Номер 262, страница 65 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

а) Решение:

1) Алкилирование бензола по Фриделю-Крафтсу с образованием этилбензола (X₁):
$C_6H_6 + CH_3CH_2Cl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CH_2CH_3 + HCl$

2) Радикальное хлорирование этилбензола в боковую цепь по наиболее реакционноспособному бензильному атому углерода с образованием (1-хлорэтил)бензола (X₂):
$C_6H_5CH_2CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CHClCH_3 + HCl$

3) Дегидрогалогенирование (1-хлорэтил)бензола спиртовым раствором щелочи с образованием стирола (X₃):
$C_6H_5CHClCH_3 + KOH \xrightarrow{спирт, t} C_6H_5CH=CH_2 + KCl + H_2O$

4) Мягкое окисление стирола (реакция Вагнера) с образованием диола – 1-фенилэтандиола-1,2 (X₄):
$3C_6H_5CH=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \xrightarrow{0^{\circ}C} 3C_6H_5CH(OH)CH_2OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

Ответ: X₁ – этилбензол ($C_6H_5CH_2CH_3$), X₂ – (1-хлорэтил)бензол ($C_6H_5CHClCH_3$), X₃ – стирол ($C_6H_5CH=CH_2$), X₄ – 1-фенилэтандиол-1,2 ($C_6H_5CH(OH)CH_2OH$).

б) Решение:

1) Ароматизация (дегидроциклизация) гексана с образованием бензола (X₁):
$C_6H_{14} \xrightarrow{Pt, t} C_6H_6 + 4H_2$

2) Гидрирование бензола до циклогексана (X₂):
$C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow{Pt, p, t} C_6H_{12}$

3) Радикальное бромирование циклогексана с образованием бромциклогексана (X₃):
$C_6H_{12} + Br_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{11}Br + HBr$

4) Нуклеофильное замещение (гидролиз) бромциклогексана с образованием циклогексанола (X₄):
$C_6H_{11}Br + NaOH \xrightarrow{H_2O} C_6H_{11}OH + NaBr$

Ответ: X₁ – бензол ($C_6H_6$), X₂ – циклогексан ($C_6H_{12}$), X₃ – бромциклогексан ($C_6H_{11}Br$), X₄ – циклогексанол ($C_6H_{11}OH$).

в) Решение:

1) Жесткое окисление толуола до бензойной кислоты (X₁):
$5C_6H_5CH_3 + 6KMnO_4 + 9H_2SO_4 \xrightarrow{t} 5C_6H_5COOH + 3K_2SO_4 + 6MnSO_4 + 14H_2O$

2) Бромирование бензойной кислоты в мета-положение (карбоксильная группа - ориентант II рода) с образованием 3-бромбензойной кислоты (X₂):
$C_6H_5COOH + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} m-BrC_6H_4COOH + HBr$

3) Нейтрализация 3-бромбензойной кислоты с образованием ее натриевой соли - 3-бромбензоата натрия (X₃):
$m-BrC_6H_4COOH + NaOH \rightarrow m-BrC_6H_4COONa + H_2O$

4) Декарбоксилирование (реакция Дюма) 3-бромбензоата натрия при сплавлении со щелочью с образованием бромбензола (X₄):
$m-BrC_6H_4COONa + NaOH \xrightarrow{t} C_6H_5Br + Na_2CO_3$

Ответ: X₁ – бензойная кислота ($C_6H_5COOH$), X₂ – 3-бромбензойная кислота ($m-BrC_6H_4COOH$), X₃ – 3-бромбензоат натрия ($m-BrC_6H_4COONa$), X₄ – бромбензол ($C_6H_5Br$).

г) Решение:

1) Гидролиз карбида кальция с получением ацетилена (X₁):
$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2\uparrow + Ca(OH)_2$

2) Тримеризация ацетилена (реакция Зелинского-Казанского) с образованием бензола (X₂):
$3C_2H_2 \xrightarrow{C_{акт.}, 600^{\circ}C} C_6H_6$

3) Нитрование бензола нитрующей смесью с образованием нитробензола (X₃):
$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O$

4) Хлорирование нитробензола в мета-положение (нитрогруппа - ориентант II рода) с образованием 3-хлонитробензола (X₄):
$C_6H_5NO_2 + Cl_2 \xrightarrow{FeCl_3} m-ClC_6H_4NO_2 + HCl$

Ответ: X₁ – ацетилен ($C_2H_2$), X₂ – бензол ($C_6H_6$), X₃ – нитробензол ($C_6H_5NO_2$), X₄ – 3-хлорнитробензол ($m-ClC_6H_4NO_2$).

д) Решение:

1) Ароматизация гептана с образованием толуола (X₁):
$C_7H_{16} \xrightarrow{Pt, t} C_6H_5CH_3 + 4H_2$

2) Гидрирование толуола до метилциклогексана (X₂):
$C_6H_5CH_3 + 3H_2 \xrightarrow{Pt, p, t} C_6H_{11}CH_3$

3) Радикальное бромирование метилциклогексана по третичному атому углерода с образованием 1-бром-1-метилциклогексана (X₃):
$C_6H_{11}CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{10}(Br)CH_3 + HBr$

4) Дегидробромирование по правилу Зайцева с образованием наиболее стабильного (третичнозамещенного) алкена – 1-метилциклогексена (X₄):
$C_6H_{10}(Br)CH_3 + KOH \xrightarrow{спирт, t} C_6H_9CH_3 + KBr + H_2O$

Ответ: X₁ – толуол ($C_6H_5CH_3$), X₂ – метилциклогексан ($C_6H_{11}CH_3$), X₃ – 1-бром-1-метилциклогексан ($C_6H_{10}(Br)CH_3$), X₄ – 1-метилциклогексен.

е) Решение:

1) Радикальное хлорирование толуола в боковую цепь с образованием бензилхлорида (X₁):
$C_6H_5CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CH_2Cl + HCl$

2) Реакция Вюрца с образованием 1,2-дифенилэтана (X₂):
$2C_6H_5CH_2Cl + 2Na \rightarrow C_6H_5CH_2CH_2C_6H_5 + 2NaCl$

3) Жесткое окисление 1,2-дифенилэтана с разрывом связи между бензильными атомами углерода. Происходит окисление до бензойной кислоты (X₃):
$5C_6H_5CH_2CH_2C_6H_5 + 12KMnO_4 + 18H_2SO_4 \xrightarrow{t} 10C_6H_5COOH + 6K_2SO_4 + 12MnSO_4 + 18H_2O$

4) Гидрирование бензойной кислоты с восстановлением ароматического кольца до циклогексанкарбоновой кислоты (X₄):
$C_6H_5COOH + 3H_2 \xrightarrow{Pt, p, t} C_6H_{11}COOH$

Ответ: X₁ – бензилхлорид ($C_6H_5CH_2Cl$), X₂ – 1,2-дифенилэтан ($C_6H_5CH_2CH_2C_6H_5$), X₃ – бензойная кислота ($C_6H_5COOH$), X₄ – циклогексанкарбоновая кислота ($C_6H_{11}COOH$).

ж) Решение:

1) Дегидрирование циклогексана до бензола (X₁):
$C_6H_{12} \xrightarrow{Pt, t} C_6H_6 + 3H_2$

2) Алкилирование бензола бромэтаном (реакция Фриделя-Крафтса) с образованием этилбензола (X₂):
$C_6H_6 + CH_3CH_2Br \xrightarrow{AlBr_3} C_6H_5CH_2CH_3 + HBr$

3) Жесткое окисление этилбензола. Этильная группа окисляется до карбоксильной с отщеплением одного атома углерода в виде $CO_2$. Образуется бензойная кислота (X₃):
$5C_6H_5CH_2CH_3 + 12KMnO_4 + 18H_2SO_4 \xrightarrow{t} 5C_6H_5COOH + 5CO_2\uparrow + 6K_2SO_4 + 12MnSO_4 + 28H_2O$

4) Нитрование бензойной кислоты в мета-положение с образованием 3-нитробензойной кислоты (X₄):
$C_6H_5COOH + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} m-NO_2C_6H_4COOH + H_2O$

Ответ: X₁ – бензол ($C_6H_6$), X₂ – этилбензол ($C_6H_5CH_2CH_3$), X₃ – бензойная кислота ($C_6H_5COOH$), X₄ – 3-нитробензойная кислота ($m-NO_2C_6H_4COOH$).

з) Решение:

1) Дегидробромирование бромциклогексана с образованием циклогексена (X₁):
$C_6H_{11}Br + KOH \xrightarrow{спирт, t} C_6H_{10} + KBr + H_2O$

2) Дегидрирование циклогексена до бензола (X₂):
$C_6H_{10} \xrightarrow{Pt, t} C_6H_6 + 2H_2$

3) Алкилирование бензола пропеном в присутствии кислоты с образованием изопропилбензола (кумола) (X₃):
$C_6H_6 + CH_2=CH-CH_3 \xrightarrow{H_3PO_4} C_6H_5CH(CH_3)_2$

4) Бромирование кумола. Изопропильная группа - ориентант I рода, направляет замещение в орто- и пара-положения. Преимущественно образуется пара-продукт из-за стерических препятствий - 4-бромизопропилбензол (X₄):
$C_6H_5CH(CH_3)_2 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} p-BrC_6H_4CH(CH_3)_2 + HBr$

Ответ: X₁ – циклогексен ($C_6H_{10}$), X₂ – бензол ($C_6H_6$), X₃ – изопропилбензол (кумол) ($C_6H_5CH(CH_3)_2$), X₄ – 4-бромизопропилбензол ($p-BrC_6H_4CH(CH_3)_2$).