Осуществить превращения: пропан → пентан → трихлорпентан

Ниже — подробный возможный путь превращений с указанием реагентов, краткого механизма и замечаний по селективности. Я исхожу из того, что под «пропан → пентан → трихлорпентан» требуется получить н-пентан (пентан) из пропана, а затем внести три атома хлора в молекулу пентана (как результат — трихлорпентан; в варианте ниже — 1,1,1-трихлорпентан, то есть замещение трёх H на одном терминальном C). Если нужен другой изомер трихлорпентана — схема в принципе может быть скорректирована, см. замечания в конце.

1) Пропан → пропен

Реакция: дегидрирование или каталитическая дегидрогенизация.
Реагенты/условия: каталитическое дегидрирование (Cr₂O₃/Al₂O₃ при высокой T) или пропан → пропен промышленно (паровая риформинга/крекінг).
Кратко: удаляется H₂, получается пропен (CH₂=CH–CH₃).

2) Пропен → 1-бромпропан

Цель — получить первичный алкилгалогенид, удобный для дальнейшего удлинения цепи.
Реакция: присоединение HBr по анти-Markovnikov (радикальное — с пероксидом) или гидроборирование/окисление + галогенирование.
Один из вариантов (простой):

• HBr, пероксид (ROOR), тёпло → анти-Markovnikov добавление даёт 1-бромпропан (CH₃CH₂CH₂Br).

Замечание: без пероксида при обычных условиях получите 2-бромпропан (Markovnikov); потому конкретно нужен анти-Markovnikov механизм или другой путь к первичному галогениду.

3) 1-бромпропан → органометаллический производный (propyl-MgBr или propyl-Li)

Реакция: образование Grignard или органолития.
Реагенты/условия:

• Mg, сухой эфир → propyl-MgBr (гриньяр��), или

• 2 Li, эфир → propyl-Li.

4) Удлинение цепи: propyl-MgBr (или propyl-Li) + этилгалогенид → пентан

Варианты перехода «C₃ + C₂ → C₅»:

а) Кумада / Кросс-кумулятивные реакции (кумеда-тип, или с участием меди/никеля):

• propyl-MgBr + этил-йодид (или этил-бромид) в присутствии Ni или Cu катализатора → n-пентан (n-C₅H₁₂). (Kumada или каталитическое кросс-сочетание алкильных реагентов даёт C–C связь.)

б) Классический метод через купрани:

• propyl-Li → затем добавление CuI → организующееся (propyl)₂CuLi (Gilman reagent);

• реагировать (propyl)₂CuLi с этил-йодид → образуется n-пентан + побочные продукты.

Комментарий: таким способом (через органометаллические реагенты + R'X) получают селективное перекрёстное соединение алкильных фрагментов; Wurtz-реакция (Na) нежелательна, т.к. даёт в основном симметричные продукты (propyl–propyl → hexane и прочие побочные).

Итог после очищения: н-пентан.

5) n-Пентан → «трихлорпентан» (вариант: 1,1,1-трихлорпентан)

Задача неоднозначна с позицией Cl; опишу реалистичный путь получения 1,1,1-трихлорпентана (СCl₃–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃) и дам замечания по альтернативам.

Вариант (экстенсивное радикальное хлорирование):

• Реакция: радикальное хлорирование n-пентана избытком Cl₂, hv / t° (свет, тепло).

• Условие: большой избыток Cl₂ и продолжительное облучение/нагрев → возможно последовательное замещение H на выбранном С, теоретически можно замещать все три H на терминальном углероде, получая CCl₃-группу.

• Практически: получится смесь моно-, ди- и трихлорированных продуктов с разными изомерами (1-,2- и др.), удаление и очистка потребует крупной фракционной перегонки/хроматографии. Тот, кто выполняет, должен понимать, что селективность низкая; получение именно 1,1,1-трихлорпентана — возможно, но в смеси в малом выходе.

Замечание о селективных методах (лучше для получения заданного изомера):

• Если нужен именно 1,1,1-трихлорпентан, более контролируемый путь — сначала превратить терминальную группу в функциональную (альдегид/кетон), а затем переработать в соответствующий хлорсодержащий фрагмент тем или иным способом. Однако большинство «чистых» методов даёт ди- или геминальные (двойные) замены, а не чисто CCl₃-замещение. Преобразование R–CHO → R–CCl₃ (или R–CCl₂) требует специфичных реагентов (PCl₅ и т.п.), и часто даёт R–CCl₂ (геминальный дихлор) вместо трёхкратного хлорирования.

• Практически для получения CCl₃–R нередко используют стратегии с введением —СCl₃ как синthon (например, присоединение трихлорметильных нуклеофилов или использование трихлорметана в специальных реакциях), но это выходит за рамки прямого «от пропана → через пентан → к 1,1,1-трихлорпентану».

Краткая сводка последовательности (реагенты в одну строку)

1. Propane → propene: дегидрирование (Cr₂O₃/Al₂O₃, t°)

2. Propene → 1-bromopropane: HBr, ROOR (пероксид), анти-Markovnikov

3. 1-Bromopropane → propyl-MgBr (Mg, dry ether) или propyl-Li (2 Li, ether)

4. propyl-MgBr + Et–I (в присутствии Ni или Cu катализатора) → n-pentane

5. n-Pentane → trichloropentane: избыток Cl₂, hv / t° (радикальное хлорирование, получите смесь, среди продуктов — трихлорпентаны; для получения именно 1,1,1-изомера потребуется тяжёлая очистка и низкая селективность)

Практические замечания и альтернативы

• Wurtz (Na) не годится для получения C₃ + C₂ → C₅, потому что Wurtz даёт преимущественно симметричные алканы и большие побочные смеси. Для направленного удлинения лучше применять органометаллические методы (Grignard + R'X с катализатором, реакция Гилмана и т.д.).

• Радикальное хлорирование обеспечивает лёгкость и простоту, но очень плохую селективность: получите множество хлорированных изомеров и степеней замещения (mono/di/tri). Если требуется конкретный изомер трихлорирования, нужно менять стратегию (введение функциональной группы и её целенаправленное превращение в нужный хлорпроизводный).

• Если целью был просто любой трёхкратно хлорированный пентан (без указания позиций), то шаг 5 (Cl₂/hv в избытке) — самый прямой путь, но с очисткой придется повозиться.

Если нужно — могу расписать альтернативный, более «чистый» путь к конкретному изомеру трихлорпентана (например, к 1,3,5-трихлорпентану или к другому изомеру) с указанием реактивов и ожидаемых выходов; но в общем случае описанная последовательность рабочая и отражает типичные лабораторные подходы.