Номер 243, страница 128 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.243. Укажите продукты полного (а) кислотного; (б) щелочного гидролиза следующих соединений:

Решение

Для определения продуктов полного гидролиза необходимо идентифицировать все гидролизуемые функциональные группы в каждом соединении. Гидролиз может протекать в кислой или щелочной среде, что приводит к разным продуктам для некоторых функциональных групп.

Первое соединение

Структура первого соединения представляет собой сложный эфир, образованный из четырех компонентов: (2,2-диметил-1,3-диоксолан-4-ил)метанола (также известного как солкетал, продукт защиты глицерина ацетоном), янтарной кислоты, этиленгликоля и уксусной кислоты. В молекуле присутствуют три сложноэфирные группы (`-COO-`) и одна ацетальная (кетальная) группа (1,3-диоксолановый цикл).

(а) кислотный гидролиз

В условиях кислотного гидролиза ($H^+/H_2O$) происходит расщепление всех сложноэфирных связей и ацетальной группы.

• Гидролиз трех сложноэфирных связей приводит к образованию соответствующих спиртов и карбоновых кислот.
• Гидролиз ацетальной (кетальной) группы солкетала приводит к образованию глицерина и ацетона.

Таким образом, полное расщепление исходной молекулы приведет к образованию пяти отдельных продуктов. Суммарное уравнение реакции (без учета стехиометрии воды):

$ \text{Исходное соединение 1} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+} \underbrace{\text{HOOC-}(CH_2)_2\text{-COOH}}_{\text{янтарная кислота}} + \underbrace{\text{CH}_3\text{COOH}}_{\text{уксусная кислота}} + \underbrace{\text{HO-CH}_2\text{CH}_2\text{-OH}}_{\text{этиленгликоль}} + \underbrace{\text{HOCH}_2\text{CH(OH)CH}_2\text{OH}}_{\text{глицерин}} + \underbrace{\text{(CH}_3)_2\text{C=O}}_{\text{ацетон}} $

Ответ: Продуктами полного кислотного гидролиза являются янтарная кислота, уксусная кислота, этиленгликоль, глицерин и ацетон.

(б) щелочной гидролиз

В условиях щелочного гидролиза (например, с избытком $NaOH$) происходит омыление (гидролиз) только сложноэфирных связей. Ацетальные группы устойчивы в щелочной среде.

• При омылении сложноэфирных связей образуются спирты и соли карбоновых кислот (карбоксилаты).
• Ацетальная группа в составе солкетала не затрагивается.

Суммарное уравнение реакции (без учета стехиометрии щелочи):

$ \text{Исходное соединение 1} + \text{NaOH} \rightarrow \underbrace{\text{NaOOC-}(CH_2)_2\text{-COONa}}_{\text{сукцинат натрия}} + \underbrace{\text{CH}_3\text{COONa}}_{\text{ацетат натрия}} + \underbrace{\text{HO-CH}_2\text{CH}_2\text{-OH}}_{\text{этиленгликоль}} + \underbrace{\text{(2,2-диметил-1,3-диоксолан-4-ил)метанол}}_{\text{солкетал}} $

Ответ: Продуктами полного щелочного гидролиза являются сукцинат натрия, ацетат натрия, этиленгликоль и (2,2-диметил-1,3-диоксолан-4-ил)метанол (солкетал).

Второе соединение

Структура второго соединения представляет собой диэфир 3-метокси-1,2-пропандиола и 6,6,6-триметоксигексановой кислоты. В молекуле присутствуют одна простая эфирная группа ($CH_3O-$), две сложноэфирные группы (`-COO-`) и две ортоэфирные группы (`-C(OCH_3)_3`).

(а) кислотный гидролиз

В кислой среде гидролизу подвергаются и сложноэфирные, и ортоэфирные группы. Простые эфиры в этих условиях, как правило, устойчивы.

• Гидролиз двух сложноэфирных связей приводит к образованию 3-метокси-1,2-пропандиола и двух молекул 6,6,6-триметоксигексановой кислоты.
• Ортоэфирные группы очень легко гидролизуются в кислой среде. Гидролиз каждой группы $-C(OCH_3)_3$ в составе 6,6,6-триметоксигексановой кислоты приводит к образованию сложноэфирной группы $-COOCH_3$ и двух молекул метанола.
• Образовавшийся метиловый эфир адипиновой кислоты (`HOOC-(CH_2)_4-COOCH_3`) далее гидролизуется до адипиновой кислоты и еще одной молекулы метанола.

Таким образом, в результате полного гидролиза образуются следующие продукты:

$ \text{Исходное соединение 2} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+} \underbrace{CH_3O\text{-}CH_2\text{CH(OH)CH}_2\text{OH}}_{\text{3-метокси-1,2-пропандиол}} + 2 \cdot \underbrace{\text{HOOC-}(CH_2)_4\text{-COOH}}_{\text{адипиновая кислота}} + 6 \cdot \underbrace{\text{CH}_3\text{OH}}_{\text{метанол}} $

Ответ: Продуктами полного кислотного гидролиза являются 3-метокси-1,2-пропандиол, адипиновая кислота и метанол.

(б) щелочной гидролиз

В щелочной среде омыляются только сложноэфирные связи. Простые эфиры и ортоэфиры в этих условиях устойчивы.

• При омылении двух сложноэфирных связей образуется 3-метокси-1,2-пропандиол и две молекулы соли 6,6,6-триметоксигексановой кислоты.

Продуктами реакции будут:

$ \text{Исходное соединение 2} + \text{NaOH} \rightarrow \underbrace{CH_3O\text{-}CH_2\text{CH(OH)CH}_2\text{OH}}_{\text{3-метокси-1,2-пропандиол}} + 2 \cdot \underbrace{\text{NaOOC-}(CH_2)_4\text{-C(OCH}_3)_3}_{\text{6,6,6-триметоксигексаноат натрия}} $

Ответ: Продуктами полного щелочного гидролиза являются 3-метокси-1,2-пропандиол и 6,6,6-триметоксигексаноат натрия.