Номер 456, страница 103 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

456. Спирт состава $C_6H_{13}OH$ при окислении не может образовывать альдегид с тем же числом атомов углерода в молекуле. При внутримолекулярной дегидратации спирта образуется алкен, способный существовать в виде цис-, транс-изомеров. Приведите структурные формулы всех спиртов, удовлетворяющих условию задачи. Напишите уравнения реакций.

Для решения задачи проанализируем условия.

1. Спирт состава $C_6H_{13}OH$ при окислении не может образовывать альдегид с тем же числом атомов углерода. Это означает, что спирт не является первичным. Первичные спирты ($R-CH_2OH$) окисляются до альдегидов. Следовательно, искомый спирт должен быть вторичным (гидроксильная группа связана с атомом углерода, который соединен с двумя другими атомами углерода) или третичным (гидроксильная группа связана с атомом углерода, который соединен с тремя другими атомами углерода). Вторичные спирты окисляются до кетонов, а третичные в мягких условиях не окисляются.

2. При внутримолекулярной дегидратации спирта образуется алкен, способный существовать в виде цис-, транс-изомеров. Геометрическая (цис-транс) изомерия возможна для алкенов, у которых каждый атом углерода при двойной связи соединен с двумя различными атомами или группами атомов. Общая формула такого алкена: $R_1R_2C=CR_3R_4$, где $R_1 \neq R_2$ и $R_3 \neq R_4$. Это значит, что продуктом дегидратации не может быть алкен с концевой двойной связью (например, вида $R-CH=CH_2$), так как у одного из атомов углерода есть два одинаковых заместителя (атомы водорода).

Исходя из этих условий, рассмотрим все возможные изомеры вторичных и третичных спиртов состава $C_6H_{13}OH$ и продукты их дегидратации.

1. Гексан-2-ол

Это вторичный спирт. Его структурная формула:

$CH_3-CH(OH)-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$

При внутримолекулярной дегидратации (по правилу Зайцева) преимущественно образуется гекс-2-ен, который имеет цис- и транс-изомеры, так как у одного атома углерода при двойной связи заместители H и $CH_3$, а у другого H и $C_3H_7$.

Уравнение реакции:

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

2. Гексан-3-ол

Это вторичный спирт. Его структурная формула:

$CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_2-CH_2-CH_3$

При дегидратации образуется смесь гекс-2-ена и гекс-3-ена. Оба этих алкена способны к цис-, транс-изомерии. Например, у гекс-3-ена у каждого атома углерода при двойной связи находятся заместители H и $C_2H_5$.

Уравнение реакции (с образованием гекс-3-ена):

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

3. 3-Метилпентан-2-ол

Это вторичный спирт. Его структурная формула:

$CH_3-CH(OH)-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$

При дегидратации по правилу Зайцева образуется преимущественно 3-метилпент-2-ен. У этого алкена один атом углерода при двойной связи имеет заместители H и $CH_3$, а другой — $CH_3$ и $C_2H_5$. Все заместители различны, поэтому существуют цис- и транс-изомеры.

Уравнение реакции:

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

4. 4-Метилпентан-2-ол

Это вторичный спирт. Его структурная формула:

$CH_3-CH(OH)-CH_2-CH(CH_3)_2$

При дегидратации по правилу Зайцева образуется преимущественно 4-метилпент-2-ен, который имеет цис- и транс-изомеры (заместители при двойной связи: у одного атома С — H и $CH_3$, у другого — H и изопропил $-CH(CH_3)_2$).

Уравнение реакции:

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

5. 3-Метилпентан-3-ол

Это третичный спирт. Его структурная формула:

$CH_3-CH_2-C(OH)(CH_3)-CH_2-CH_3$

При дегидратации образуется 3-метилпент-2-ен, который, как было показано в пункте 3, имеет цис- и транс-изомеры.

Уравнение реакции:

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

Ответ:

Условию задачи удовлетворяют 5 спиртов. Их структурные формулы:

1. Гексан-2-ол: $CH_3-CH(OH)-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$

2. Гексан-3-ол: $CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_2-CH_2-CH_3$

3. 3-Метилпентан-2-ол: $CH_3-CH(OH)-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$

4. 4-Метилпентан-2-ол: $CH_3-CH(OH)-CH_2-CH(CH_3)_2$

5. 3-Метилпентан-3-ол: $CH_3-CH_2-C(OH)(CH_3)-CH_2-CH_3$

Уравнения реакций внутримолекулярной дегидратации:

1. $CH_3-CH(OH)-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3-CH=CH-CH_2-CH_2-CH_3 + H_2O$

2. $CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3-CH_2-CH=CH-CH_2-CH_3 + H_2O$

3. $CH_3-CH(OH)-CH(CH_3)-CH_2-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3-CH=C(CH_3)-CH_2-CH_3 + H_2O$

4. $CH_3-CH(OH)-CH_2-CH(CH_3)_2 \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3-CH=CH-CH(CH_3)_2 + H_2O$

5. $CH_3-CH_2-C(OH)(CH_3)-CH_2-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3-CH=C(CH_3)-CH_2-CH_3 + H_2O$