Номер 132, страница 106 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.132. Укажите продукты превращений ацетона.

В данном задании необходимо определить продукты, образующиеся в результате реакций ацетона ($CH_3COCH_3$) с различными реагентами, указанными на схеме.

HCN
Реакция ацетона с синильной кислотой (HCN) является классическим примером нуклеофильного присоединения к карбонильной группе. Ион цианида ($CN^−$) атакует электрофильный атом углерода карбонильной группы, после чего происходит протонирование атома кислорода. В результате образуется циангидрин.
Уравнение реакции: $CH_3-C(O)-CH_3 + HCN \rightarrow CH_3-C(OH)(CN)-CH_3$.
Ответ: 2-гидрокси-2-метилпропаннитрил (ацетонциангидрин), $CH_3-C(OH)(CN)-CH_3$.

Br₂, HCN
Данная комбинация реагентов не соответствует одной стандартной реакции. Наиболее вероятным является протекание двух последовательных процессов в одной реакционной смеси: сначала α-бромирование ацетона в кислой среде (HCN выступает как слабая кислота), а затем присоединение синильной кислоты к карбонильной группе образовавшегося бромкетона.
1. α-бромирование: $CH_3C(O)CH_3 + Br_2 \xrightarrow{H^+} CH_3C(O)CH_2Br + HBr$.
2. Присоединение HCN: $CH_3C(O)CH_2Br + HCN \rightarrow CH_3C(OH)(CN)CH_2Br$.
Ответ: 1-бром-2-гидрокси-2-метилпропаннитрил, $CH_3C(OH)(CN)CH_2Br$.

N₂H₄, KOH, t
Это условия реакции восстановления по Вольфу-Кишнеру, которая предназначена для полного восстановления карбонильной группы кетонов до метиленовой группы ($CH_2$). Реакция протекает в жестких щелочных условиях при нагревании. В ходе реакции образуется гидразон, который затем разлагается с выделением газообразного азота.
Уравнение реакции: $CH_3-C(O)-CH_3 \xrightarrow{N_2H_4, KOH, t} CH_3-CH_2-CH_3 + N_2 + H_2O$.
Ответ: пропан, $CH_3CH_2CH_3$.

1. CH₃MgBr, 2. H₂O
Это реакция с реактивом Гриньяра (метилмагнийбромидом), который является сильным нуклеофилом. На первой стадии метильная группа присоединяется к карбонильному атому углерода. На второй стадии, при обработке водой (гидролизе), образовавшийся магний-алкоголят протонируется, превращаясь в третичный спирт.
Уравнения стадий:
1. $CH_3-C(O)-CH_3 + CH_3MgBr \rightarrow (CH_3)_3C-O^-MgBr^+$.
2. $(CH_3)_3C-O^-MgBr^+ + H_2O \rightarrow (CH_3)_3C-OH + Mg(OH)Br$.
Ответ: 2-метилпропанол-2 (трет-бутиловый спирт), $(CH_3)_3COH$.

NaBH₄, H₂O
Боргидрид натрия ($NaBH_4$) — это селективный восстановитель, который превращает кетоны во вторичные спирты. Реакция заключается в переносе гидрид-иона ($H^−$) на карбонильный углерод с последующим протонированием образующегося алкоголята водой.
Уравнение реакции: $CH_3-C(O)-CH_3 \xrightarrow{NaBH_4, H_2O} CH_3-CH(OH)-CH_3$.
Ответ: пропанол-2 (изопропиловый спирт), $CH_3CH(OH)CH_3$.

C₆H₅NH₂
Реакция ацетона с первичным амином, анилином ($C_6H_5NH_2$), приводит к образованию имина (основания Шиффа). Это реакция конденсации, которая обычно катализируется следами кислоты и включает стадию нуклеофильного присоединения амина с последующим отщеплением молекулы воды.
Уравнение реакции: $CH_3-C(O)-CH_3 + C_6H_5NH_2 \rightleftharpoons CH_3-C(=NC_6H_5)-CH_3 + H_2O$.
Ответ: N-(пропан-2-илиден)анилин, $CH_3C(=NC_6H_5)CH_3$.

Br₂, CH₃COOH
Это реакция α-галогенирования кетона, катализируемая кислотой. Уксусная кислота ($CH_3COOH$) способствует образованию енольной формы ацетона, которая является нуклеофилом и реагирует с электрофильным бромом.
Уравнение реакции: $CH_3-C(O)-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{CH_3COOH} CH_3-C(O)-CH_2Br + HBr$.
Ответ: 1-бромпропан-2-он (бромацетон), $CH_3C(O)CH_2Br$.

PCl₅
Пентахлорид фосфора ($PCl_5$) является хлорирующим агентом, который реагирует с кетонами, замещая карбонильный атом кислорода на два атома хлора. В результате образуется геминальный дихлорид (дигалогенид, в котором оба атома галогена присоединены к одному атому углерода). Побочным продуктом является оксихлорид фосфора ($POCl_3$).
Уравнение реакции: $CH_3-C(O)-CH_3 + PCl_5 \rightarrow CH_3-C(Cl_2)-CH_3 + POCl_3$.
Ответ: 2,2-дихлорпропан, $CH_3CCl_2CH_3$.