Номер 291, страница 69 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.291. При окислении углеводорода состава ${\mathrm{С}}_{10}{\mathrm{Н}}_{10}$ подкисленным серной кислотой раствором дихромата калия образуется фталевая кислота (бензол-1,2-дикарбоновая). Определите строение исходного углеводорода и запишите уравнение реакции окисления, если известно, что исходное вещество обесцвечивает бромную воду и даёт осадок с аммиачным раствором оксида серебра.

Определение строения исходного углеводорода

1. Проанализируем состав и свойства исходного вещества. Молекулярная формула углеводорода – $C_{10}H_{10}$. Рассчитаем степень ненасыщенности (число двойных связей и циклов) по формуле $DBE = C - H/2 + 1$ (для углеводородов):

$DBE = 10 - 10/2 + 1 = 6$.

Столь высокая степень ненасыщенности указывает на возможное присутствие ароматического кольца. Бензольное кольцо имеет степень ненасыщенности, равную 4 (3 двойные связи и 1 цикл).

2. Продуктом жёсткого окисления углеводорода является фталевая (бензол-1,2-дикарбоновая) кислота, $C_6H_4(COOH)_2$. Это однозначно указывает на то, что исходный углеводород является орто-двузамещённым производным бензола. То есть, у бензольного кольца есть два заместителя, расположенных у соседних атомов углерода (в положениях 1 и 2).

3. В условии сказано, что исходное вещество обесцвечивает бромную воду и даёт осадок с аммиачным раствором оксида серебра (реактивом Толленса). Реакция с реактивом Толленса является качественной на терминальные алкины, то есть на группу $-C \equiv CH$. Эта группа имеет степень ненасыщенности, равную 2.

4. Суммарная степень ненасыщенности бензольного кольца (4) и тройной связи (2) составляет $4 + 2 = 6$, что соответствует расчётной степени ненасыщенности для формулы $C_{10}H_{10}$. Обесцвечивание бромной воды также подтверждает наличие кратной связи.

5. Теперь определим строение боковых цепей. Общая формула двух заместителей у бензольного кольца $C_6H_4$ составляет $C_{10}H_{10} - C_6H_4 = C_4H_6$. Один из заместителей, как мы установили, это этинильная группа $-C \equiv CH$, имеющая формулу $C_2H$. Тогда на второй заместитель приходится состав $C_4H_6 - C_2H = C_2H_5$. Это этильная группа.

6. Таким образом, исходный углеводород – это 1-этил-2-этинилбензол. Его заместители (этильная и этинильная группы) находятся в орто-положении, что и приводит к образованию фталевой кислоты при окислении.

Структурная формула исходного вещества:

Ответ: Исходный углеводород – 1-этил-2-этинилбензол.

Уравнение реакции окисления

При окислении 1-этил-2-этинилбензола подкисленным раствором дихромата калия обе боковые цепи окисляются. Атомы углерода, связанные непосредственно с бензольным кольцом, превращаются в карбоксильные группы $(-COOH)$. Остальные атомы углерода в боковых цепях окисляются до углекислого газа $(CO_2)$.

Этил-радикал $(-CH_2-CH_3)$ окисляется до $-COOH$ и $CO_2$.

Этинил-радикал $(-C \equiv CH)$ окисляется до $-COOH$ и $CO_2$.

Уравнение реакции в молекулярном виде, сбалансированное методом электронного баланса:

$3C_6H_4(C_2H_5)(C \equiv CH) + 10K_2Cr_2O_7 + 40H_2SO_4 \rightarrow 3C_6H_4(COOH)_2 + 10K_2SO_4 + 10Cr_2(SO_4)_3 + 6CO_2 \uparrow + 46H_2O$

Ответ: $3C_{10}H_{10} + 10K_2Cr_2O_7 + 40H_2SO_4 \rightarrow 3C_8H_6O_4 + 10K_2SO_4 + 10Cr_2(SO_4)_3 + 6CO_2 + 46H_2O$.