Решение задачи: цепочка превращений диметилциклопропана в изопрен

Задание 1. Расшифровка цепочек превращений. Цепочка раз: 1) Получение 1,1-диметилциклопропана из дигалогеналкана (реакция Фрейнда): \[ CH_{3}-C(CH_{3})(Br)-CH_{2}-CH_{2}Br + Zn \xrightarrow{t^{\circ}C} \text{1,1-диметилциклопропан} + ZnBr_{2} \] Следовательно, \( X_{1} \) — это 1,3-дибром-2,2-диметилпропан (или аналогичный дихлорид). 2) Разрыв цикла под действием бромоводорода (идет по правилу Марковникова к наиболее замещенному атому углерода): \[ \text{1,1-диметилциклопропан} + HBr \xrightarrow{t^{\circ}C} CH_{3}-C(Br)(CH_{3})-CH_{2}-CH_{3} \] \( X_{2} \) — 2-бром-2-метилбутан. 3) Для получения изопрена (2-метилбутадиена-1,3) из \( X_{2} \) через стадии \( X_{3} \) и \( X_{4} \), логично провести дегидрогалогенирование и последующее введение второй кратной связи. Предположим путь: \( X_{2} \xrightarrow{KOH(sp)} CH_{2}=C(CH_{3})-CH_{2}-CH_{3} \) (2-метилбутен-1, это \( X_{3} \)). \( X_{3} \xrightarrow{Br_{2}} CH_{2}Br-CBr(CH_{3})-CH_{2}-CH_{3} \) (1,2-дибром-2-метилбутан, это \( X_{4} \)). 4) Дегидрогалогенирование \( X_{4} \): \[ CH_{2}Br-CBr(CH_{3})-CH_{2}-CH_{3} + 2KOH(sp) \xrightarrow{t^{\circ}C} CH_{2}=C(CH_{3})-CH=CH_{2} + 2KBr + 2H_{2}O \] Получен изопрен. 5) Полимеризация изопрена: \[ n CH_{2}=C(CH_{3})-CH=CH_{2} \xrightarrow{kat} (-CH_{2}-C(CH_{3})=CH-CH_{2}-)_{n} \] Продукт — изопреновый каучук. Цепочка два: Исходное вещество — циклопентен. 1) Мягкое окисление (реакция Вагнера): \[ \text{циклопентен} + [O] + H_{2}O \xrightarrow{KMnO_{4}, 0^{\circ}C} \text{циклопентан-1,2-диол} \] \( X_{1} \) — циклопентан-1,2-диол. 2) Жесткое окисление в щелочной среде: \[ \text{циклопентен} \xrightarrow{KMnO_{4}, KOH, t^{\circ}C} KOOC-(CH_{2})_{3}-COOK \] \( X_{2} \) — глутарат калия (соль пентандиовой кислоты). 3) Жесткое окисление в кислой среде: \[ \text{циклопентен} \xrightarrow{KMnO_{4}, H_{2}SO_{4}, t^{\circ}C} HOOC-(CH_{2})_{3}-COOH \] \( X_{3} \) — глутаровая (пентандиовая) кислота. 4) Получение \( X_{4} \) из соли \( X_{2} \): При нагревании твердой соли со щелочью (реакция Дюма) происходит декарбоксилирование: \[ KOOC-(CH_{2})_{3}-COOK + 2KOH(tv) \xrightarrow{t^{\circ}C} CH_{3}-CH_{2}-CH_{3} + 2K_{2}CO_{3} \] \( X_{4} \) — пропан. 5) Ароматизация или дегидрирование на \( Cr_{2}O_{3} \): Для пропана возможна реакция дегидрирования до пропена: \[ CH_{3}-CH_{2}-CH_{3} \xrightarrow{Cr_{2}O_{3}, t^{\circ}C} CH_{2}=CH-CH_{3} + H_{2} \] \( X_{5} \) — пропен. 6) Полимеризация пропена: \[ n CH_{2}=CH-CH_{3} \xrightarrow{kat} (-CH_{2}-CH(CH_{3})-)_{n} \] Продукт — полипропилен.