Превращения функциональных групп: карта реакций — Органическая химия для олимпиад

Превращения функциональных групп: карта реакций

9 заданий

Уровень окисления

linkОпора

Прежде чем подбирать реагент, нужно понять, меняется ли уровень окисления атома углерода (урок 199). Если меняется, нужен окислитель или восстановитель; если нет — замещение, элиминирование, гидролиз или присоединение воды. Этот простой вопрос сразу отсекает половину неподходящих реагентов.

Как определить уровень окисления

  1. Посчитайте связи атома углерода с гетероатомами (O, N, S, галогенами): двойная связь C=O считается за две связи, тройная C≡N — за три.
  2. Алкен ставьте на уровень спирта: гидратация превращает один в другой без окислителя. Алкин ставьте на уровень кетона.
  3. Сравните уровни исходного вещества и продукта: если уровень растёт, нужен окислитель, если падает — восстановитель, а если не меняется — реакция без переноса электронов.
УровеньКлассы соединений
0алканы
1спирты, галогеналканы, амины, простые эфиры, алкены
2альдегиды, кетоны, ацетали, имины, гем-дигалогениды, алкины
3кислоты, сложные эфиры, амиды, хлорангидриды, нитрилы, \(\ce{RCCl3}\)
4\(\ce{CO2}\), мочевина, карбонаты, \(\ce{CCl4}\)
\[\underset{1}{\ce{RCH2OH}} \to \underset{2}{\ce{RCHO}} \to \underset{3}{\ce{RCOOH}}\]

Примеры

1. Замещение. Бромэтан и этанол стоят на уровне 1, поэтому для перехода достаточно замещения гидроксид-ионом.

Уровень окисления не меняется
Уровень окисления не меняется

2. Гидролиз. Нитрилы, амиды и кислоты стоят на уровне 3, поэтому пропаннитрил превращается в пропановую кислоту одним гидролизом.

Уровень 3 сохраняется
Уровень 3 сохраняется

3. Гидратация алкина. Пент-1-ин и пентан-2-он стоят на уровне 2, поэтому переход идёт гидратацией без окислителя.

Алкин и кетон стоят на одном уровне
Алкин и кетон стоят на одном уровне

4. Окисление. Пропан-1-ол переходит с уровня 1 на уровень 2 под действием мягкого окислителя PCC, а реактив Джонса сразу доводит его до уровня 3 — пропановой кислоты.

Мягкий и сильный окислители
Мягкий и сильный окислители

errorГем-дигалогенид стоит на уровне кетона

1,1-Дихлорпропан \(\ce{CH3CH2CHCl2}\) стоит на уровне 2: гидролиз даёт пропаналь, а двойное элиминирование амидом натрия — пропин. Не путайте его с вицинальным 1,2-дихлорпропаном: в нём у каждого из двух атомов по одной связи C–Cl.

edit_noteПопробуйте сами

Нужен ли окислитель, чтобы получить ацетальдегид из 1,1-дихлорэтана?

expand_moreПоказать решение

Нет: оба вещества стоят на уровне 2, и достаточно гидролиза.

Карта превращений

Карту превращений не нужно заучивать целиком: её собирают из реакций предыдущих тем. Узлы карты — спирт, алкен, галогенид и карбонильное соединение: через них проходит почти любой путь от одной группы к другой. Если прямого перехода нет, путь прокладывают через ближайший узел.

Как пройти от группы к группе

  1. Найдите исходную и конечную группы в таблице.
  2. Если прямого перехода нет, идите через узел: спирт, алкен, галогенид или карбонильное соединение.
  3. Проверьте региохимию (по Марковникову или против) и стереохимию каждой стадии.
  4. Проверьте, не затронет ли реагент другие группы молекулы.
ПереходРеагенты
спирт → галогенид\(\ce{PBr3}\), \(\ce{SOCl2}\), HBr
спирт → алкен\(\ce{H2SO4}\) или \(\ce{H3PO4}\), \(t\); тозилат и \(t\)-BuOK
галогенид → спирт, эфир, нитрил, азид\(\ce{OH^-}\), \(\ce{RO^-}\), \(\ce{CN^-}\), \(\ce{N3^-}\)
алкен → спирт\(\ce{H3O+}\); \(\ce{Hg(OAc)2}\), затем \(\ce{NaBH4}\) (Марковников); \(\ce{BH3}\), затем \(\ce{H2O2}\) (против)
алкен → галогенидHBr (Марковников); HBr с пероксидом (против)
спирт ⇄ альдегид, кетонPCC, реактив Джонса ⇄ \(\ce{NaBH4}\), \(\ce{LiAlH4}\)
кетон → алканZn(Hg), HCl; \(\ce{N2H4}\), KOH
кислота → производные\(\ce{SOCl2}\); затем ROH, \(\ce{NH3}\) или амин
кислота, сложный эфир → спирт\(\ce{LiAlH4}\)
амид, нитрил, азид → амин\(\ce{LiAlH4}\)
алкин → Z- или E-алкен\(\ce{H2}\), катализатор Линдлара; Na в \(\ce{NH3}\)

Примеры

1. Спирт в амин. Бутан-1-ол превращают в бутан-1-амин без полиалкилирования: тозилат замещают азид-ионом, а азид восстанавливают алюмогидридом лития.

Азид не даёт полиалкилирования
Азид не даёт полиалкилирования

2. Кетон в алкен. Циклогексанон превращают в циклогексен через спирт: боргидрид натрия восстанавливает кетон, а фосфорная кислота при нагревании отщепляет воду.

Путь через узел «спирт»
Путь через узел «спирт»

3. Кислота в амин. Бензойная кислота превращается в бензиламин через хлорангидрид и амид, а алюмогидрид лития восстанавливает амид до амина.

Амид восстанавливается до амина
Амид восстанавливается до амина

errorКислоту не остановить на альдегиде

Алюмогидрид лития восстанавливает кислоту и сложный эфир сразу до спирта. Альдегид получают обходными путями: хлорангидрид восстанавливают \(\ce{LiAlH(OtBu)3}\), сложный эфир — DIBAL-H при −78 °C, а спирт окисляют PCC.

edit_noteПопробуйте сами

Как получить бутаналь из бут-1-ена?

expand_moreПоказать решение

Гидроборированием — окислением (\(\ce{BH3}\), затем \(\ce{H2O2}\) и NaOH) получить бутан-1-ол, а затем окислить его PCC.

Перенос группы по цепи

Бывает, что нужная группа в молекуле уже есть, но стоит не на том атоме: спирт третичный, а нужен первичный, или галоген на конце цепи, а нужен у второго атома. Такую группу переносят через алкен: сначала отщепляют, а затем присоединяют заново с нужной региохимией (уроки 114 и 118). Выбор основания и способа присоединения определяет, к какому атому перейдёт новая группа.

Как перенести функциональную группу

  1. Получите алкен элиминированием: спирт — нагреванием с кислотой, галогенид — основанием; трет-бутоксид калия даёт менее замещённый алкен, этилат натрия — более замещённый.
  2. Присоедините группу заново с нужной региохимией. По Марковникову присоединяют воду в кислоте, оксимеркурированием — демеркурированием и HBr, а против правила — гидроборированием — окислением и HBr с пероксидом.
  3. Чтобы сдвинуть двойную связь, присоедините HBr по Марковникову и отщепите его объёмным основанием к концу цепи.
  4. Алкен превращают в алкин присоединением брома и двойным элиминированием (2–3 эквивалента \(\ce{NaNH2}\)).
Перенос группы OH и превращение первичного бромида во вторичный спирт
Перенос группы OH и превращение первичного бромида во вторичный спирт

Примеры

1. Группа OH переходит к концу цепи. 2-Фенилпропан-2-ол \(\ce{C6H5C(OH)(CH3)2}\) при нагревании с серной кислотой отщепляет воду, а гидроборирование — окисление 2-фенилпропена присоединяет группу OH к концевому атому: образуется 2-фенилпропан-1-ол (рисунок выше).

2. Двойная связь переходит к концу цепи. 2-Метилпент-2-ен присоединяет HBr по Марковникову, а трет-бутоксид калия отщепляет его в сторону концевой метильной группы: образуется 2-метилпент-1-ен.

Объёмное основание отрывает водород концевой метильной группы
Объёмное основание отрывает водород концевой метильной группы

3. Алкен в алкин. Пент-1-ен присоединяет бром, а три эквивалента амида натрия отщепляют две молекулы HBr: образуется пент-1-ин.

Два элиминирования дают тройную связь
Два элиминирования дают тройную связь

errorПервичный спирт в кислоте перегруппировывается

Бутан-1-ол с серной кислотой при нагревании даёт в основном бут-2-ен, а не бут-1-ен. Концевой алкен из первичного спирта получают через тозилат и трет-бутоксид калия.

edit_noteПопробуйте сами

Как из 1-бромбутана получить 2-бромбутан?

expand_moreПоказать решение

Трет-бутоксидом калия отщепить HBr (образуется бут-1-ен), а затем присоединить HBr без пероксидов, по Марковникову.

push_pinГлавное

Уровень окисления атома углерода — число его связей с гетероатомами: алканы — 0; спирты, галогениды, амины, простые эфиры — 1; альдегиды, кетоны, ацетали, гем-дигалогениды — 2; кислоты, сложные эфиры, амиды, нитрилы, \(\ce{RCCl3}\) — 3; \(\ce{CO2}\) и мочевина — 4. Алкены стоят на уровне спиртов, алкины — на уровне кетонов: их связывает гидратация. Внутри уровня группы переходят друг в друга замещением, элиминированием, гидролизом и гидратацией; между уровнями — окислителем (PCC, реактив Джонса, \(\ce{KMnO4}\)) или восстановителем (\(\ce{NaBH4}\), \(\ce{LiAlH4}\), \(\ce{H2}\)). Группу переносят по цепи через алкен: элиминирование, затем присоединение по Марковникову или против него.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.