Номер 4, страница 142, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. Напишите уравнения реакций для схем:

а) из метана получите уксуснобутиловый эфир, используя минимум дополнительных веществ и минимальное число стадий;

б) из метана и других необходимых веществ получите дипептид, образованный глицином и аланином (через минимальное число стадий);

в) поясните, можно ли из пропана получить пропанол-1 и пропанол-2 (ответ обоснуйте уравнениями реакций);

г) из метана получите дивиниловый каучук;

д) из метана получите бутадиен-стирольный каучук;

е) из метана и других необходимых веществ получите полиглицин.

а) Для получения уксуснобутилового эфира ($CH_3COOC_4H_9$) из метана необходимо синтезировать уксусную кислоту ($CH_3COOH$) и бутанол-1 ($C_4H_9OH$) и провести их этерификацию. Минимальное число стадий достигается при использовании ацетальдегида в качестве общего промежуточного продукта.

1. Получение ацетилена из метана (пиролиз):

$2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

2. Получение ацетальдегида из ацетилена (реакция Кучерова):

$C_2H_2 + H_2o \xrightarrow{Hg^{2+}, H_2SO_4} CH_3CHO$

3. Получение уксусной кислоты окислением ацетальдегида:

$2CH_3CHo + O_2 \xrightarrow{t, Mn^{2+}} 2CH_3COOH$

4. Получение бутанола-1 из ацетальдегида через альдольно-кротоновую конденсацию и последующее гидрирование:

$2CH_3CHo \xrightarrow{OH^-, t} CH_3-CH=CH-CHo + H_2O$

$CH_3-CH=CH-CHo + 2H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} CH_3CH_2CH_2CH_2OH$

5. Получение уксуснобутилового эфира (этерификация):

$CH_3COOH + CH_3CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow{H^+, t} CH_3COOCH_2CH_2CH_2CH_3 + H_2O$

Ответ: Последовательность реакций: метан $\rightarrow$ ацетилен $\rightarrow$ ацетальдегид. Из ацетальдегида синтезируются уксусная кислота и бутанол-1. Реакция этерификации между ними дает уксуснобутиловый эфир.

б) Для получения дипептида, образованного глицином и аланином, необходимо сначала синтезировать обе аминокислоты из метана, а затем провести реакцию поликонденсации.

1. Синтез уксусной кислоты из метана (см. пункт а, стадии 1-3):

$CH_4 \rightarrow C_2H_2 \rightarrow CH_3CHo \rightarrow CH_3COOH$

2. Синтез глицина ($H_2N-CH_2-COOH$) из уксусной кислоты:

а) Хлорирование уксусной кислоты в присутствии красного фосфора:

$CH_3COOH + Cl_2 \xrightarrow{P_{красн.}} ClCH_2COOH + HCl$

б) Аммонолиз хлоруксусной кислоты:

$ClCH_2COOH + 2NH_3 \rightarrow H_2NCH_2COOH + NH_4Cl$

3. Синтез аланина ($H_2N-CH(CH_3)-COOH$) из ацетальдегида (полученного из метана):

а) Синтез аминонитрила (реакция Штреккера):

$CH_3CHo + NH_3 + HCN \rightarrow H_2N-CH(CH_3)-CN + H_2O$

б) Гидролиз аминонитрила:

$H_2N-CH(CH_3)-CN + 2H_2o \xrightarrow{H^+} H_2N-CH(CH_3)-COOH + NH_3$

4. Образование дипептида (например, глицилаланина):

$H_2N-CH_2-COOH + H_2N-CH(CH_3)-COOH \xrightarrow{-H_2O} H_2N-CH_2-CO-NH-CH(CH_3)-COOH$

Возможно также образование другого изомера, аланилглицина.

Ответ: Из метана получают ацетальдегид. Из него получают уксусную кислоту, из которой далее синтезируют глицин. Параллельно из ацетальдегида синтезируют аланин. Конденсация полученных аминокислот приводит к образованию дипептида.

в) Да, из пропана можно получить как пропанол-1, так и пропанол-2. Это можно осуществить двумя основными способами.

Способ 1: Через галогенирование

1. Радикальное хлорирование пропана приводит к смеси 1-хлорпропана и 2-хлорпропана:

$CH_3-CH_2-CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3-CH_2-CH_2Cl + CH_3-CHCl-CH_3 + HCl$

2. Щелочной гидролиз полученных галогеналканов (после их разделения) дает соответствующие спирты:

Для получения пропанола-1:

$CH_3CH_2CH_2Cl + NaOH(водн.) \rightarrow CH_3CH_2CH_2OH + NaCl$

Для получения пропанола-2:

$CH_3CHClCH_3 + NaOH(водн.) \rightarrow CH_3CH(OH)CH_3 + NaCl$

Способ 2: Через дегидрирование

1. Каталитическое дегидрирование пропана в пропен:

$CH_3-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t, cat(Cr_2O_3)} CH_3-CH=CH_2 + H_2$

2. Получение спиртов из пропена:

Для получения пропанола-2 (по правилу Марковникова):

$CH_3-CH=CH_2 + H_2o \xrightarrow{H^+} CH_3-CH(OH)-CH_3$

Для получения пропанола-1 (против правила Марковникова, например, через гидроборирование-окисление):

$CH_3-CH=CH_2 \xrightarrow{1. BH_3; 2. H_2O_2, OH^-} CH_3CH_2CH_2OH$

Ответ: Да, возможно. Из пропана можно получить пропен, гидратация которого по правилу Марковникова дает пропанол-2, а в условиях реакции гидроборирования-окисления - пропанол-1. Также можно провести галогенирование пропана и последующий гидролиз смеси изомерных галогенидов.

г) Дивиниловый каучук является полимером бутадиена-1,3 (дивинила). Для его получения из метана необходимо сначала синтезировать мономер.

1. Получение этанола из метана:

а) Получение ацетилена:

$2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

б) Гидрирование ацетилена до этилена:

$C_2H_2 + H_2 \xrightarrow{Pd/PbCO_3} C_2H_4$

в) Гидратация этилена:

$C_2H_4 + H_2o \xrightarrow{t, p, H_3PO_4} C_2H_5OH$

2. Получение бутадиена-1,3 из этанола (реакция Лебедева):

$2C_2H_5OH \xrightarrow{425^\circ C, cat(Al_2O_3, ZnO)} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2o + H_2$

3. Полимеризация бутадиена-1,3 (дивинила):

$n(CH_2=CH-CH=CH_2) \xrightarrow{t, p, cat} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n$

Ответ: Цепочка превращений для получения дивинилового каучука: метан $\rightarrow$ ацетилен $\rightarrow$ этилен $\rightarrow$ этанол $\rightarrow$ бутадиен-1,3 (дивинил) $\rightarrow$ полибутадиен (дивиниловый каучук).

д) Бутадиенстирольный каучук – это сополимер бутадиена-1,3 и стирола. Синтез бутадиена-1,3 из метана описан в пункте г). Необходимо дополнительно синтезировать стирол.

1. Синтез бутадиена-1,3 из метана (см. пункт г):

$CH_4 \rightarrow ... \rightarrow CH_2=CH-CH=CH_2$

2. Синтез стирола ($C_6H_5-CH=CH_2$) из метана:

а) Получение бензола из ацетилена (тримеризация, реакция Зелинского):

$2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

$3C_2H_2 \xrightarrow{600^\circ C, C_{акт.}} C_6H_6$

б) Получение этилбензола (алкилирование бензола этиленом, полученным из метана):

$C_6H_6 + CH_2=CH_2 \xrightarrow{H^+, t} C_6H_5CH_2CH_3$

в) Дегидрирование этилбензола в стирол:

$C_6H_5CH_2CH_3 \xrightarrow{t, cat(Fe_2O_3)} C_6H_5CH=CH_2 + H_2$

3. Сополимеризация бутадиена и стирола:

$n(CH_2=CH-CH=CH_2) + m(C_6H_5CH=CH_2) \xrightarrow{t, p, cat} [-(-CH_2-CH=CH-CH_2-)-_x-(-CH(C_6H_5)-CH_2-)-_y-]_z$

Ответ: Из метана синтезируют два мономера: бутадиен-1,3 (через этанол) и стирол (через бензол и этилбензол). Последующая сополимеризация этих мономеров дает бутадиенстирольный каучук.

е) Полиглицин – это полипептид, мономером которого является аминокислота глицин.

1. Синтез глицина ($H_2N-CH_2-COOH$) из метана. Этот процесс включает несколько стадий:

а) Получение уксусной кислоты из метана:

$2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$

$C_2H_2 + H_2o \xrightarrow{Hg^{2+}} CH_3CHO$

$2CH_3CHo + O_2 \xrightarrow{t, Mn^{2+}} 2CH_3COOH$

б) Получение хлоруксусной кислоты:

$CH_3COOH + Cl_2 \xrightarrow{P_{красн.}} ClCH_2COOH + HCl$

в) Получение глицина аммонолизом:

$ClCH_2COOH + 2NH_3 \rightarrow H_2NCH_2COOH + NH_4Cl$

2. Поликонденсация глицина с образованием полиглицина:

$n(H_2N-CH_2-COOH) \xrightarrow{t, -nH_2O} [-NH-CH_2-CO-]_n$

Ответ: Из метана через стадии получения ацетилена, ацетальдегида и уксусной кислоты синтезируют глицин. Дальнейшая поликонденсация глицина приводит к образованию полиглицина.