Как писать задание 32

В задании 32 дана схема из пяти превращений органических веществ; нужно написать пять уравнений реакций. Каждое верное уравнение приносит один балл, всего пять. Эксперт проверяет три вещи: верно ли определены вещества, записаны ли они структурными формулами и уравнены ли реакции.

Правила оформления

• Структурные формулы. Органические вещества записывают структурными формулами: \(\ce{CH3-CH2-OH}\), а не \(\ce{C2H6O}\) или \(\ce{C2H5OH}\); \(\ce{CH3-CO-CH3}\), а не \(\ce{C3H6O}\). Допускаются сокращённые формулы, в которых виден порядок связи атомов и все функциональные группы; бензольное кольцо можно записать как \(\ce{C6H5-}\) или нарисовать.
• Преимущественные продукты. Указывают преимущественно образующиеся продукты (правила Марковникова и Зайцева, ориентация в кольце) и все неорганические продукты: \(\ce{HCl}\), \(\ce{H2O}\), \(\ce{NaBr}\), \(\ce{MnO2}\), \(\ce{Cu2O}\).
• Коэффициенты. Их расставляют во всех уравнениях, в окислительно-восстановительных реакциях — по электронному балансу.
• Условия реакции, указанные в схеме (нагревание, катализатор, свет, водный или спиртовой раствор), лучше переписать над стрелкой.

Как определить неизвестные вещества

Над каждой стрелкой — реагент и условия; они однозначно задают тип реакции. Двигайтесь по цепочке слева направо и для каждого шага задавайте два вопроса: какой класс соединений даёт эта реакция и сколько атомов углерода стало. Если цепочка где-то не определяется, зайдите с конца: известный конечный продукт подсказывает предыдущее вещество.

Разбор цепочки

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

\[ \ce{C6H6 ->[CH3Cl, AlCl3] X1 ->[Cl2, h\nu] X2 ->[KOH, H2O] X3 ->[CuO, t^\circ] X4 ->[Cu(OH)2, t^\circ] X5} \]

Алкилирование бензола даёт толуол; хлор на свету замещает водород метильной группы; водная щёлочь заменяет хлор на \(\ce{OH}\) — получается бензиловый спирт; \(\ce{CuO}\) окисляет первичный спирт до альдегида; \(\ce{Cu(OH)2}\) при нагревании окисляет альдегид до кислоты.

1. \(\ce{C6H6 + CH3Cl ->[AlCl3] C6H5-CH3 + HCl}\) — X₁ толуол;
2. \(\ce{C6H5-CH3 + Cl2 ->[h\nu] C6H5-CH2Cl + HCl}\) — X₂ бензилхлорид;
3. \(\ce{C6H5-CH2Cl + KOH ->[H2O] C6H5-CH2-OH + KCl}\) — X₃ бензиловый спирт;
4. \(\ce{C6H5-CH2-OH + CuO ->[t^\circ] C6H5-CHO + Cu + H2O}\) — X₄ бензальдегид;
5. \(\ce{C6H5-CHO + 2Cu(OH)2 ->[t^\circ] C6H5-COOH + Cu2O v + 2H2O}\) — X₅ бензойная кислота.

Окисление в задании 32

Самые трудные уравнения — окисление органических веществ перманганатом или дихроматом калия: их уравнивают электронным балансом по атомам углерода, которые меняют степень окисления. Продукты зависят от среды. В кислой среде марганец переходит в \(\ce{Mn^{2+}}\) (\(\ce{MnSO4}\)), органика — в кислоты и \(\ce{CO2}\). В нейтральной среде марганец переходит в \(\ce{MnO2}\), а кислоты — в калиевые соли (щёлочь, образующаяся в реакции, их нейтрализует), \(\ce{CO2}\) — в \(\ce{K2CO3}\) или \(\ce{KHCO3}\).

\[ \ce{5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 -> 5C6H5-COOH + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 14H2O} \]

\[ \ce{C6H5-CH3 + 2KMnO4 ->[t^\circ] C6H5-COOK + 2MnO2 v + KOH + H2O} \]

\[ \ce{3CH3-CH2-OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 -> 3CH3-COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 11H2O} \]

\[ \ce{5CH3-CH=CH2 + 10KMnO4 + 15H2SO4 -> 5CH3-COOH + 5CO2 + 10MnSO4 + 5K2SO4 + 20H2O} \]

Степень окисления атома углерода в органической молекуле считают по его соседям: каждая связь с атомом водорода даёт \(-1\), каждая связь с кислородом, азотом или галогеном \(+1\) (двойная — \(+2\)), связи с углеродом — \(0\). В метильной группе толуола углерод имеет степень окисления \(-3\), в карбоксильной группе бензойной кислоты \(+3\): отдано 6 электронов.