Номер 187, страница 117 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.187. Почему opmo-фталевая кислота легко подвергается дегидратации под действием оксида фосфора(V), в то время как уксусная кислота с ним не реагирует?

Различие в поведении орто-фталевой и уксусной кислот при действии оксида фосфора(V) объясняется строением их молекул и, как следствие, различным типом реакции дегидратации.

Орто-фталевая кислота

В молекуле орто-фталевой кислоты две карбоксильные группы ($-COOH$) расположены у соседних атомов углерода бензольного кольца. Такое близкое пространственное расположение создает идеальные условия для внутримолекулярной реакции дегидратации. Под действием сильного водоотнимающего средства, такого как оксид фосфора(V) ($P_2O_5$, точнее его димер $P_4O_{10}$), от одной молекулы кислоты отщепляется молекула воды, что приводит к замыканию цикла.

В результате образуется фталевый ангидрид — очень устойчивое соединение, содержащее пятичленный гетероцикл, сопряженный с ароматической системой бензольного кольца.

Внутримолекулярные реакции, приводящие к образованию устойчивых пяти- или шестичленных циклов, как правило, протекают значительно легче (т.е. при более мягких условиях и с большей скоростью), чем межмолекулярные. Это объясняется выгодным энтропийным фактором: реагирующие группы уже "собраны" в одной молекуле и зафиксированы в удобной для реакции конформации, в то время как для межмолекулярной реакции требуется столкновение двух отдельных частиц.

Уксусная кислота

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) является монокарбоновой, то есть содержит только одну карбоксильную группу. Для нее внутримолекулярная дегидратация с образованием ангидрида невозможна.

Получение уксусного ангидрида требует межмолекулярной реакции, в которой должны провзаимодействовать две молекулы уксусной кислоты:
$2CH_3COOH \xrightarrow{P_2O_5, t} (CH_3CO)_2O + H_2O$

Такая реакция, как было отмечено выше, кинетически и термодинамически менее выгодна. Она требует столкновения двух молекул в правильной ориентации и, как правило, более жестких условий (например, более высокой температуры) по сравнению с внутримолекулярной циклизацией орто-фталевой кислоты. Поэтому условия, при которых орто-фталевая кислота легко дегидратируется, недостаточны для эффективного протекания реакции для уксусной кислоты.

Ответ: Орто-фталевая кислота легко подвергается дегидратации из-за близкого расположения двух карбоксильных групп, что способствует быстрой внутримолекулярной реакции с образованием термодинамически стабильного циклического фталевого ангидрида. Уксусная кислота, имея лишь одну карбоксильную группу, может образовать ангидрид только в результате межмолекулярной реакции, которая энергетически менее выгодна и требует значительно более жестких условий, чем внутримолекулярная циклизация.