Страница 115 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.172. Определите неизвестные вещества в цепочках превращений и запишите соответствующие уравнения реакций:

a) 1. Реакция галогенирования уксусной кислоты на свету (радикальное замещение в $\alpha$-положении):

$CH_3COOH + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} ClCH_2COOH + HCl$

$X_1$ - хлоруксусная кислота ($ClCH_2COOH$).

2. Реакция этерификации хлоруксусной кислоты метанолом в кислой среде:

$ClCH_2COOH + CH_3OH \xrightarrow{H^+} ClCH_2COOCH_3 + H_2O$

$X_2$ - метилхлорацетат ($ClCH_2COOCH_3$).

3. Реакция нуклеофильного замещения (цианирования):

$ClCH_2COOCH_3 + NaCN \rightarrow NC-CH_2COOCH_3 + NaCl$

$X_3$ - метилцианоацетат ($NC-CH_2COOCH_3$).

Ответ: $X_1$ - хлоруксусная кислота ($ClCH_2COOH$), $X_2$ - метилхлорацетат ($ClCH_2COOCH_3$), $X_3$ - метилцианоацетат ($NC-CH_2COOCH_3$).

б) 1. Жёсткое окисление бутена-1 перманганатом калия в кислой среде. Происходит разрыв двойной связи:

$5CH_3CH_2CH=CH_2 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \xrightarrow{t} 5CH_3CH_2COOH + 5CO_2 \uparrow + 4K_2SO_4 + 8MnSO_4 + 17H_2O$

$X_1$ - пропановая (пропионовая) кислота ($CH_3CH_2COOH$).

2. Получение хлорангидрида из карбоновой кислоты:

$3CH_3CH_2COOH + PCl_3 \rightarrow 3CH_3CH_2COCl + H_3PO_3$

$X_2$ - пропаноилхлорид ($CH_3CH_2COCl$).

3. Реакция Фриделя-Крафтса (ацилирование бензола):

$CH_3CH_2COCl + C_6H_6 \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5-CO-CH_2CH_3 + HCl$

$X_3$ - пропиофенон (1-фенилпропан-1-он) ($C_6H_5COCH_2CH_3$).

Ответ: $X_1$ - пропановая кислота ($CH_3CH_2COOH$), $X_2$ - пропаноилхлорид ($CH_3CH_2COCl$), $X_3$ - пропиофенон ($C_6H_5COCH_2CH_3$).

в) 1. Радикальное бромирование циклогексана на свету:

$C_6H_{12} + Br_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{11}Br + HBr$

$X_1$ - бромциклогексан ($C_6H_{11}Br$).

2. Нуклеофильное замещение брома на нитрильную группу:

$C_6H_{11}Br + NaCN \rightarrow C_6H_{11}CN + NaBr$

$X_2$ - циклогексанкарбонитрил ($C_6H_{11}CN$).

3. Кислотный гидролиз нитрила до карбоновой кислоты:

$C_6H_{11}CN + 2H_2O \xrightarrow{H^+} C_6H_{11}COOH + NH_3$

$X_3$ - циклогексанкарбоновая кислота ($C_6H_{11}COOH$).

4. Реакция этерификации циклогексанкарбоновой кислоты этанолом:

$C_6H_{11}COOH + C_2H_5OH \xrightarrow{H^+} C_6H_{11}COOC_2H_5 + H_2O$

$X_4$ - этилциклогексанкарбоксилат ($C_6H_{11}COOC_2H_5$).

Ответ: $X_1$ - бромциклогексан, $X_2$ - циклогексанкарбонитрил, $X_3$ - циклогексанкарбоновая кислота, $X_4$ - этилциклогексанкарбоксилат.

г) 1. Жёсткое окисление гексина-3 перманганатом калия. Происходит разрыв тройной связи с образованием двух молекул карбоновой кислоты:

$5CH_3CH_2-C \equiv C-CH_2CH_3 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \xrightarrow{t} 10CH_3CH_2COOH + 4K_2SO_4 + 8MnSO_4 + 2H_2O$

$X_1$ - пропановая (пропионовая) кислота ($CH_3CH_2COOH$).

2. Нейтрализация кислоты щёлочью:

$CH_3CH_2COOH + NaOH \rightarrow CH_3CH_2COONa + H_2O$

$X_2$ - пропаноат натрия ($CH_3CH_2COONa$).

3. Декарбоксилирование (реакция Дюма) при сплавлении соли со щёлочью:

$CH_3CH_2COONa + NaOH \xrightarrow{t} CH_3-CH_3 + Na_2CO_3$

$X_3$ - этан ($C_2H_6$).

Ответ: $X_1$ - пропановая кислота ($CH_3CH_2COOH$), $X_2$ - пропаноат натрия ($CH_3CH_2COONa$), $X_3$ - этан ($C_2H_6$).

д) 1. Окисление первичного спирта (бутанола-1) оксидом меди(II) до альдегида:

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

$X_1$ - бутаналь ($CH_3CH_2CH_2CHO$).

2. Окисление альдегида гидроксидом меди(II) до карбоновой кислоты:

$CH_3CH_2CH_2CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CH_3CH_2CH_2COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

$X_2$ - бутановая (масляная) кислота ($CH_3CH_2CH_2COOH$).

3. Нейтрализация кислоты щёлочью:

$CH_3CH_2CH_2COOH + NaOH \rightarrow CH_3CH_2CH_2COONa + H_2O$

$X_3$ - бутаноат натрия ($CH_3CH_2CH_2COONa$).

4. Электролиз водного раствора соли карбоновой кислоты (реакция Кольбе):

$2CH_3CH_2CH_2COONa + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} CH_3(CH_2)_4CH_3 + 2CO_2 \uparrow + 2NaOH + H_2 \uparrow$

$X_4$ - гексан ($C_6H_{14}$).

Ответ: $X_1$ - бутаналь, $X_2$ - бутановая кислота, $X_3$ - бутаноат натрия, $X_4$ - гексан.

e) 1. Окисление толуола (гомолога бензола) перманганатом калия в кислой среде. Окисляется боковая цепь:

$5C_6H_5CH_3 + 6KMnO_4 + 9H_2SO_4 \xrightarrow{t} 5C_6H_5COOH + 3K_2SO_4 + 6MnSO_4 + 14H_2O$

$X_1$ - бензойная кислота ($C_6H_5COOH$).

2. Нейтрализация кислоты щёлочью:

$C_6H_5COOH + NaOH \rightarrow C_6H_5COONa + H_2O$

$X_2$ - бензоат натрия ($C_6H_5COONa$).

3. Декарбоксилирование при сплавлении соли со щёлочью:

$C_6H_5COONa + NaOH \xrightarrow{t} C_6H_6 + Na_2CO_3$

$X_3$ - бензол ($C_6H_6$).

4. Нитрование бензола смесью азотной и серной кислот:

$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O$

$X_4$ - нитробензол ($C_6H_5NO_2$).

Ответ: $X_1$ - бензойная кислота, $X_2$ - бензоат натрия, $X_3$ - бензол, $X_4$ - нитробензол.

ж) 1. Окисление пропаналя перманганатом калия в кислой среде до карбоновой кислоты:

$5CH_3CH_2CHO + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow 5CH_3CH_2COOH + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 3H_2O$

$X_1$ - пропановая кислота ($CH_3CH_2COOH$).

2. Реакция Геля-Фольгарда-Зелинского (бромирование в $\alpha$-положение):

$CH_3CH_2COOH + Br_2 \xrightarrow{P_{красн.}} CH_3CH(Br)COOH + HBr$

$X_2$ - 2-бромпропановая кислота ($CH_3CH(Br)COOH$).

3. Реакция этерификации 2-бромпропановой кислоты метанолом:

$CH_3CH(Br)COOH + CH_3OH \xrightarrow{H^+} CH_3CH(Br)COOCH_3 + H_2O$

$X_3$ - метил-2-бромпропаноат ($CH_3CH(Br)COOCH_3$).

4. Щелочной гидролиз, включающий замещение брома и гидролиз сложноэфирной группы:

$CH_3CH(Br)COOCH_3 + 3NaOH \xrightarrow{H_2O, t} CH_3CH(OH)COONa + NaBr + CH_3OH + H_2O$

$X_4$ - 2-гидроксипропаноат натрия (лактат натрия) ($CH_3CH(OH)COONa$).

Ответ: $X_1$ - пропановая кислота, $X_2$ - 2-бромпропановая кислота, $X_3$ - метил-2-бромпропаноат, $X_4$ - 2-гидроксипропаноат натрия.

з) 1. Карбонилирование метанола (процесс Монсанто):

$CH_3OH + CO \xrightarrow{[Rh]} CH_3COOH$

$X_1$ - уксусная кислота ($CH_3COOH$).

2. Нейтрализация кислоты щёлочью:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

$X_2$ - ацетат натрия ($CH_3COONa$).

3. Электролиз водного раствора ацетата натрия (реакция Кольбе):

$2CH_3COONa + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} CH_3-CH_3 + 2CO_2 \uparrow + 2NaOH + H_2 \uparrow$

$X_3$ - этан ($C_2H_6$).

4. Радикальное хлорирование этана на свету:

$CH_3-CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3-CH_2Cl + HCl$

$X_4$ - хлорэтан ($C_2H_5Cl$).

Ответ: $X_1$ - уксусная кислота, $X_2$ - ацетат натрия, $X_3$ - этан, $X_4$ - хлорэтан.

и) 1. Каталитическое гидрирование (восстановление) ацетона до вторичного спирта:

$CH_3-CO-CH_3 + H_2 \xrightarrow{кат.} CH_3-CH(OH)-CH_3$

$X_1$ - пропанол-2 (изопропиловый спирт) ($CH_3CH(OH)CH_3$).

2. Замещение гидроксильной группы на хлор:

$CH_3CH(OH)CH_3 + PCl_5 \rightarrow CH_3CHClCH_3 + POCl_3 + HCl$

$X_2$ - 2-хлорпропан ($CH_3CHClCH_3$).

3. Нуклеофильное замещение хлора на нитрильную группу:

$CH_3CHClCH_3 + NaCN \rightarrow CH_3CH(CN)CH_3 + NaCl$

$X_3$ - 2-метилпропаннитрил ($CH_3CH(CN)CH_3$).

4. Кислотный гидролиз нитрила до карбоновой кислоты:

$CH_3CH(CN)CH_3 + 2H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3CH(COOH)CH_3 + NH_3$

$X_4$ - 2-метилпропановая (изомасляная) кислота ($(CH_3)_2CHCOOH$).

Ответ: $X_1$ - пропанол-2, $X_2$ - 2-хлорпропан, $X_3$ - 2-метилпропаннитрил, $X_4$ - 2-метилпропановая кислота.

к) 1. Гидратация ацетилена (реакция Кучерова):

$HC \equiv CH + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H^+} [CH_2=CHOH] \rightarrow CH_3-CHO$

$X_1$ - этаналь (уксусный альдегид) ($CH_3CHO$).

2. Окисление альдегида аммиачным раствором оксида серебра (реакция "серебряного зеркала"):

$CH_3CHO + Ag_2O \xrightarrow{NH_3 \cdot H_2O} CH_3COOH + 2Ag \downarrow$

(Продуктом в растворе является ацетат аммония, но для последующей реакции со щёлочью можно рассматривать кислоту).

$X_2$ - уксусная кислота ($CH_3COOH$).

3. Нейтрализация кислоты щёлочью:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

$X_3$ - ацетат натрия ($CH_3COONa$).

4. Электролиз водного раствора ацетата натрия (реакция Кольбе):

$2CH_3COONa + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} CH_3-CH_3 + 2CO_2 \uparrow + 2NaOH + H_2 \uparrow$

$X_4$ - этан ($C_2H_6$).

Ответ: $X_1$ - этаналь, $X_2$ - уксусная кислота, $X_3$ - ацетат натрия, $X_4$ - этан.