Обучающая задача 2

Напишите четыре изомера состава C₆H₁₀, которые можно отнести к алкадиенам с сопряженными связями. С одним из изомеров проведите следующие реакции: а) с бромной водой; б) полимеризации.

Общая формула C_nH_2n-2 (к которой можно отнести С₆Н₁₀) отвечает гомологическим рядам алкинов и алкадиенов. Известны алкадиены трех типов: с кумулированными, изоли­рованными и сопряженными связями. В диенах с сопряженными связями две двойные связи разделены одной простой связью; в та­кой системе два ненасыщенных центра функционируют как еди­ное целое. Поэтому типичные для ненасыщенных углеводородов реакции присоединения в этом случае могут протекать по двум направлениям: либо в положение 1,4 (на концах системы сопря­женных связей, тогда между 2 и 3 атомами образуется новая двойная связь), либо обычным путем, по месту разрыва одной из двойных связей (1,2-присоединение). Наиболее вероятным яв­ляется присоединение в положении 1,4, однако, конкретный ре­зультат (предпочтительность 1,4- или 1,2-присоединения) зависит от природы реагирующих веществ и условий реакции.

1 этап. Изомерия непредельных углеводородов обусловлена изомерией углеродного скелета и изомерией положения двойных связей. При выводе формул изомеров рекомендуется вначале стро­ить схемы углеродных скелетов, постепенно укорачивая главную цепь и располагая оставшиеся атомы углерода в виде разветвле­ний (боковых цепей) во всех возможных положениях. Каждый по­лученный углеродный скелет может существовать в виде несколь­ких изомеров с различным положением двойных связей.

В прямой цепи из шести атомов углерода можно расположить сопряженные связи двумя способами:

С = С – С = С – С – С и С – С = С – С = С – С

Для третьего и четвертого изомеров получаем новый углеродный скелет:

С = С – С = С – С | С

и С – С = С – С = С | С

Полные формулы углеводородов получаются после заполнения схем углеродных скелетов атомами водорода:

2 этап. Итак, предпочтительным для систем с сопряженными связями является 1,4-присоединение, хотя возможно и 1,2-присоединение:

3 этап. Отличительной особенностью диенов с сопряженными связями является их склонность к полимеризации. Процесс полимеризации протекает под действием катализаторов, под влиянием света и даже самопроизвольно. Макромолекула образуется за счет соединения друг с другом молекул мономера в положение 1,4:

Тема 4. Ароматические углеводороды Обучающая задача

С

оставьте схемы следующих превращений:

бензол → пропилбензол

Решение. 1 этап. Для синтеза вещества на основании его формулы нужно выбрать исходные соединения, разделив формулу искомого на фрагменты:

CH₂CH₂CH₃

Таким образом, в молекулу бензола нужно ввести алкильный радикал – пропил. Один из способов получения гомологов бензола – синтез Фриделя-Крафтса. Алкильный радикал вводится в кольцо при действии на бензол галоген алкилов в присутствии хлористого алюминия:

+ Cl-CH2CH2CH3

CH2CH2CH3

+ HCl

пропилбензол

2 этап. Бензольное кольцо отличается стойкостью к действию окислителя. Окислению подвергаются обычно боковые цепи, причем цепи любой сложности разрушаются и «сгорают», а в кольце остается в качестве заместителя лишь один атом углерода, окисленный до карбоксильной группы. Образуется ароматическая кислота.

CH₂CH₂CH₃

COOH

+ 2CО2 + 2H2O

бензойная кислота

3 этап. На продукт окисления по условию следует подействовать хлором в присутствии хлорного железа. Это реакция электрофильного замещения. В производных бензола, имеющих заместитель (типа C₆H₅ – x), атомы углерода в кольце неравноценны, поэтому при введении второго заместителя возможно образование трех изомеров. Место вступления второго электрофильного заместителя определяется природой уже имеющегося (первого или ориентирующего) заместителя. Ориентирующие заместители в бензольном кольце делятся на 2 группы: ориентанты I рода или электронодоноры (алкилы, гидрокси- и аминогруппы, галогены) – вводят заместитель в орто- и пара-положения (2,4,6); - ориентанты II рода или электроноакцепторы (карбоксилы, карбонилы; сульфо, нитро-, нитрозо-группы) – вводят заместитель в мета положение (3,5). Карбоксильная группа – это ориентант II рода, направляющий следующий заместитель в мета – положение по отношению к себе:

COOH

Cl

COOH

м-хлорбензойная кислота

+ HCl