Цепочки превращений: как решать
Опорные вещества и счёт атомов
linkОпора
- Урок 344. Превращения функциональных групп: карта реакций — переходить от любой группы к любой
В цепочке превращений главное — не угадать первое вещество, а найти, за что «зацепиться»: за известное вещество, за реагент-подсказку или за число атомов углерода. Какие реакции связывают классы веществ, подскажет карта превращений (урок 344).
Как расшифровать цепочку
- Отметьте известные вещества и реагенты-подсказки: что меняет углеродный скелет (реактивы Гриньяра, цианид, алкилирование, озонолиз, окисление боковой цепи), а что — только функциональную группу.
- Считайте атомы углерода: их добавляют цианид, \(\ce{CO2}\), формальдегид, реактивы Гриньяра, а отнимают декарбоксилирование, перегруппировка Гофмана и иодоформная реакция.
- Проверяйте формулы и Ω: у каждого вещества цепочки должна получаться разумная формула.
- Решайте цепочку с двух концов и сходитесь в середине.
Примеры
1. Ацетилен и ацетон. Ацетилен с амидом натрия и иодметаном даёт пропин, а его гидратация по Кучерову — ацетон \(\ce{CH3COCH3}\). Атомов углерода 2 → 3 → 3: связь C–C строится на стадии алкилирования, а гидратация меняет только функциональную группу.
2. Счёт атомов по рисунку. Бензол (C₆) алкилированием превращается в толуол (C₇), а окисление боковой цепи даёт бензойную кислоту \(\ce{C6H5COOH}\) с тем же числом атомов углерода — меняется только функциональная группа. Нитрование и восстановление тоже не меняют число атомов углерода (рисунок выше).
errorНе угадывайте — считайте
Если на стадии число атомов углерода не меняется, ищите превращение функциональной группы; если меняется — реакцию, которая строит или рвёт связь C–C.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько атомов углерода в продукте реакции бензола с 1-хлорпропаном в присутствии \(\ce{AlCl3}\)?
expand_moreПоказать решение
Девять: получается кумол \(\ce{C6H5CH(CH3)2}\) — алкильная группа перегруппировывается, но атомов углерода становится 6 + 3 = 9.
Цепочки с молекулярными формулами
Если в цепочке даны формулы, сравнивайте соседние, как атомы углерода в первой части урока: разность формул почти сразу показывает, что произошло на стадии.
Как использовать формулы в цепочке
- Найдите формулы по массовым долям или молярным массам, если они даны.
- Сравните формулы соседних веществ: прибавка HBr означает присоединение, убыль \(\ce{H2O}\) — отщепление, прибавка атома O — окисление, убыль \(\ce{CO2}\) — декарбоксилирование, прибавка \(\ce{H2}\) — восстановление.
- Одинаковая формула означает изомеризацию или перегруппировку.
- Проверьте, что все данные условия (окисление, пробы, симметрия) подтверждают выбранный изомер.
Примеры
1. Циклогексанол. \(\ce{C6H12O}\) с концентрированной серной кислотой при нагревании теряет воду и даёт \(\ce{C6H10}\), а он присоединяет HBr и превращается в \(\ce{C6H11Br}\) (уравнение выше): из циклогексанола получаются циклогексен и бромциклогексан.
2. Разность формул. \(\ce{C6H5NO2}\) с железом и соляной кислотой превращается в \(\ce{C6H7N}\): два атома кислорода уходят, а два атома водорода прибавляются — нитрогруппа восстанавливается в аминогруппу.
errorОдна формула — много изомеров
Формуле \(\ce{C4H8}\) отвечают четыре алкена (с учётом цис- и транс-изомеров) и два циклоалкана, поэтому изомер выбирают по реакциям, а не по формуле.
edit_noteПопробуйте сами
\(\ce{C2H6O}\) при нагревании с оксидом меди(II) превращается в \(\ce{C2H4O}\). Что произошло?
expand_moreПоказать решение
Окисление: этанол потерял два атома водорода и превратился в ацетальдегид.
push_pinГлавное
Цепочку решают не обязательно с начала: сначала ищут опорные вещества — известные по формуле или условию — и реакции с узнаваемыми реагентами (NBS — аллильное бромирование, \(\ce{O3}\) — расщепление C=C, \(\ce{KMnO4}\) при нагревании — окисление боковой цепи до COOH, RMgX + \(\ce{CO2}\) — плюс атом C, \(\ce{CN-}\) — плюс атом C, Гофман и иодоформная реакция — минус атом C). На каждой стадии считают атомы углерода и степень ненасыщенности, сравнивают формулы соседних веществ (+HBr — присоединение, −\(\ce{H2O}\) — отщепление, +O — окисление, −\(\ce{CO2}\) — декарбоксилирование, та же формула — изомеризация или перегруппировка). Идут от известного к неизвестному с двух концов; в конце проверяют всю цепочку целиком.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.