Номер 11, страница 277 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 38. Кислород и озон. Пероксид водорода - номер 11, страница 277.

Условие.

11. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ:

$н$-бутан $\xrightarrow{\text{Br}_2, h\nu}$ $X{_1}$ $\xrightarrow{\text{KOH (спирт)}}$ $X{_2}$ $\xrightarrow{\text{O}_3}$ $X{_3}$ $\xrightarrow{[\text{Ag(NH}_3)_2]\text{OH}}$ $X{_4}$ $\xrightarrow{\text{NaOH}, t}$ $X{_5}$

Решение.

Решение 2.

Решение

1. $н-бутан \xrightarrow{Br_2, h\nu} X_1$

Первая стадия — это реакция радикального галогенирования алкана (н-бутана) бромом под действием ультрафиолетового света ($h\nu$). В ходе этой реакции атом водорода в молекуле алкана замещается на атом брома. По правилу Марковникова для радикальных реакций (учитывая большую стабильность вторичного радикала по сравнению с первичным), замещение преимущественно происходит у вторичного атома углерода. Таким образом, вещество $X_1$ — это 2-бромбутан.

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

Ответ: $X_1$ — 2-бромбутан ($CH_3-CH(Br)-CH_2-CH_3$).

2. $X_1 \xrightarrow{KOH (спирт)} X_2$

Вторая стадия — дегидрогалогенирование 2-бромбутана под действием спиртового раствора гидроксида калия. Это реакция элиминирования (отщепления), в результате которой образуется алкен. Отщепление происходит по правилу Зайцева: атом водорода отщепляется от соседнего, наименее гидрогенизированного атома углерода. В данном случае водород отщепляется от третьего атома углерода, что приводит к образованию бутена-2 ($X_2$).

$CH_3-CH(Br)-CH_2-CH_3 + KOH \xrightarrow{спирт, t} CH_3-CH=CH-CH_3 + KBr + H_2O$

Ответ: $X_2$ — бутен-2 ($CH_3-CH=CH-CH_3$).

3. $X_2 \xrightarrow{O_3} X_3$

Третья стадия — озонолиз бутена-2. Озон ($O_3$) разрывает двойную связь в молекуле алкена. Поскольку молекула бутена-2 симметрична, при разрыве двойной связи образуются две одинаковые молекулы. При последующей обработке (обычно восстановительной, например, цинком в воде), которая подразумевается в таких схемах, из каждой части молекулы образуется альдегид. Таким образом, вещество $X_3$ — это этаналь (уксусный альдегид).

$CH_3-CH=CH-CH_3 \xrightarrow{1) O_3 \quad 2) Zn/H_2O} 2CH_3-CHO$

Ответ: $X_3$ — этаналь ($CH_3-CHO$).

4. $X_3 \xrightarrow{[Ag(NH_3)_2]OH} X_4$

Четвертая стадия — реакция «серебряного зеркала». Этаналь ($X_3$) окисляется аммиачным раствором оксида серебра (реактивом Толленса). Альдегидная группа окисляется до карбоксильной, которая в щелочной аммиачной среде образует соль — ацетат аммония ($X_4$). Серебро при этом восстанавливается до металлического состояния и выпадает в осадок.

$CH_3-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow CH_3-COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 + H_2O$

Ответ: $X_4$ — ацетат аммония ($CH_3-COONH_4$).

5. $X_4 \xrightarrow{NaOH, t} X_5$

Пятая стадия — реакция декарбоксилирования (реакция Дюма). При сплавлении солей карбоновых кислот с твердой щелочью ($NaOH$) происходит отщепление карбоксильной группы с образованием алкана, содержащего на один атом углерода меньше. Ацетат аммония ($X_4$) сначала реагирует с избытком $NaOH$ с образованием ацетата натрия, который затем при нагревании декарбоксилируется до метана ($X_5$).

$CH_3-COONH_4 + 2NaOH \xrightarrow{сплавление} CH_4 + Na_2CO_3 + NH_3 \uparrow + H_2O$

Процесс можно представить в две стадии:

$CH_3-COONH_4 + NaOH \rightarrow CH_3-COONa + NH_3 \uparrow + H_2O$

$CH_3-COONa + NaOH \xrightarrow{t} CH_4 + Na_2CO_3$

Ответ: $X_5$ — метан ($CH_4$).