Химия
8 класс
Вопрос
Избыток насыщенного углеводорода $А$ прореагировал при нагревании с бурыми парами легколетучей жидкости $Б$. При этом образовалось только два новых органических вещества $В$ и $Г$. Если любое из них прокипятить в водно-спиртовом хлориде аммония с цинковой пылью, то образующийся раствор приобретает способность выделять один и тот же осадок из аммиачного раствора оксида серебра. При этом из той же массы В образуется в 1,23 раза больше осадка, чем из $Г$. Определите строения веществ $А, Б, В, Г$. Напишите уравнения протекающих реакций. Приведите вариант решения задачи, если соотношение масс осадков $В$ и $Г$ - 1,20. Напишите соответствующие уравнения.
Ответ
Насыщенный углеводород $А$ может вступать в реакции замещения и подвергаться расщеплению по углерод-углеродной связи.
Рассмотрим случай, когда углеводорода $А$ был взят избыток. Тогда продукты $В$ и $Г$ могут быть преимущественно монозамещенными и углеводород $А$ содержит два типа атомов водорода, $В$ и $Г$ - соответствующие монозамещенные. Но в этом случае они являются изомерами и после восстановления цинковой пылью должны давать одинаковые количества продуктов, способных реагировать с аммиачным раствором оксида серебра (реактивом Толленса). Следовательно, этот вариант не подходит.
Рассмотрим случай, когда одновременно протекают две реакции: расщепления и замещения. Только два продукта при этом могут дать лишь этан и циклоалканы (скорее всего, циклопропан). Если $А$ - этан, то идет реакция
$C_2H_6 \overset {B}{\rightarrow} CH_3X + C_2H_5X$.
Так как обработка реактивом Толленса приводит к одному и тому же осадку, следует предположить, что $CH_3X$ и $C_2H_5X$ вступали в аналогичные реакции, при этом отношение масс осадков равно отношению молярных масс $CH_3X$ и $C_2H_5X$:
$\frac {2 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + M_r (X)}{1 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + M_r (X)} = 1,23$.
Отсюда $M_r(X) = 46$, т. е. $X$ - это $NO_2$. Следовательно, протекали реакции:
$N_2O_4 \rightleftharpoons 2NO_2$ (образование бурых паров);
$C_2H_6 + 2NO_2 C_2H_5NO_2 + HNO_2$;
$C_2H_6 + 2NO_2 \rightarrow 2 CH_3NO_2$;
$RNHO_2 + 2Zn + 8NH_4Cl \rightarrow RNHOH + 2Zn(NH_3)_4Cl_2 + 4HCl$;
$(R = CH_3, C_2H_5)$
$2H_2O + RNHOH + 2Ag(NH_3)_2OH \rightarrow RNO + 2Ag \downarrow + 4NH_4OH$.
Таким образом, для рассмотренного случая имеем $А$ - этан, $Б$ - $N_2O_4$, $В$ - $CH_3NO_2$, $Г$ - $C_2H_5NO_2$. При другом соотношении масс осадков подходит вариант когда $А$ - циклопропан, идет реакция:
$(CH_2)_3 \overset {Б}{\rightarrow} C_3H_5X + XCH_2CH_2CH_2X$.
Отношение масс осадков равно отношению эквивалентов $В$ и $Г$:
$2 \cdot \frac {3 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + M_r (X)}{3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + M_r (X)} = 1,20$.
Отсюда $Mr(X) = 30$, жидкость $Б$ - бром. Протекали реакции:
$(CH_2)_3 + Br_2 \rightarrow C_3H_5Br + HBr$;
$(CH_2)_3 + Br_2 \rightarrow BrCH_2CH_2CH_2Br$;
$BrCH_2CH_2CH_2Br + Zn \rightarrow C_3H_6 + ZnBr_2$ (образование циклопропана);
$ZnBr_2 + 2Ag(NH_3)_2OH \rightarrow Zn(NH_3)_4(OH)_2 + 2AgBr \downarrow$.
$А$ - циклопропан, $Б$ - бром, $В$ - 1,3-дибромпропан, $Г$ - бромциклопропан.
Предположения, что $А$ является циклоалканом с числом атомов углерода в кольце большим, чем три, не приводят к разумному ответу.