Номер 134, страница 106 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.134. Приведите реакции получения бутаналя из: а) бутанола-1; б) метилбутаноата; в) пентена-1; г) бутина-1; д) 1,1-дихлорбутана.

а) из бутанола-1

Бутаналь является альдегидом, который можно получить путем окисления соответствующего первичного спирта — бутанола-1. Чтобы реакция остановилась на стадии альдегида и не пошла дальше до карбоновой кислоты, необходимо использовать мягкие окислители или специальные условия. Одним из классических лабораторных методов является каталитическое дегидрирование спирта над медью или его окисление оксидом меди(II) при нагревании.

Уравнение реакции окисления бутанола-1 оксидом меди(II):

$$ CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-OH + CuO \xrightarrow{t^\circ} CH_3-CH_2-CH_2-CHO + Cu + H_2O $$

Ответ: Реакция мягкого окисления бутанола-1, например, оксидом меди(II): $CH_3CH_2CH_2CH_2OH + CuO \xrightarrow{t^\circ} CH_3CH_2CH_2CHO + Cu + H_2O$.

б) из метилбутаноата

Для получения бутаналя из сложного эфира (метилбутаноата) необходимо провести реакцию восстановления. Стандартные восстановители, такие как алюмогидрид лития ($LiAlH_4$), восстанавливают сложные эфиры до первичных спиртов. Чтобы остановить процесс на стадии альдегида, применяют менее активный реагент, например, диизобутилалюминийгидрид (DIBAL-H), при низкой температуре (обычно -78°C) с последующей обработкой реакционной смеси водой.

Уравнение реакции восстановления метилбутаноата:

$$ CH_3-CH_2-CH_2-COOCH_3 \xrightarrow{1.\ DIBAL-H, -78^\circ C \quad 2.\ H_2O} CH_3-CH_2-CH_2-CHO + CH_3OH $$

Ответ: Реакция восстановления метилбутаноата с помощью диизобутилалюминийгидрида: $CH_3CH_2CH_2COOCH_3 \xrightarrow{1.\ DIBAL-H \quad 2.\ H_2O} CH_3CH_2CH_2CHO + CH_3OH$.

в) из пентена-1

Чтобы получить бутаналь (4 атома углерода) из пентена-1 (5 атомов углерода), необходимо разорвать углеродную цепь. Это можно сделать с помощью реакции озонолиза. При пропускании озона через раствор пентена-1 происходит разрыв двойной связи $C=C$. Последующая обработка озонида в восстановительных условиях (например, с помощью цинка и воды) приводит к образованию двух карбонильных соединений. Из фрагмента $CH_3-CH_2-CH_2-CH=$ образуется бутаналь, а из фрагмента $=CH_2$ — формальдегид.

Уравнение реакции озонолиза пентена-1:

$$ CH_3-CH_2-CH_2-CH=CH_2 \xrightarrow{1. O_3 \quad 2. Zn/H_2O} CH_3-CH_2-CH_2-CHO + HCHO $$

Ответ: Реакция озонолиза пентена-1 с последующим восстановительным расщеплением озонида: $CH_3CH_2CH_2CH=CH_2 \xrightarrow{1.\ O_3 \quad 2.\ Zn/H_2O} CH_3CH_2CH_2CHO + HCHO$.

г) из бутина-1

Получение бутаналя из терминального алкина, бутина-1, требует гидратации (присоединения воды) против правила Марковникова. Прямая гидратация в присутствии солей ртути (реакция Кучерова) привела бы к образованию кетона (бутанона-2). Для получения альдегида используют реакцию гидроборирования-окисления. На первой стадии бутин-1 реагирует с бораном ($BH_3$), который присоединяется к концевому атому углерода. На второй стадии полученный промежуточный продукт окисляют пероксидом водорода в щелочной среде, что приводит к образованию енола, который таутомеризуется в бутаналь.

Суммарное уравнение реакции гидроборирования-окисления бутина-1:

$$ CH_3-CH_2-C\equiv CH \xrightarrow{1.\ BH_3 \cdot THF \quad 2.\ H_2O_2, NaOH} CH_3-CH_2-CH_2-CHO $$

Ответ: Реакция гидроборирования-окисления бутина-1: $CH_3CH_2C\equiv CH \xrightarrow{1.\ BH_3 \quad 2.\ H_2O_2, OH^-} CH_3CH_2CH_2CHO$.

д) из 1,1-дихлорбутана

1,1-дихлорбутан является геминальным дигалогеналканом (атомы галогена находятся у одного атома углерода). Альдегиды можно получить из таких соединений путем гидролиза, обычно в щелочной среде. При нагревании 1,1-дихлорбутана с водным раствором щелочи (например, гидроксида натрия) происходит замещение обоих атомов хлора на гидроксильные группы. Образуется неустойчивый геминальный диол, который самопроизвольно отщепляет молекулу воды, превращаясь в стабильный альдегид — бутаналь.

Уравнение реакции щелочного гидролиза 1,1-дихлорбутана:

$$ CH_3-CH_2-CH_2-CHCl_2 + 2NaOH_{(aq)} \xrightarrow{t^\circ} CH_3-CH_2-CH_2-CHO + 2NaCl + H_2O $$

Ответ: Реакция щелочного гидролиза 1,1-дихлорбутана: $CH_3CH_2CH_2CHCl_2 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} CH_3CH_2CH_2CHO + 2NaCl + H_2O$.