Номер 442, страница 100 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

442. Укажите формулы спиртов, которые не могут вступать в реакцию внутримолекулярной дегидратации (изменение углеродного скелета не происходит):

а) пропанол-2;

б) метанол;

в) 3,3-диметилбутанол-2;

г) 2,2-диметилбутанол-1;

д) 3-метилбутанол-2.

Запишите уравнения внутримолекулярной (где это возможно) и межмолекулярной дегидратации перечисленных спиртов.

Реакция внутримолекулярной дегидратации (отщепление молекулы воды от одной молекулы спирта с образованием алкена) возможна, если у атома углерода, соседнего с тем, к которому присоединена гидроксильная группа (т.е. у β-атома углерода), есть хотя бы один атом водорода. В условии указано, что изменение углеродного скелета не происходит, поэтому мы рассматриваем только прямое отщепление.

Проанализируем каждый спирт:

а) пропанол-2: $CH_3-CH(OH)-CH_3$. У соседних атомов углерода (C1 и C3) есть атомы водорода. Реакция возможна.

б) метанол: $CH_3OH$. В молекуле всего один атом углерода, соседний (β) атом углерода отсутствует. Реакция невозможна.

в) 3,3-диметилбутанол-2: $CH_3-CH(OH)-C(CH_3)_2-CH_3$. У соседнего атома C1 есть атомы водорода. Реакция возможна.

г) 2,2-диметилбутанол-1: $(CH_3)_3C-CH_2OH$. У соседнего (β) атома углерода C2 нет атомов водорода. Реакция без перегруппировки невозможна.

д) 3-метилбутанол-2: $(CH_3)_2CH-CH(OH)-CH_3$. У соседних атомов углерода (C1 и C3) есть атомы водорода. Реакция возможна.

Таким образом, спирты, которые не могут вступать в реакцию внутримолекулярной дегидратации без изменения углеродного скелета, это метанол и 2,2-диметилбутанол-1.

Уравнения реакций дегидратации

а) пропан-2

Внутримолекулярная дегидратация (t > 140°C, кат. H₂SO₄ конц.):

$CH_3-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} CH_2=CH-CH_3 \text{ (пропен)} + H_2O$

Межмолекулярная дегидратация (t < 140°C, кат. H₂SO₄ конц.):

$2 \ CH_3-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t<140^\circ C} (CH_3)_2CH-O-CH(CH_3)_2 \text{ (диизопропиловый эфир)} + H_2O$

Ответ: Продукты внутримолекулярной дегидратации - пропен и вода; межмолекулярной - диизопропиловый эфир и вода.

б) метанол

Внутримолекулярная дегидратация: невозможна.

Межмолекулярная дегидратация (t < 140°C, кат. H₂SO₄ конц.):

$2 \ CH_3OH \xrightarrow{H_2SO_4, t<140^\circ C} CH_3-O-CH_3 \text{ (диметиловый эфир)} + H_2O$

Ответ: Внутримолекулярная дегидратация не идет. Продукты межмолекулярной дегидратации - диметиловый эфир и вода.

в) 3,3-диметилбутанол-2

Внутримолекулярная дегидратация (t > 140°C, кат. H₂SO₄ конц.):

$CH_3-CH(OH)-C(CH_3)_2-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} CH_2=CH-C(CH_3)_3 \text{ (3,3-диметилбут-1-ен)} + H_2O$

Межмолекулярная дегидратация (t < 140°C, кат. H₂SO₄ конц.):

$2 \ CH_3-CH(OH)-C(CH_3)_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t<140^\circ C} [CH_3-CH(C(CH_3)_3)]-O-[CH(C(CH_3)_3)-CH_3] \text{ (ди-(1,2,2-триметилпропил)овый эфир)} + H_2O$

Ответ: Продукты внутримолекулярной дегидратации - 3,3-диметилбут-1-ен и вода; межмолекулярной - ди-(1,2,2-триметилпропил)овый эфир и вода.

г) 2,2-диметилбутанол-1

Внутримолекулярная дегидратация: невозможна (без перегруппировки углеродного скелета).

Межмолекулярная дегидратация (t < 140°C, кат. H₂SO₄ конц.):

$2 \ (CH_3)_3C-CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t<140^\circ C} (CH_3)_3C-CH_2-O-CH_2-C(CH_3)_3 \text{ (ди(2,2-диметилбутил)овый эфир)} + H_2O$

Ответ: Внутримолекулярная дегидратация без перегруппировки не идет. Продукты межмолекулярной дегидратации - ди(2,2-диметилбутил)овый эфир и вода.

д) 3-метилбутанол-2

Внутримолекулярная дегидратация (t > 140°C, кат. H₂SO₄ конц.): Реакция идет по правилу Зайцева (атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного соседнего атома углерода), образуется смесь алкенов.

$(CH_3)_2CH-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} (CH_3)_2C=CH-CH_3 \text{ (2-метилбут-2-ен, основной продукт)} + H_2O$

$(CH_3)_2CH-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} (CH_3)_2CH-CH=CH_2 \text{ (3-метилбут-1-ен, побочный продукт)} + H_2O$

Межмолекулярная дегидратация (t < 140°C, кат. H₂SO₄ конц.):

$2 \ (CH_3)_2CH-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t<140^\circ C} [(CH_3)_2CH-CH(CH_3)]-O-[CH(CH_3)-CH(CH_3)_2] \text{ (ди(1,2-диметилпропил)овый эфир)} + H_2O$

Ответ: Продукты внутримолекулярной дегидратации - 2-метилбут-2-ен (основной), 3-метилбут-1-ен (побочный) и вода; межмолекулярной - ди(1,2-диметилпропил)овый эфир и вода.