Номер 448, страница 101 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

448. Осуществите химические превращения согласно схемам:

a) CH₂=CH₂ $\xrightarrow{\text{H₂O/H⁺}}$ ... $\xrightarrow{t = 170 \text{ °C/H₂SO₄}}$ ... $\xrightarrow{\text{HBr}}$ ...
$\xrightarrow{\text{NaOH/H₂O}}$ ... $\xrightarrow{\text{CuO/t}}$ ...;

б)* CH₃—CH₂—CH₂—CH₃ $\to$ CH₂=CH₂ $\to$ C₂H₅Br $\to$
$\to$ C₂H₅OH $\to$ C₂H₅ONa $\to$ C₂H₅OH $\to$ C₂H₅Br $\to$ C₃H₈;

в)* CH₂=CH—CH₃ $\xrightarrow{\text{HBr}}$ ... $\xrightarrow{\text{NaOH(H₂O)}}$ ... $\xrightarrow{\text{Na}}$ ... $\to$
$\xrightarrow{\text{H₂O}}$ ... $\xrightarrow{\text{H₂SO₄, } t > 140 \text{ °C}}$ ... $\xrightarrow{\text{H₂O/H⁺}}$ ...;

г) CH₃—CH₂—CH(CH₃)—CH₃ $\xrightarrow{\text{кат., } t}$ 1 моль X (сопря-
женный диен) $\xrightarrow{\text{1 моль H₂ (1,4-присоединение)}}$ ... $\xrightarrow{\text{HBr}}$ ... $\to$
$\xrightarrow{\text{KOH/H₂O}}$ ... $\xrightarrow{\text{Na}}$ ...;

д)* CO $\to$ CH₃OH $\to$ CH₃I $\to$ C₃H₈ $\to$ ... $\to$ CH₄ $\to$ ... $\to$
$\to$ CH₃OH $\to$ ... $\to$ C₂H₆ $\to$ ... $\to$ C₂H₅OH $\to$
$\to$ CH₃—CHO;

е) CaCO₃ $\to$ ... $\to$ ... $\to$ C₂H₂ $\to$ ... $\to$ C₂H₅OH $\to$ ... $\to$
$\to$ CH₃—CH₂—CH₂—CH₃ $\to$ ... $\to$ C₂H₅OH;

ж)* CH₃COONa $\to$ CH₄ $\to$ C₂H₂ $\to$ ... $\to$ C₂H₅Br $\to$
$\to$ C₂H₅OH $\to$ CH₂=CH—CH=CH₂ $\to$ ... $\to$
$\to$ CH₂Br—CH₂—CH₂—CH₂Br;

з) 1 моль $\text{C}_5\text{H}_{10}$ $\xrightarrow{\text{1 моль Cl}_2\text{/hv}}$ ... $\xrightarrow{\text{NaOH/H}_2\text{O}}$ ... $\to$
$\xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4}$ ... $\xrightarrow{\text{KMnO}_4\text{/H}_2\text{O, 5 °C}}$ ... $\xrightarrow{\text{HBr (изб.)}}$ ... $\to$
$t > 140 \text{ °C}$
$\xrightarrow{\text{1 моль KOH/спирт.}}$ ...;

и) C₂H₂ $\xrightarrow{\text{400—500 °C, акт. уголь}}$ A $\xrightarrow{\text{H₂ (изб.), } t, \text{ кат.}}$ Б (1 моль) $\to$
$\xrightarrow{\text{1 моль Cl}_2\text{/hv}}$ В $\xrightarrow{\text{NaOH/H}_2\text{O}}$ Г $\xrightarrow{\text{K}}$ Д;

к)* 1 моль CH₃CH(CH₃)COONa $\xrightarrow{\text{NaOH, сплавление}}$ ... $\to$
$\xrightarrow{\text{1 моль Br}_2\text{/hv}}$ ... $\xrightarrow{\text{Na}}$ ... $\xrightarrow{\text{0,5 моль Br}_2\text{/hv}}$ ... $\to$
$\xrightarrow{\text{KOH/спирт.}}$ ... $\xrightarrow{\text{Br}_2\text{/орг. р-ль}}$ ... $\xrightarrow{\text{1 моль KOH/спирт.}}$ ...;

л) 1 моль $\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_3$ $\xrightarrow{\text{1 моль Br}_2\text{/hv}}$ ... $\xrightarrow{\text{Na}}$ ... $\xrightarrow{\text{1 моль Br}_2\text{/hv}}$ ... $\to$
$\xrightarrow{\text{NaOH/C}_2\text{H}_5\text{OH}}$ ...;

а)

1. Гидратация этена в присутствии кислоты (серной или фосфорной) приводит к образованию этанола. Это реакция электрофильного присоединения.

$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH_2-OH$

2. Внутримолекулярная дегидратация этанола при температуре выше 140°C в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к образованию этена.

$CH_3-CH_2-OH \xrightarrow{H_2SO_4, 170^\circ C} CH_2=CH_2 + H_2O$

3. Присоединение бромоводорода к этену (гидробромирование) с образованием бромэтана.

$CH_2=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2-Br$

4. Щелочной гидролиз бромэтана (нагревание с водным раствором щелочи) приводит к замещению брома на гидроксогруппу и образованию этанола.

$CH_3-CH_2-Br + NaOH(H_2O) \xrightarrow{t} CH_3-CH_2-OH + NaBr$

5. Окисление первичного спирта (этанола) оксидом меди(II) при нагревании приводит к образованию альдегида (этаналя).

$CH_3-CH_2-OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3-CHO + Cu + H_2O$

Ответ:

$CH_2=CH_2 \xrightarrow{H_2O/H^+} CH_3CH_2OH \xrightarrow{t=170^\circ C/H_2SO_4} CH_2=CH_2 \xrightarrow{HBr} CH_3CH_2Br \xrightarrow{NaOH/H_2O} CH_3CH_2OH \xrightarrow{CuO/t} CH_3CHO$

б)

1. Получение этена из бутана путем каталитического крекинга.

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t, kat.} CH_2=CH_2 + CH_3-CH_3$

2. Получение бромэтана гидробромированием этена.

$CH_2=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2-Br$

3. Гидролиз бромэтана водным раствором щелочи с образованием этанола.

$CH_3-CH_2-Br + NaOH(H_2O) \rightarrow CH_3-CH_2-OH + NaBr$

4. Реакция этанола с металлическим натрием с образованием алкоголята — этилата натрия.

$2CH_3-CH_2-OH + 2Na \rightarrow 2CH_3-CH_2-ONa + H_2 \uparrow$

5. Для получения бромэтана из этилата натрия, его сначала можно гидролизовать до этанола, а затем провести реакцию с бромоводородом.

$CH_3-CH_2-ONa + H_2O \rightarrow CH_3-CH_2-OH + NaOH$

$CH_3-CH_2-OH + HBr \rightarrow CH_3-CH_2-Br + H_2O$

6. Удлинение углеродной цепи с помощью реакции Вюрца. Для получения пропана из бромэтана необходим бромметан.

$CH_3-CH_2-Br + CH_3-Br + 2Na \rightarrow CH_3-CH_2-CH_3 + 2NaBr$

Ответ:

$CH_3CH_2CH_2CH_3 \xrightarrow{t, kat.} CH_2=CH_2 \xrightarrow{HBr} C_2H_5Br \xrightarrow{NaOH(H_2O)} C_2H_5OH \xrightarrow{Na} C_2H_5ONa \xrightarrow{1.H_2O; 2.HBr} C_2H_5Br \xrightarrow{CH_3Br, Na} C_3H_8$

в)

1. Присоединение HBr к пропену идет по правилу Марковникова с образованием 2-бромпропана.

$CH_2=CH-CH_3 + HBr \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_3$

2. Гидролиз 2-бромпропана водным раствором щелочи приводит к образованию пропанола-2.

$CH_3-CH(Br)-CH_3 + NaOH(H_2O) \rightarrow CH_3-CH(OH)-CH_3 + NaBr$

3. Реакция пропанола-2 с натрием дает изопропилат натрия.

$2CH_3-CH(OH)-CH_3 + 2Na \rightarrow 2CH_3-CH(ONa)-CH_3 + H_2 \uparrow$

4. Гидролиз изопропилата натрия водой возвращает пропанол-2.

$CH_3-CH(ONa)-CH_3 + H_2O \rightarrow CH_3-CH(OH)-CH_3 + NaOH$

5. Внутримолекулярная дегидратация пропанола-2 при нагревании с серной кислотой дает пропен.

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

6. Гидратация пропена в кислой среде снова приводит к образованию пропанола-2 (по правилу Марковникова).

$CH_2=CH-CH_3 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH(OH)-CH_3$

Ответ:

$CH_2=CH-CH_3 \xrightarrow{HBr} CH_3CH(Br)CH_3 \xrightarrow{NaOH(H_2O)} CH_3CH(OH)CH_3 \xrightarrow{Na} CH_3CH(ONa)CH_3 \xrightarrow{H_2O} CH_3CH(OH)CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} CH_2=CH-CH_3 \xrightarrow{H_2O/H^+} CH_3CH(OH)CH_3$

г)

1. Каталитическое дегидрирование 2-метилбутана приводит к образованию сопряженного диена — 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена).

$CH_3-CH_2-CH(CH_3)-CH_3 \xrightarrow{kat., t, -2H_2} CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$

2. Гидрирование изопрена (1,4-присоединение) приводит к образованию 2-метилбутена-2.

$CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 + H_2 \xrightarrow{\text{1,4-присоединение}} CH_3-C(CH_3)=CH-CH_3$

3. Присоединение HBr к 2-метилбутену-2 идет по правилу Марковникова с образованием наиболее стабильного третичного карбокатиона, что приводит к 2-бром-2-метилбутану.

$CH_3-C(CH_3)=CH-CH_3 + HBr \rightarrow CH_3-C(Br)(CH_3)-CH_2-CH_3$

4. Щелочной гидролиз 2-бром-2-метилбутана дает третичный спирт — 2-метилбутанол-2.

$CH_3-C(Br)(CH_3)-CH_2-CH_3 + KOH(H_2O) \rightarrow CH_3-C(OH)(CH_3)-CH_2-CH_3 + KBr$

5. Реакция третичного спирта с натрием приводит к образованию соответствующего алкоголята.

$2CH_3-C(OH)(CH_3)-CH_2-CH_3 + 2Na \rightarrow 2CH_3-C(ONa)(CH_3)-CH_2-CH_3 + H_2 \uparrow$

Ответ:

$CH_3CH_2CH(CH_3)CH_3 \xrightarrow{kat., t} CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 \xrightarrow{H_2 (1,4)} CH_3-C(CH_3)=CH-CH_3 \xrightarrow{HBr} CH_3-C(Br)(CH_3)-CH_2-CH_3 \xrightarrow{KOH/H_2O} CH_3-C(OH)(CH_3)-CH_2-CH_3 \xrightarrow{Na} CH_3-C(ONa)(CH_3)-CH_2-CH_3$

д)

Цепочка представляет собой несколько отдельных превращений. Выполним их последовательно.

1. $CO \rightarrow CH_3OH \rightarrow CH_3I \rightarrow C_3H_8$

$CO + 2H_2 \xrightarrow{kat., p, t} CH_3OH$

$CH_3OH + HI \rightarrow CH_3I + H_2O$

$CH_3I \xrightarrow{Mg, \text{эфир}} CH_3MgI \xrightarrow{+CH_3CH_2Br} CH_3-CH_2-CH_3 + MgBrI$

2. $C_3H_8 \rightarrow CH_4$

$C_3H_8 \xrightarrow{t} C_2H_4 + CH_4$ (крекинг)

3. $CH_4 \rightarrow C_2H_6$

$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$

$2CH_3Cl + 2Na \rightarrow CH_3-CH_3 + 2NaCl$ (реакция Вюрца)

4. $C_2H_6 \rightarrow C_2H_5OH$

$C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl$

$C_2H_5Cl + NaOH(H_2O) \rightarrow C_2H_5OH + NaCl$

5. $C_2H_5OH \rightarrow CH_3-CHO$

$CH_3-CH_2-OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3-CHO + Cu + H_2O$ (окисление)

Ответ:

Приведены уравнения для всех указанных в условии превращений.

е)

1. Получение ацетилена из карбоната кальция в три стадии.

$CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2$

$CaO + 3C \xrightarrow{t} CaC_2 + CO$

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow CH_2=CH_2 + Ca(OH)_2$

2. Получение этанола из ацетилена через стадию образования этаналя (реакция Кучерова) с последующим восстановлением.

$C_2H_2 + H_2O \xrightarrow{Hg^{2+}, H^+} CH_3-CHO$

$CH_3-CHO + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_2-OH$

3. Получение бутана из этанола через стадию бромэтана и последующую реакцию Вюрца.

$CH_3-CH_2-OH + HBr \rightarrow CH_3-CH_2-Br + H_2O$

$2CH_3-CH_2-Br + 2Na \rightarrow CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 + 2NaBr$

4. Получение этанола из бутана путем крекинга до этена и последующей гидратации.

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t, kat.} CH_2=CH_2 + C_2H_6$

$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH_2-OH$

Ответ:

$CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO \xrightarrow{C, t} CaC_2 \xrightarrow{H_2O} C_2H_2 \xrightarrow{H_2O, Hg^{2+}} CH_3CHO \xrightarrow{H_2, Ni} C_2H_5OH \xrightarrow{HBr} C_2H_5Br \xrightarrow{Na} C_4H_{10} \xrightarrow{t, kat.} C_2H_4 \xrightarrow{H_2O, H^+} C_2H_5OH$

ж)

1. Получение метана декарбоксилированием ацетата натрия (сплавление с щелочью).

$CH_3COONa + NaOH(\text{тв.}) \xrightarrow{t} CH_4 + Na_2CO_3$

2. Пиролиз метана при высокой температуре ($1500^\circ C$) для получения ацетилена.

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

3. Получение бромэтана из ацетилена через гидрирование до этена и последующее гидробромирование.

$C_2H_2 + H_2 \xrightarrow{Pd/PbCO_3} CH_2=CH_2$

$CH_2=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2-Br$

4. Гидролиз бромэтана до этанола.

$CH_3-CH_2-Br + NaOH(H_2O) \rightarrow CH_3-CH_2-OH + NaBr$

5. Получение бутадиена-1,3 из этанола по методу Лебедева.

$2CH_3-CH_2-OH \xrightarrow{Al_2O_3/ZnO, 425^\circ C} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2O + H_2$

6. Получение 1,4-дибромбутана из бутадиена-1,3. Это можно сделать через получение бутандиола-1,4 с последующим замещением гидроксогрупп.

$CH_2=CH-CH=CH_2 \xrightarrow{1. B_2H_6; 2. H_2O_2, OH^-} HO-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-OH$ (гидроборирование-окисление)

$HO-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-OH + 2HBr(\text{конц.}) \rightarrow Br-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-Br + 2H_2O$

Ответ:

$CH_3COONa \xrightarrow{NaOH, t} CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 \xrightarrow{H_2, kat} C_2H_4 \xrightarrow{HBr} C_2H_5Br \xrightarrow{NaOH(H_2O)} C_2H_5OH \xrightarrow{kat, t} CH_2=CH-CH=CH_2 \xrightarrow{1. B_2H_6; 2. H_2O_2, OH^-} HO(CH_2)_4OH \xrightarrow{2HBr} Br(CH_2)_4Br$

з)

1. Радикальное хлорирование циклопентана на свету приводит к образованию хлорциклопентана.

$\text{c-}C_5H_{10} + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} \text{c-}C_5H_9Cl + HCl$

2. Дегидрогалогенирование хлорциклопентана спиртовым раствором щелочи дает циклопентен.

$\text{c-}C_5H_9Cl + KOH(\text{спирт}) \xrightarrow{t} \text{c-}C_5H_8 + KCl + H_2O$

3. Мягкое окисление циклопентена холодным водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера) приводит к цис-циклопентандиолу-1,2.

$3\text{c-}C_5H_8 + 2KMnO_4 + 4H_2O \xrightarrow{5^\circ C} 3\text{c-}C_5H_8(OH)_2 + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

4. Дегидратация циклопентандиола-1,2 при нагревании с сильной кислотой может привести к образованию циклопентадиена (элиминирование двух молекул воды).

$\text{c-}C_5H_8(OH)_2 \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} \text{c-}C_5H_6 + 2H_2O$

5. Присоединение избытка бромоводорода к сопряженному диену (циклопентадиену) приводит к насыщению обеих двойных связей и образованию дибромциклопентана. Наиболее вероятный продукт — 1,3-дибромциклопентан.

$\text{c-}C_5H_6 + 2HBr(\text{изб.}) \rightarrow \text{c-}C_5H_8Br_2$ (1,3-дибромциклопентан)

Ответ:

$\text{c-}C_5H_{10} \xrightarrow{Cl_2/h\nu} \text{c-}C_5H_9Cl \xrightarrow{KOH/\text{спирт}} \text{c-}C_5H_8 \xrightarrow{KMnO_4/H_2O, 5^\circ C} \text{c-}C_5H_8(OH)_2 \xrightarrow{H_2SO_4, t > 140^\circ C} \text{c-}C_5H_6 \xrightarrow{HBr (\text{изб.})} \text{1,3-дибромциклопентан}$

и)

1. Каталитическая тримеризация ацетилена при пропускании над активированным углем при высокой температуре (реакция Зелинского) дает бензол (А).

$3C_2H_2 \xrightarrow{400-500^\circ C, \text{C акт.}} C_6H_6$ (A)

2. Полное гидрирование бензола (избыток водорода, катализатор, температура) приводит к циклогексану (Б).

$C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} C_6H_{12}$ (Б)

3. Радикальное хлорирование циклогексана на свету дает хлорциклогексан (В).

$C_6H_{12} + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{11}Cl + HCl$ (В)

4. Щелочной гидролиз хлорциклогексана приводит к циклогексанолу (Г).

$C_6H_{11}Cl + NaOH(H_2O) \xrightarrow{t} C_6H_{11}OH + NaCl$ (Г)

5. Реакция циклогексанола с металлическим калием дает алкоголят — циклогексилат калия (Д).

$2C_6H_{11}OH + 2K \rightarrow 2C_6H_{11}OK + H_2 \uparrow$ (Д)

Ответ:

A: $C_6H_6$ (бензол), Б: $C_6H_{12}$ (циклогексан), В: $C_6H_{11}Cl$ (хлорциклогексан), Г: $C_6H_{11}OH$ (циклогексанол), Д: $C_6H_{11}OK$ (циклогексилат калия).

к)

1. Декарбоксилирование натриевой соли 2-метилпропановой кислоты (изобутирата натрия) при сплавлении с щелочью дает пропан ($X_1$).

$(CH_3)_2CHCOONa + NaOH \xrightarrow{t} CH_3-CH_2-CH_3 + Na_2CO_3$

2. Радикальное бромирование пропана на свету преимущественно происходит по вторичному атому углерода, образуя 2-бромпропан ($X_2$).

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

3. Реакция Вюрца с 2-бромпропаном приводит к образованию 2,3-диметилбутана ($X_3$).

$2CH_3-CH(Br)-CH_3 + 2Na \rightarrow (CH_3)_2CH-CH(CH_3)_2 + 2NaBr$

4. Монобромирование 2,3-диметилбутана. Наиболее реакционноспособны третичные атомы водорода.

$(CH_3)_2CH-CH(CH_3)_2 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} (CH_3)_2C(Br)-CH(CH_3)_2 + HBr$ ($X_4$)

5. Дегидробромирование 2-бром-2,3-диметилбутана спиртовым раствором щелочи по правилу Зайцева дает 2,3-диметилбут-2-ен ($X_5$).

$(CH_3)_2C(Br)-CH(CH_3)_2 + KOH(\text{спирт}) \rightarrow (CH_3)_2C=C(CH_3)_2 + KBr + H_2O$

6. Присоединение брома к 2,3-диметилбутену-2 приводит к 2,3-дибром-2,3-диметилбутану ($X_6$).

$(CH_3)_2C=C(CH_3)_2 + Br_2 \rightarrow (CH_3)_2C(Br)-C(Br)(CH_3)_2$

7. Дегидробромирование дибромида. Элиминирование 1 моль HBr происходит с отщеплением протона от метильной группы, так как у соседних атомов углерода нет атомов водорода.

$(CH_3)_2C(Br)-C(Br)(CH_3)_2 + KOH(\text{спирт}) \rightarrow CH_2=C(CH_3)-C(Br)(CH_3)_2 + KBr + H_2O$ ($X_7$)

Ответ:

$X_1$: пропан, $X_2$: 2-бромпропан, $X_3$: 2,3-диметилбутан, $X_4$: 2-бром-2,3-диметилбутан, $X_5$: 2,3-диметилбут-2-ен, $X_6$: 2,3-дибром-2,3-диметилбутан, $X_7$: 3-бром-2,3-диметилбут-1-ен.

л)

1. Радикальное бромирование толуола на свету идет в боковую цепь с образованием бензилбромида ($X_1$).

$C_6H_5CH_3 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CH_2Br + HBr$

2. Реакция Вюрца с бензилбромидом приводит к 1,2-дифенилэтану (бибензилу) ($X_2$).

$2C_6H_5CH_2Br + 2Na \rightarrow C_6H_5CH_2CH_2C_6H_5 + 2NaBr$

3. Радикальное бромирование 1,2-дифенилэтана. Бромирование происходит в бензильное положение, так как образующийся радикал стабилизирован бензольным кольцом.

$C_6H_5CH_2CH_2C_6H_5 + Br_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_5CH(Br)CH_2C_6H_5 + HBr$ ($X_3$)

4. Дегидробромирование 1-бром-1,2-дифенилэтана спиртовым раствором щелочи приводит к образованию 1,2-дифенилэтена (стильбена) ($X_4$).

$C_6H_5CH(Br)CH_2C_6H_5 + NaOH(C_2H_5OH) \xrightarrow{t} C_6H_5CH=CHC_6H_5 + NaBr + H_2O$

Ответ:

$C_6H_5CH_3 \xrightarrow{Br_2/h\nu} C_6H_5CH_2Br \xrightarrow{Na} C_6H_5CH_2CH_2C_6H_5 \xrightarrow{Br_2/h\nu} C_6H_5CH(Br)CH_2C_6H_5 \xrightarrow{NaOH/C_2H_5OH} C_6H_5CH=CHC_6H_5$