Номер 110, страница 155 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.110. Установите соответствие между гетероциклом и реагентом, который нужно добавить к гександиону-2,5, чтобы получить указанный гетероцикл.

Решение

Для решения данной задачи необходимо знать методы синтеза пятичленных гетероциклических соединений из 1,4-дикарбонильных соединений, известные как синтез Пааля-Кнорра. Исходным веществом является гександион-2,5, имеющий следующую структуру:

$CH_3-C(O)-CH_2-CH_2-C(O)-CH_3$

Это соединение способно к кето-енольной таутомерии, и его диенольная форма является ключевым интермедиатом в реакциях циклизации:

$CH_3-C(O)-CH_2-CH_2-C(O)-CH_3 \rightleftharpoons CH_3-C(OH)=CH-CH=C(OH)-CH_3$

А) 2,5-диметилфуран

2,5-диметилфуран — это пятичленный гетероцикл с атомом кислорода. Его получают из гександиона-2,5 путем внутримолекулярной дегидратации (отщепления воды) его диенольной формы. Этот процесс обычно катализируется сильной кислотой (например, серной или соляной) при нагревании. Кислота протонирует гидроксильные группы енола, облегчая их уход в виде молекулы воды и последующее замыкание цикла.

Схема реакции:

$CH_3C(O)CH_2CH_2C(O)CH_3 \xrightarrow{H^+, \Delta} \text{2,5-диметилфуран} + H_2O$

Таким образом, для получения 2,5-диметилфурана к гександиону-2,5 необходимо добавить кислоту.

Ответ: 2) кислота

Б) 2,5-диметилпиррол

2,5-диметилпиррол — это пятичленный гетероцикл с атомом азота. По методу Пааля-Кнорра, пирролы синтезируют реакцией 1,4-дикарбонильных соединений с аммиаком ($NH_3$) или первичными аминами. Атом азота из аммиака встраивается в цикл, замещая атомы кислорода карбонильных групп. Реакция включает стадии образования имина, циклизации и дегидратации.

Схема реакции:

$CH_3C(O)CH_2CH_2C(O)CH_3 + NH_3 \xrightarrow{\Delta} \text{2,5-диметилпиррол} + 2H_2O$

Следовательно, для получения 2,5-диметилпиррола необходим аммиак.

Ответ: 3) аммиак

В) 2,5-диметилтиофен

2,5-диметилтиофен — это пятичленный гетероцикл с атомом серы. Для его синтеза по методу Пааля-Кнорра необходимо заменить атомы кислорода в гександионе-2,5 на атомы серы. Для этого используют сульфирующие (тионирующие) реагенты. Классическим реагентом для такого превращения является сульфид фосфора(V) ($P_2S_5$, который существует в виде димера $P_4S_{10}$). Он эффективно заменяет карбонильные атомы кислорода на серу, после чего происходит циклизация.

Схема реакции (упрощенно):

$CH_3C(O)CH_2CH_2C(O)CH_3 + P_2S_5 \xrightarrow{\Delta} \text{2,5-диметилтиофен}$

Таким образом, для синтеза 2,5-диметилтиофена используют сульфид фосфора(V).

Ответ: 5) сульфид фосфора (V)