Номер 226, страница 125 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.226. Получите пентаннитрил из неорганических веществ.

Для получения пентаннитрила ($CH_3CH_2CH_2CH_2CN$) из неорганических веществ можно осуществить следующую последовательность химических превращений. В качестве исходных неорганических реагентов можно использовать, например, карбонат кальция ($CaCO_3$), уголь (C), воду ($H_2O$), водород ($H_2$), бром ($Br_2$), магний (Mg), кислород ($O_2$) и цианид калия (KCN).

1. Получение ацетилена ($C_2H_2$)

Ацетилен является ключевым исходным соединением для построения углеродной цепи. Его получают карбидным методом из известняка и кокса.

Сначала проводят термическое разложение карбоната кальция:

$CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$

Затем полученный оксид кальция сплавляют с углем для получения карбида кальция:

$CaO + 3C \xrightarrow{\sim 2000^\circ C} CaC_2 + CO$

Наконец, действием воды на карбид кальция получают ацетилен:

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow CH\equiv CH + Ca(OH)_2$

2. Получение бутан-1-ола ($CH_3CH_2CH_2CH_2OH$)

На этом этапе необходимо удлинить углеродную цепь с двух до четырех атомов. Это можно сделать, используя реакцию Гриньяра. Для этого из ацетилена получают бромэтан и оксиран.

а) Получение бромэтана ($CH_3CH_2Br$)

Ацетилен каталитически гидрируют до этена (этилена), который затем гидратируют до этанола. Этанол переводят в бромэтан действием бромоводорода.

$CH\equiv CH + H_2 \xrightarrow{Pd/PbCO_3} CH_2=CH_2$

$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H_3PO_4, t^\circ, p} CH_3CH_2OH$

$CH_3CH_2OH + HBr \xrightarrow{H_2SO_4(\text{конц.})} CH_3CH_2Br + H_2O$

б) Получение оксирана ($C_2H_4O$)

Этен, полученный на предыдущем шаге, каталитически окисляют кислородом.

$2CH_2=CH_2 + O_2 \xrightarrow{Ag, 250^\circ C} 2C_2H_4O$

в) Синтез бутан-1-ола

Из бромэтана и металлического магния в среде абсолютного эфира получают реактив Гриньяра (этилмагнийбромид). Его реакция с оксираном и последующий гидролиз промежуточного продукта приводят к бутан-1-олу.

$CH_3CH_2Br + Mg \xrightarrow{\text{абс. эфир}} CH_3CH_2MgBr$

$CH_3CH_2MgBr + C_2H_4O \rightarrow CH_3CH_2CH_2CH_2OMgBr$

$CH_3CH_2CH_2CH_2OMgBr + H_2O \rightarrow CH_3CH_2CH_2CH_2OH + Mg(OH)Br$

3. Получение 1-бромбутана ($CH_3CH_2CH_2CH_2Br$)

Проводят замещение гидроксильной группы в бутан-1-оле на атом брома, обрабатывая спирт бромоводородной кислотой при нагревании.

$CH_3CH_2CH_2CH_2OH + HBr \xrightarrow{t^\circ} CH_3CH_2CH_2CH_2Br + H_2O$

4. Получение пентаннитрила ($CH_3CH_2CH_2CH_2CN$)

На заключительной стадии 1-бромбутан вводят в реакцию нуклеофильного замещения с цианидом калия в спиртовом растворе. Эта реакция известна как синтез нитрилов по Кольбе.

$CH_3CH_2CH_2CH_2Br + KCN \xrightarrow{C_2H_5OH, t^\circ} CH_3CH_2CH_2CH_2CN + KBr$

Ответ: Пентаннитрил ($CH_3CH_2CH_2CH_2CN$) можно получить из неорганических веществ (таких как $CaCO_3$, C, $H_2O$, $H_2$, $Br_2$, Mg, $O_2$, KCN) путем последовательного проведения следующих превращений: получение ацетилена из карбида кальция; синтез бутан-1-ола из ацетилена через реакцию Гриньяра; превращение бутан-1-ола в 1-бромбутан; реакция 1-бромбутана с цианидом калия.