Номер 199, страница 54 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.199. Какой алкин вступил в реакцию с избытком подкисленного раствора пер-манганата калия, если из 1 моль этого алкина в качестве единственных органических продуктов образовались: а) 2 моль бутановой кислоты; б) 1 моль этановой (уксусной) и 1 моль пентановой кислоты; в) 2 моль пропановой кислоты; г) 1 моль пентановой кислоты; д) 1 моль бутановой кислоты? Запишите уравнения соответствующих реакций и назовите исходные алкины.

Жесткое окисление алкинов избытком подкисленного раствора перманганата калия ($KMnO_4$) приводит к разрыву тройной связи $C \equiv C$. При этом атомы углерода, образующие тройную связь, окисляются до карбоксильных групп ($–COOH$).

Для алкинов с тройной связью внутри цепи (неконцевых) реакция протекает по схеме:

$$R_1-C \equiv C-R_2 \xrightarrow{KMnO_4, H_2SO_4} R_1-COOH + R_2-COOH$$

Если алкин симметричный ($R_1 = R_2$), то в результате реакции образуется только одна карбоновая кислота, причем из 1 моль алкина получается 2 моль кислоты.

Для алкинов с тройной связью на конце цепи (концевых) атом углерода, связанный с водородом, окисляется до диоксида углерода ($CO_2$), а второй атом углерода тройной связи образует карбоксильную группу:

$$R-C \equiv C-H \xrightarrow{KMnO_4, H_2SO_4} R-COOH + CO_2$$

В этом случае из 1 моль алкина образуется 1 моль карбоновой кислоты. Основываясь на этих правилах, определим строение исходных алкинов для каждого случая.

a) 2 моль бутановой кислоты

Образование 2 моль бутановой кислоты ($CH_3CH_2CH_2COOH$) из 1 моль алкина указывает на то, что исходный алкин был симметричным. Каждая его половина при окислении дала молекулу бутановой кислоты. Следовательно, с каждой стороны от тройной связи находился пропильный радикал ($CH_3CH_2CH_2-$). Структура алкина: $CH_3CH_2CH_2-C \equiv C-CH_2CH_2CH_3$.

Уравнение реакции окисления окт-4-ина:

$$5 CH_3CH_2CH_2-C \equiv C-CH_2CH_2CH_3 + 8 KMnO_4 + 12 H_2SO_4 \rightarrow 10 CH_3CH_2CH_2COOH + 4 K_2SO_4 + 8 MnSO_4 + 12 H_2O$$

Ответ: исходный алкин – окт-4-ин.

б) 1 моль этановой (уксусной) и 1 моль пентановой кислоты

Образование двух разных кислот, этановой ($CH_3COOH$) и пентановой ($CH_3CH_2CH_2CH_2COOH$), в равных молярных количествах (по 1 моль) свидетельствует о несимметричном строении алкина. Один радикал у тройной связи – метил ($CH_3-$), который окислился до этановой кислоты (содержащей 2 атома C). Второй радикал – бутил ($CH_3CH_2CH_2CH_2-$), который окислился до пентановой кислоты (содержащей 5 атомов C). Структура алкина: $CH_3-C \equiv C-CH_2CH_2CH_2CH_3$.

Уравнение реакции окисления гепт-2-ина:

$$5 CH_3-C \equiv C-CH_2CH_2CH_2CH_3 + 8 KMnO_4 + 12 H_2SO_4 \rightarrow 5 CH_3COOH + 5 CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + 4 K_2SO_4 + 8 MnSO_4 + 12 H_2O$$

Ответ: исходный алкин – гепт-2-ин.

в) 2 моль пропановой кислоты

Образование 2 моль пропановой кислоты ($CH_3CH_2COOH$) из 1 моль алкина, аналогично случаю а), указывает на симметричное строение. С каждой стороны от тройной связи находился этильный радикал ($CH_3CH_2-$). Структура алкина: $CH_3CH_2-C \equiv C-CH_2CH_3$.

Уравнение реакции окисления гекс-3-ина:

$$5 CH_3CH_2-C \equiv C-CH_2CH_3 + 8 KMnO_4 + 12 H_2SO_4 \rightarrow 10 CH_3CH_2COOH + 4 K_2SO_4 + 8 MnSO_4 + 12 H_2O$$

Ответ: исходный алкин – гекс-3-ин.

г) 1 моль пентановой кислоты

Образование 1 моль пентановой кислоты ($CH_3CH_2CH_2CH_2COOH$) из 1 моль алкина говорит о том, что алкин был концевым. Углеводородный радикал, связанный с тройной связью, – это бутил ($CH_3CH_2CH_2CH_2-$), который при окислении дает пентановую кислоту. Концевой атом углерода тройной связи окисляется до диоксида углерода. Структура алкина: $CH_3CH_2CH_2CH_2-C \equiv C-H$.

Уравнение реакции окисления гекс-1-ина:

$$5 CH_3CH_2CH_2CH_2-C \equiv C-H + 8 KMnO_4 + 12 H_2SO_4 \rightarrow 5 CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + 5 CO_2 \uparrow + 4 K_2SO_4 + 8 MnSO_4 + 12 H_2O$$

Ответ: исходный алкин – гекс-1-ин.

д) 1 моль бутановой кислоты

Образование 1 моль бутановой кислоты ($CH_3CH_2CH_2COOH$) из 1 моль алкина, аналогично случаю г), указывает на концевой алкин. Радикал при тройной связи – пропил ($CH_3CH_2CH_2-$), который окисляется до бутановой кислоты. Структура алкина: $CH_3CH_2CH_2-C \equiv C-H$.

Уравнение реакции окисления пент-1-ина:

$$5 CH_3CH_2CH_2-C \equiv C-H + 8 KMnO_4 + 12 H_2SO_4 \rightarrow 5 CH_3CH_2CH_2COOH + 5 CO_2 \uparrow + 4 K_2SO_4 + 8 MnSO_4 + 12 H_2O$$

Ответ: исходный алкин – пент-1-ин.