Номер 168, страница 48 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.168. Определите продукты взаимодействия бутадиена-1,3 со следующими реагентами: $\mathrm{а}) {\mathrm{H}}_2,$ Pd; $\mathrm{б}) 1. {\mathrm{O}}_3;$ $2. \mathrm{Zn}/{\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH};$ $\mathrm{в}) {\mathrm{Вг}}_2 (1 \mathrm{моль}), t;$ $\mathrm{г}) {\mathrm{СН}}_3\mathrm{С}(\mathrm{O})\mathrm{СН}={\mathrm{СН}}_2;$ $\mathrm{д}) {\mathrm{СНСl}}_3$ (1 моль), КОН.

а) H₂, Pd

Решение:

Реакция бутадиена-1,3 с водородом в присутствии палладиевого катализатора (Pd) является реакцией каталитического гидрирования. В этих условиях происходит полное насыщение обеих двойных связей, что приводит к образованию предельного углеводорода – н-бутана.

Уравнение реакции:

$CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2 \xrightarrow{Pd} CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$

Ответ: Продуктом реакции является н-бутан ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$).

б) 1. O₃; 2. Zn/CH₃COOH

Решение:

Это реакция озонолиза с последующим восстановительным расщеплением озонида. Озон ($O_3$) присоединяется по месту двойных связей с их последующим разрывом. Обработка реакционной смеси цинком в уксусной кислоте ($Zn/CH_3COOH$) является восстановительной стадией, которая предотвращает окисление образующихся альдегидов до кислот.

При озонолизе бутадиена-1,3 происходит разрыв обеих двойных связей. Концевые группы $CH_2$ превращаются в формальдегид, а центральная группа $-CH-CH-$ превращается в глиоксаль.

Уравнение реакции:

$CH_2=CH-CH=CH_2 \xrightarrow{1. O_3; \text{ } 2. Zn/CH_3COOH} 2H_2C=O + OHC-CHO$

Ответ: Продуктами реакции являются формальдегид ($HCHO$) и глиоксаль ($OHC-CHO$).

в) Br₂ (1 моль), t

Решение:

Взаимодействие бутадиена-1,3 с одним молем брома при повышенной температуре ($t$) является реакцией электрофильного присоединения. Для сопряженных диенов характерно образование смеси продуктов 1,2- и 1,4-присоединения. При повышенной температуре реакция является термодинамически контролируемой, и преимущественно образуется более стабильный продукт 1,4-присоединения. Продукт 1,4-присоединения, 1,4-дибромбут-2-ен, содержит более замещенную (а значит, более стабильную) двойную связь по сравнению с продуктом 1,2-присоединения (3,4-дибромбут-1-ен).

Уравнение реакции (1,4-присоединение):

$CH_2=CH-CH=CH_2 + Br_2 \xrightarrow{t} Br-CH_2-CH=CH-CH_2-Br$

Ответ: Основным продуктом реакции является 1,4-дибромбут-2-ен ($Br-CH_2-CH=CH-CH_2-Br$).

г) CH₃C(O)CH=CH₂

Решение:

Это реакция Дильса-Альдера, которая представляет собой [4+2]-циклоприсоединение. Бутадиен-1,3 выступает в качестве сопряженного диена (компонент с 4 π-электронами), а метилвинилкетон ($CH_3C(O)CH=CH_2$) – в качестве диенофила (компонент с 2 π-электронами). В результате реакции образуется шестичленный циклический продукт — 4-ацетилциклогексен (по номенклатуре ИЮПАК: 4-ацетилциклогекс-1-ен).

Схема реакции:

$CH_2=CH-CH=CH_2 \text{ (диен)} + CH_2=CH-C(O)CH_3 \text{ (диенофил)} \rightarrow \text{4-ацетилциклогексен}$

Атомы C1 и C4 диена соединяются с атомами углерода двойной связи диенофила, образуя новые σ-связи, а π-система перестраивается с образованием двойной связи между C2 и C3 исходного диена.

Ответ: Продуктом реакции является 4-ацетилциклогексен.

д) CHCl₃ (1 моль), KOH

Решение:

Реакция с хлороформом ($CHCl_3$) в присутствии сильного основания ($KOH$) является методом получения дихлоркарбена ($:CCl_2$), который образуется в результате α-элиминирования.

$CHCl_3 + KOH \rightarrow :CCl_2 + KCl + H_2O$

Полученный дихлоркарбен является высокореакционной частицей и присоединяется к одной из двойных связей бутадиена-1,3 по механизму [1+2]-циклоприсоединения, образуя производное дихлорциклопропана. Так как по условию используется 1 моль хлороформа, реакция идет по одной двойной связи.

$CH_2=CH-CH=CH_2 + :CCl_2 \rightarrow$ 1,1-дихлор-2-винилциклопропан

Карбен присоединяется по одной из двойных связей (например, C1=C2), образуя трехчленный цикл, в то время как вторая двойная связь (C3=C4) остается неизменной в виде винильной группы у циклопропанового кольца.

Ответ: Продуктом реакции является 1,1-дихлор-2-винилциклопропан.