Органическая химия. Методические рекомендации

атомов углерода (позиции 2 — -CH- или 4 — -CH2-). Согласно правилу Зайцева атом водорода преимущественно отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода, поэтому водород покидает второй атом углерода. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

Обязательно следует указывать состояние взятой щелочи — твердая или ее водный или спиртовой раствор, поскольку это влияет на направление реакции и образование тех или иных продуктов. Полученный алкен имеет название 2-метил­ пент-2-ен.

2.3.Вариант домашнего задания № 3

срешением

Задание 1. Напишите уравнения реакций пропионовой и масляной кислот с каждым из двух спиртов — изопропиловый и втор-бутиловый. Приведите по два названия для каждого из четырех образовавшихся продуктов, используя тривиальную и систематическую номенклатуру.

Решение задания 1.

Реакции карбоновых кислот со спиртами протекают при их нагревании в присутствии водоотнимающих средств и приводят к получению сложных эфиров. Тривиальные названия

вданном случае имеют карбоновые кислоты и их фрагменты

всоставе эфиров, поэтому в названии продуктов меняются лишь кислотные остатки. Реакции этерификации изопропилового и втор-бутилового спиртов с пропионовой (пропановой) и маслянной кислотами протекают по уравнениям:

31

Название эфира по ИЮПАК: изопропилпропаноат; название по тривиальной номенклатуре: изопропилпропионат.

Название эфира по ИЮПАК: втор-бутилпропаноат; название по тривиальной номенклатуре: втор-бутилпропионат.

Название эфира по ИЮПАК: изопропилбутаноат; название по тривиальной номенклатуре: изопропилбутират.

Название эфира по ИЮПАК: втор-бутилбутаноат; название по тривиальной номенклатуре: втор-бутилбутират.

Задание 2. Укажите, к какому классу относится приведенное вещество. Напишите уравнение его кислотного и щелочного гидролиза. Приведите названия органических продуктов для реакции щелочного гидролиза.

Решение задания 2.

Приведенное соединение относится к классу амидов — одного из классов производных карбоновых кислот. Как и остальные классы производных карбоновых кислот,

32

амиды подвергаются гидролизу в условиях кислотного или щелочного катализа с образованием в первом случае кислоты, а во втором — соответствующей соли карбоновой кислоты. Образующиеся помимо кислоты и соли аммиак или амины способны взаимодействовать с взятой в качестве катализатора сильной кислотой (обычно соляной или серной) с образованием аммонийных солей, поэтому уравнения гидролиза соединения из условия задачи выглядят следующим образом:

При щелочном (оснóвном) гидролизе выделяется свободный амин, а также продукт нейтрализации карбоновой кислоты взятым основанием — соль. Названия продуктов:

калиевая соль 4-метил-5-фенилпент-3-еновой кислоты; 5-метилциклогекс-3-ен-1-амин.

Задание 3.

Напишите схему химической реакции, протекающей при действии на приведенный ниже углеводород системы KMnO4/ H2SO4 при нагревании. Подпишите название каждого образовавшегося органического продукта окисления, а также класс веществ, к которому он относится.

CH3

H2C

CH3

33

Решение задания 3.

Действие перманганата калия на алкены в условиях кислотного катализа и при нагревании приводит к разрыву С=С- связи и образованию двух или более (в случае нескольких двойных связей) углеродсодержащих фрагментов, содержащих карбонильные группы на месте разрыва связи (шаг 1):

Кетонные группы в данных условиях не претерпевают изменений, в то время как образовавшиеся альдегидные группы окисляются далее в карбоксильные (шаг 2):

Простейший представитель класса альдегидов — формальдегид (метаналь) первоначально окисляется в муравьиную (метановую) кислоту, содержащую в своей структуре альдегидную группу и окисляемую далее в угольную кислоту, которая в свою очередь самопроизвольно распадается на углекислый газ и воду.

Кетоны, карбоновые кислоты и углекислый газ (но не альдегиды) — конечные возможные продукты жесткого окисления алкенов в системе KMnO4/H+. Общая схема реакции:

34

Названия двух органических продуктов по систематической номенклатуре: 3-метил-4-оксопентановая кислота и бензойная кислота.

Задание 4. Составьте формулу кислородсодержащего соединения по его названию: ацетон. Напишите уравнения его реакции с а) аммиаком; б) фенилгидразином; в) циановодородом; г) водородом.

Укажите условия протекания соответствующих реакций.

Решение задания 4.

Кетоны и альдегиды — соединения, содержащие карбонильные группы (соответственно кетонные и альдегидные), обуславливающие свойства этих классов соединений.

а) Реакция ацетона с аммиаком протекает в условиях кислотного катализа H2SO4 с отщеплением молекулы воды. Продукт реакции относится к классу иминов:

б) Аналогично протекает реакция ацетона с аминогруппой фенилгидразина, приводя к фенилгидразону ацетона (класс — гидразон):

в) Карбонильная группа альдегидов и кетонов способна

кнуклеофильному присоединению молекулы циановодорода

собразованием циангидринов:

35

г) Альдегиды и кетоны подвергаются гидрированию (восстановлению) в присутствии металлических катализаторов с образованием первичных или вторичных спиртов:

Задание 5. Составьте формулу карбоновой кислоты по ее названию — мета-хлорбензойная кислота. Напишите уравнения ее реакции с а) оксидом фосфора (V); б) фенилгидразином; в) метиловым спиртом; г) оксидом магния.

Укажите условия протекания соответствующих реакций.

Решение задания 5.

Карбоновым кислотам часто присущи свойства обычных минеральных кислот. Они взаимодействуют с активными металлами с выделением водорода, разлагают карбонаты, вступают в реакцию с основаниями. Однако практическое значение имеют реакции с теми реагентами, которые позволяют получить новые классы органических соединений.

а) Карбоновые кислоты под действием сильнейшего дегидратирующего агента — оксида фосфора (V) переходят в ангидриды:

б) Фенилгидразин реагирует с карбоновыми кислотами

вприсутствии серной кислоты с отщеплением молекулы воды

иприводит к фенилгидразиду кислоты:

36

в) Реакция этерификации с метиловым спиртом приводит к образованию сложного эфира:

г) Оксид магния под действием карбоновых кислот переходит в соответствующую соль —мета-хлорбензоат магния:

2.4.Вариант домашнего задания № 4

срешением

Задание 1. По названию органического соединения: а) составьте структурную формулу соединения;

б) приведите структурную формулу одного из его изомеров, принадлежащего к другому классу соединений;

в) назовите изомер в соответствии с правилами систематической номенклатуры.

Фенилгидразон циклогекс-3-енона.

Решение задания 1.

а) Гидразоны — класс соединений, являющийся продуктом межмолекулярной реакции дегидратации карбонильного соединения (альдегида или кетона) с гидразином. В соответствии с этим фенилгидразон циклогекс-3-енона представляет собой продукт реакции фенилгидразина с циклогекс-3-еноном и имеет следующее строение:

HN

N

37

б) Структура одного из возможных изомеров имеет следующее строение и относится к классу нитрилов:

NH2

в) Нумерация структуры с атома углерода нитрильной группы позволяет составить верное название молекулы — нитрил 4-амино-6-фенилгекс-2-еновой кислоты.

Задание 2. По структурной формуле органического соединения:

а) составьте его название по систематической или радикальной номенклатуре;

б) напишите уравнение его реакции с азотистой кислотой; в) напишите уравнение реакции данного соединения с хлорангидридом бензойной кислоты и название полученного ос-

новного соединения; г) напишите схему реакции исходного соединения с од-

ним молем метилбромида, назовите полученную аммонийную соль.

H

N

CH3

Решение задания 2.

а)  Вторичные и третичные амины удобнее называть по радикальной номенклатуре. Перед нами формула вторичного амина, имеющего в структуре фенильный и пропильный заместители при атоме азота, поэтому его название по радикальной номенклатуре — пропилфениламин.

б) Азотистая кислота окисляет амины и переводит первичные амины в спирты, а вторичные — в нитрозамины по уравнению:

38

в) Первичные и вторичные амины способны ацилироваться карбоновыми кислотами и их производными (эфирами, ангидридами и хлорангидридами) с образованием амидов:

Название основного продукта — пропилфениламид бензойной кислоты. Стоит отметить, что в ходе данного превращения выделяется молекула HCl, которая подхватывается присутствующим в реакционной смеси исходным амином, образуя

сней побочный продукт — аммонийную соль — хлорид пропилфениламмония.

г) Первичные продукты взаимодействия алкилгалогенидов

саминами — новый амин и галогеноводороды, реагируя, дают

вкачестве конечного продукта аммонийную соль — бромид метилпропилфениламмония:

Задание 3. По структурной формуле органического соединения:

а) составьте его название по систематической номенклатуре;

б) напишите уравнение реакции его полного кислотного гидролиза;

39

в) предложите схему получения данного соединения из соответствующей карбоновой кислоты через стадию образования ангидрида.

O

H3C N

H

Решение задания 3.

а) Соединение относится к классу амидов. Названия амидов строятся путем объединения названия класса и названия соответствующей карбоновой кислоты в родительном падеже. Поскольку данный амид имеет заместитель при атоме азота, название всей структуры необходимо начинать с названия этого заместителя. Полное название соединения по систематической номенклатуре — фениламид бутановой кислоты.

б) Все производные карбоновых кислот подвергаются гидролизу в условиях кислотного или щелочного катализа

собразованием в первом случае кислоты, а во втором — соответствующей соли карбоновой кислоты. Необходимо также учитывать, что побочные продукты гидролиза нитрилов или амидов — аммиак или амины — способны взаимодействовать

свзятой в качестве катализатора сильной кислотой (обычно соляной или серной) с образованием аммонийных солей. Уравнение кислотного гидролиза амида из условия задачи выглядит следующим образом:

в) Прямой метод получения амидов заключаются во взаимодействии соответствующих аминов с карбоновыми кислотами в присутствии концентрированной серной кислоты. Для повышения выходов необходимых амидов карбоновую кислоту часто переводят в хлорангидрид или ангидрид, которые являются гораздо более реакционноспособными соединениями и реагируют с аминами количественно. Уравнения получения

40