Примеры решения задач. Пример 1.Составьте уравнение реакции бромирования 2-метилбутана

Пример 1. Составьте уравнение реакции бромирования 2-метилбутана. Напишите и назовите по международной номенклатуре изомеры полученного соединения.

Решение задачи. Вспомним правила названий органических веществ по международной номенклатуре (ИЮПАК).

Номенклатура ИЮПАК строится следующим образом: выбирается наиболее длинная цепь атомов углерода и нумеруется, нумерация начинается с того конца, ближе к которому располагается радикал-заместитель. При наличии

нескольких заместителей сумма цифр, обозначающих положение их в цепи, должна быть наименьшей. В названии вещества указывается цифрой место заместителя, называется сам заместитель, а затем главная цепь по числу атомов углерода с добавлением суффикса, соответствующего тому или иному классу органических соединений. Если радикалы повторяются, то перечисляются цифры, указывающие их положение, а число одинаковых радикалов указывается приставками ди-, три-, тетра- и т.д.

По названию вещества определяем, какова главная цепь в указанном углеводороде. Напишем и пронумеруем цепочку углеродных атомов. Выявим заместители. Используя названия радикалов-заместителей, записываем их у соответствующих атомов углерода в главной цепи. Проверяем формулу углеводорода, следим за количеством атомов водорода у каждого углеродного атома, учитывая, что валентность атома углерода в органических соединениях равна четырем. Главная цепь – бутан, в нее входит четыре атома углерода. У второго атома углерода расположена метильная группа. Формула исходного соединения имеет вид:

При написании уравнений реакций предельных углеводородов, к которым относится исходный углеводород, следует знать, что для этих углеводородов характерными являются реакции замещения, причем в реакции замещения легче всего вступает водород у третичного атома углерода, затем у вторичного и труднее всего у первичного атома углерода. В данном случае, замещение идет у второго атома углерода, так как он третичный.

Составляем формулы изомеров для полученного галогенпроизводного углеводорода. Сначала записываем изомеры галогенпроизводных, у которых главная цепь атомов углерода содержит 5 углеродных атомов.

После этого записываем изомеры, содержащие в главной цепи 4 атома углерода.

Теперь записываем изомер, содержащий в главной цепи 3 атома углерода.

Пример 2. Какие продукты реакции образуется при нитровании 2,4-диметилпентана в условиях реакции Коновалова?

Решение задачи. При нитровании 2,5-диметилгексана в условиях реакции Коновалова (t=140⁰C, 14–20% раствор HNO₃, повышенное давление) преимущественно образуется продукт замещения атома водорода при третичных атомах углерода С₂ или С₄. Поскольку молекула имеет ось симметрии, то продукт будет один – 2-нитро-2,4-диметилпентан. Побочными процессами, сопровождающими реакции нитрования, являются расщепление углеродной цепи (преимущественно рядом с разветвлением) и образование нитропроизводных с меньшим числом атомов углерода. Чем длиннее цепь алкана и выше температура, тем интенсивнее протекает этот процесс. В данной задаче таких продуктов не будет: они образуются при парофазном нитровании алканов (t = 300^оC)

Пример 3. Получите 3,4-диметилгексан из галогенпроизводных алканов по реакции Вюрца, без образования побочных продуктов.

Решение задачи. Для синтеза вещества по его формуле необходимо:

а) записать структурную формулу получаемого соединения;

б) обдумать направления синтеза;

в) написать формулы исходных веществ;

г) написать уравнения реакций.

По названию вещества записываем формулу получаемого предельного углеводорода:

Получение алканов из галогенопроизводных по реакции Вюрца производится при взаимодействии двух галогенопроизводных с меньшим числом углеродных атомов, чем в синтезируемом соединении, в присутствии металлического натрия. Для выбора подходящих галогенпроизводных нужно разделить формулу алкана на два любых фрагмента, которые в месте разъединения должны соединяться с атомами галогена. В смеси двух галогенпроизводных с металлическим натрием реакция может проходить между двумя различными по строению галогенпроизводными и двумя парами одинаковых галогенпроизводных. В результате в первом случае образуются три алкана - один основной и два побочных. По условию задачи, для получения алкана без образования побочных продуктов, нужно разделить исходный углеводород на два одинаковых фрагмента, которые образуют одно галогенпроизводное. Такое возможно только для симметричных алканов. Искомый углеводород симметричен и мы его делим таким образом:

R₁ и R₂ одинаковы, поэтому нужный галогенуглеводород имеет структурную формулу

Уравнение реакции Вюрца имеет вид:

Пример 4. Используя необходимые органические и неорганические реагенты, синтезируйте бутин-1 из бутанола-1.

Решение задачи. Запишем структурные формулы исходного соединения и конечного продукта:

На первой стадии проведем внутримулекулярную дегидратацию спирта:

Далее, получим вицинальное дигалогенпроизводное, действуя на полученный алкен раствором брома в четыреххлористом углероде:

Для получения бутина-1 проведем реакцию элиминирования (отщепления двух молекул галогеноводорода - НBr), действуя на 1,2-дибромбутан спиртовым раствором щелочи:

В этом синтезе на первый взгляд кажется более простым превращение бутена-1 в бутин-1 путем дегидрирования. Однако при осуществлении дегидрирования алкенов всегда образуются алкадиены с сопряженными связями – как термодинамически более стабильные, чем алкины.

Пример 5. Напишите уравнение реакции взаимодействия пентадиена-1,3 с хлором при 40⁰С.