Страница 85 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.22. Предложите последовательность реакций, с помощью которой можно осуществить следующую цепочку превращений:

$\mathrm{а}) {\mathrm{С}}_2{\mathrm{Н}}_4⟶{\mathrm{С}}_2{\mathrm{Н}}_6\mathrm{О}⟶{\mathrm{С}}_2{\mathrm{Н}}_5\mathrm{Вг}⟶{\mathrm{С}}_4{\mathrm{Н}}_{10}$

$\mathrm{б}) {\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_6⟶{\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_8{\mathrm{О}}_2⟶{\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_6{\mathrm{Вг}}_2⟶{\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_4$

$\mathrm{в}) {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6⟶{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6\mathrm{O}⟶{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4\mathrm{O}⟶{\mathrm{CO}}_2$

$\mathrm{г}) {\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_6\mathrm{О}⟶{\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_8\mathrm{О}⟶{\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_6⟶{\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_8{\mathrm{О}}_2$

$\mathrm{д}) {\mathrm{С}}_4{\mathrm{Н}}_{10}⟶{\mathrm{С}}_4{\mathrm{Н}}_{10}⟶{\mathrm{С}}_4{\mathrm{Н}}_9\mathrm{Вг}⟶{\mathrm{С}}_4{\mathrm{Н}}_{10}\mathrm{О}$

а) C₂H₄ → C₂H₆O → C₂H₅Br → C₄H₁₀

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо провести следующие реакции:

1. Получение этанола (C₂H₆O) из этена (C₂H₄). Это реакция гидратации (присоединения воды), которая протекает в присутствии кислотного катализатора (например, серной или ортофосфорной кислоты) при нагревании.

$CH_2=CH_2 \text{ (этен)} + H_2O \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3-CH_2-OH \text{ (этанол)}$

2. Получение бромэтана (C₂H₅Br) из этанола (C₂H₅OH). Это реакция замещения гидроксильной группы на атом брома. Для этого можно использовать бромоводород (HBr).

$CH_3-CH_2-OH \text{ (этанол)} + HBr \xrightarrow{t} CH_3-CH_2-Br \text{ (бромэтан)} + H_2O$

3. Получение бутана (C₄H₁₀) из бромэтана (C₂H₅Br). Это реакция Вюрца, в которой происходит удвоение углеродной цепи при взаимодействии галогеналкана с металлическим натрием.

$2CH_3-CH_2-Br \text{ (бромэтан)} + 2Na \rightarrow CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \text{ (бутан)} + 2NaBr$

Ответ:

1. $C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_2H_5OH$

2. $C_2H_5OH + HBr \xrightarrow{t} C_2H_5Br + H_2O$

3. $2C_2H_5Br + 2Na \rightarrow C_4H_{10} + 2NaBr$

б) C₃H₆ → C₃H₈O₂ → C₃H₆Br₂ → C₃H₄

Данная последовательность превращений может быть осуществлена следующим образом:

1. Получение пропандиола-1,2 (C₃H₈O₂) из пропена (C₃H₆). Это реакция мягкого окисления алкенов (реакция Вагнера) с использованием водного раствора перманганата калия при низкой температуре.

$3CH_3-CH=CH_2 \text{ (пропен)} + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_3-CH(OH)-CH_2(OH) \text{ (пропандиол-1,2)} + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

2. Получение 1,2-дибромпропана (C₃H₆Br₂) из пропандиола-1,2 (C₃H₈O₂). Две гидроксильные группы замещаются на атомы брома при реакции с избытком бромоводорода.

$CH_3-CH(OH)-CH_2(OH) \text{ (пропандиол-1,2)} + 2HBr \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_2(Br) \text{ (1,2-дибромпропан)} + 2H_2O$

3. Получение пропина (C₃H₄) из 1,2-дибромпропана (C₃H₆Br₂). Это реакция дегидрогалогенирования (отщепления двух молекул HBr), которая проводится действием избытка спиртового раствора сильного основания (например, KOH) при нагревании.

$CH_3-CH(Br)-CH_2(Br) \text{ (1,2-дибромпропан)} + 2KOH \text{ (спирт.)} \xrightarrow{t} CH_3-C\equiv CH \text{ (пропин)} + 2KBr + 2H_2O$

Ответ:

1. $3C_3H_6 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3C_3H_6(OH)_2 + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

2. $C_3H_6(OH)_2 + 2HBr \rightarrow C_3H_6Br_2 + 2H_2O$

3. $C_3H_6Br_2 + 2KOH \text{ (спирт.)} \xrightarrow{t} C_3H_4 + 2KBr + 2H_2O$

в) C₆H₁₂O₆ → C₂H₆O → C₂H₄O → CO₂

Для данной цепочки превращений можно предложить следующие реакции:

1. Получение этанола (C₂H₆O) из глюкозы (C₆H₁₂O₆). Это процесс спиртового брожения, катализируемый ферментами дрожжей.

$C_6H_{12}O_6 \text{ (глюкоза)} \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH \text{ (этанол)} + 2CO_2\uparrow$

2. Получение этаналя (ацетальдегида, C₂H₄O) из этанола (C₂H₅OH). Это реакция окисления первичного спирта до альдегида. Можно использовать оксид меди(II) при нагревании.

$C_2H_5OH \text{ (этанол)} + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO \text{ (этаналь)} + Cu + H_2O$

3. Получение диоксида углерода (CO₂) из этаналя (C₂H₄O). Это реакция полного окисления (горения) этаналя в избытке кислорода.

$2CH_3CHO \text{ (этаналь)} + 5O_2 \xrightarrow{t} 4CO_2 + 4H_2O$

Ответ:

1. $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2$

2. $C_2H_5OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$

3. $2CH_3CHO + 5O_2 \xrightarrow{t} 4CO_2 + 4H_2O$

г) C₃H₆O → C₃H₈O → C₃H₆ → C₃H₈O₂

Этапы данной последовательности превращений:

1. Получение пропанола-2 (C₃H₈O) из ацетона (пропанона, C₃H₆O). Это реакция восстановления кетона до вторичного спирта путем каталитического гидрирования (присоединения водорода).

$CH_3-CO-CH_3 \text{ (ацетон)} + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH(OH)-CH_3 \text{ (пропанол-2)}$

2. Получение пропена (C₃H₆) из пропанола-2 (C₃H₈O). Это реакция внутримолекулярной дегидратации спирта, которая происходит при нагревании с концентрированной серной кислотой.

$CH_3-CH(OH)-CH_3 \text{ (пропанол-2)} \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t > 140^\circ C} CH_2=CH-CH_3 \text{ (пропен)} + H_2O$

3. Получение пропандиола-1,2 (C₃H₈O₂) из пропена (C₃H₆). Это реакция мягкого окисления (реакция Вагнера), как в пункте б).

$3CH_2=CH-CH_3 \text{ (пропен)} + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_3-CH(OH)-CH_2(OH) \text{ (пропандиол-1,2)} + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

Ответ:

1. $CH_3COCH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3CH(OH)CH_3$

2. $CH_3CH(OH)CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_3H_6 + H_2O$

3. $3C_3H_6 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3C_3H_8O_2 + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

д) C₄H₁₀ → C₄H₁₀ → C₄H₉Br → C₄H₁₀O

Цепочка превращений, включающая изомеризацию:

1. Превращение н-бутана (C₄H₁₀) в его изомер изобутан (2-метилпропан, C₄H₁₀). Это реакция каталитической изомеризации, протекающая в присутствии хлорида алюминия при нагревании.

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \text{ (н-бутан)} \xrightarrow{AlCl_3, t} (CH_3)_3CH \text{ (изобутан)}$

2. Получение 2-бром-2-метилпропана (C₄H₉Br) из изобутана (C₄H₁₀). Это реакция радикального замещения (бромирования) под действием света. Атом водорода у третичного атома углерода замещается преимущественно.

$(CH_3)_3CH \text{ (изобутан)} + Br_2 \xrightarrow{h\nu} (CH_3)_3CBr \text{ (2-бром-2-метилпропан)} + HBr$

3. Получение 2-метилпропанола-2 (трет-бутилового спирта, C₄H₁₀O) из 2-бром-2-метилпропана (C₄H₉Br). Это реакция нуклеофильного замещения (гидролиза), которая проводится действием водного раствора щелочи.

$(CH_3)_3CBr \text{ (2-бром-2-метилпропан)} + KOH \text{ (водн.)} \rightarrow (CH_3)_3COH \text{ (2-метилпропанол-2)} + KBr$

Ответ:

1. $CH_3CH_2CH_2CH_3 \xrightarrow{AlCl_3, t} (CH_3)_3CH$

2. $(CH_3)_3CH + Br_2 \xrightarrow{h\nu} (CH_3)_3CBr + HBr$

3. $(CH_3)_3CBr + KOH(водн.) \rightarrow (CH_3)_3COH + KBr$

3.23. Предложите реагенты, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, и запишите соответствующие уравнения реакций:

а) этан ⟶ хлорэтан ⟶ этанол ⟶ этаналь;

б) глюкоза ⟶ этанол ⟶ этилен ⟶ этан;

в) 3-хлорпропен ⟶ 1-хлорпропан ⟶ пропанол-1 ⟶ дипропиловый эфир;

г) карбид кальция ⟶ ацетилен ⟶ этаналь ⟶ этанол;

д) угарный газ ⟶ метанол ⟶ бромметан ⟶ этан;

е) циклогексан ⟶ хлорциклогексан ⟶ циклогексанол ⟶ циклогексиловый эфир уксусной кислоты;

ж) пропен ⟶ пропанол-2 ⟶ 2-бромпропан ⟶ пропен;

з) циклопропан ⟶ пропан ⟶ 2-бромпропан ⟶ пропанол;

и) циклогексанон ⟶ циклогексанол ⟶ циклогексен ⟶ циклогександиол-1,2;

к) 2-бромбутан ⟶ бутанол-2 ⟶ бутен-2 ⟶ бутандиол-2,3;

л) 2,2-диметилпропан ⟶ 1-бром-2,2-диметилпропан ⟶ 2,2-диметилпропанол-1 ⟶ 2,2-диметилпропаналь;

м) бутаналь ⟶ бутанол-1 ⟶ бутен-1 ⟶ бутандиол-1,2;

н) этанол ⟶ уксусная кислота ⟶ ацетат натрия ⟶ метан;

о) 2-метилпропанол-2 ⟶ 2-метилпропен ⟶ пропанон-2 ⟶ пропанол-2;

п) метан ⟶ угарный газ ⟶ метанол ⟶ метиловый эфир уксусной кислоты;

р) иодэтан ⟶ этанол ⟶ этилен ⟶ этандиол-1,2;

с) толуол ⟶ хлорметилбензол ⟶ бензиловый (фенилметиловый) спирт ⟶ дибензиловый эфир.

а) этан → хлорэтан → этанол → этаналь

Решение:

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

2. $CH_3-CH_2Cl + NaOH_{ (водн.) } \rightarrow CH_3-CH_2OH + NaCl$

3. $CH_3-CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) хлор при УФ-облучении; 2) водный раствор гидроксида натрия; 3) оксид меди(II) при нагревании.

б) глюкоза → этанол → этилен → этан

Решение:

1. $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2 \uparrow$

2. $C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.), t > 140^\circ C} CH_2=CH_2 + H_2O$

3. $CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_3$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) дрожжи (спиртовое брожение); 2) концентрированная серная кислота при нагревании свыше 140°C; 3) водород в присутствии никелевого катализатора и нагревании.

в) 3-хлорпропен → 1-хлорпропан → пропанол-1 → дипропиловый эфир

Решение:

1. $CH_2=CH-CH_2Cl + H_2 \xrightarrow{Pd} CH_3-CH_2-CH_2Cl$

2. $CH_3-CH_2-CH_2Cl + KOH_{ (водн.) } \rightarrow CH_3-CH_2-CH_2OH + KCl$

3. $2CH_3-CH_2-CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.), t \approx 140^\circ C} (CH_3CH_2CH_2)_2O + H_2O$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) водород на палладиевом катализаторе; 2) водный раствор гидроксида калия; 3) концентрированная серная кислота при нагревании около 140°C.

г) карбид кальция → ацетилен → этаналь → этанол

Решение:

1. $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow CH\equiv CH + Ca(OH)_2$

2. $CH\equiv CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} CH_3CHO$

3. $CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_2OH$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) вода; 2) вода в присутствии солей ртути(II) и серной кислоты (реакция Кучерова); 3) водород на никелевом катализаторе при нагревании.

д) угарный газ → метанол → бромметан → этан

Решение:

1. $CO + 2H_2 \xrightarrow{кат., p, t} CH_3OH$

2. $CH_3OH + HBr \rightarrow CH_3Br + H_2O$

3. $2CH_3Br + 2Na \rightarrow CH_3-CH_3 + 2NaBr$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) водород, катализатор (ZnO, Cr₂O₃), высокое давление и температура; 2) бромоводород; 3) металлический натрий (реакция Вюрца).

е) циклогексан → хлорциклогексан → циклогексанол → циклогексиловый эфир уксусной кислоты

Решение:

1. $C_6H_{12} + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{11}Cl + HCl$

2. $C_6H_{11}Cl + NaOH_{ (водн.) } \rightarrow C_6H_{11}OH + NaCl$

3. $C_6H_{11}OH + CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COOC_6H_{11} + H_2O$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) хлор при УФ-облучении; 2) водный раствор гидроксида натрия; 3) уксусная кислота в присутствии кислотного катализатора (например, $H_2SO_4$).

ж) пропен → пропанол-2 → 2-бромпропан → пропен

Решение:

1. $CH_3-CH=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH(OH)-CH_3$

2. $CH_3-CH(OH)-CH_3 + HBr \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_3 + H_2O$

3. $CH_3-CH(Br)-CH_3 + KOH_{ (спирт.) } \xrightarrow{t} CH_3-CH=CH_2 + KBr + H_2O$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) вода в кислой среде; 2) бромоводород; 3) спиртовой раствор гидроксида калия при нагревании.

з) циклопропан → пропан → 2-бромпропан → пропанол

Решение:

1. $C_3H_6(цикл) + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_2-CH_3$

2. $CH_3-CH_2-CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3-CH(Br)-CH_3 + HBr$

3. $CH_3-CH(Br)-CH_3 + NaOH_{ (водн.) } \rightarrow CH_3-CH(OH)-CH_3 + NaBr$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) водород на никелевом катализаторе при нагревании; 2) бром при УФ-облучении; 3) водный раствор гидроксида натрия (образуется пропанол-2).

и) циклогексанон → циклогексанол → циклогексен → циклогександиол-1,2

Решение:

1. $C_6H_{10}O + H_2 \xrightarrow{Ni} C_6H_{11}OH$

2. $C_6H_{11}OH \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.), t > 140^\circ C} C_6H_{10} + H_2O$

3. $3C_6H_{10} + 2KMnO_4 + 4H_2O \xrightarrow{0-5^\circ C} 3C_6H_{10}(OH)_2 + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) водород на никелевом катализаторе; 2) концентрированная серная кислота при нагревании свыше 140°C; 3) холодный водный раствор перманганата калия (реакция Вагнера).

к) 2-бромбутан → бутанол-2 → бутен-2 → бутандиол-2,3

Решение:

1. $CH_3-CH(Br)-CH_2-CH_3 + NaOH_{ (водн.) } \rightarrow CH_3-CH(OH)-CH_2-CH_3 + NaBr$

2. $CH_3-CH(OH)-CH_2-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.), t} CH_3-CH=CH-CH_3 + H_2O$

3. $3CH_3-CH=CH-CH_3 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_3-CH(OH)-CH(OH)-CH_3 + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) водный раствор гидроксида натрия; 2) концентрированная серная кислота при нагревании; 3) водный раствор перманганата калия.

л) 2,2-диметилпропан → 1-бром-2,2-диметилпропан → 2,2-диметилпропанол-1 → 2,2-диметилпропаналь

Решение:

1. $(CH_3)_4C + Br_2 \xrightarrow{h\nu} (CH_3)_3C-CH_2Br + HBr$

2. $(CH_3)_3C-CH_2Br + KOH_{ (водн.) } \rightarrow (CH_3)_3C-CH_2OH + KBr$

3. $(CH_3)_3C-CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} (CH_3)_3C-CHO + Cu + H_2O$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) бром при УФ-облучении; 2) водный раствор гидроксида калия; 3) оксид меди(II) при нагревании.

м) бутаналь → бутанол-1 → бутен-1 → бутандиол-1,2

Решение:

1. $CH_3CH_2CH_2CHO + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3CH_2CH_2CH_2OH$

2. $CH_3CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.), t} CH_3CH_2CH=CH_2 + H_2O$

3. $3CH_3CH_2CH=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_3CH_2CH(OH)CH_2OH + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) водород на никелевом катализаторе; 2) концентрированная серная кислота при нагревании; 3) водный раствор перманганата калия.

н) этанол → уксусная кислота → ацетат натрия → метан

Решение:

1. $5C_2H_5OH + 4KMnO_4 + 6H_2SO_4 \xrightarrow{t} 5CH_3COOH + 4MnSO_4 + 2K_2SO_4 + 11H_2O$

2. $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

3. $CH_3COONa + NaOH_{ (тв.) } \xrightarrow{сплавление} CH_4 \uparrow + Na_2CO_3$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) подкисленный раствор перманганата калия при нагревании; 2) гидроксид натрия; 3) твердый гидроксид натрия при сплавлении (реакция Дюма).

о) 2-метилпропанол-2 → 2-метилпропен → пропанон-2 → пропанол-2

Решение:

1. $(CH_3)_3COH \xrightarrow{H^+, t} (CH_3)_2C=CH_2 + H_2O$

2. $5(CH_3)_2C=CH_2 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \xrightarrow{t} 5(CH_3)_2C=O + 5CO_2 \uparrow + 4K_2SO_4 + 8MnSO_4 + 17H_2O$

3. $(CH_3)_2C=O + H_2 \xrightarrow{Ni} (CH_3)_2CHOH$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) кислотный катализатор и нагревание; 2) подкисленный раствор перманганата калия при нагревании; 3) водород на никелевом катализаторе.

п) метан → угарный газ → метанол → метиловый эфир уксусной кислоты

Решение:

1. $2CH_4 + O_2 \xrightarrow{t} 2CO + 4H_2$

2. $CO + 2H_2 \xrightarrow{кат., p, t} CH_3OH$

3. $CH_3OH + CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COOCH_3 + H_2O$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) недостаток кислорода при высокой температуре (неполное сгорание); 2) водород, катализатор, высокое давление и температура; 3) уксусная кислота в присутствии кислотного катализатора.

р) иодэтан → этанол → этилен → этандиол-1,2

Решение:

1. $C_2H_5I + NaOH_{ (водн.) } \rightarrow C_2H_5OH + NaI$

2. $C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.), t > 140^\circ C} CH_2=CH_2 + H_2O$

3. $3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HO-CH_2-CH_2-OH + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) водный раствор гидроксида натрия; 2) концентрированная серная кислота при нагревании свыше 140°C; 3) водный раствор перманганата калия.

с) толуол → хлорметилбензол → бензиловый (фенилметиловый) спирт → дибензиловый эфир

Решение:

1. $C_6H_5CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CH_2Cl + HCl$

2. $C_6H_5CH_2Cl + NaOH_{ (водн.) } \rightarrow C_6H_5CH_2OH + NaCl$

3. $2C_6H_5CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} (C_6H_5CH_2)_2O + H_2O$

Ответ: Для осуществления превращений необходимы: 1) хлор при УФ-облучении; 2) водный раствор гидроксида натрия; 3) серная кислота при нагревании.