Номер 308, страница 73 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.308. Предложите реагенты, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) этилен ⟶ этанол ⟶ хлорэтан ⟶ бутан; метан ⟶ ацетилен ⟶ этан ⟶ бромэтан;

б) карбид алюминия ⟶ метан ⟶ бромметан ⟶ метанол;

в) этилен ⟶ 1,2-дибромэтан ⟶ ацетилен ⟶ этаналь;

г) хлорметан ⟶ этан ⟶ бромэтан ⟶ этанол;

д) бутан ⟶ 2-бромбутан ⟶ бутен-2 ⟶ 2,3-дибромбутан;

е) 1,2-дибромпропан ⟶ пропен ⟶ 2-хлорпропан ⟶ пропанол-2;

ж) этилен ⟶ хлорэтан ⟶ бутан ⟶ углекислый газ;

з) карбид кальция ⟶ ацетилен ⟶ винилхлорид ⟶ поливинилхлорид;

и) хлорциклогексан ⟶ циклогексен ⟶ 1,2-дибромциклогексан ⟶ циклогексадиен-1,3;

к) пентен-2 ⟶ 2,3-дибромпентан ⟶ пентин-2 ⟶ пентан;

л) пропандиол-1,3 ⟶ 1,3-дихлорпропан ⟶ циклопропан ⟶ пропан;

м) метанол ⟶ хлорметан ⟶ толуол ⟶ 4-хлортолуол;

н) пропен ⟶ 3-хлорпропен ⟶ пропен-2-ол-1 ⟶ пропанол-1;

о) 2-метилпропанол-2 ⟶ 2-метилпропен ⟶ 2-хлор-2-метилпропан ⟶ mреm-бутилбензол.

Запишите соответствующие уравнения реакций.

а) Цепочка 1: этилен → этанол → хлорэтан → бутан

1. Гидратация этилена в кислой среде (например, с $H_2SO_4$ или $H_3PO_4$) при нагревании и повышенном давлении:

$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+, t, p} CH_3CH_2OH$

2. Замещение гидроксильной группы на хлор действием хлороводорода в присутствии катализатора (хлорида цинка):

$CH_3CH_2OH + HCl \xrightarrow{ZnCl_2} CH_3CH_2Cl + H_2O$

3. Синтез Вюрца, реакция с металлическим натрием для удвоения углеродной цепи:

$2CH_3CH_2Cl + 2Na \rightarrow CH_3CH_2CH_2CH_3 + 2NaCl$

Цепочка 2: метан → ацетилен → этан → бромэтан

1. Пиролиз метана при высокой температуре (1500°C):

$2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} CH\equiv CH + 3H_2$

2. Полное гидрирование ацетилена водородом на металлическом катализаторе (Ni, Pt или Pd):

$CH\equiv CH + 2H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_3$

3. Радикальное бромирование этана при УФ-облучении (на свету):

$CH_3-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3CH_2Br + HBr$

Ответ: Цепочка 1: 1. $H_2O$ (в присутствии $H^+$); 2. $HCl$ (в присутствии $ZnCl_2$); 3. $Na$. Цепочка 2: 1. Нагревание до 1500°C; 2. $H_2$ (в присутствии $Ni$); 3. $Br_2$ (на свету).

б) 1. Гидролиз карбида алюминия водой или кислотой:

$Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3\downarrow + 3CH_4\uparrow$

2. Радикальное бромирование метана на свету:

$CH_4 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Br + HBr$

3. Щелочной гидролиз бромметана (нуклеофильное замещение) водным раствором щёлочи:

$CH_3Br + NaOH(aq) \rightarrow CH_3OH + NaBr$

Ответ: 1. $H_2O$; 2. $Br_2$ (на свету); 3. $NaOH$ (водный раствор).

в) 1. Бромирование этилена (присоединение брома по двойной связи):

$CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$

2. Дегидробромирование 1,2-дибромэтана спиртовым раствором щёлочи при нагревании:

$CH_2Br-CH_2Br + 2KOH(спирт.) \xrightarrow{t} CH\equiv CH + 2KBr + 2H_2O$

3. Гидратация ацетилена по реакции Кучерова (в присутствии солей ртути(II)):

$CH\equiv CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} CH_3CHO$

Ответ: 1. $Br_2$; 2. $KOH$ (спиртовой раствор), нагревание; 3. $H_2O$ (в присутствии $HgSO_4, H_2SO_4$).

г) 1. Синтез Вюрца для получения этана из хлорметана:

$2CH_3Cl + 2Na \rightarrow CH_3-CH_3 + 2NaCl$

2. Радикальное бромирование этана на свету:

$CH_3-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3CH_2Br + HBr$

3. Щелочной гидролиз бромэтана водным раствором щёлочи:

$CH_3CH_2Br + KOH(aq) \rightarrow CH_3CH_2OH + KBr$

Ответ: 1. $Na$; 2. $Br_2$ (на свету); 3. $KOH$ (водный раствор).

д) 1. Радикальное бромирование бутана. Вторичный атом водорода замещается преимущественно:

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3-CHBr-CH_2-CH_3 + HBr$

2. Дегидробромирование 2-бромбутана спиртовым раствором щёлочи по правилу Зайцева:

$CH_3-CHBr-CH_2-CH_3 + KOH(спирт.) \xrightarrow{t} CH_3-CH=CH-CH_3 + KBr + H_2O$

3. Присоединение брома к бутену-2:

$CH_3-CH=CH-CH_3 + Br_2 \rightarrow CH_3-CHBr-CHBr-CH_3$

Ответ: 1. $Br_2$ (на свету); 2. $KOH$ (спиртовой раствор), нагревание; 3. $Br_2$.

е) 1. Дегалогенирование 1,2-дибромпропана активным металлом (цинком):

$CH_2Br-CHBr-CH_3 + Zn \xrightarrow{t} CH_2=CH-CH_3 + ZnBr_2$

2. Гидрохлорирование пропена. Реакция идет по правилу Марковникова:

$CH_2=CH-CH_3 + HCl \rightarrow CH_3-CHCl-CH_3$

3. Гидролиз 2-хлорпропана водным раствором щёлочи:

$CH_3-CHCl-CH_3 + NaOH(aq) \rightarrow CH_3-CH(OH)-CH_3 + NaCl$

Ответ: 1. $Zn$; 2. $HCl$; 3. $NaOH$ (водный раствор).

ж) 1. Гидрохлорирование этилена:

$CH_2=CH_2 + HCl \rightarrow CH_3CH_2Cl$

2. Синтез Вюрца для получения бутана:

$2CH_3CH_2Cl + 2Na \rightarrow CH_3CH_2CH_2CH_3 + 2NaCl$

3. Полное сгорание бутана в избытке кислорода:

$2C_4H_{10} + 13O_2 \xrightarrow{t} 8CO_2 + 10H_2O$

Ответ: 1. $HCl$; 2. $Na$; 3. $O_2$ (избыток), поджигание.

з) 1. Гидролиз карбида кальция:

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow CH\equiv CH + Ca(OH)_2$

2. Гидрохлорирование ацетилена в присутствии катализатора:

$CH\equiv CH + HCl \xrightarrow{HgCl_2, t} CH_2=CHCl$

3. Радикальная полимеризация винилхлорида:

$n(CH_2=CHCl) \xrightarrow{инициатор, t, p} [-CH_2-CHCl-]_n$

Ответ: 1. $H_2O$; 2. $HCl$ (в присутствии $HgCl_2$); 3. Условия полимеризации (инициатор, температура, давление).

и) 1. Дегидрохлорирование хлорциклогексана спиртовым раствором щёлочи:

$C_6H_{11}Cl + KOH(спирт.) \xrightarrow{t} C_6H_{10} (\text{циклогексен}) + KCl + H_2O$

2. Бромирование циклогексена:

$C_6H_{10} + Br_2 \rightarrow C_6H_{10}Br_2 (\text{1,2-дибромциклогексан})$

3. Двойное дегидробромирование 1,2-дибромциклогексана избытком спиртового раствора щёлочи при нагревании:

$C_6H_{10}Br_2 + 2KOH(спирт.) \xrightarrow{t} C_6H_8 (\text{циклогексадиен-1,3}) + 2KBr + 2H_2O$

Ответ: 1. $KOH$ (спиртовой раствор); 2. $Br_2$; 3. $KOH$ (избыток, спиртовой раствор), нагревание.

к) 1. Присоединение брома к пентену-2:

$CH_3-CH=CH-CH_2-CH_3 + Br_2 \rightarrow CH_3-CHBr-CHBr-CH_2-CH_3$

2. Дегидробромирование 2,3-дибромпентана спиртовым раствором щёлочи:

$CH_3-CHBr-CHBr-CH_2-CH_3 + 2KOH(спирт.) \xrightarrow{t} CH_3-C\equiv C-CH_2-CH_3 + 2KBr + 2H_2O$

3. Полное гидрирование пентина-2 на катализаторе:

$CH_3-C\equiv C-CH_2-CH_3 + 2H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$

Ответ: 1. $Br_2$; 2. $KOH$ (спиртовой раствор), нагревание; 3. $H_2$ (избыток, в присутствии $Ni$).

л) 1. Замещение гидроксогрупп на хлор действием хлороводорода или тионилхлорида:

$HO-CH_2CH_2CH_2-OH + 2HCl \xrightarrow{t} Cl-CH_2CH_2CH_2-Cl + 2H_2O$

2. Внутримолекулярная реакция Вюрца с использованием цинка или натрия:

$Cl-CH_2CH_2CH_2-Cl + Zn \xrightarrow{t} C_3H_6 (\text{циклопропан}) + ZnCl_2$

3. Каталитическое гидрирование циклопропана (с раскрытием цикла):

$C_3H_6 (\text{циклопропан}) + H_2 \xrightarrow{Ni, 80-120^\circ C} CH_3-CH_2-CH_3$

Ответ: 1. $HCl$ (или $SOCl_2$); 2. $Zn$ (или $Na$); 3. $H_2$ (в присутствии $Ni$, нагревание).

м) 1. Получение хлорметана из метанола действием хлороводорода:

$CH_3OH + HCl \xrightarrow{ZnCl_2} CH_3Cl + H_2O$

2. Алкилирование бензола хлорметаном по реакции Фриделя-Крафтса:

$C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CH_3 + HCl$

3. Хлорирование толуола в присутствии катализатора ($FeCl_3$). Метильная группа - ориентант орто- и пара-положений. Для получения 4-хлортолуола:

$C_6H_5CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{FeCl_3} p-CH_3C_6H_4Cl + HCl$ (также образуется орто-изомер)

Ответ: 1. $HCl$ (в присутствии $ZnCl_2$); 2. $C_6H_6, AlCl_3$; 3. $Cl_2, FeCl_3$.

н) 1. Аллильное хлорирование пропена при высокой температуре:

$CH_2=CH-CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{500^\circ C} CH_2=CH-CH_2Cl + HCl$

2. Гидролиз 3-хлорпропена водным раствором щёлочи:

$CH_2=CH-CH_2Cl + NaOH(aq) \rightarrow CH_2=CH-CH_2OH + NaCl$

3. Каталитическое гидрирование аллилового спирта (пропен-2-ола-1):

$CH_2=CH-CH_2OH + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_2-CH_2OH$

Ответ: 1. $Cl_2$ (нагревание); 2. $NaOH$ (водный раствор); 3. $H_2$ (в присутствии $Ni$).

о) 1. Внутримолекулярная дегидратация трет-бутилового спирта (2-метилпропанола-2) в кислой среде:

$(CH_3)_3COH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_2=C(CH_3)_2 + H_2O$

2. Присоединение хлороводорода к 2-метилпропену по правилу Марковникова:

$CH_2=C(CH_3)_2 + HCl \rightarrow (CH_3)_3CCl$

3. Алкилирование бензола трет-бутилхлоридом по реакции Фриделя-Крафтса:

$C_6H_6 + (CH_3)_3CCl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5C(CH_3)_3 + HCl$

Ответ: 1. $H_2SO_4$ (конц.), нагревание; 2. $HCl$; 3. $C_6H_6, AlCl_3$.