Органическая химия

Контрольная работа №1

1 Приведите проекционные формулы оптических изомеров соединений

Определите, число изомеров и укажите, какие из них являются энантиомерами, а какие - диастереомерами.

Решение

а). Число изомеров - 2, оба изомера являются по отношению друг к другу энантиомерами.

б). Число изомеров - 2, оба - энантиомеры

в). Число изомеров - 4.

Пары энантиомеров: I и III, II и IV; пары диастереомеров: I и II, III и IV.

2 Приведите механизм реакции радикального замещения (SR) на примере бромирования 2-метилпропана и циклогексана. Объясните устойчивость третичного радикала по сравнению с вторичным и первичным

Решение

Механизм бромирования 2-метилпропана

Механизм бромирования циклогексанаость свободных радикалов определяется энергией их образования из алканов. Энергия, необходимая для образования различных типов радикалов, уменьшается в следующем порядке: СН3 > первичный > вторичный > третичный. Если для образования одного радикала требуется меньше энергии, чем для образования другого, то это может означать только то, что в сравнении с образующимся алканом один радикал содержит меньше энергии и более устойчив, чем другой (см. рисунок ниже):

Абсолютное содержание энергии, например, метильного и этильного радикалов не сравнивается; просто говорят, что различие в энергиях между метаном и метильным радикалом больше, чем между этаном и этильным радикалом.

3 Дайте определение понятию «кислотности» органических соединений по Бренстеду-Лоури и расположите в ряд по возрастанию кислотных свойств следующие соединения: фенол, пропантиол-1, пропиловый спирт, пропановая кислота, пропан, пропанамин-1.

Укажите вид и знак электронных эффектов заместителей. Обоснуйте кислотные свойства указанных веществ, исходя из стабильности соответствующих анионов

Решение

По теории Брёнстеда (протолитической теории) кислотность и основность соединений связывается с переносом протона Н. Кислота <-> Н + Основание. Кислота и основание образуют сопряженную кислотно-основную пару, в которой чем сильнее кислота, тем слабее сопряженное ей основание, и напротив, чем сильнее основание, тем слабее сопряженная ему кислота. Например, хлороводородная кислота сильнее, чем уксусная кислота и соответственно ацетат-ион будет более сильным основанием, чем хлорид-ион. Кислоты Брёнстеда (протонные кислоты) нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать протон (доноры протонов). Основания Брёнстеда -- нейтральные молекулы или ноны, способные присоединить протон (акцепторы протонов). Кислотность и основность являются не абсолютными, а относительными свойствами соединений: кислотные свойства обнаруживаются лишь в присутствии основания; основные свойства только в присутствии кислоты.

Большинство органических соединений можно рассматривать как кислоты, поскольку в них содержатся поляризованные связи атома водорода с различными элементами (О, N, S, С). Органические кислоты классифицируют по природе кислотного центра:

ОН-кислоты: спирты, фенолы, карбоновые кислоты, сульфокислоты, гидроксикислоты, аминокислоты;

· SH-кислоты: тиоспирты, SH-содержащие аминокислоты и др. соединения;

· NH-кислоты: амины, имины, гетероциклические соединения с атомом азота;

· СН-кислоты: углеводороды, радикалы гетерофункциональных соединений.

Для количественной характеристики кислотных свойств используется величина

pKa = - lg Ka,

где Ка - константа кислотности. Чем меньше рКа, тем больше кислотность по Бренстеду.

Качественной характеристикой кислотных свойств может служить стабильность образующегося аниона. Сила кислоты определяется стабильностью аниона, образующегося из этой кислоты: чем стабильнее анион, тем сильнее кислота. Стабильность аниона, в свою очередь, определяется характером распределения отрицательного заряда аниона и зависит от ряда факторов:

природы атома в кислотном центре (электроотрицательности и поляризуемости элемента);

характера связанного с кислотным центром органического радикала (электроноакцепторного или электронодонорного);

сольватационных эффектов.

Электроотрицательность имеет значение, когда сравнивается кислотность соединений, имеющих одинаковые радикалы и элементы кислотного центра, относящиеся к одному и тому же периоду периодической системы Д.И. Менделеева (т.е. когда практически не изменяется поляризуемость). Чем более электроотрицательным является элемент в кислотном центре, тем он более способен нести отрицательный заряд, и тем стабильнее образующийся анион, и соответственно, сильнее кислота.

Кислотность соединений в ряду слева направо увеличивается.

У пропана, пропанамина и пропилового спирта кислотность, ввиду отсутствия электроноакцепторных групп у кислотообразующей частицы обеспечивается исключительно электроотрицательностью этой самой частицы.

В пределах группы таблицы элементов Менделеева стабильность анионов возрастает с увеличением атомного номера элемента, так как увеличивается объем электронных орбиталей, и создается лучшая возможность для делокализации отрицательного заряда. Поэтому пропантиол является более сильной кислотой, чем пропанол.

Фенильная группа (бензольное кольцо) обладает слабым отрицательным индуктивным эффектом и делокализует образовавшийся на атоме кислорода отрицательный заряд по всему бензольному кольцу:

Аналогично, для пропановой кислоты отрицательный заряд делокализуется по системе сопряженных связей:

4 Объясните, как изменяется основность в указанном ряду соединений. Как практически можно подтвердить основность самого сильного основания этого ряда?

n-Хлоранилин, метиламин, метилпропиламин, п- нитроанилин, анилин, дифениламин

Решение

На основность аминов влияют различные факторы: электронные эффекты углеводородных радикалов, пространственное экранирование радикалами атома азота, а также способность образующихся ионов к стабилизации за счет сольватации в среде растворителя. В результате +I-эффекта алкильных групп основность алифатических аминов в газовой фазе (без растворителя) растет в ряду: первичные < вторичные < третичные. Однако в растворах оснoвные свойства третичных аминов проявляются слабее, чем у вторичных и даже первичных аминов, так как три радикала создают пространственные препятствия для сольватации образующихся аммониевых ионов. По этой же причине основность первичных и вторичных аминов снижается с увеличением размеров и разветвленности радикалов.

Основность ароматических аминов зависит также от характера заместителей в бензольном кольце. Электроноакцепторные заместители (-F, -Cl, -NO2 и т.п.), а также фенильная группа, уменьшают основные свойства ариламина по сравнению с анилином, а электронодонорные (алкил, -OCH3, -N(CH3)2 и др.), напротив, увеличивают.

Основность аминов (в растворе) возрастает в ряду:

дифениламин < анилин<п-хлоранилин <п-нитроанилин < метиламин < метилпропиламин

Водные растворы алифатических аминов проявляют щелочную реакцию, т.к. при их взаимодействии с водой образуются гидроксиды алкиламмония, аналогичные гидроксиду аммония:

5 Установите строение углеводорода С5Н12, при монобромировании которого образуется третичный галогеноалкан. Искомый углеводород нельзя получить по реакции Вюрца без побочных продуктов. Запишите уравнения реакций получения этого углеводорода гидрированием алкена и щелочной плавкой соли карбоновой кислоты

Решение

Строение искомого углеводорода представлено ниже

Гидрирование алкена

Щелочная плавка соли карбоновой кислоты

6 Углеводород С6Н]2 присоединяет 1 моль Вг2, растворяется в холодной концентрированной серной кислоте, при гидрировании превращается в 2-метилпентан, а при окислении перманганатом калия в кислой среде при нагревании образует среди продуктов реакции уксусную кислоту. Предложите его структурную формулу. Напишите уравнения перечисленных реакций

Решение

Строение углеводорода

Присоединение брома

Растворение в холодной концентрированной серной кислоте

Гидрирование

Окисление перманганатом калия

7 Установите строение углеводорода С6Н10, если известно, что он обесцвечивает бромную воду, образует красный осадок с аммиачным раствором оксида меди (I), а в результате присоединения воды в присутствии сульфата ртути превращается в изобутилметилкетон

Решение

8 Определите, какие продукты будут преимущественно образовываться при бромировании (в присутствии катализатора FeBr3) следующих соединений

Решение

а).

б).

в).

г).

9 Определите структурную формулу углеводорода состава С9Н10, который: а) обесцвечивает реактив Вагнера; б) вступает в реакцию полимеризации; в) существует в виде цис-транс-изомеров; г) при окислении даёт бензойную кислоту

Решение

Структурная формула углеводорода (бета-метилстирол)

а). обесцвечивание реактива Вагнера

б). полимеризация бета-метилстирола (с добавлением перекиси бензоила в качестве инициатора)

в). Цис-транс-изомерия

транс-изомер цис-изомер

г). окисление

10 Установите структурную формулу соединения С5Н11Вг, легко вступающего в реакцию гидролиза, протекающую по механизму SN1. Продукт гидролиза при дегидратации и последующем озонолизе даёт смесь уксусного альдегида и ацетона

Решение

Структурная формула вещества и последующие реакции приведены ниже

11 Напишите, какие соединения получатся в результате последовательного действия на анилин уксусного ангидрида, нитрующей смеси, воды (в присутствии НС1), NaNO2(в присутствии НCl), N,N-диметиланилина

Решение

12 Углеводороды состава: a) C8H6 и б) С9Н8 обесцвечивают бромную воду, при окислении образуют бензойную кислоту, с аммиачным раствором нитрата серебра дают осадок. Напишите структурные формулы этих углеводородов

Решение

Строение соединений приведено на рисунке

а) фенилацетилен б) 1-фенилэтин

13. Приведите уравнения реакций по следующим схемам:

а) Бензол --» нитробензол --» анилин --> ацетанилид --> n -нитроацетанилид --»

п-нитроанилин;

б) Хлоробензол --»м - бромобензойная кислота

Решение

а).

б).

14 Напишите схему получения азокрасителя, используя в качестве диазо и азосоставляющих соответственно n-толуидин и салициловую кислоту. Укажите условия реакции. Опишите механизмы реакций диазотирования и азосочетания

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11