Номер 457, страница 103 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

457. Спирт состава $C_6H_{13}OH$ при окислении образует альдегид с тем же числом атомов углерода в молекуле. При внутримолекулярной дегидратации спирта образуется алкен разветвленного строения (считайте, что изменения углеродного скелета при дегидратации не происходит). Приведите структурные формулы всех спиртов, удовлетворяющих условию задачи. Напишите уравнения реакций.

Решение

Согласно условию задачи, искомый спирт должен удовлетворять трем основным критериям:

Иметь молекулярную формулу $C_6H_{13}OH$.

Быть первичным спиртом, так как его окисление приводит к альдегиду с тем же числом атомов углерода. Это означает, что гидроксильная группа $(-OH)$ связана с первичным атомом углерода $(-CH_2OH)$.

При внутримолекулярной дегидратации образовывать алкен разветвленного строения без изменения углеродного скелета. Это означает, что исходный спирт должен иметь разветвленный углеродный скелет и содержать атом водорода у соседнего (β) атома углерода для возможности отщепления молекулы воды.

Проанализируем все возможные изомеры гексанола, которые являются первичными, имеют разветвленный углеродный скелет и способны к дегидратации без перегруппировки.

1. 2-метилпентан-1-ол

Этот спирт является первичным и имеет разветвленный углеродный скелет. Он способен к дегидратации, так как у второго атома углерода есть атом водорода.

Структурная формула:

$CH_3-CH_2-CH_2-\overset{CH_3}{\overset{|}{C}H}-CH_2OH$

Уравнение реакции окисления:

$CH_3CH_2CH_2CH(CH_3)CH_2OH + [O] \xrightarrow{t, kat} CH_3CH_2CH_2CH(CH_3)CHO + H_2O$

Уравнение реакции дегидратации:

$CH_3CH_2CH_2CH(CH_3)CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} CH_3CH_2CH_2C(CH_3)=CH_2 + H_2O$

Ответ: 2-метилпентан-1-ол, $CH_3-CH_2-CH_2-CH(CH_3)-CH_2OH$.

2. 3-метилпентан-1-ол

Этот спирт является первичным и имеет разветвленный углеродный скелет. Он способен к дегидратации.

Структурная формула:

$CH_3-CH_2-\overset{CH_3}{\overset{|}{C}H}-CH_2-CH_2OH$

Уравнение реакции окисления:

$CH_3CH_2CH(CH_3)CH_2CH_2OH + [O] \xrightarrow{t, kat} CH_3CH_2CH(CH_3)CH_2CHO + H_2O$

Уравнение реакции дегидратации:

$CH_3CH_2CH(CH_3)CH_2CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} CH_3CH_2CH(CH_3)CH=CH_2 + H_2O$

Ответ: 3-метилпентан-1-ол, $CH_3-CH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH_2OH$.

3. 4-метилпентан-1-ол

Этот спирт является первичным и имеет разветвленный углеродный скелет. Он способен к дегидратации.

Структурная формула:

$(CH_3)_2CH-CH_2-CH_2-CH_2OH$

Уравнение реакции окисления:

$(CH_3)_2CHCH_2CH_2CH_2OH + [O] \xrightarrow{t, kat} (CH_3)_2CHCH_2CH_2CHO + H_2O$

Уравнение реакции дегидратации:

$(CH_3)_2CHCH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} (CH_3)_2CHCH_2CH=CH_2 + H_2O$

Ответ: 4-метилпентан-1-ол, $(CH_3)_2CH-CH_2-CH_2-CH_2OH$.

4. 2,3-диметилбутан-1-ол

Этот спирт является первичным и имеет разветвленный углеродный скелет. Он способен к дегидратации.

Структурная формула:

$CH_3-\underset{\displaystyle\underset{CH_3}{|}}{C}H-\underset{\displaystyle\underset{CH_3}{|}}{C}H-CH_2OH$

Уравнение реакции окисления:

$CH_3CH(CH_3)CH(CH_3)CH_2OH + [O] \xrightarrow{t, kat} CH_3CH(CH_3)CH(CH_3)CHO + H_2O$

Уравнение реакции дегидратации:

$CH_3CH(CH_3)CH(CH_3)CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} CH_3CH(CH_3)C(CH_3)=CH_2 + H_2O$

Ответ: 2,3-диметилбутан-1-ол, $CH_3-CH(CH_3)-CH(CH_3)-CH_2OH$.

5. 3,3-диметилбутан-1-ол

Этот спирт является первичным и имеет разветвленный углеродный скелет. Он способен к дегидратации.

Структурная формула:

$(CH_3)_3C-CH_2-CH_2OH$

Уравнение реакции окисления:

$(CH_3)_3CCH_2CH_2OH + [O] \xrightarrow{t, kat} (CH_3)_3CCH_2CHO + H_2O$

Уравнение реакции дегидратации:

$(CH_3)_3CCH_2CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} (CH_3)_3CCH=CH_2 + H_2O$

Ответ: 3,3-диметилбутан-1-ол, $(CH_3)_3C-CH_2-CH_2OH$.

Примечание: Спирт 2,2-диметилбутан-1-ол ($CH_3-CH_2-C(CH_3)_2-CH_2OH$) также является первичным спиртом с разветвленным скелетом. Однако у атома углерода C-2, соседнего с группой $-CH_2OH$, нет атомов водорода. Поэтому его внутримолекулярная дегидратация без перегруппировки углеродного скелета невозможна. Следовательно, он не удовлетворяет условиям задачи.