Номер 101, страница 101 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.101. Составьте уравнения реакций с веществами, молекулярные формулы которых будут удовлетворять следующей схеме:

${\mathrm{С}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{Н}}_{2\mathrm{n} + 1}\mathrm{Вг}⟶{\mathrm{X}}_1⟶{\mathrm{С}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{Н}}_{2\mathrm{n}}{\mathrm{Вг}}_2⟶{\mathrm{Х}}_2⟶{\mathrm{С}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{Н}}_{2\mathrm{n}}\mathrm{O}$

Данная задача представляет собой цепочку химических превращений, для которой необходимо составить уравнения реакций. Для этого мы последовательно определим структуру промежуточных веществ $X_1$ и $X_2$ и подберем соответствующие реагенты и условия для каждой стадии.

Исходная схема: $C_n H_{2n+1}Br \rightarrow X_1 \rightarrow C_n H_{2n}Br_2 \rightarrow X_2 \rightarrow C_n H_{2n}O$

Решение

Общая стратегия решения заключается в том, чтобы, двигаясь по цепочке, идентифицировать классы соединений и типы реакций.

1. Идентификация $X_1$ и первых двух реакций.
Исходное вещество $C_n H_{2n+1}Br$ — это монобромалкан. На втором шаге из промежуточного вещества $X_1$ получается дибромалкан $C_n H_{2n}Br_2$. Добавление двух атомов брома и удаление одного атома водорода относительно исходного соединения обычно происходит в две стадии:

• Сначала из монобромалкана получают алкен путем реакции дегидробромирования (отщепления $HBr$). Эта реакция проводится действием спиртового раствора щёлочи (например, $KOH$) при нагревании. Продуктом этой реакции и будет вещество $X_1$.
• Затем к полученному алкену $X_1$ присоединяют молекулу брома ($Br_2$), что приводит к образованию дибромалкана $C_n H_{2n}Br_2$.

2. Идентификация $X_2$ и последних двух реакций.
На третьем шаге из дибромалкана $C_n H_{2n}Br_2$ получают вещество $X_2$, которое затем превращается в карбонильное соединение $C_n H_{2n}O$ (альдегид или кетон). Этот переход также осуществляется в две стадии:

• Из дибромалкана получают алкин путем двойного дегидробромирования. Для этого дибромалкан обрабатывают избытком сильного основания, например, спиртовым раствором $KOH$ при высокой температуре или амидом натрия ($NaNH_2$). Полученное соединение и есть вещество $X_2$.
• Затем алкин $X_2$ подвергают гидратации (реакция Кучерова), присоединяя молекулу воды в присутствии катализатора (солей ртути(II) в кислой среде). В результате образуется альдегид или кетон.

На основе этого анализа можно составить общие уравнения для всей цепочки превращений.

Пример для n=3 (производные пропана):
Исходное вещество: 1-бромпропан, $CH_3CH_2CH_2Br$.
1. $CH_3CH_2CH_2Br + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t^{\circ}} \underbrace{CH_3CH=CH_2}_{X_1} + KBr + H_2O$
2. $CH_3CH=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_3CH(Br)CH_2Br$
3. $CH_3CH(Br)CH_2Br + 2KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t^{\circ}} \underbrace{CH_3C \equiv CH}_{X_2} + 2KBr + 2H_2O$
4. $CH_3C \equiv CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} CH_3C(O)CH_3$

Ответ:

Ниже представлены уравнения реакций в общем виде, которые удовлетворяют заданной схеме.

1. Получение алкена $X_1$ из монобромалкана:
   $C_n H_{2n+1}Br + KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t^{\circ}} C_n H_{2n} + KBr + H_2O$
2. Получение дибромалкана из алкена $X_1$:
   $C_n H_{2n} + Br_2 \rightarrow C_n H_{2n}Br_2$
3. Получение алкина $X_2$ из дибромалкана:
   $C_n H_{2n}Br_2 + 2KOH_{(спирт)} \xrightarrow{t^{\circ}} C_n H_{2n-2} + 2KBr + 2H_2O$
4. Получение карбонильного соединения из алкина $X_2$:
   $C_n H_{2n-2} + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} C_n H_{2n}O$