Номер 301, страница 73 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.301. Получите уксусную кислоту из: а) хлорметана; б) хлорэтана; в) 2-хлорбутана; г) 2,3-дихлорбутана.

а) из хлорметана

Решение:
Получение уксусной кислоты из хлорметана требует удлинения углеродной цепи на один атом. Это можно осуществить в две стадии через синтез нитрилов.
1. Получение ацетонитрила (этаннитрила) путем нуклеофильного замещения атома хлора на цианогруппу при реакции хлорметана с цианидом калия:
$CH_3Cl + KCN \rightarrow CH_3CN + KCl$
2. Гидролиз ацетонитрила в кислой среде при нагревании. В результате гидролиза цианогруппа превращается в карбоксильную группу, образуя уксусную кислоту.
$CH_3CN + 2H_2O \xrightarrow{H^+, t} CH_3COOH + NH_3$
Ответ: Цепочка превращений: $CH_3Cl \xrightarrow{+KCN} CH_3CN \xrightarrow{+2H_2O, H^+, t} CH_3COOH + NH_3$.

б) из хлорэтана

Решение:
Хлорэтан уже содержит два атома углерода, как и уксусная кислота. Поэтому необходимо превратить функциональную группу. Это достигается путем гидролиза с последующим окислением.
1. Щелочной гидролиз хлорэтана для получения этанола. Реакция проводится с водным раствором щелочи (например, $NaOH$).
$CH_3CH_2Cl + NaOH_{ (водн.) } \rightarrow CH_3CH_2OH + NaCl$
2. Окисление полученного этанола (первичного спирта) до уксусной кислоты. Для этого используют сильный окислитель, например, подкисленный раствор перманганата калия ($KMnO_4$) или дихромата калия ($K_2Cr_2O_7$) при нагревании.
$5CH_3CH_2OH + 4KMnO_4 + 6H_2SO_4 \xrightarrow{t} 5CH_3COOH + 4MnSO_4 + 2K_2SO_4 + 11H_2O$
Ответ: Цепочка превращений: $CH_3CH_2Cl \xrightarrow{+NaOH(водн.)} CH_3CH_2OH \xrightarrow{+KMnO_4, H_2SO_4, t} CH_3COOH$.

в) из 2-хлорбутана

Решение:
Для получения уксусной кислоты (2 атома C) из 2-хлорбутана (4 атома C) необходимо разорвать углеродную цепь. Это можно сделать путем окисления алкена, полученного из исходного галогеналкана.
1. Дегидрогалогенирование 2-хлорбутана. При действии спиртового раствора щелочи (например, $KOH$) происходит отщепление молекулы $HCl$. Согласно правилу Зайцева, преимущественно образуется более замещенный алкен — бут-2-ен.
$CH_3CHClCH_2CH_3 + KOH_{ (спирт.) } \xrightarrow{t} CH_3CH=CHCH_3 + KCl + H_2O$
2. Жесткое окисление бут-2-ена. При окислении горячим подкисленным раствором перманганата калия происходит разрыв двойной связи с образованием двух молекул уксусной кислоты.
$5CH_3CH=CHCH_3 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \xrightarrow{t} 10CH_3COOH + 8MnSO_4 + 4K_2SO_4 + 12H_2O$
Ответ: Цепочка превращений: $CH_3CHClCH_2CH_3 \xrightarrow{+KOH(спирт.), t} CH_3CH=CHCH_3 \xrightarrow{+KMnO_4, H_2SO_4, t} CH_3COOH$.

г) из 2,3-дихлорбутана

Решение:
Синтез аналогичен предыдущему пункту и включает создание кратной связи с последующим ее окислительным расщеплением.
1. Получение бут-2-ена из 2,3-дихлорбутана (вицинального дигалогенида). Это достигается реакцией дегалогенирования с использованием активного металла, например, цинка.
$CH_3CHClCHClCH_3 + Zn \xrightarrow{t} CH_3CH=CHCH_3 + ZnCl_2$
2. Жесткое окисление бут-2-ена подкисленным раствором перманганата калия при нагревании. Происходит разрыв двойной связи и образование двух молекул уксусной кислоты.
$5CH_3CH=CHCH_3 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \xrightarrow{t} 10CH_3COOH + 8MnSO_4 + 4K_2SO_4 + 12H_2O$
Ответ: Цепочка превращений: $CH_3CHClCHClCH_3 \xrightarrow{+Zn, t} CH_3CH=CHCH_3 \xrightarrow{+KMnO_4, H_2SO_4, t} CH_3COOH$.