Номер 55, страница 90 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.55. Получите циклогександиол-1,2 из циклогексена: а) в одну стадию; б) в две стадии.

Решение

а) в одну стадию;

Для получения циклогександиола-1,2 из циклогексена в одну стадию используется реакция мягкого окисления алкенов. Наиболее распространенным методом является реакция Вагнера — окисление циклогексена холодным, разбавленным, нейтральным или слабощелочным водным раствором перманганата калия ($KMnO_4$). В ходе реакции происходит разрыв $\pi$-связи в молекуле циклогексена и присоединение двух гидроксильных групп.

Уравнение реакции:

$3C_6H_{10} + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3C_6H_{10}(OH)_2 + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

Механизм реакции предполагает образование циклического эфира марганца, который затем гидролизуется. Это приводит к син-присоединению гидроксильных групп (с одной стороны плоскости цикла), в результате чего образуется преимущественно цис-циклогександиол-1,2.

Ответ: Окисление циклогексена холодным водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера).

б) в две стадии.

Двухстадийный синтез циклогександиола-1,2 из циклогексена обычно проводят для получения транс-изомера продукта. Этот метод включает две последовательные стадии: эпоксидирование двойной связи и последующий гидролиз образовавшегося эпоксида.

Стадия 1: Эпоксидирование. Циклогексен обрабатывают надкислотой, например, надуксусной кислотой ($CH_3CO_3H$) или м-хлорнадбензойной кислотой (m-CPBA). Атом кислорода надкислоты присоединяется к двойной связи, образуя оксид циклогексена (1,2-эпоксициклогексан).

$C_6H_{10} + CH_3CO_3H \rightarrow C_6H_{10}O + CH_3COOH$

Стадия 2: Гидролиз эпоксида. Полученный оксид циклогексена подвергают гидролизу в присутствии кислотного катализатора ($H^+$). Молекула воды, как нуклеофил, атакует протонированный эпоксид. Атака происходит с обратной стороны от эпоксидного кольца (анти-атака), что приводит к его раскрытию и образованию транс-циклогександиола-1,2.

$C_6H_{10}O + H_2O \xrightarrow{H^+} C_6H_{10}(OH)_2$

Ответ: 1) Эпоксидирование циклогексена надкислотой с образованием оксида циклогексена; 2) Кислотно-катализируемый гидролиз оксида циклогексена.