Номер 290, страница 69 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.290. Используя в качестве исходного вещества бензол или его гомологи, получите орmo-нитробромбензол.

Для получения орто-нитробромбензола из бензола необходимо провести две последовательные реакции электрофильного замещения: бромирование и нитрование. Порядок введения заместителей в бензольное кольцо имеет решающее значение, так как уже имеющийся заместитель определяет положение, в которое будет вступать следующая группа.

Рассмотрим два возможных пути синтеза: сначала нитрование, затем бромирование, либо сначала бромирование, затем нитрование.

Нитрогруппа ($-NO_2$) является заместителем II рода (мета-ориентантом). Если сначала провести нитрование бензола, то образуется нитробензол. При последующем бромировании нитробензола замещение пойдет преимущественно в мета-положение, и основным продуктом будет мета-нитробромбензол, что не соответствует условию задачи.

Атом брома ($-Br$), как и другие галогены, является заместителем I рода (орто- и пара-ориентантом). Поэтому для получения орто-нитробромбензола следует выбрать путь, где сначала в бензольное кольцо вводится атом брома, а затем проводится нитрование. При нитровании бромбензола образуется смесь орто- и пара-нитробромбензолов, из которой можно выделить целевой продукт.

Решение

Синтез орто-нитробромбензола из бензола проводится в две стадии.

Первая стадия — бромирование бензола. Бензол реагирует с бромом в присутствии катализатора – бромида железа(III) ($FeBr_3$). В результате реакции электрофильного замещения образуется бромбензол.

Уравнение реакции: $C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} C_6H_5Br + HBr$

Вторая стадия — нитрование бромбензола. Полученный бромбензол нитруют смесью концентрированных азотной и серной кислот (нитрующая смесь). Атом брома направляет нитрогруппу в орто- и пара-положения. В результате образуется смесь орто-нитробромбензола и пара-нитробромбензола.

Уравнение реакции: $C_6H_5Br + HNO_3 (конц.) \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.)} o\text{-}C_6H_4(Br)(NO_2) + p\text{-}C_6H_4(Br)(NO_2) + H_2O$

Полученную смесь изомеров (орто- и пара-) разделяют, например, с помощью фракционной перегонки или кристаллизации, так как они имеют разные физические свойства (температуры кипения и плавления).

Ответ: Орто-нитробромбензол получают путем бромирования бензола с последующим нитрованием образовавшегося бромбензола нитрующей смесью и разделением полученных орто- и пара-изомеров. Схема превращений: $C_6H_6 \xrightarrow{+Br_2, FeBr_3} C_6H_5Br \xrightarrow{+HNO_3, H_2SO_4} o\text{-}C_6H_4(Br)(NO_2)$.