Номер 401, страница 93 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

401. *Галоген ориентирует входящий в бензольное кольцо реагент в положения 2 и 4, а нитрогруппа — в положение 3. На основании этих данных предложите схему получения из бензола:

а) 1-бром-4-нитробензола;

б) 1-бром-3-нитробензола.

а) 1-бром-4-нитробензола;

Для получения 1-бром-4-нитробензола, в котором заместители (атом брома и нитрогруппа) находятся в пара-положении (1,4) друг к другу, необходимо правильно выбрать последовательность реакций. Ориентирующее действие уже имеющегося в бензольном кольце заместителя определяет положение, в которое будет вступать следующая группа.

Согласно условию, галоген (в данном случае бром) является ориентантом I рода и направляет новый заместитель в орто- и пара-положения (положения 2 и 4). Нитрогруппа ($-NO_2$) является ориентантом II рода и направляет новый заместитель в мета-положение (положение 3).

Чтобы получить пара-продукт, необходимо сначала ввести в бензольное кольцо орто-, пара-ориентант, то есть атом брома. Последующее нитрование полученного бромбензола приведет к образованию смеси орто- и пара-изомеров, из которых 1-бром-4-нитробензол (пара-изомер) будет основным продуктом.

Схема синтеза включает две стадии:

1. Бромирование бензола в присутствии катализатора (например, бромида железа(III)) с образованием бромбензола:
$C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} C_6H_5Br + HBr$

2. Нитрование бромбензола с помощью нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот). В результате реакции образуется смесь изомеров, из которой выделяют целевой продукт.
$C_6H_5Br + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} p-BrC_6H_4NO_2 + o-BrC_6H_4NO_2 + H_2O$

Ответ: Необходимо сначала провести реакцию бромирования бензола, а затем — реакцию нитрования полученного бромбензола. Схема синтеза: $C_6H_6 \xrightarrow{+Br_2, FeBr_3} C_6H_5Br \xrightarrow{+HNO_3, H_2SO_4} 1\text{-бром-4-нитробензол}$.

б) 1-бром-3-нитробензола.

Для получения 1-бром-3-нитробензола, в котором заместители находятся в мета-положении (1,3) друг к другу, следует изменить порядок стадий синтеза.

Поскольку нитрогруппа является мета-ориентантом, для получения мета-продукта необходимо сначала провести нитрование бензола. Образовавшийся нитробензол при последующем бромировании будет направлять атом брома в мета-положение по отношению к нитрогруппе.

Если сначала провести бромирование, то, как было показано в пункте а), образуются орто- и пара-продукты, а не мета-изомер.

Схема синтеза включает две стадии:

1. Нитрование бензола нитрующей смесью с образованием нитробензола:
$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O$

2. Бромирование нитробензола в присутствии катализатора $FeBr_3$. Так как нитрогруппа дезактивирует бензольное кольцо, реакция требует более жестких условий (например, нагревания).
$C_6H_5NO_2 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3, t} m-BrC_6H_4NO_2 + HBr$

Ответ: Необходимо сначала провести реакцию нитрования бензола, а затем — реакцию бромирования полученного нитробензола. Схема синтеза: $C_6H_6 \xrightarrow{+HNO_3, H_2SO_4} C_6H_5NO_2 \xrightarrow{+Br_2, FeBr_3} 1\text{-бром-3-нитробензол}$.