Номер 4, страница 54 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

4*. Как пропен и бутены реагируют с галогеноводородами? На этих примерах поясните сущность правила Марковникова.

Пропен и бутены относятся к алкенам и для них характерны реакции электрофильного присоединения по двойной связи. Реакции с галогеноводородами ($HX$, где $X$ — это $Cl$, $Br$, $I$) являются классическим примером таких превращений. Ход этих реакций для несимметричных алкенов описывается правилом Марковникова.

Пропен ($CH_3-CH=CH_2$) является несимметричным алкеном, так как атомы углерода при двойной связи соединены с разным числом атомов водорода (один и два соответственно). При присоединении к нему полярной молекулы галогеноводорода, например, бромоводорода ($HBr$), возможно образование двух изомерных продуктов: 1-бромпропана и 2-бромпропана.

Реакция протекает преимущественно с образованием 2-бромпропана в соответствии с правилом Марковникова. Это правило гласит: при присоединении полярной молекулы к несимметричному алкену атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи (т.е. к тому, который связан с большим числом атомов водорода).

В молекуле пропена $CH_3-CH^{(2)}=CH_2^{(1)}$ атом $C^{(1)}$ связан с двумя атомами водорода, а $C^{(2)}$ — с одним. Поэтому атом водорода из $HBr$ присоединяется к $C^{(1)}$, а атом брома — к $C^{(2)}$.

Уравнение реакции:

$CH_3-CH=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_3$

Механизм реакции объясняет такой результат. Реакция идет в две стадии через образование промежуточного карбкатиона. Присоединение протона $H^+$ к первому атому углерода приводит к образованию более стабильного вторичного карбкатиона, тогда как присоединение ко второму атому углерода дало бы менее стабильный первичный карбкатион.

1. Образование более стабильного вторичного карбкатиона: $CH_3-CH=CH_2 + H^+ \rightarrow CH_3-C^+H-CH_3$

2. Атака бромид-иона: $CH_3-C^+H-CH_3 + Br^- \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_3$

Ответ: Пропен реагирует с галогеноводородами по правилу Марковникова, где атом водорода присоединяется к атому углерода $CH_2$, а атом галогена — к атому $CH$. В результате преимущественно образуется 2-галогенпропан.

Бутен имеет несколько изомеров, рассмотрим реакции для бутена-1 и бутена-2.

1. Бутен-1 ($CH_3-CH_2-CH=CH_2$)

Бутен-1 является несимметричным алкеном. Его реакция с галогеноводородами также подчиняется правилу Марковникова. Атом водорода присоединяется к первому атому углерода ($CH_2$), а атом галогена — ко второму ($CH$).

Уравнение реакции:

$CH_3-CH_2-CH=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2-CH(Br)-CH_3$

Основным продуктом является 2-бромбутан, так как реакция идет через образование более стабильного вторичного карбкатиона ($CH_3-CH_2-C^+H-CH_3$).

2. Бутен-2 ($CH_3-CH=CH-CH_3$)

Бутен-2 — симметричный алкен, так как оба атома углерода при двойной связи соединены с одинаковым числом атомов водорода (по одному). В этом случае правило Марковникова в его классической формулировке неприменимо. Присоединение атома водорода к любому из этих двух атомов углерода приводит к образованию одного и того же вторичного карбкатиона, и, следовательно, образуется только один продукт — 2-галогенбутан.

Уравнение реакции:

$CH_3-CH=CH-CH_3 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2-CH(Br)-CH_3$

Ответ: Реакция несимметричного бутена-1 с галогеноводородами идет по правилу Марковникова с образованием 2-галогенбутана в качестве основного продукта. Реакция симметричного бутена-2 приводит к образованию единственного продукта — 2-галогенбутана.

На примере этих реакций можно пояснить современное понимание правила Марковникова. Оно не является эмпирическим правилом, а вытекает из механизма реакции электрофильного присоединения и стабильности промежуточных частиц — карбкатионов.

Современная формулировка правила Марковникова: реакция электрофильного присоединения к алкенам протекает через стадию образования наиболее устойчивого из возможных карбкатионов.

Стабильность карбкатионов возрастает в ряду: первичный < вторичный < третичный. Это связано со стабилизирующим влиянием алкильных групп (положительный индуктивный эффект и гиперконъюгация), которые помогают делокализовать (рассредоточить) положительный заряд на углеродном атоме.

• В случае пропена образуется более стабильный вторичный карбкатион ($CH_3-C^+H-CH_3$), а не первичный ($CH_3-CH_2-C^+H_2$).
• В случае бутена-1 также образуется более стабильный вторичный карбкатион ($CH_3-CH_2-C^+H-CH_3$), а не первичный.
• В случае 2-метилпропена ($ (CH_3)_2C=CH_2 $) реакция пойдет через образование наиболее стабильного третичного карбкатиона ($ (CH_3)_2C^+-CH_3 $), что приведет к 2-бром-2-метилпропану.

Таким образом, правило Марковникова является следствием энергетической выгодности пути реакции, проходящего через наиболее стабильное промежуточное состояние.

Ответ: Сущность правила Марковникова заключается в том, что присоединение электрофильной частицы (например, $H^+$) к двойной связи алкена происходит таким образом, чтобы образовался наиболее стабильный карбкатион, который и определяет структуру конечного продукта.