Номер 96, страница 39 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.96. Какой монохлоралкан вступил в реакцию со спиртовым раствором гидроксида калия при нагревании, если в ходе реакции образовался: а) бутен-2; б) пропен; в) бутен-2; г) 2-метилпропен; б) циклогексен; е) 2,3-диметилбутен-2; ж) З-метилбутен-1?

а) бутен-2

Решение

Образование алкена бутен-2 (структурная формула $CH_3-CH=CH-CH_3$) в результате реакции дегидрогалогенирования со спиртовым раствором гидроксида калия указывает на то, что исходный монохлоралкан имел четыре атома углерода. Двойная связь в бутене-2 находится между вторым и третьим атомами углерода. Это возможно, если атом хлора находился у второго или третьего атома углерода в исходном бутане.

Рассмотрим 2-хлорбутан ($CH_3-CHCl-CH_2-CH_3$). При его реакции со спиртовым раствором $KOH$ атом водорода может отщепляться от соседних атомов углерода: C-1 или C-3.

• Отщепление H от C-1 приводит к образованию бутена-1 ($CH_2=CH-CH_2-CH_3$).
• Отщепление H от C-3 приводит к образованию бутена-2 ($CH_3-CH=CH-CH_3$).

Согласно правилу Зайцева, атом водорода отщепляется преимущественно от наименее гидрогенизированного (содержащего меньше атомов водорода) соседнего атома углерода. В данном случае это атом C-3. Поэтому основным продуктом реакции будет более устойчивый, более замещенный алкен — бутен-2.

Уравнение реакции:

$CH_3-CHCl-CH_2-CH_3 + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} CH_3-CH=CH-CH_3 + KCl + H_2O$

Ответ: 2-хлорбутан.

б) пропен

Решение

Пропен ($CH_2=CH-CH_3$) можно получить из любого изомерного монохлорпропана, так как в обоих случаях образуется один и тот же алкен.

1. Из 1-хлорпропана ($CH_2Cl-CH_2-CH_3$): отщепление атома водорода возможно только от второго атома углерода, что однозначно приводит к образованию пропена.
   Уравнение реакции: $CH_2Cl-CH_2-CH_3 + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} CH_2=CH-CH_3 + KCl + H_2O$
2. Из 2-хлорпропана ($CH_3-CHCl-CH_3$): отщепление атома водорода возможно от первого или третьего атома углерода. Так как эти атомы эквивалентны, в обоих случаях продуктом является пропен.
   Уравнение реакции: $CH_3-CHCl-CH_3 + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} CH_2=CH-CH_3 + KCl + H_2O$

Ответ: 1-хлорпропан или 2-хлорпропан.

в) бутен-2

Решение

Данный пункт идентичен пункту а). Исходным веществом для получения бутена-2 ($CH_3-CH=CH-CH_3$) является 2-хлорбутан, так как реакция дегидрогалогенирования протекает по правилу Зайцева с образованием наиболее замещенного (и наиболее стабильного) алкена в качестве основного продукта.

Уравнение реакции:

$CH_3-CHCl-CH_2-CH_3 + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} CH_3-CH=CH-CH_3 + KCl + H_2O$

Ответ: 2-хлорбутан.

г) 2-метилпропен

Решение

2-метилпропен ($(CH_3)_2C=CH_2$) имеет углеродный скелет изобутана (2-метилпропана). Его можно получить из двух изомерных хлорпроизводных изобутана, так как в обоих случаях он является единственным возможным продуктом элиминирования.

1. Из 1-хлор-2-метилпропана ($(CH_3)_2CH-CH_2Cl$): отщепление атома водорода возможно только от соседнего (второго) атома углерода, что приводит к образованию 2-метилпропена.
   Уравнение реакции: $(CH_3)_2CH-CH_2Cl + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} (CH_3)_2C=CH_2 + KCl + H_2O$
2. Из 2-хлор-2-метилпропана (трет-бутилхлорида, $(CH_3)_3CCl$): отщепление атома водорода происходит от любого из трех эквивалентных метильных групп, что также приводит к образованию 2-метилпропена.
   Уравнение реакции: $(CH_3)_3CCl + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} (CH_3)_2C=CH_2 + KCl + H_2O$

Ответ: 1-хлор-2-метилпропан или 2-хлор-2-метилпропан.

д) циклогексен

Решение

Циклический алкен циклогексен образуется при дегидрогалогенировании соответствующего галогенциклоалкана — хлорциклогексана. Атом хлора отщепляется от одного атома углерода цикла, а атом водорода — от соседнего. Ввиду симметрии молекулы, все соседние положения, от которых может отщепиться водород, эквивалентны, и образуется единственный продукт.

Уравнение реакции (формулы в виде скелетных структур):

$C_6H_{11}Cl + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} C_6H_{10} + KCl + H_2O$

Ответ: хлорциклогексан.

е) 2,3-диметилбутен-2

Решение

2,3-диметилбутен-2 ($(CH_3)_2C=C(CH_3)_2$) — это симметричный, тетразамещенный алкен. Его углеродный скелет соответствует 2,3-диметилбутану. Для образования двойной связи между атомами C-2 и C-3, исходный хлоралкан должен иметь атом хлора у одного из этих атомов.

Рассмотрим 2-хлор-2,3-диметилбутан ($(CH_3)_2CCl-CH(CH_3)_2$). Атом хлора находится у третичного атома углерода C-2. Отщепление водорода возможно от соседних атомов: от метильных групп у C-2 или от атома C-3.

• Отщепление H от C-3 приводит к 2,3-диметилбутену-2 ($(CH_3)_2C=C(CH_3)_2$).
• Отщепление H от одной из метильных групп у C-2 приводит к 2,3-диметилбутену-1 ($CH_2=C(CH_3)-CH(CH_3)_2$).

Согласно правилу Зайцева, основным продуктом будет наиболее замещенный алкен — 2,3-диметилбутен-2.

Уравнение реакции:

$(CH_3)_2CCl-CH(CH_3)_2 + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} (CH_3)_2C=C(CH_3)_2 + KCl + H_2O$

Ответ: 2-хлор-2,3-диметилбутан.

ж) 3-метилбутен-1

Решение

3-метилбутен-1 ($(CH_3)_2CH-CH=CH_2$) — это монозамещенный алкен. Его углеродный скелет — 2-метилбутан (изопентан).

Рассмотрим возможные хлорпроизводные 2-метилбутана. Наиболее подходящим исходным веществом будет то, которое дает целевой продукт с наибольшим выходом.

1. Из 1-хлор-3-метилбутана ($(CH_3)_2CH-CH_2-CH_2Cl$): атом хлора находится у первичного атома углерода C-1. Отщепление водорода возможно только от соседнего атома C-2. Это однозначно приводит к образованию 3-метилбутена-1.
   Уравнение реакции: $(CH_3)_2CH-CH_2-CH_2Cl + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t} (CH_3)_2CH-CH=CH_2 + KCl + H_2O$
2. Из 2-хлор-3-метилбутана ($(CH_3)_2CH-CHCl-CH_3$): отщепление водорода возможно от C-1 или C-3. Отщепление от C-1 дает 3-метилбутен-1 (монозамещенный алкен, продукт по Гофману), а отщепление от C-3 дает 2-метилбутен-2 (тризамещенный алкен, продукт по Зайцеву). В условиях реакции со спиртовым KOH основным продуктом будет 2-метилбутен-2.

Таким образом, для синтеза 3-метилбутена-1 наиболее подходящим исходным веществом является 1-хлор-3-метилбутан, так как он дает целевой продукт в качестве единственного возможного продукта элиминирования.

Ответ: 1-хлор-3-метилбутан.