Номер 629, страница 140 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

629. *Осуществите превращения согласно схеме:

$C_4H_8O \xrightarrow{\text{1. LiAlH}_4 \text{ 2. H}_2O} \text{...} \xrightarrow{\text{H}_2SO_4, 170°C} \text{...} \to \text{...} \text{...} \xrightarrow{\text{H}_2O/H^+} \textbf{X} \xrightarrow{\text{HBr}} \text{...} \xrightarrow{\text{Na}} \textbf{Y},$

если известно, что первое вещество — альдегид, а вещество $\textbf{X}$ не окисляется $\text{KMnO}_4$ в присутствии серной кислоты в обычных условиях.

Решение

1. Определение строения исходного альдегида и промежуточных веществ до X

По условию, исходное вещество с формулой $C_4H_8O$ — альдегид. Существует два изомерных альдегида с такой формулой:
1) Бутаналь: $CH_3-CH_2-CH_2-CHO$
2) 2-метилпропаналь (изобутаналь): $(CH_3)_2CH-CHO$

Рассмотрим цепочку превращений, ведущую к веществу X, для обоих изомеров.
Первая стадия — восстановление альдегида алюмогидридом лития ($LiAlH_4$) до первичного спирта.
Вторая стадия — внутримолекулярная дегидратация спирта (отщепление воды) под действием концентрированной серной кислоты при высокой температуре с образованием алкена.
Третья стадия — гидратация (присоединение воды) алкена в кислой среде. Реакция идет по правилу Марковникова: атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.

Путь А (для бутаналя):
$CH_3-CH_2-CH_2-CHO \xrightarrow{1. LiAlH_4 \quad 2. H_2O} CH_3-CH_2-CH_2-CH_2OH$ (бутанол-1)
$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, 170 ^\circ C} CH_3-CH_2-CH=CH_2 + H_2O$ (бутен-1)
$CH_3-CH_2-CH=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_3$ (бутанол-2)
В этом случае вещество X — бутанол-2, являющийся вторичным спиртом.

Путь Б (для 2-метилпропаналя):
$(CH_3)_2CH-CHO \xrightarrow{1. LiAlH_4 \quad 2. H_2O} (CH_3)_2CH-CH_2OH$ (2-метилпропанол-1)
$(CH_3)_2CH-CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, 170 ^\circ C} (CH_3)_2C=CH_2 + H_2O$ (2-метилпропен)
$(CH_3)_2C=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} (CH_3)_3C-OH$ (2-метилпропанол-2)
В этом случае вещество X — 2-метилпропанол-2, являющийся третичным спиртом.

Согласно условию, "вещество X не окисляется $KMnO_4$ в присутствии серной кислоты в обычных условиях". Вторичные спирты (бутанол-2) окисляются в этих условиях, а третичные (2-метилпропанол-2) — устойчивы к окислению. Следовательно, верен путь Б.

Ответ: Исходное вещество ($C_4H_8O$) — 2-метилпропаналь. Вещество X — 2-метилпропанол-2, $(CH_3)_3C-OH$.

2. Определение строения вещества Y и завершение схемы

Теперь осуществим превращения, начиная с вещества X (2-метилпропанола-2), чтобы найти вещество Y.
а) Реакция третичного спирта с бромоводородом ($HBr$) приводит к замещению гидроксильной группы на атом брома:
$(CH_3)_3C-OH + HBr \rightarrow (CH_3)_3C-Br + H_2O$
Продукт — 2-бром-2-метилпропан.

б) Полученный третичный галогеналкан реагирует с металлическим натрием (реакция Вюрца), что приводит к удвоению углеводородного радикала:
$2(CH_3)_3C-Br + 2Na \rightarrow (CH_3)_3C-C(CH_3)_3 + 2NaBr$
Продукт Y — 2,2,3,3-тетраметилбутан.

Таким образом, полная схема превращений выглядит следующим образом:
$(CH_3)_2CH-CHO \xrightarrow{1. LiAlH_4 \quad 2. H_2O} (CH_3)_2CH-CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, 170^\circ C} (CH_3)_2C=CH_2 \xrightarrow{H_2O/H^+} (CH_3)_3C-OH \xrightarrow{HBr} (CH_3)_3C-Br \xrightarrow{Na} (CH_3)_3C-C(CH_3)_3$

Ответ: Вещество Y — 2,2,3,3-тетраметилбутан, $(CH_3)_3C-C(CH_3)_3$.