Номер 98, страница 100 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.98. Предложите реагенты, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, и запишите соответствующие уравнения реакций:

а) пропанол-1 ⟶ 1-хлорпропан ⟶ пропен ⟶ пропанол-2 ⟶ пропанон-2;

б) 1,2-дибромэтан ⟶ ацетилен ⟶ этаналь ⟶ этанол ⟶ уксусная кислота;

в) бензол ⟶ циклогексан ⟶ хлорциклогексан ⟶ циклогексанол ⟶ циклогексанон;

г) угарный газ ⟶ метанол ⟶ формальдегид ⟶ муравьиная кислота;

д) 2,2-дихлорпропан ⟶ пропин ⟶ пропанон-2 ⟶ пропанол-2 ⟶ 2-бромпропан;

е) 1-бромбутан ⟶ бутанол-1 ⟶ бутаналь ⟶ бутановая кислота;

ж) карбид кальция ⟶ ацетилен ⟶ этаналь ⟶ этанол ⟶ этаналь;

з) этаналь ⟶ этанол ⟶ этилен ⟶ 1,2-дибромэтан ⟶ ацетилен;

и) фенол ⟶ циклогексанол ⟶ циклогексен ⟶ циклогексанол ⟶ циклогексанон.

а) пропанол-1 → 1-хлорпропан → пропен → пропанол-2 → пропанон-2;

Решение

1. Для получения 1-хлорпропана из пропанола-1 можно использовать тионилхлорид ($SOCl_2$) или концентрированную соляную кислоту ($HCl$) в присутствии катализатора ($ZnCl_2$). Реакция с тионилхлоридом:

$CH_3CH_2CH_2OH + SOCl_2 \rightarrow CH_3CH_2CH_2Cl + SO_2 \uparrow + HCl \uparrow$

2. Превращение 1-хлорпропана в пропен (реакция дегидрогалогенирования) проводят действием спиртового раствора щелочи, например, гидроксида калия ($KOH$), при нагревании:

$CH_3CH_2CH_2Cl + KOH_{(спирт.)} \xrightarrow{t} CH_3CH=CH_2 + KCl + H_2O$

3. Пропанол-2 получают гидратацией пропена в кислой среде (например, в присутствии серной кислоты $H_2SO_4$). Реакция идет по правилу Марковникова:

$CH_3CH=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3CH(OH)CH_3$

4. Окисление вторичного спирта пропанола-2 в кетон (пропанон-2) можно провести с помощью оксида меди(II) ($CuO$) при нагревании или сильными окислителями ($KMnO_4, K_2Cr_2O_7$) в кислой среде:

$CH_3CH(OH)CH_3 + CuO \xrightarrow{t} CH_3C(O)CH_3 + Cu + H_2O$

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $SOCl_2$; 2) $KOH_{(спирт.)}$, $t$; 3) $H_2O, H^+$; 4) $CuO, t$.

б) 1,2-дибромэтан → ацетилен → этанaль → этанол → уксусная кислота;

Решение

1. Ацетилен получают из 1,2-дибромэтана действием избытка спиртового раствора щелочи (двойное дегидробромирование):

$BrCH_2CH_2Br + 2KOH_{(спирт.)} \xrightarrow{t} CH \equiv CH + 2KBr + 2H_2O$

2. Этаналь (ацетальдегид) получают из ацетилена реакцией гидратации в присутствии солей ртути(II) в кислой среде (реакция Кучерова):

$CH \equiv CH + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H^+} CH_3CHO$

3. Восстановление этаналя в этанол проводят каталитическим гидрированием (водородом в присутствии катализаторов Ni, Pt, Pd):

$CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3CH_2OH$

4. Уксусную кислоту получают окислением этанола сильными окислителями, например, перманганатом калия ($KMnO_4$) в кислой среде:

$5CH_3CH_2OH + 4KMnO_4 + 6H_2SO_4 \rightarrow 5CH_3COOH + 4MnSO_4 + 2K_2SO_4 + 11H_2O$

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $2KOH_{(спирт.)}, t$; 2) $H_2O, Hg^{2+}, H^+$; 3) $H_2, Ni$; 4) $KMnO_4, H_2SO_4$.

в) бензол → циклогексан → хлорциклогексан → циклогексанол → циклогексанон;

Решение

1. Циклогексан получают из бензола каталитическим гидрированием при высокой температуре и давлении (катализатор - Ni, Pt или Pd):

$C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} C_6H_{12}$

2. Хлорциклогексан получают из циклогексана реакцией свободнорадикального замещения (хлорирование на свету):

$C_6H_{12} + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{11}Cl + HCl$

3. Циклогексанол получают из хлорциклогексана путем нуклеофильного замещения (гидролиз) действием водного раствора щелочи:

$C_6H_{11}Cl + NaOH_{(водн.)} \xrightarrow{t} C_6H_{11}OH + NaCl$

4. Окисление вторичного спирта циклогексанола в кетон циклогексанон проводят, например, дихроматом калия ($K_2Cr_2O_7$) в кислой среде:

$3C_6H_{11}OH + K_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \rightarrow 3C_6H_{10}O + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O$

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $H_2, Ni, t, p$; 2) $Cl_2, h\nu$; 3) $NaOH_{(водн.)}, t$; 4) $K_2Cr_2O_7, H_2SO_4$.

г) угарный газ → метанол → формальдегид → муравьиная кислота;

Решение

1. Метанол синтезируют из угарного газа (CO) и водорода при высокой температуре, давлении и на катализаторе (например, ZnO/Cr₂O₃):

$CO + 2H_2 \xrightarrow{кат., t, p} CH_3OH$

2. Формальдегид (метаналь) получают каталитическим окислением метанола кислородом воздуха над серебряным или медным катализатором:

$2CH_3OH + O_2 \xrightarrow{Ag, t} 2HCHO + 2H_2O$

3. Муравьиную кислоту получают окислением формальдегида. Альдегиды легко окисляются, например, гидроксидом меди(II) при нагревании:

$HCHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} HCOOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $H_2, кат., t, p$; 2) $O_2, Ag, t$; 3) $Cu(OH)_2, t$.

д) 2,2-дихлорпропан → пропин → пропанон-2 → пропанол-2 → 2-бромпропан;

Решение

1. Пропин получают из 2,2-дихлорпропана действием избытка спиртового раствора щелочи при нагревании:

$CH_3CCl_2CH_3 + 2KOH_{(спирт.)} \xrightarrow{t} CH_3C \equiv CH + 2KCl + 2H_2O$

2. Пропанон-2 получают из пропина по реакции Кучерова (гидратация в присутствии солей ртути(II) и кислоты):

$CH_3C \equiv CH + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H^+} CH_3C(O)CH_3$

3. Восстановление кетона (пропанона-2) до вторичного спирта (пропанола-2) проводят каталитическим гидрированием:

$CH_3C(O)CH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3CH(OH)CH_3$

4. 2-бромпропан получают из пропанола-2 реакцией замещения гидроксильной группы на бром при действии бромоводорода ($HBr$):

$CH_3CH(OH)CH_3 + HBr \rightarrow CH_3CH(Br)CH_3 + H_2O$

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $2KOH_{(спирт.)}, t$; 2) $H_2O, Hg^{2+}, H^+$; 3) $H_2, Ni, t$; 4) $HBr$.

е) 1-бромбутан → бутанол-1 → бутаналь → бутановая кислота;

Решение

1. Бутанол-1 получают из 1-бромбутана путем гидролиза водным раствором щелочи:

$CH_3CH_2CH_2CH_2Br + NaOH_{(водн.)} \rightarrow CH_3CH_2CH_2CH_2OH + NaBr$

2. Бутаналь получают мягким окислением первичного спирта бутанола-1. Для этого можно использовать оксид меди(II) при нагревании, чтобы избежать дальнейшего окисления до кислоты:

$CH_3CH_2CH_2CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CH_2CH_2CHO + Cu + H_2O$

3. Бутановую кислоту получают окислением бутаналя. Можно использовать аммиачный раствор оксида серебра (реактив Толленса):

$CH_3CH_2CH_2CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow CH_3CH_2CH_2COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 + H_2O$

(С последующим подкислением для получения свободной кислоты из ее аммонийной соли).

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $NaOH_{(водн.)}$; 2) $CuO, t$; 3) $[Ag(NH_3)_2]OH$.

ж) карбид кальция → ацетилен → этан → этаналь → этанол → этаналь;

Решение

1. Ацетилен получают гидролизом карбида кальция:

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 \uparrow + Ca(OH)_2$

2. Этан получают полным гидрированием ацетилена в присутствии катализатора:

$C_2H_2 + 2H_2 \xrightarrow{Ni, t} C_2H_6$

3. Прямое превращение этана в этаналь в одну стадию в лаборатории затруднительно. В промышленности используют каталитическое окисление:

$2C_2H_6 + O_2 \xrightarrow{кат., t} 2CH_3CHO + 2H_2O$

4. Этанол получают восстановлением этаналя:

$CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3CH_2OH$

5. Этаналь вновь получают мягким окислением этанола:

$CH_3CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $H_2O$; 2) $2H_2, Ni, t$; 3) $O_2, кат., t$ (промышленный способ); 4) $H_2, Ni, t$; 5) $CuO, t$.

з) этаналь → этанол → этилен → 1,2-дибромэтан → ацетилен;

Решение

1. Этанол получают восстановлением этаналя водородом на катализаторе:

$CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3CH_2OH$

2. Этилен (этен) получают дегидратацией этанола концентрированной серной кислотой при температуре выше 170°C:

$CH_3CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t > 170^\circ C} CH_2=CH_2 \uparrow + H_2O$

3. 1,2-дибромэтан получают присоединением брома к этилену (реакция с бромной водой):

$CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow BrCH_2CH_2Br$

4. Ацетилен получают из 1,2-дибромэтана действием избытка спиртового раствора щелочи:

$BrCH_2CH_2Br + 2KOH_{(спирт.)} \xrightarrow{t} CH \equiv CH \uparrow + 2KBr + 2H_2O$

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $H_2, Ni, t$; 2) $H_2SO_4(конц.), t > 170^\circ C$; 3) $Br_2$; 4) $2KOH_{(спирт.)}, t$.

и) фенол → циклогексанол → циклогексен → циклогексанол → циклогексанон.

Решение

1. Циклогексанол получают из фенола гидрированием ароматического кольца при высокой температуре и давлении на катализаторе:

$C_6H_5OH + 3H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} C_6H_{11}OH$

2. Циклогексен получают кислотной дегидратацией циклогексанола (нагревание с концентрированной серной или ортофосфорной кислотой):

$C_6H_{11}OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_6H_{10} + H_2O$

3. Циклогексанол вновь получают гидратацией циклогексена в кислой среде:

$C_6H_{10} + H_2O \xrightarrow{H^+} C_6H_{11}OH$

4. Циклогексанон получают окислением вторичного спирта циклогексанола:

$C_6H_{11}OH + CuO \xrightarrow{t} C_6H_{10}O + Cu + H_2O$

Ответ: Последовательность реагентов: 1) $3H_2, Ni, t, p$; 2) $H_2SO_4, t$; 3) $H_2O, H^+$; 4) $CuO, t$.