πЕГЭ · ИИ-репетитор12 предметов · задания ФИПИ
Главная → Химия → Курс теории → №16

№16. Генетическая связь органических веществ: цепочки превращений

Задание №16 — цепочка превращений, в которой нужно определить вещества X и Y из предложенного списка. Решается оно по шагам: подписываем класс каждого известного вещества, называем превращение на каждой стрелке и подбираем реагент, который это превращение обеспечивает. Балл теряют, когда путают окисление с восстановлением или не учитывают правило Марковникова.

Генетическая связь — это связь между классами веществ, позволяющая переходить от одного класса к другому. В задании дана цепочка вида «вещество 1 → X → вещество 2 → Y → вещество 3» и список реагентов, из которого нужно выбрать X и Y. Решаем по шагам: определяем класс каждого известного вещества, называем словами превращение на каждой стрелке и только потом выбираем реагент из списка.

Держи в голове основной скелет превращений органики: алкан → галогеналкан → спирт → альдегид → карбоновая кислота → сложный эфир. Параллельная ветвь идёт через непредельные соединения: алкан → алкен → спирт, а также дигалогеналкан → алкин → карбонильное соединение. Зная эту схему, ты почти всегда восстановишь пропущенное звено: если между спиртом и кислотой стоит альдегид, значит на первой стрелке окисление, а на второй — более глубокое окисление.

C2H5OH → (CuO, t) CH3CHO → (KMnO4, H^+) CH3COOH → (C2H5OH, H2SO4) CH3COOC2H5

ПревращениеРеагент и условияПродукт
алкан → галогеналканCl2 или Br2, светгалогеналкан и галогеноводород
галогеналкан → спиртводный раствор NaOH, нагреваниеспирт, галоген замещён на гидроксогруппу
спирт → алкенконцентрированная H2SO4, 170 °Cалкен и вода, внутримолекулярная дегидратация
спирт → простой эфирконцентрированная H2SO4, 140 °Cпростой эфир и вода, межмолекулярная дегидратация
спирт → альдегидCuO, нагреваниеальдегид, но только из первичного спирта
альдегид → кислотаKMnO4 в кислой среде или Ag2O в аммиакекарбоновая кислота или её аммониевая соль
кислота → сложный эфирспирт, H2SO4, нагреваниесложный эфир и вода
сложный эфир → кислотавода, H^+, нагреваниекарбоновая кислота и спирт
алкин → альдегид или кетонH2O, соли Hg^2+, кислая средаацетилен даёт альдегид, его гомологи — кетоны
дигалогеналкан → алкинспиртовой раствор KOH, нагреваниеалкин, соль и вода
1,2-дигалогеналкан → алкенцинк, нагреваниеалкен
алкен → двухатомный спиртводный раствор KMnO4, мягкое окислениегликоль
альдегид или кетон → спиртH2, катализатор, нагреваниепервичный или вторичный спирт
алкан или алкин → аренкатализатор, нагреваниебензол, а из гептана — толуол
алкан → карбоновая кислотаO2, катализаторкислота: например, бутан даёт уксусную кислоту

Отдельно проговорим правило Марковникова, потому что на нём построено много цепочек. При гидратации несимметричного алкена водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода, а гидроксил — к более замещённому. Поэтому из пропена получается пропанол-2, а из бутена-1 — бутанол-2. Тот же принцип работает в реакции Кучерова: из пропина образуется ацетон, а не пропаналь. Если в цепочке спирт получают из алкена и затем окисляют до кетона, значит спирт вторичный, то есть гидратация шла по Марковникову.

CH3-CH=CH2 + H2O → (H^+) CH3-CH(OH)-CH3 (пропанол-2) · CH3-C≡CH + H2O → (Hg^2+) CH3-CO-CH3 (ацетон)

Ещё одна ловушка — мягкое и жёсткое окисление. Водный раствор перманганата калия окисляет алкен мягко: двойная связь сохраняется, к ней присоединяются две гидроксогруппы, и получается двухатомный спирт, то есть этилен даёт этиленгликоль. Подкисленный раствор перманганата действует жёстко: связь разрывается, и из алкена получаются карбоновые кислоты, а из алкина — кислота с укороченной цепью. Поэтому, выбирая окислитель, сначала посмотри, что именно должно получиться: гликоль или кислота.

И последнее — восстановление. Карбонильную группу восстанавливают водородом на катализаторе: альдегид даёт первичный спирт, кетон — вторичный. В цепочках окислители и восстановители различают по направлению превращения: если в продукте кислорода стало больше, это окисление, если меньше — восстановление. Путать их нельзя, потому что аммиачный раствор оксида серебра и оксид меди никогда не восстановят кетон в спирт.

Типичные ошибки. 1) Ставят восстановитель туда, где нужно окисление: альдегид в спирт переводит водород, а не аммиачный раствор оксида серебра. 2) Путают воду и водоотнимающий реагент: спирт в алкен превращает концентрированная серная кислота, а воду присоединяют к алкену. 3) Забывают правило Марковникова и получают из пропена пропанол-1 вместо пропанола-2. 4) Не различают мягкое и жёсткое окисление: водный перманганат даёт гликоль, подкисленный — кислоту. 5) Берут спиртовой раствор щёлочи вместо водного: водный даёт из галогеналкана спирт, спиртовой — алкен. 6) Меняют местами X и Y, хотя цепочка читается строго слева направо.

Проверь себя

  1. Почему из пропанола-1 нельзя в одну стадию получить пропанол-2 и как это сделать через цепочку?
  2. Какой окислитель даёт из алкена двухатомный спирт, а какой разрывает двойную связь до кислоты?
  3. Как по цепочке понять, где происходит окисление, а где восстановление?
  4. Что нужно добавить к бромметану, чтобы получить метиламин, и почему аммиак здесь работает как нуклеофил?
  5. Почему для получения сложного эфира из кислоты и спирта нужна серная кислота и какую роль она играет?

Показательные решения

Разбор из банка: ацетилен превращаем в спирт
Задана следующая схема превращений веществ: C₂H₂ → X CH₃CHO → Y C₂H₅OH. Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y: 1) O₂; 2) H₂; 3) KMnO₄; 4) KOH; 5) H₂O. Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующим буквам. X | Y
Решение по шагам
  1. Условие: цепочка C2H2 → X → CH3CHO → Y → C2H5OH, из списка (O2, H2, KMnO4, KOH, H2O) нужно выбрать X и Y.
  2. Первая стрелка — превращение ацетилена в уксусный альдегид. Единственный способ сделать это в одну стадию — присоединить воду в присутствии солей ртути(II), то есть провести реакцию Кучерова: X — вода, вариант 5.
  3. Вторая стрелка — альдегид в спирт. Здесь нужно восстановление карбонильной группы, а не окисление: альдегид восстанавливают водородом на катализаторе, значит Y — H2, вариант 2.
  4. Проверяем остальные варианты: кислород и перманганат калия — окислители, они увели бы альдегид в кислоту, а гидроксид калия в такие превращения с альдегидом и спиртом не вступает.
  5. Проверяем скелет: и в альдегиде, и в спирте по два атома углерода, как в исходном ацетилене, значит цепочка согласована.
  6. Ответ: 52 — сначала вода, затем водород.

Ответ: 52

Официальное решение из банка ФИПИ

Из перечисленных веществ ацетилен в одну стадию можно перевести в уксусный альдегид реакцией с водой в присутствии солей ртути (вещество № 5), далее его в одну стадию можно перевести в этанол при восстановлении водородом (вещество № 2). Ответ: 52.

Разбор из банка: переход от пропанола-1 к пропанолу-2
Задана следующая схема превращений веществ: CH₃ − CH₂ − CH₂ − OH → X... → Y CH₃ − CH (OH) − CH₃. Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y: 1) CuO; 2) HBr; 3) KOH; 4) H₂O; 5) H₂SO₄. Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующим буквам. X | Y
Решение по шагам
  1. Условие: цепочка CH3-CH2-CH2-OH → X → промежуточное вещество → Y → CH3-CH(OH)-CH3; варианты: CuO, HBr, KOH, H2O, H2SO4.
  2. Читаем цепочку целиком: пропанол-1 должен превратиться в пропанол-2. Прямого способа нет, значит переход идёт через алкен.
  3. Первая стрелка — отщепление воды от спирта, внутримолекулярная дегидратация: её проводят концентрированной серной кислотой при нагревании, значит X — H2SO4, вариант 5.
  4. Промежуточное вещество — пропен CH3-CH=CH2, он образуется по правилу Зайцева из пропанола-1.
  5. Вторая стрелка — присоединение воды к пропену, то есть гидратация. По правилу Марковникова гидроксил встаёт к более замещённому атому углерода, поэтому получается пропанол-2, а не пропанол-1. Присоединяют воду, значит Y — H2O, вариант 4.
  6. Ответ: 54.

Ответ: 54

Официальное решение из банка ФИПИ

Из перечисленных веществ изопропиловый спирт можно получить при присоединении воды (вещество № 4) к пропену, образовавшемуся из пропанола-1 под действием концентрированной серной кислоты (вещество № 5). Ответ: 54.

Разбор из банка: от метана к метиламину
Задана следующая схема превращений веществ: CH₄ → X CH₃Br → Y CH₃NH₂. Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y: 1) HBr; 2) Br₂; 3) N₂; 4) NH₃; 5) NH₄Br. Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующим буквам: X | Y
Решение по шагам
  1. Условие: цепочка CH4 → X → CH3Br → Y → CH3NH2; варианты: HBr, Br2, N2, NH3, NH4Br.
  2. Первая стрелка — замена атома водорода в метане на бром. С бромоводородом метан не реагирует, а с бромом на свету идёт радикальное замещение, значит X — Br2, вариант 2.
  3. Вторая стрелка — превращение бромметана в метиламин. Галогеналкан реагирует с аммиаком: неподелённая электронная пара азота атакует атом углерода и вытесняет бром, значит Y — NH3, вариант 4.
  4. Проверяем остальные варианты: азот с бромметаном не реагирует, а бромид аммония NH4Br — соль, в которой неподелённая пара азота уже занята протоном, поэтому нуклеофилом она не работает.
  5. Проверяем скелет: во всех веществах цепочки по одному атому углерода, значит превращения идут без изменения цепи.
  6. Ответ: 24 — бром на первой стадии и аммиак на второй.

Ответ: 24

Официальное решение из банка ФИПИ

Из перечисленных веществ метан в одну стадию можно перевести в бромметан реакцией с бромом под действием света (вещество №2), далее бромметан в одну стадию можно перевести в метиламин под действием аммиака (вещество № 4). Ответ: 24.

Открыть раздел в тренажёре

← Все разделы курса по химии · Решать задания №16