Номер 5, страница 162 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5. Продукт нитрования фенола — пикриновая кислота — в начале прошлого века широко использовалась в качестве взрывчатого вещества, однако от снаряжения ею боеприпасов со временем пришлось отказаться вследствие высокой коррозионной активности. Чем обусловлены кислотные свойства пикриновой кислоты? Натриевая соль пикриновой кислоты (пикрат натрия) также является взрывчатым веществом. Напишите уравнение реакции образования пикрата натрия при взаимодействии пикриновой кислоты со щёлочью.

Решение

Чем обусловлены кислотные свойства пикриновой кислоты?

Кислотные свойства пикриновой кислоты, или 2,4,6-тринитрофенола ($C_6H_2(NO_2)_3OH$), значительно более выражены, чем у самого фенола ($C_6H_5OH$), и обусловлены сильным влиянием трёх нитрогрупп ($−NO_2$), находящихся в бензольном кольце.

Ключевую роль играют два электронных эффекта этих групп:

• Отрицательный индуктивный эффект ($−I$): Атомы азота в нитрогруппах более электроотрицательны, чем атомы углерода, и они оттягивают электронную плотность от бензольного кольца по σ-связям.
• Отрицательный мезомерный эффект ($−M$): Нитрогруппы, находясь в орто- и пара-положениях (2, 4, 6) по отношению к гидроксильной группе ($−OH$), вступают в сопряжение с π-системой бензольного кольца. Они активно оттягивают электронную плотность из кольца, что приводит к её перераспределению.

Совместное действие этих эффектов приводит к сильному смещению электронной плотности от гидроксильной группы к бензольному кольцу и далее к нитрогруппам. В результате этого:

1. Связь $O−H$ в гидроксильной группе становится сильно поляризованной и ослабленной, что значительно облегчает отрыв протона ($H^+$).
2. Образующийся после диссоциации пикрат-анион ($C_6H_2(NO_2)_3O^−$) оказывается чрезвычайно стабильным. Отрицательный заряд на атоме кислорода эффективно делокализуется (распределяется) не только по π-системе бензольного кольца, но и вовлекается в сопряжение с тремя нитрогруппами. Эта высокая степень делокализации заряда и, как следствие, высокая стабильность сопряжённого основания, делает исходное соединение сильной кислотой (константа кислотности $pK_a ≈ 0.38$, что сопоставимо с силой фосфорной кислоты).

Ответ: Кислотные свойства пикриновой кислоты обусловлены совокупным сильным электроноакцепторным (оттягивающим электроны) действием трёх нитрогрупп. Они ослабляют связь $O−H$ и значительно стабилизируют образующийся после отрыва протона анион за счёт делокализации отрицательного заряда по всей молекуле.

Напишите уравнение реакции образования пикрата натрия при взаимодействии пикриновой кислоты со щёлочью.

Пикриновая кислота, являясь сильной кислотой, реагирует со щелочами (например, с гидроксидом натрия $NaOH$) по типу реакции нейтрализации. В ходе этой реакции протон ($H^+$) гидроксильной группы замещается на катион металла (в данном случае $Na^+$), образуя соль (пикрат натрия) и воду.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$C_6H_2(NO_2)_3OH + NaOH \rightarrow C_6H_2(NO_2)_3ONa + H_2O$

Ответ: $C_6H_2(NO_2)_3OH + NaOH \rightarrow C_6H_2(NO_2)_3ONa + H_2O$