Номер 155, страница 46 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.155. Два изомерных алкена состава ${\mathrm{C}}_8{\mathrm{H}}_{16}$ при реакции с бромоводородом дают одно и то же соединение, идентичное основному продукту бромирования 2,2,4-триметилпентана на свету. Определите строение изомеров ${\mathrm{C}}_8{\mathrm{H}}_{16}$.

Дано:

Два изомерных алкена состава $C_8H_{16}$ при реакции с бромоводородом ($HBr$) дают одно и то же соединение. Это соединение идентично основному продукту реакции бромирования 2,2,4-триметилпентана на свету.

Найти:

Строение двух изомерных алкенов.

Решение:

Решение задачи состоит из двух этапов. Сначала определим строение продукта, который образуется в обеих реакциях, а затем, исходя из его строения, установим структуры исходных алкенов.

1. Определение строения продукта реакции бромирования 2,2,4-триметилпентана.

Реакция бромирования алканов на свету ($h\nu$) протекает по свободнорадикальному механизму. Бром в этих условиях замещает атом водорода. Наиболее легко замещаются атомы водорода у третичного атома углерода, затем у вторичного и в последнюю очередь у первичного.

Структурная формула 2,2,4-триметилпентана:

$ \begin{array}{ccc} & CH_3 & & CH_3 \\ & | & & | \\ CH_3- & C & -CH_2- & CH & -CH_3 \\ & | & & & \\ & CH_3 & & & \end{array} $

В молекуле 2,2,4-триметилпентана ($C_8H_{18}$) есть первичные, вторичные и один третичный атом водорода (у четвертого атома углерода, $C-4$).

В соответствии с селективностью свободнорадикального бромирования, замещение преимущественно произойдет у третичного атома углерода ($C-4$).

Уравнение реакции:

$(CH_3)_3C-CH_2-CH(CH_3)_2 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} (CH_3)_3C-CH_2-C(Br)(CH_3)_2 + HBr$

Продуктом является 2-бром-2,4,4-триметилпентан. Его структурная формула:

$ \begin{array}{ccc} & CH_3 & & CH_3 \\ & | & & | \\ CH_3- & C & -CH_2- & C(Br) & -CH_3 \\ & | & & & \\ & CH_3 & & & \end{array} $

Таким образом, оба изомерных алкена при реакции с $HBr$ образуют 2-бром-2,4,4-триметилпентан.

2. Определение строения изомерных алкенов.

Реакция присоединения $HBr$ к алкенам является реакцией электрофильного присоединения и протекает по правилу Марковникова. Согласно этому правилу, атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи, а атом брома — к наименее гидрогенизированному. Реакция идет через образование наиболее стабильного карбкатиона.

Поскольку продуктом является 2-бром-2,4,4-триметилпентан, где бром связан со вторым атомом углерода, промежуточным продуктом в обоих случаях должен быть один и тот же третичный карбкатион:

$(CH_3)_3C-CH_2-C^+(CH_3)_2$

Исходные алкены можно получить, мысленно отщепив протон ($H^+$) от атомов углерода, соседних с карбкатионным центром.

В данном карбкатионе соседними с $C^+$ являются атом углерода группы $-CH_2-$ и атомы углерода двух метильных групп $-CH_3$.

Изомер 1: Отщепление протона от группы $-CH_2-$.

При отщеплении протона от группы $-CH_2-$ двойная связь образуется между вторым и третьим атомами углерода. Структура алкена:

$(CH_3)_3C-CH=C(CH_3)_2$

Название этого соединения — 2,4,4-триметилпент-2-ен. Проверим его реакцию с $HBr$:

$(CH_3)_3C-CH=C(CH_3)_2 + HBr \rightarrow (CH_3)_3C-CH_2-C^+(CH_3)_2 \xrightarrow{Br^-} (CH_3)_3C-CH_2-C(Br)(CH_3)_2$

Присоединение протона к $C-3$ приводит к образованию более стабильного третичного карбкатиона, что соответствует продукту реакции.

Изомер 2: Отщепление протона от одной из метильных групп.

При отщеплении протона от одной из метильных групп, связанных с карбкатионным центром, двойная связь образуется между первым и вторым атомами углерода. Структура алкена:

$(CH_3)_3C-CH_2-C(CH_3)=CH_2$

Название этого соединения — 2,4,4-триметилпент-1-ен. Проверим его реакцию с $HBr$:

$(CH_3)_3C-CH_2-C(CH_3)=CH_2 + HBr \rightarrow (CH_3)_3C-CH_2-C^+(CH_3)_2 \xrightarrow{Br^-} (CH_3)_3C-CH_2-C(Br)(CH_3)_2$

Присоединение протона к атому $C-1$ (согласно правилу Марковникова) также приводит к образованию того же самого стабильного третичного карбкатиона и, следовательно, того же конечного продукта.

Оба алкена, 2,4,4-триметилпент-1-ен и 2,4,4-триметилпент-2-ен, являются изомерами состава $C_8H_{16}$ и при реакции с $HBr$ дают один и тот же продукт.

Ответ:

Искомые изомерные алкены — это 2,4,4-триметилпент-1-ен и 2,4,4-триметилпент-2-ен.

Структурная формула 2,4,4-триметилпент-1-ена:

$CH_2=C(CH_3)-CH_2-C(CH_3)_3$

Структурная формула 2,4,4-триметилпент-2-ена:

$(CH_3)_2C=CH-C(CH_3)_3$