3-метилбут-1-ен ($CH_3-CH(CH_3)-CH=CH_2$), 2-метилбут-1-ен ($CH_2=C(CH_3)-CH_2-CH_3$) и 2-метилбут-2-ен ($CH_3-C(CH_3)=CH-CH_3$).

2. Проанализируем вторую цепь превращений. На первом этапе алкен реагирует с бромоводородом ($HBr$) в присутствии перекиси. Эта реакция является примером радикального присоединения и протекает против правила Марковникова, то есть атом брома присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.

На втором этапе полученный бромалкан вступает в реакцию Вюрца с металлическим натрием, в результате которой образуется 2,7-диметилоктан. Реакция Вюрца заключается в удвоении углеродного скелета исходного галогеналкана по схеме $2 R-Br + 2 Na \rightarrow R-R + 2 NaBr$.

Рассмотрим структуру конечного продукта, 2,7-диметилоктана:

$CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CH(CH_3)-CH_3$

Эта молекула ($C_{10}H_{22}$) симметрична и образовалась в результате соединения двух одинаковых алкильных радикалов. Чтобы определить строение исходного бромалкана, необходимо мысленно разделить молекулу 2,7-диметилоктана пополам по центральной связи $C_4-C_5$. Таким образом, исходный бромалкан – это 1-бром-3-метилбутан:

$CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-Br$

3. Теперь определим, какой из трех возможных алкенов при взаимодействии с $HBr$ в присутствии перекиси образует 1-бром-3-метилбутан.

Для 3-метилбут-1-ена: $CH_3-CH(CH_3)-\stackrel{2}{C}H=\stackrel{1}{C}H_2 + HBr \xrightarrow{ROOR} CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2Br$. Образуется 1-бром-3-метилбутан, что соответствует условию.

Для 2-метилбут-1-ена: $CH_2=C(CH_3)-CH_2-CH_3 + HBr \xrightarrow{ROOR} Br-CH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$. Образуется 1-бром-2-метилбутан.

Для 2-метилбут-2-ена: $CH_3-C(CH_3)=CH-CH_3 + HBr \xrightarrow{ROOR} CH_3-CH(CH_3)-CH(Br)-CH_3$. Образуется 2-бром-3-метилбутан.

Таким образом, единственным алкеном, который удовлетворяет всем условиям задачи, является 3-метилбут-1-ен.

Проверим правильность решения, записав все уравнения реакций:

1) $CH_3-CH(CH_3)-CH=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$ (2-метилбутан)

2) $CH_3-CH(CH_3)-CH=CH_2 + HBr \xrightarrow{ROOR} CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-Br$ (1-бром-3-метилбутан)

3) $2 CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-Br + 2 Na \xrightarrow{t} CH_3-CH(CH_3)-(CH_2)_4-CH(CH_3)-CH_3 + 2 NaBr$ (2,7-диметилоктан)

Все продукты соответствуют условию задачи.

Ответ: Исходный алкен – 3-метилбут-1-ен. Его структурная формула: $CH_3-CH(CH_3)-CH=CH_2$.