Номер 79, страница 95 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.79. Ниже представлена схема синтеза вязкой жидкости Е, широкое применение в пищевой и фармацевтической промышленности, а также в синтезе взрывчатых веществ. Изобразите структурные формулы веществ А–Е. Вещества В и D являются хиральными. Изобразите пространственные структуры оптических изомеров В и D. Какое взрывчатое вещество получают из Е? Приведите его название и структурную формулу.

Решение

Проанализируем предложенную схему синтеза по стадиям.

1. Первая стадия — взаимодействие пропена ($CH_2=CH-CH_3$) с хлором ($Cl_2$) при высокой температуре (500 °C) и давлении. В таких жестких условиях происходит не присоединение по двойной связи, а радикальное замещение водорода в аллильном положении (у атома углерода, соседнего с двойной связью).
$CH_2=CH-CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{500^\circ C, 18 \text{ атм}} CH_2=CH-CH_2Cl + HCl$
Таким образом, вещество А — это 3-хлорпроп-1-ен, также известный как аллилхлорид.

2. Вторая стадия — реакция вещества А (аллилхлорида) с хлорноватистой кислотой ($HClO$). Это реакция электрофильного присоединения к двойной связи. В результате образуется смесь двух изомерных продуктов — хлоргидринов B и C.
$CH_2=CH-CH_2Cl + HClO \rightarrow CH_2(OH)-CHCl-CH_2Cl \text{ (B)} + CH_2Cl-CH(OH)-CH_2Cl \text{ (C)}$
Согласно условию, вещество B является хиральным. Проанализируем структуры продуктов:
• 2,3-дихлорпропан-1-ол ($CH_2(OH)-CHCl-CH_2Cl$): атом углерода C2 связан с четырьмя разными заместителями (-H, -Cl, -CH₂OH, -CH₂Cl), поэтому он является хиральным центром. Это вещество B.
• 1,3-дихлорпропан-2-ол ($CH_2Cl-CH(OH)-CH_2Cl$): это вещество ахирально, так как имеет плоскость симметрии. Это вещество C.

3. Третья стадия — обработка смеси веществ B и C гидроксидом натрия ($NaOH$). Оба хлоргидрина вступают в реакцию внутримолекулярной циклизации (синтез эпоксидов по Вильямсону), образуя один и тот же продукт — эпихлоргидрин.
$CH_2(OH)-CHCl-CH_2Cl + NaOH \rightarrow CH_2Cl-\text{CH(O)CH}_2 + NaCl + H_2O$
$CH_2Cl-CH(OH)-CH_2Cl + NaOH \rightarrow CH_2Cl-\text{CH(O)CH}_2 + NaCl + H_2O$
Вещество D — эпихлоргидрин (1-хлор-2,3-эпоксипропан). Оно также является хиральным, как указано в условии.

4. Четвертая стадия — гидролиз вещества D (эпихлоргидрина) в водном растворе карбоната натрия ($Na_2CO_3$). В слабощелочной среде происходит сначала раскрытие эпоксидного кольца, а затем гидролиз хлоралкильной группы.
$CH_2Cl-\text{CH(O)CH}_2 \xrightarrow{Na_2CO_3, H_2O} CH_2(OH)-CH(OH)-CH_2OH$
Вязкая жидкость E, находящая широкое применение в пищевой и фармацевтической промышленности — это глицерин (пропан-1,2,3-триол).

Ответ:
A (3-хлорпроп-1-ен): $CH_2=CH-CH_2Cl$
B (2,3-дихлорпропан-1-ол): $CH_2(OH)-CHCl-CH_2Cl$
C (1,3-дихлорпропан-2-ол): $CH_2Cl-CH(OH)-CH_2Cl$
D (эпихлоргидрин или 1-хлор-2,3-эпоксипропан): $CH_2Cl-\text{CH}\underset{\diagup \ \diagdown}{O}\text{CH}_2$
E (глицерин или пропан-1,2,3-триол): $CH_2(OH)-CH(OH)-CH_2OH$

Вещество B (2,3-дихлорпропан-1-ол) имеет один хиральный центр (C2). Его оптические изомеры (энантиомеры) являются зеркальными отражениями друг друга.
Вещество D (эпихлоргидрин) также имеет один хиральный центр (C2) и существует в виде пары энантиомеров.

Ответ:
Пространственные структуры оптических изомеров вещества B (2,3-дихлорпропан-1-ол):

Cl Cl | |H---C*--CH₂Cl CH₂Cl--C*--H | | CH₂OH CH₂OH (R)-изомер (S)-изомер

Пространственные структуры оптических изомеров вещества D (эпихлоргидрин):

O O / \ / \H--C*---CH₂ CH₂---C*--H | | CH₂Cl CH₂Cl (R)-изомер (S)-изомер

Вещество Е — это глицерин. При его обработке нитрующей смесью (концентрированные азотная $HNO_3$ и серная $H_2SO_4$ кислоты) происходит этерификация всех трех гидроксильных групп с образованием мощного взрывчатого вещества.
$CH_2(OH)-CH(OH)-CH_2OH + 3HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} CH_2(ONO_2)-CH(ONO_2)-CH_2(ONO_2) + 3H_2O$

Ответ:
Название вещества: нитроглицерин (или тринитрат глицерина, пропан-1,2,3-триилтринитрат).
Структурная формула: $CH_2(ONO_2)-CH(ONO_2)-CH_2(ONO_2)$