Номер 123, страница 157 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.123. Органическое соединение А с молекулярной формулой ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_7\mathrm{ON}$ при действии избытка хлороводорода образует вещество Б состава ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_7{\mathrm{NCl}}_2.$ При каталитическом гидрировании А превращается в соединение В состава ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{13}\mathrm{ON},$ а при кипячении с нейтральным раствором перманганата калия даёт вещество Г состава ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_4{\mathrm{O}}_2\mathrm{NK}.$ При действии ацетилхлорида исходное соединение А превращается в соединение Д состава ${\mathrm{C}}_8{\mathrm{H}}_{10}{\mathrm{O}}_2\mathrm{NCl},$ которое при действии гидрокарбоната калия превращается в соединение Е состава ${\mathrm{C}}_8{\mathrm{H}}_9{\mathrm{O}}_2\mathrm{N}.$ Предложите возможные структурные формулы веществ А–Е и составьте уравнения всех реакций.

Определение структуры соединения А

Молекулярная формула соединения А – $C_6H_7ON$. Рассчитаем степень ненасыщенности (число двойных связей и циклов): $DBE = c - h/2 + n/2 + 1 = 6 - 7/2 + 1/2 + 1 = 4$. Такое значение характерно для ароматических соединений.

Анализ превращений позволяет установить структуру А:

• Каталитическое гидрирование до В ($C_6H_{13}ON$) соответствует присоединению трех молекул водорода ($C_6H_7ON + 3H_2 \rightarrow C_6H_{13}ON$), что подтверждает наличие ароматического кольца.
• Реакция с ацетилхлоридом ($CH_3COCl$) до Д ($C_8H_{10}O_2NCl$) указывает на наличие ацилируемой группы (вероятно, $-OH$) и основного центра (атом азота), который образует соль с побочным продуктом $HCl$.
• Окисление А до Г ($C_6H_4O_2NK$) и другие реакции наиболее полно соответствуют структуре 2-гидрокси-4-метилпиридина, который существует в таутомерном равновесии с 4-метил-2-пиридоном.

Ответ: Соединение А – 2-гидрокси-4-метилпиридин.

2. Образование соединения Б

Соединение Б ($C_6H_7NCl_2$) образуется при действии избытка хлороводорода на А. Происходит замещение гидроксильной группы на атом хлора и протонирование атома азота с образованием соли.

Уравнение реакции:

Ответ: Соединение Б ($C_6H_7NCl_2$) – хлорид 2-хлор-4-метилпиридиния.

3. Образование соединения В

При каталитическом гидрировании А ароматическое кольцо восстанавливается до пиперидинового с образованием В ($C_6H_{13}ON$).

Уравнение реакции:

Ответ: Соединение В ($C_6H_{13}ON$) – 2-гидрокси-4-метилпиперидин.

4. Образование соединения Г

При кипячении А с нейтральным раствором перманганата калия метильная группа окисляется до карбоксильной, а гидроксильная группа отщепляется. Образуется калиевая соль изоникотиновой (пиридин-4-карбоновой) кислоты (Г) состава $C_6H_4O_2NK$.

Уравнение реакции (схема):

Ответ: Соединение Г ($C_6H_4O_2NK$) – изоникотинат калия (пиридин-4-карбоксилат калия).

5. Образование соединений Д и Е

При действии ацетилхлорида на А происходит ацилирование гидроксильной группы и образование соли Д ($C_8H_{10}O_2NCl$) с выделяющимся $HCl$. Последующая обработка соли Д слабым основанием ($KHCO_3$) приводит к нейтрализации и образованию свободного основания Е ($C_8H_9O_2N$).

Уравнения реакций:

Ответ: Соединение Д ($C_8H_{10}O_2NCl$) – хлорид 2-ацетокси-4-метилпиридиния.
Соединение Е ($C_8H_9O_2N$) – 2-ацетокси-4-метилпиридин.