Предложите наиболее рациональный способ получения из бензола 2-хлор-4-нитротолуол.

Решение:

При получении указанного соединения из бензола необходимо ввести в кольцо три группы: - Cl, -NО₂ и –СН₃. Все реакции электрофильного замещения – хлорирование, нитрование, алкилирование. Учитывая ориентирующий характер трех групп, необходимо в следующей последовательности осуществить превращения:

1. алкилирование (СН₃СI в присутствии FeCI₃), в полученном соединении - толуоле группа - СН₃ заместитель 1 рода и ориентирует вхождение в кольцо второй группы в о- и п- положения (для дальнейших реакций необходим только п-изомер);

2. нитрование (смесь концентрированных азотной и серной кислот), в полученном соединении - п-нитротолуоле группа -NО₂ заместитель 2 рода и ориентирует входящую группу в м-положение. Таким образом, в п-нитротолуоле ориентирующее действие обеих групп согласованное (совпадающая ориентация), третья входящая группа будет замещать атом водорода у второго атома углерода бензольного кольца;

3. галогенирование (Cl₂ в присутствии FeCI₃) приводит к образованию 2-хлор-4-нитротолуола.

6. Осуществите превращения:

С₂Н₅Cl Вr₂ Вr₂ КОН КМnО₄

Бензол → А → В → С → Д → Е + Ж.

Fe Fe t спирт Н₂SО₄

Решение:

РАЗДЕЛ 3. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Спирты. Фенолы.

Литература

1. Иванов, В.Г. Органическая химия: учеб. пособие для вузов / В.Г. Иванов, В.А. Горленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. -С. 171-191, 409-421.

2. Грандберг, И.И. Органическая химия: учеб. для вузов / И.И. Грандберг. - М.: Дрофа, 2002. -С. 278- 302.

3. Петров, А.А. Органическая химия: учеб. для вузов / А.А. Петров. - С-Пб.: Иван Федоров, 2002. -С. 129-153, 363-384.

4. Артеменко, А.И. Органическая химия: учеб. для вузов / А.И. Артеменко. - М.: Высшая школа, 2009. -С. 126-147, 388-402.

Раздел в рекомендуемых учебниках [1, 2, 4] излагается значительно шире, чем в учебнике [3], в котором электронное строение спиртов и фенолов, изомерия, химические свойства освещены кратко. Студентам нехимических специальностей при работе с учебникам [1, 2, 4] следует отбирать материал в соответствии с программой и методическими указаниями.

Спиртами (RОН) и фенолами (АrОН) называют производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы (-ОН). По числу гидроксильных групп, содержащихся в молекуле, спирты и фенолы могут быть одно (одна ОН-группа)-, двух (две ОН-группы)-, трех- и многоатомные.

При изучении данной темы студенту следует обратить внимание на сходства и различия в строении, свойствах спиртов и фенолов, обусловленные характером взаимного влияния радикала и гидроксильной группы.

Изучение темы следует начать с рассмотрения наиболее простого класса – предельных одноатомных спиртов, общая формула которых С_nН₂_n₊₁ОН. На примере трех-четырех представителей гомологического ряда следует рассмотреть правила составления названий по номенклатуре ИЮПАК (см. «Номенклатура органических соединений»), рациональной и тривиальной номенклатурам.

Особое внимание при изучении данной темы следует обратить на структурную изомерию предельных спиртов, которая обусловлена различием в строении углеродной цепи, расположении гидроксильной группы в цепи. Для спиртов характерна межклассовая изомерия (метамерия), спиртам изомерны простые эфиры с общей формулой

R – O - R.

По положению гидроксильной группы в цепи различают первичные (R-СН₂-ОН), вторичные (R₂СН-ОН) и третичные (R₃С-ОН) спирты.

Для спиртов, содержащих в молекуле асимметрический атом углерода, характерна оптическая изомерия (см. «Оптическая изомерия»).

Изучение фенолов следует начать с рассмотрения одноатомных фенолов, имеющих общую формулу С_n Н₂_n_-7ОН. На примере трех-четырех представителей гомологического ряда следует рассмотреть правила составления названий по номенклатуре ИЮПАК, при этом студенту необходимо выучить тривиальные названия некоторых соединений (например, фенол, крезол).

При изучении изомерии фенолы следует сравнить с ароматическими углеводородами (см. «Арены»), поскольку для этих соединений возможны одни и те же виды структурной изомерии – различный состав и строение бокового радикала, различное положение радикалов и ОН-группы в кольце.

При изучении электронного строения спиртов на примере этанола следует, используя гипотезу о sp³- гибридизации атомов углерода и кислорода, рассмотреть схемы образования (см. «Химическая связь») в молекуле σ - С-С, С-О, С-Н, О-Н- связей и их характеристики.

На примере фенола необходимо рассмотреть взаимное влияние бензольного кольца и гидроксильной группы (р, π -сопряжение), изменения в характеристиках σ - С-О, О-Н-связей по сравнению со спиртами (см. «Электронные эффекты»).

Наличие гидроксильной группы оказывает существенное влияние на физические свойства спиртов и фенолов. Образование межмолекулярных водородных связей (см. «Химическая связь») приводит к повышению температур кипения и плавления спиртов и фенолов по сравнению с углеводородами, галогенпроизводными углеводородов. Возможность образования водородных связей между молекулами спиртов и воды способствует растворению спиртов в воде.

Поскольку спирты и фенолы имеют одинаковую функциональную группу, для них характерен ряд общих химических свойств: кислотные свойства, реакции нуклеофильного замещения, окисления. Однако при этом следует учитывать влияние природы радикала на свойства функциональной группы. В фенолах, по сравнению со спиртами, более подвижен водород гидроксильной группы (усиление кислотных свойств) и менее подвижна сама гидроксильная группа (не характерны реакции нуклеофильного типа).

Наряду с общими химическими свойства для спиртов и фенолов характерны специфические – внутримолекулярная дегидратация у спиртов (по правилу Зайцева) и электрофильное замещение атомов водорода в бензольном кольце (о, п-положениях, см. «Арены») фенолов.

При изучении двух- и трехатомных спиртов и фенолов необходимо подчеркнуть, что увеличение числа гидроксильных групп в молекулах спиртов приводит к усилению их кислотных свойств, в молекулах фенолов – к большей способности к окислению.

Студенту необходимо знать общие способы получения спиртов - гидролиз галогенпроизводных углеводородов, гидратация и окисление непредельных соединений, рассмотреть генетическую связь между соединениями разных классов.

Из общих методов получения фенолов необходимо знать следующие: перегонка каменноугольной смолы, сплавление сульфокислот со щелочами, окисление изопропилбензола.

При изучении спиртов и фенолов следует подробно рассмотреть практическое значение, экологические последствия производства и применения этих соединений.

Контрольные вопросы и упражнения:

1. Напишите структурные формулы всех изомерных соединений состава С₅Н₁₂О. Укажите среди них первичные, вторичные и третичные спирты, простые эфиры. Назовите их по двум вариантам номенклатуры ИЮПАК. Какие из изомеров оптически активны?

3. Напишите уравнения реакций 3-метилбутанола-2 со следующими соединениями: соляной кислотой, пентахлоридом фосфора (PCl₅), концентрированной серной кислотой при нагревании. Укажите тип реакций. Назовите полученные соединения по номенклатуре ИЮПАК.

4. Напишите уравнения реакций этерификации, в результате которых образуются сложные эфиры: метиловый эфир уксусной кислоты (этановой), этиловый эфир пропионовой (пропановой) кислоты, трипальмитин. Укажите условия реакций.

5. Напишите уравнения реакций окисления первичных и вторичных изомерных спиртов состава С₅Н₁₂О (примеры - см. упр. 1) дихроматом калия в кислой среде. Назовите полученные соединения по номенклатуре ИЮПАК. Сравните реакционную активность спиртов в этой реакции.

6. Напишите структурные формулы всех изомерных ароматических соединений состава С₇Н₈О. Укажите среди них фенолы, ароматические спирты. Назовите их.

7. Напишите уравнения реакций, протекающие при последовательном действии на 2-метилпропен следующих реагентов: брома; водного раствора гидроксида натрия; 2 моль уксусной кислоты. Назовите промежуточные и конечные соединения.

8. Напишите уравнения реакций, протекающие при последовательном действии на бензол следующих реагентов: серной кислоты (концентр.); гидроксида натрия; избытка гидроксида натрия при нагревании; иодметана (при нагревании); хлорида алюминия (при нагревании); азотной кислоты. Назовите промежуточные и конечные соединения.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒