Задача: Какой путь синтеза верен для превращения \(\text{CH}_3\text{CHBrCH}_3\) в \(\text{CH}_3 - \text{CH} - \text{CH}_2\) с двумя группами \(\text{OH}\) на соседних атомах углерода (пропан-1,2-диол)?
Целевой продукт: Пропан-1,2-диол, структурная формула которого \(\text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{OH}\).
Исходное вещество: 2-Бромпропан (\(\text{CH}_3\text{CHBrCH}_3\)).
Рассмотрим каждый предложенный путь синтеза:
Вариант a:
\[ \text{CH}_3\text{CHBrCH}_3 \quad \xrightarrow{\text{NaOH, спирт. р-р}} \quad \text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2 \quad \xrightarrow{\text{2H}_2\text{O, H}_2\text{SO}_4} \quad \text{CH}_3 - \text{CH} - \text{CH}_2 \]
\[ \text{CH}_3\text{CHBrCH}_3 \quad \xrightarrow{\text{NaOH, спирт. р-р}} \quad \text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2 \]
Первая стадия: Дегидрогалогенирование 2-бромпропана в присутствии спиртового раствора \(\text{NaOH}\) приводит к образованию пропена (\(\text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2\)). Это правильная реакция.
\[ \text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2 \quad \xrightarrow{\text{2H}_2\text{O, H}_2\text{SO}_4} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{OH} \]
Вторая стадия: Гидратация алкенов в присутствии серной кислоты (\(\text{H}_2\text{SO}_4\)) обычно приводит к образованию спиртов по правилу Марковникова (присоединение \(\text{OH}\) к более замещенному атому углерода). При использовании избытка воды и кислоты, как правило, образуется моноспирт, а не диол. Для получения диолов из алкенов обычно используют другие методы, например, окисление перманганатом калия или пероксидами. Двойная гидратация с образованием двух гидроксильных групп на соседних атомах углерода таким способом не происходит.
Следовательно, вариант a неверный.
Вариант b:
\[ \text{CH}_3\text{CHBrCH}_3 \quad \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_3 \quad \xrightarrow{\text{Cl}_2} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{Cl} \quad \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{OH} \]
Первая стадия: Гидролиз 2-бромпропана водой (или водным раствором щелочи) приводит к образованию 2-пропанола (\(\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3\)). Это правильная реакция.
\[ \text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3 \quad \xrightarrow{\text{Cl}_2} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{Cl} \]
Вторая стадия: Хлорирование 2-пропанола хлором (\(\text{Cl}_2\)). Хлорирование спиртов обычно происходит по атому углерода, содержащему гидроксильную группу, или по другим атомам углерода, но не так избирательно, чтобы получить 1-хлор-2-пропанол. Более того, хлор может окислять спирты. Если бы хлорирование произошло по метильной группе, то это было бы радикальное замещение, которое не является селективным. Однако, в присутствии \(\text{OH}\) группы, хлорирование может быть сложным и не всегда приводит к желаемому продукту. Но допустим, что образуется 1-хлор-2-пропанол.
\[ \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{Cl} \quad \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{OH} \]
Третья стадия: Гидролиз 1-хлор-2-пропанола водой. Замещение атома хлора на гидроксильную группу в присутствии воды (или водного раствора щелочи) приведет к образованию пропан-1,2-диола. Это правильная реакция.
Таким образом, вариант b является верным путем синтеза.
Вариант c:
\[ \text{CH}_3\text{CHBrCH}_3 \quad \xrightarrow{\text{NaOH, водный р-р}} \quad \text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2 \quad \xrightarrow{\text{разб. р-р KMnO}_4} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{OH} \]
Первая стадия: Гидролиз 2-бромпропана в присутствии водного раствора \(\text{NaOH}\) приводит к образованию 2-пропанола (\(\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3\)), а не пропена (\(\text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2\)). Для образования алкена необходим спиртовой раствор щелочи (реакция элиминирования). Водный раствор щелочи способствует реакции нуклеофильного замещения (образование спирта).
Следовательно, первая стадия неверна, и весь вариант c неверный.
Вариант d:
\[ \text{CH}_3\text{CHBrCH}_3 \quad \xrightarrow{\text{NaOH, спирт. р-р}} \quad \text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2 \quad \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_2} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{OH} \]
Первая стадия: Дегидрогалогенирование 2-бромпропана в присутствии спиртового раствора \(\text{NaOH}\) приводит к образованию пропена (\(\text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2\)). Это правильная реакция.
\[ \text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2 \quad \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_2} \quad \text{CH}_3 - \text{CH(OH)} - \text{CH}_2\text{OH} \]
Вторая стадия: Реакция алкенов с пероксидом водорода (\(\text{H}_2\text{O}_2\)) в определенных условиях (например, в присутствии катализаторов, таких как осмий тетраоксид \(\text{OsO}_4\), или в условиях эпоксидирования с последующим гидролизом) может приводить к образованию диолов. Однако, прямое присоединение двух \(\text{OH}\) групп к двойной связи с помощью только \(\text{H}_2\text{O}_2\) без дополнительных реагентов (например, в реакции Прилежаева с последующим гидролизом эпоксида) не является стандартным методом получения диолов. Обычно для получения вицинальных диолов из алкенов используют мягкое окисление разбавленным раствором \(\text{KMnO}_4\) (реакция Вагнера) или реакцию с \(\text{OsO}_4\) с последующим восстановлением. Просто \(\text{H}_2\text{O}_2\) обычно используется для эпоксидирования, а не прямого дигидроксилирования.
Следовательно, вторая стадия в таком виде не является общепринятым и эффективным методом получения диола, что делает вариант d менее верным по сравнению с b.
Заключение:
Наиболее корректным и последовательным путем синтеза является вариант b, который включает гидролиз галогеналкана до спирта, затем селективное галогенирование по концевому атому углерода (хотя эта стадия может быть сложной на практике, она теоретически возможна для получения 1-хлор-2-пропанола), и последующий гидролиз галогеналкана до диола.
Правильный ответ: b.