Номер 229, страница 57 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.229. Какую роль выполняют ионы ртути в реакции Кучерова?

Реакция Кучерова представляет собой гидратацию алкинов (присоединение воды) в присутствии солей ртути(II) (например, $HgSO_4$) и сильной кислоты (обычно $H_2SO_4$). В результате реакции из ацетилена образуется ацетальдегид, а из других алкинов — кетоны.

В этой реакции ионы ртути($Hg^{2+}$) выполняют ключевую роль катализатора. Механизм их действия заключается в следующем:

1. Активация тройной связи. Молекула алкина содержит тройную связь, богатую электронной плотностью, но она недостаточно реакционноспособна для взаимодействия со слабым нуклеофилом, каким является вода. Ион ртути $Hg^{2+}$, будучи сильной кислотой Льюиса (электрофилом), атакует тройную связь алкина. При этом образуется промежуточный циклический π-комплекс, называемый меркуриниевым ионом. В этом комплексе на атомах углерода тройной связи возникает частичный положительный заряд, что делает их доступными для атаки нуклеофила.

2. Нуклеофильная атака. Молекула воды атакует один из атомов углерода π-комплекса. В соответствии с правилом Марковникова, атака происходит по наиболее замещенному атому углерода (тому, у которого меньше атомов водорода). Это приводит к раскрытию цикла и образованию ртутьорганического производного.

3. Образование енола. Полученное ртутьорганическое соединение в кислой среде легко подвергается протолизу (протодемеркурированию), в результате чего атом ртути замещается на атом водорода. Продуктом этой стадии является непредельный спирт — енол. Катализатор, ион $Hg^{2+}$, при этом регенерируется.

4. Таутомеризация. Енолы, за редким исключением, являются неустойчивыми соединениями и быстро изомеризуются в более стабильные карбонильные соединения (альдегиды или кетоны) путем процесса, называемого кето-енольной таутомерией. Равновесие в этой паре практически полностью сдвинуто в сторону карбонильного соединения.

Например, гидратация пропина приводит к образованию ацетона:

$CH_3-C \equiv CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} [CH_3-C(OH)=CH_2] \rightarrow CH_3-C(O)-CH_3$

Таким образом, без ионов ртути реакция гидратации алкинов практически не идет, так как они необходимы для активации тройной связи.

Ответ: Ионы ртути ($Hg^{2+}$) в реакции Кучерова выполняют роль электрофильного катализатора. Они активируют тройную C≡C связь алкина, образуя с ней промежуточный π-комплекс (меркуриниевый ион), который становится восприимчивым к атаке слабого нуклеофила — молекулы воды. Это позволяет осуществить гидратацию алкина с образованием в конечном итоге альдегида или кетона.