Номер 155, страница 182 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.155. Получите акриловую кислоту из аланина.

Решение

Для получения акриловой кислоты из аланина необходимо провести последовательность из двух химических превращений. Исходное вещество, аланин ($CH_3-CH(NH_2)-COOH$), является $\alpha$-аминокислотой. Целевой продукт, акриловая кислота ($CH_2=CH-COOH$), является непредельной карбоновой кислотой. Превращение включает в себя замену аминогруппы на гидроксильную группу с последующей дегидратацией (отщеплением воды).

Стадия 1: Получение молочной кислоты из аланина (дезаминирование)

Аминогруппу в аланине необходимо заменить на гидроксильную группу. Это достигается реакцией с азотистой кислотой ($HNO_2$), которую обычно получают непосредственно в реакционной смеси (in situ) из нитрита натрия ($NaNO_2$) и сильной кислоты (например, $HCl$). Аминогруппа вступает в реакцию диазотирования, образуя нестабильное диазониевое соединение. Диазониевая группа ($-N_2^+$) является очень хорошей уходящей группой и легко отщепляется в виде молекулы азота ($N_2$). В водной среде образующийся на ее месте карбокатион реагирует с водой, что приводит к замене аминогруппы на гидроксильную. В результате из аланина (2-аминопропановой кислоты) образуется молочная кислота (2-гидроксипропановая кислота).

Суммарное уравнение реакции на этой стадии:
$CH_3-CH(NH_2)-COOH + NaNO_2 + HCl \rightarrow CH_3-CH(OH)-COOH + N_2 \uparrow + NaCl + H_2O$

Стадия 2: Получение акриловой кислоты из молочной кислоты (дегидратация)

На второй стадии полученную молочную кислоту необходимо дегидратировать, то есть отщепить от неё молекулу воды, чтобы образовать двойную связь. Для этого от $\alpha$-атома углерода отщепляется гидроксильная группа ($-OH$), а от $\beta$-атома углерода (из группы $-CH_3$) — атом водорода. Эту реакцию элиминирования проводят при нагревании в присутствии сильного водоотнимающего реагента, такого как концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) или фосфорная кислота ($H_3PO_4$).

Уравнение реакции:
$CH_3-CH(OH)-COOH \xrightarrow{H_2SO_4, \ t^\circ} CH_2=CH-COOH + H_2O$

Ответ: Акриловую кислоту из аланина можно получить в две стадии. Сначала аланин подвергают дезаминированию действием азотистой кислоты (получаемой из $NaNO_2$ и $HCl$), в результате чего образуется молочная кислота. Затем молочную кислоту дегидратируют при нагревании с концентрированной серной кислотой, получая акриловую кислоту. Общая схема превращений:
$CH_3CH(NH_2)COOH \xrightarrow{NaNO_2, HCl} CH_3CH(OH)COOH \xrightarrow{H_2SO_4, t^\circ} CH_2=CH-COOH$