Номер 815, страница 190 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

815. Приведите общую формулу гомологов анилина.

Решение

Анилин, также известный как фениламин или аминобензол, является простейшим ароматическим амином. Его химическая формула — $C_6H_5NH_2$. Он представляет собой бензольное кольцо, соединенное с аминогруппой ($-NH_2$).

Гомологи — это соединения, которые принадлежат к одному и тому же классу, имеют сходное химическое строение и свойства, но отличаются друг от друга на одну или несколько групп $-CH_2-$.

Гомологи анилина представляют собой производные анилина, в которых один или несколько атомов водорода в бензольном кольце замещены на алкильные группы (например, метил $-CH_3$, этил $-C_2H_5$ и т.д.). Изомерами таких соединений являются амины, у которых алкильные группы замещают атомы водорода в аминогруппе. Все эти соединения описываются одной общей формулой.

Давайте выведем общую формулу для этого гомологического ряда. Общая формула для гомологического ряда аренов (ароматических углеводородов, содержащих одно бензольное кольцо) — $C_nH_{2n-6}$, где $n \ge 6$. Например, бензол $C_6H_6$ ($n=6$), толуол $C_7H_8$ ($n=7$).

Ароматические амины можно рассматривать как производные аренов, в которых один атом водорода замещен на аминогруппу $-NH_2$. При такой замене:

Число атомов углерода $(C)$ остается равным $n$.

Один атом водорода $(H)$ удаляется, и добавляется группа $NH_2$. Суммарное изменение числа атомов водорода: $-1 + 2 = +1$.

Добавляется один атом азота $(N)$.

Таким образом, если у исходного арена было $2n-6$ атомов водорода, то у соответствующего амина их будет $(2n-6) + 1 = 2n-5$.

Следовательно, общая формула гомологов анилина: $C_nH_{2n-5}N$.

Данная формула верна при $n \ge 6$, так как анилин — первый член ряда — содержит 6 атомов углерода.

Проверим формулу на нескольких примерах:

Для анилина ($n=6$): $C_6H_{2 \cdot 6 - 5}N \rightarrow C_6H_{12-5}N \rightarrow C_6H_7N$. Соответствует формуле $C_6H_5NH_2$.

Для толуидинов (метиланилинов, $n=7$): $C_7H_{2 \cdot 7 - 5}N \rightarrow C_7H_{14-5}N \rightarrow C_7H_9N$. Соответствует формуле $CH_3C_6H_4NH_2$.

Для этиланилинов ($n=8$): $C_8H_{2 \cdot 8 - 5}N \rightarrow C_8H_{16-5}N \rightarrow C_8H_{11}N$. Соответствует формуле $C_2H_5C_6H_4NH_2$.

Эта же формула описывает и изомеры с заместителями в аминогруппе, например, N-метиланилин ($C_6H_5NHCH_3$) с общей формулой $C_7H_9N$ ($n=7$) или N,N-диметиланилин ($C_6H_5N(CH_3)_2$) с общей формулой $C_8H_{11}N$ ($n=8$).

Ответ: $C_nH_{2n-5}N$ (при $n \ge 6$).