ГДЗ по химии, 10 класс, Еремин, номер 52.5: Нитросоединения

В нитратах спиртов группа -ONO₂ присоединена к атому углерода через кислород (R-O-NO₂). В нитросоединениях нитрогруппа -NO₂ присоединена непосредственно к атому углерода (R-NO₂).

Изомерия между этими классами называется межклассовой изомерией . Также возможна структурная изомерия по положению нитрогруппы в углеродном скелете.

Углеводородный радикал в обоих случаях должен содержать 3 атома углерода (C₃H₇-), так как общая формула нитросоединения предельного ряда — C_nH_2n+1NO₂. Для n=3: C₃H₇NO₂. Однако у нас в условии формула эфира C₃H₇NO₄? Проверим внимательно.

Давайте пересчитаем атомы в исходном веществе CH₃CH₂CH₂-O-NO₂:

• C:3
• H: 3+2+2=7
• O: 1(эфирный)+2(в группе NO₂)=3? Нет, в группе -O-NO₂ три атома кислорода. Итого O:3.
• N:1

Значит, речь идет об изомерах, содержащих столько же атомов кислорода. Нитросоединения могут быть полинитросоединениями или содержать дополнительные функциональные группы (например, гидроксильную или карбонильную/карбоксильную, но тогда это уже не просто "нитросоединение" в узком смысле, а многофункциональное соединение). Однако в школьном курсе химии под "изомерными нитросоединениями" для нитрата спирта часто понимают нитроспирты (содержат группу -OH и -NO₂) или полинитросоединения , либо же задача предполагает ошибку в трактовке "нитросоединений" как класса, включающего только мононитроалканы. Давайте посмотрим на стандартные изомеры для C₃H₇NO₃: 1. Нитроспирты : содержат группу -OH и -NO₂. Общая формула C_nH_2n+1NO₃? Нет, алканол C_nH_2n+2O. Замещаем один H на NO₂: C_nH_2n+1NO₃. Да, это подходит! Пример: HO-CH₂-CH(NO₂)-CH₃ (2-нитропропан-1-ол). 2. Аминокислоты? Нет, там нет кислорода в таком количестве без других групп. 3. Эфиры азотистой кислоты? Не нитросоединения. Следовательно, нам нужно изобразить два изомерных нитроспирта (или другие соединения, где -NO₂ связан с C, и есть еще один кислород в виде -OH или другой группы, сохраняя состав C₃H₇NO₃).

Молекулярная формула: C₃H₇NO₃.

Изомер 1: Разветвленный скелет невозможен для 3 атомов углерода (изопропил и пропил дают разные положения). Рассмотрим линейную цепь C-C-C.

Вариант А: Нитрогруппа при первом атоме, гидроксильная при втором. Формула: O₂N-CH₂-CH(OH)-CH₃ Название: 2-нитропропан-1-ол ? Нет, нумерация от старшего приоритета. OH имеет приоритет выше, чем NO₂? В систематической номенклатуре IUPAC старшая группа выбирается по таблице приоритетов. Спиртовая группа (-OH) обычно старше нитрогруппы (-NO2) как суффикс. Но в школьной практике часто называют как производные алканов. Давайте возьмем более простые варианты. Рассмотрим изомеры, являющиеся нитроспиртами :

1. 1-нитропропан-2-ол Структура: CH₃-CH(OH)-CH₂-NO₂ Здесь углеродный скелет пропана. При 2-м атоме углерода находится группа -OH, при 1-м атоме (концевом) — группа -NO2. Формула: C₃H₇NO₃. Совпадает.
2. 2-нитропропан-1-ол Структура: CH₃-CH(NO₂)-CH₂-OH При 2-м атоме углерода находится группа -NO2, при 1-м атоме — группа -OH. Формула: C₃H₇NO₃. Совпадает.

Также возможен изомер с разветвлением? Для 3 атомов углерода разветвления нет (минимум 4 для изобутана). Поэтому рассматриваем только положение групп в цепи пропана.

Еще один вариант: 3-нитропропан-1-ол Структура: HO-CH₂-CH₂-CH₂-NO₂ Это тоже изомер. Но нам нужны два. Возьмем первые два, они наиболее показательны для изомерии положения.

Нитроспирты можно получить несколькими путями. Наиболее доступный в лабораторной практике — реакция нитрования соответствующих спиртов или оксимов, но прямое нитрование спиртов дает сложные смеси и часто приводит к образованию нитратов (эфиров), как в условии.

Более надежный способ получения нитросоединений (включая нитроспирты) — реакция Кольбе (замещение галогена на нитрит-ион) или синтез из альдегидов/кетонов.

Однако, для школьного уровня чаще всего предлагают получение нитросоединений действием нитрита натрия (NaNO₂) на галогеналканы. Но чтобы получить нитроспирт, нужно взять галогенспирт.

Пример синтеза для Изомера 1 (CH₃-CH(OH)-CH₂-NO₂): Можно начать с пропенола или использовать реакцию присоединения. Но проще описать общий метод: Действие нитрита натрия на соответствующий галогенпроизводное спирта .

Для Изомера 1: Взять 1-галор-2-пропанол (например, 1-хлорпропан-2-ол CH₃-CH(OH)-CH₂Cl). Реакция: CH₃-CH(OH)-CH₂Cl+NaNO₂→CH₃-CH(OH)-CH₂NO₂+NaCl (При нагревании в водно-спиртовой среде образуется преимущественно нитросоединение, хотя может конкурировать образование нитрита эфира).

Для Изомера 2 (CH₃-CH(NO₂)-CH₂OH): Взять 2-галор-1-пропанол (например, 2-хлорпропан-1-ол CH₃-CHCl-CH₂OH). Реакция: CH₃-CHCl-CH₂OH+NaNO₂→CH₃-CH(NO₂)-CH₂OH+NaCl

Также возможен способ через оксимы или нитрование углеводородов с последующим окислением, но он менее селективен.