Номер 4, страница 173 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

4*. Сравните свойства:

a) аминов предельного ряда и анилина;

б) спиртов предельного ряда и фенола.

Какие свойства у этих веществ сходны и чем они отличаются друг от друга? Почему? Составьте уравнения реакций, подтверждающие выводы.

а) аминов предельного ряда и анилина

Сравним свойства аминов предельного ряда (на примере метиламина, $CH_3NH_2$) и ароматического амина анилина ($C_6H_5NH_2$).

Сходные свойства:

И предельные амины, и анилин являются органическими производными аммиака ($NH_3$), в молекулах которых атом водорода замещен на углеводородный радикал. Наличие у атома азота неподеленной электронной пары обуславливает их общие свойства – способность проявлять основные свойства и реагировать с кислотами с образованием солей.

Уравнение реакции метиламина с соляной кислотой:

$CH_3NH_2 + HCl \rightarrow [CH_3NH_3]^+Cl^-$ (хлорид метиламмония)

Уравнение реакции анилина с соляной кислотой:

$C_6H_5NH_2 + HCl \rightarrow [C_6H_5NH_3]^+Cl^-$ (хлорид фениламмония)

Отличительные свойства и их причины:

Основное различие заключается в силе основных свойств, что обусловлено взаимным влиянием атомов в молекулах.

1. Основные свойства. Амины предельного ряда являются более сильными основаниями, чем аммиак и, тем более, чем анилин. Анилин — очень слабое основание, его водные растворы не окрашивают лакмус в синий цвет.

Причина: В предельных аминах алкильный радикал (например, $-CH_3$) проявляет положительный индуктивный эффект (+I), смещая электронную плотность к атому азота. Это увеличивает электронную плотность на атоме азота, и его неподеленная электронная пара легче присоединяет протон ($H^+$). В анилине бензольное кольцо ($C_6H_5-$) оттягивает неподеленную электронную пару атома азота, вовлекая ее в единую $\pi$-систему кольца (отрицательный мезомерный эффект, -M). Это, наоборот, уменьшает электронную плотность на атоме азота, что резко ослабляет его основные свойства.

2. Реакции с участием углеводородного радикала. Анилин, в отличие от предельных аминов, легко вступает в реакции электрофильного замещения по бензольному кольцу. Аминогруппа ($-NH_2$) является сильным активатором и направляет замещение в орто- и пара-положения. Качественной реакцией на анилин является его взаимодействие с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-триброманилина. Предельные амины в такую реакцию не вступают.

Уравнение реакции анилина с бромной водой:

$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3NH_2 \downarrow + 3HBr$

Ответ: Сходство аминов предельного ряда и анилина заключается в наличии аминогруппы, что обуславливает их основные свойства (реакция с кислотами). Различие состоит в силе этих свойств: предельные амины — более сильные основания из-за +I эффекта алкильного радикала, а анилин — очень слабое основание из-за -M эффекта бензольного кольца. Также анилин, в отличие от предельных аминов, легко вступает в реакции замещения по ароматическому кольцу (например, с бромной водой).

б) спиртов предельного ряда и фенола

Сравним свойства спиртов предельного ряда (на примере этанола, $C_2H_5OH$) и фенола ($C_6H_5OH$).

Сходные свойства:

И предельные спирты, и фенол содержат в молекуле гидроксильную группу ($-OH$), что определяет их принадлежность к одному классу соединений. Наличие этой группы обуславливает их способность реагировать с активными металлами (например, натрием) с выделением водорода. Эта реакция демонстрирует наличие у обоих веществ очень слабых кислотных свойств.

Уравнение реакции этанола с натрием:

$2C_2H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2 \uparrow$ (этилат натрия)

Уравнение реакции фенола с натрием:

$2C_6H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_6H_5ONa + H_2 \uparrow$ (фенолят натрия)

Отличительные свойства и их причины:

Различия в свойствах также объясняются взаимным влиянием атомов в молекулах.

1. Кислотные свойства. Фенол проявляет значительно более сильные кислотные свойства, чем предельные спирты. Фенол — слабая кислота (старое название — карболовая кислота), которая реагирует не только с активными металлами, но и со щелочами. Спирты являются практически нейтральными соединениями (их кислотные свойства слабее, чем у воды) и со щелочами не реагируют.

Причина: В молекуле фенола неподеленные электронные пары атома кислорода вступают в сопряжение с $\pi$-системой бензольного кольца. Это приводит к смещению электронной плотности от гидроксильной группы к кольцу, что усиливает полярность связи $O-H$ и облегчает отщепление протона ($H^+$). Образующийся фенолят-ион ($C_6H_5O^-$) стабилизирован за счет делокализации (рассредоточения) отрицательного заряда по всему бензольному кольцу. В спиртах алкильный радикал (например, $-C_2H_5$) оказывает положительный индуктивный эффект (+I), наоборот, повышая электронную плотность на атоме кислорода и уменьшая полярность связи $O-H$. Это делает спирты еще более слабыми кислотами, чем вода.

Уравнение реакции фенола со щелочью:

$C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$

Этанол со щелочью не реагирует:

$C_2H_5OH + NaOH \nrightarrow$

2. Реакции с участием углеводородного радикала. Подобно анилину, фенол легко вступает в реакции электрофильного замещения по бензольному кольцу. Гидроксильная группа ($-OH$) является сильным активатором и направляет замещение в орто- и пара-положения. Качественной реакцией на фенол является его взаимодействие с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола. Предельные спирты в эту реакцию не вступают.

Уравнение реакции фенола с бромной водой:

$C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH \downarrow + 3HBr$

Ответ: Сходство спиртов и фенола заключается в наличии гидроксильной группы, которая может реагировать с активными металлами. Различие проявляется в силе кислотных свойств: фенол — слабая кислота, реагирующая со щелочами, из-за влияния бензольного кольца (сопряжение), а спирты — нейтральные соединения, не реагирующие со щелочами, из-за +I эффекта алкильного радикала. Также фенол, в отличие от спиртов, активно вступает в реакции замещения по ароматическому кольцу.