Примеры решения задач

Задача 1. Каким образом можно осуществить превращения: нитробензол → анилин → бромид фениламмония? Приведите уравнения реакций.

Решение. Нитробензол восстанавливается в анилин под действием различных восстановителей, например сульфида аммония (реакция Зинина):

С₆Н₅ -NO₂ + 3(NH₄)₂S → C₆H₅-NH₂ + 3S + 6NH₃ + 2H₂O.

Анилин реагирует с сухим бромоводородом с образованием бромида фениламмония:

С₆Н₅-МН₂ + НВr → [ C₆H₅ - NH₃ ] Br .

Задача 2. Через 10 г смеси бензола, фенола и анилина про­ пустили ток сухого хлороводорода, при этом выпало 2,59 г осадка. Его отфильтровали, а фильтрат обработали водным раствором гидроксида натрия. Верхний органический слой отделили, его масса уменьшилась на 4,7 г. Определите массы веществ в исходной смеси.

Решение. При пропускании через смесь сухого хлороводорода выпадает осадок хлорида фениламмония, который нерастворим в органических растворителях:

C₆H₅NH₂ + HCl → C₆H₅NH₃Cl ↓.

v ( C ₆ H ₅ NH ₃ Cl ) = 2,59/129,5 = 0,02    моль,  следовательно v ( C ₆ H ₅ NH ₂ ) = 0,02 моль, m ( C ₆ H ₅ NH ₂ ) = 0,02^.93 = 1,86 г.

Уменьшение массы органического слоя на 4,7 г произошло за счет реакции фенола с гидроксидом натрия:

С₆Н₅ОН + NaOH → C₆H₅ONa + Н₂О.

Фенол перешел в водный раствор в виде фенолята натрия. m (С₆Н₅ОН) = 4,7 г. Масса бензола в смеси составляет 10 - 4,7 -1,86 = 3,44 г.

Ответ. 1,86 г анилина, 4,7 г фенола, 3,44 г бензола.

Задача 3. Среди изомеров состава C₆H₁₂O₃S₂N₂ выберите такой, из которого в одну-две стадии можно получить соединение состава

C₃H₉O₆S₂N.

Решение. Конечной соединение содержит в два раза меньше атомов углерода, чем исходное, поэтому можно предположить, что схема реакций включала гидролиз и что исходное вещество — дипептид. Конечное соединение содержит азот и серу, поэтому вероятно, что это — сернокислая соль аминокислоты. Если из формулы C₃H₉O₆S₂ N вычесть H₂SO₄ , то получим C₃H₇O₂SN . Это - формула аминокислоты цистеина. Если молекулярную формулу цистеина умножить на 2 и вычесть Н₂О, то получим C₆H₁₂O₃S₂N₂ - формулу исходного соединения.

Таким образом, исходное соединение C₆H₁₂O₃S₂N₂ — дипептид цистеина, конечное соединение C₃H₇O₂SN - сульфат цистеина,

HS-CH₂-CH(NH₃HSO₄)- COOH .

Сульфат цистеина можно получить из дипептида цистеина в одну стадию путем гидролиза дипептида при нагревании с избытком серной кислоты:

Процесс можно провести в две стадии, если сначала гидролизовать дипептид в щелочной среде, а затем добавить избыток серной кислоты.

Ответ . C₆H₁₂O₃S₂N₂ — дипептид цистеина.

Задача 4. Напишите три уравнения реакций, в которые мо­жет вступать 4-нитропиридин. Предложите способ обнаружения этого соединения в его водно-спиртовом растворе.

Решение. 1) 4-нитропиридин проявляет основные свойства за счет пиридинового атома азота:

    2)   Нитрогруппа может быть восстановлена железом в кислой среде, при этом образующаяся аминогруппа и азот в пиридиновом кольце реагируют с соляной кислотой:

    3)   При взаимодействии 4-нитропиридина с водородом происходит восстановление нитрогруппы до аминогруппы и гидрирование пиридинового кольца:

    Обнаружить 4-нитропиридин в водно-спиртовом растворе можно с помощью лакмуса, поскольку раствор имеет слабощелочную среду:

Задача 5. При сжигании образца азотсодержащего гетеро­ циклического соединения, не содержащего заместителей в кольце, образовалось 1,2 л углекислого газа, 0,8 л паров воды и 0,4 л азота (объемы измерялись при одинаковых условиях). Установите возможную структуру этого соединения.

Решение. Общая формула азотсодержащего гетероциклического соединения, не содержащего заместителей в кольце – C_xH_yN_z . Уравнение сгорания имеет вид:

C_xH_yN_z + (х+у/4)О₂ → хСО₂ + у/2Н₂О + z /2 N ₂ .

По закону Авогадро, отношение объемов продуктов реакции равно отношению коэффициентов в уравнении реакции, поэтому

х : у/ 2 : z / 2 = 1,2:0,8:0,4 = 3 :2: 1.

Минимальные значения x , у, z , удовлетворяющие этому соотношению, равны: х = 3, у = 4, z = 2. Молекулярная формула гетероцикла — C₃H₄N₂ . Его можно рассматривать как производное пиррола (C₄H₅N), в котором группа СН в кольце замещена на атом азота, например имидазол или пиразол:

Ответ. C₃H₄N₂ — имидазол или пиразол.