Номер 131, страница 105 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.131. Под действием азотной кислоты кетоны могут претерпевать окислительное расщепление до карбоновых кислот. Какие карбоновые кислоты могут получиться при окислительном расщеплении: а) ацетона; б) бутанона-2; в) 4-метилпентанона-2; г) циклопентанона.

Окислительное расщепление кетонов под действием сильных окислителей, таких как азотная кислота, происходит с разрывом углерод-углеродной связи, примыкающей к карбонильной группе. В результате образуются карбоновые кислоты. Для несимметричных кетонов разрыв может происходить с любой стороны от карбонильной группы, что приводит к образованию смеси продуктов. Согласно правилу Попова, преимущественно разрывается связь карбонильной группы с более крупным или более разветвленным углеводородным радикалом (т.е. карбонильная группа остается у меньшего радикала).

Ацетон (пропан-2-он) — это симметричный кетон со структурной формулой $CH_3-CO-CH_3$. При его окислении разрывается одна из двух одинаковых связей $C-C$, прилегающих к карбонильной группе. Фрагмент, содержащий карбонильную группу, окисляется до карбоновой кислоты, а другой фрагмент (метильная группа) окисляется до диоксида углерода.

$CH_3-CO-|-CH_3 \xrightarrow{HNO_3, t} CH_3COOH + CO_2 + H_2O$

В результате реакции образуется уксусная кислота.

Ответ: уксусная кислота.

Бутанон-2 (метилэтилкетон) — это несимметричный кетон со структурной формулой $CH_3-CO-CH_2-CH_3$. Окисление может идти по двум путям:

1. Разрыв связи между $C_1$ и $C_2$. Метильная группа окисляется до $CO_2$, а оставшаяся часть молекулы — до пропановой кислоты.

$CH_3-|-CO-CH_2-CH_3 \xrightarrow{HNO_3, t} CO_2 + CH_3CH_2COOH$

2. Разрыв связи между $C_2$ и $C_3$. Этот путь является преобладающим по правилу Попова. Оба образующихся фрагмента окисляются до уксусной кислоты.

$CH_3-CO-|-CH_2-CH_3 \xrightarrow{HNO_3, t} CH_3COOH + CH_3COOH$

Таким образом, в продуктах реакции будет смесь кислот.

Ответ: уксусная кислота и пропановая кислота.

4-метилпентанон-2 — это несимметричный кетон со структурной формулой $CH_3-CO-CH_2-CH(CH_3)_2$. Возможны два направления окислительного расщепления:

1. Разрыв связи между $C_1$ и $C_2$. Метильная группа окисляется до $CO_2$, а остальная часть молекулы — до 3-метилбутановой кислоты.

$CH_3-|-CO-CH_2-CH(CH_3)_2 \xrightarrow{HNO_3, t} CO_2 + (CH_3)_2CHCH_2COOH$

2. Разрыв связи между $C_2$ и $C_3$. Этот путь является преобладающим по правилу Попова. Образуются уксусная кислота и 2-метилпропановая кислота.

$CH_3-CO-|-CH_2-CH(CH_3)_2 \xrightarrow{HNO_3, t} CH_3COOH + (CH_3)_2CHCOOH$

В результате окисления образуется смесь трех карбоновых кислот.

Ответ: уксусная кислота, 3-метилбутановая кислота и 2-метилпропановая кислота.

Циклопентанон — циклический кетон. При его окислении происходит разрыв углеродного цикла по связи, примыкающей к карбонильной группе. Поскольку молекула симметрична, место разрыва однозначно. Оба атома углерода, образовывавшие разрываемую связь (карбонильный и соседний с ним), окисляются до карбоксильных групп. Это приводит к раскрытию цикла и образованию дикарбоновой кислоты.

Схема реакции:

$\ce{C5H8O ->[HNO3, t] HOOC-(CH_2)_3-COOH}$

Образующаяся кислота — пентандиовая, или глутаровая кислота.

Ответ: пентандиовая (глутаровая) кислота.