Номер 104, страница 102 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.104. Вещество состава ${\mathrm{С}}_4{\mathrm{Н}}_6\mathrm{О}$ вступает в реакцию «серебряного зеркала» и обесцвечивает бромную воду. При гидрировании этого вещества образуется спирт состава ${\mathrm{С}}_4{\mathrm{Н}}_{10}\mathrm{О}$. Дегидратация этого спирта даёт алкен, при гидрохлорировании которого образуется третичный хлоралкан. Определите строение исходного соединения и запишите уравнения описанных реакций.

Дано:

Исходное вещество X имеет формулу $C_4H_6O$.
1. Вещество X вступает в реакцию «серебряного зеркала».
2. Вещество X обесцвечивает бромную воду.
3. При гидрировании вещества X образуется спирт Y состава $C_4H_{10}O$.
4. При дегидратации спирта Y образуется алкен Z.
5. При гидрохлорировании алкена Z образуется третичный хлоралкан.

Найти:

Строение исходного соединения X и уравнения описанных реакций.

Решение:

Решение задачи проведем в несколько этапов, анализируя цепочку превращений с конца.

1. Определение строения алкена Z и третичного хлоралкана

Третичный хлоралкан образуется при гидрохлорировании (присоединении $HCl$) алкена Z. Это означает, что атом хлора присоединяется к третичному атому углерода (атому углерода, связанному с тремя другими атомами углерода). Согласно правилу Марковникова, атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи, а атом галогена — к наименее гидрогенизированному.

Спирт Y имеет формулу $C_4H_{10}O$, следовательно, алкен Z, полученный из него, имеет 4 атома углерода. Единственный алкен состава $C_4H_8$, из которого можно получить третичный хлоралкан, — это 2-метилпропен (изобутилен).

Уравнение реакции гидрохлорирования алкена Z:
$CH_2=C(CH_3)_2 \text{ (2-метилпропен)} + HCl \rightarrow CH_3-CCl(CH_3)_2 \text{ (2-хлор-2-метилпропан)}$
Таким образом, алкен Z — это 2-метилпропен.

2. Определение строения спирта Y

Спирт Y ($C_4H_{10}O$) при дегидратации образует 2-метилпропен. Существует два спирта с четырьмя атомами углерода, которые могут образовывать 2-метилпропен при отщеплении воды:
- 2-метилпропан-1-ол (первичный спирт): $(CH_3)_2CH-CH_2OH$
- 2-метилпропан-2-ол (третичный спирт): $(CH_3)_3C-OH$

Согласно условию, спирт Y образуется при гидрировании исходного вещества X. Вещество X вступает в реакцию «серебряного зеркала», что указывает на наличие альдегидной группы ($-CHO$). При гидрировании альдегидов образуются первичные спирты.
$R-CHO + H_2 \xrightarrow{катализатор} R-CH_2OH$
Следовательно, спирт Y должен быть первичным спиртом. Из двух возможных вариантов подходит только 2-метилпропан-1-ол.
Таким образом, спирт Y — это 2-метилпропан-1-ол.

3. Определение строения исходного вещества X

Исходное вещество X имеет формулу $C_4H_6O$.
- Оно является альдегидом (реакция «серебряного зеркала»).
- Оно обесцвечивает бромную воду, что говорит о наличии кратной связи C=C или C≡C.
- Степень ненасыщенности для $C_4H_6O$ равна 2 (по сравнению с насыщенным аналогом $C_4H_{10}O$). Одна степень ненасыщенности приходится на карбонильную группу C=O в альдегиде, вторая — на двойную связь C=C.
- При гидрировании X образуется 2-метилпропан-1-ол, $(CH_3)_2CH-CH_2OH$. Это означает, что X имеет такой же углеродный скелет (2-метилпропил).

Единственный альдегид с таким скелетом, двойной связью и формулой $C_4H_6O$ — это 2-метилпропеналь (метакролеин).
Структурная формула вещества X: $CH_2=C(CH_3)-CHO$
Таким образом, исходное вещество X — это 2-метилпропеналь.

4. Уравнения описанных реакций

1) Реакция «серебряного зеркала» для 2-метилпропеналя:
$CH_2=C(CH_3)-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} CH_2=C(CH_3)-COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$

2) Обесцвечивание бромной воды (присоединение брома по двойной связи):
$CH_2=C(CH_3)-CHO + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CBr(CH_3)-CHO$

3) Гидрирование 2-метилпропеналя до 2-метилпропан-1-ола (восстановление и альдегидной группы, и двойной связи):
$CH_2=C(CH_3)-CHO + 2H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} CH_3-CH(CH_3)-CH_2OH$

4) Дегидратация 2-метилпропан-1-ола с образованием 2-метилпропена:
$(CH_3)_2CH-CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} CH_2=C(CH_3)_2 + H_2O$

5) Гидрохлорирование 2-метилпропена с образованием третичного хлоралкана:
$CH_2=C(CH_3)_2 + HCl \rightarrow CH_3-CCl(CH_3)_2$

Ответ:

Строение исходного соединения (2-метилпропеналь):
$CH_2=C(CH_3)-CHO$

Уравнения реакций:
1. $CH_2=C(CH_3)-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow CH_2=C(CH_3)-COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$
2. $CH_2=C(CH_3)-CHO + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CBr(CH_3)-CHO$
3. $CH_2=C(CH_3)-CHO + 2H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH(CH_3)-CH_2OH$
4. $(CH_3)_2CH-CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_2=C(CH_3)_2 + H_2O$
5. $CH_2=C(CH_3)_2 + HCl \rightarrow CH_3-CCl(CH_3)_2$