Номер 156, страница 182 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.156. Получите стирол из фенилаланина.

Синтез стирола из фенилаланина можно провести в несколько стадий, последовательно преобразуя функциональные группы аминокислоты. Общая стратегия заключается в замене аминогруппы на гидроксильную, последующей дегидратации и, наконец, декарбоксилировании.

Решение

Исходное вещество — фенилаланин, α-аминокислота со структурной формулой:

$$ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}(\text{NH}_2)\text{COOH} $$

Конечный продукт — стирол (винилбензол), ароматический углеводород со структурной формулой:

$$ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH=CH}_2 $$

Цепочка превращений выглядит следующим образом:

1. Дезаминирование фенилаланина с получением 2-гидрокси-3-фенилпропановой (фенилмолочной) кислоты

Первичную аминогруппу в фенилаланине можно заменить на гидроксильную группу посредством реакции диазотирования. Для этого фенилаланин обрабатывают азотистой кислотой $ \text{HNO}_2 $, которую получают непосредственно в реакционной смеси (in situ) из нитрита натрия $ \text{NaNO}_2 $ и сильной кислоты (например, $ \text{HCl} $) при низкой температуре (0–5 °C). Образующаяся соль диазония нестабильна и при слабом нагревании разлагается с выделением газообразного азота $ \text{N}_2 $ и образованием соответствующей гидроксикислоты — фенилмолочной кислоты.

$$ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\underset{\text{Фенилаланин}}{\text{CH}(\text{NH}_2)\text{COOH}} + \text{NaNO}_2 + \text{HCl} \xrightarrow{0-5^\circ\text{C}} \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\underset{\text{Фенилмолочная кислота}}{\text{CH}(\text{OH})\text{COOH}} + \text{N}_2\uparrow + \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} $$

2. Дегидратация фенилмолочной кислоты с получением коричной кислоты

На второй стадии полученную фенилмолочную кислоту подвергают реакции дегидратации (отщеплению молекулы воды). Это достигается путем нагревания в присутствии водоотнимающего средства, например, концентрированной серной кислоты. Происходит элиминирование гидроксильной группы от α-атома углерода и атома водорода от β-атома углерода с образованием двойной связи. Продуктом реакции является коричная (3-фенилпропеновая) кислота.

$$ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}(\text{OH})\text{COOH} \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4(\text{конц.}), t^\circ} \text{C}_6\text{H}_5\underset{\text{Коричная кислота}}{\text{CH=CHCOOH}} + \text{H}_2\text{O} $$

3. Декарбоксилирование коричной кислоты с получением стирола

На заключительном этапе необходимо удалить карбоксильную группу $(-\text{COOH})$ из молекулы коричной кислоты. Реакция декарбоксилирования α,β-ненасыщенных кислот, к которым относится коричная кислота, происходит при сильном нагревании, часто в присутствии катализаторов, таких как оксид меди(II) или хинолин. В результате отщепляется молекула диоксида углерода $ \text{CO}_2 $ и образуется целевой продукт — стирол.

$$ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH=CHCOOH} \xrightarrow{t^\circ, \text{кат.}} \text{C}_6\text{H}_5\underset{\text{Стирол}}{\text{CH=CH}_2} + \text{CO}_2\uparrow $$

Ответ:

Стирол можно получить из фенилаланина по следующей трехстадийной схеме:

$$ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}(\text{NH}_2)\text{COOH} \xrightarrow{1. \text{ NaNO}_2, \text{HCl}} \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}(\text{OH})\text{COOH} \xrightarrow{2. \text{ H}_2\text{SO}_4, t^\circ} \text{C}_6\text{H}_5\text{CH=CHCOOH} \xrightarrow{3. \ t^\circ, \text{кат.}} \text{C}_6\text{H}_5\text{CH=CH}_2 $$