1. Для заданий А и Б: a) дать классификацию всем соединениям по строению углеродного скелета; б) отнести все соединения к определенному классу; в) определить тип гибридизации атомов углерода, виды химических связей и их число. A. Изобразить структурные формулы следующих соединений: a) 2,3,4,5 – тетрагидроксипентаналь 1) по строению углеродного скелета — ациклические (алифатические); 2) класс — моносахариды (альдозы, пентозы); 3) 1-й атом углерода находится в sp2 – гибридизации (отмечен звездочкой *), остальные в sp3 – гибридизации. В соединении присутствуют σ- и π-связи. σ = 19, π = 1 (указана). б) 2,2 – дибром – 3,3 – диметилбутан 1) по строению углеродного скелета — ациклические (алифатические); 2) класс — галогеналканы; 3) Все атомы углерода находятся в в sp3 – гибридизации. В соединении присутствуют только σ-связи. σ = 19. Б. Назвать следующие соединения по системной (заместительной) и радикально-функциональной номенклатуре. а) циклопентен – 2 – илформальдегид 1) по строению углеродного скелета — циклические; 2) класс — альдегиды; 3) Три атома находятся в sp2 – гибридизации: два атома связанные двойной связью и один сопряженный с кислородом. Все остальные в sp3 – гибридизации. В соединении присутствуют σ- и π-связи. σ = 15, π = 2. б) 4,5 – диметилгексин – 2 1) по строению углеродного скелета — ациклические (алифатические); 2) класс — алкины; 3) Два атома находятся в sp – гибридизации: находятся при тройной связи. Все остальные в sp3 – гибридизации. В соединении присутствуют σ- и π-связи. σ = 21, π = 2. в) 1,2 – диметилциклопентан 1) по строению углеродного скелета — циклические; 2) класс — циклоалканы; 3) Все атомы углерода находятся в в sp3 – гибридизации. В соединении присутствуют только σ-связи. σ = 21. г) 2,2 – диметилпропионовая кислота 1) по строению углеродного скелета — ациклические (алифатические); 2) класс — карбоновые кислоты; 3) Один атома находятся в sp2 – гибридизации. Все остальные в sp3 – гибридизации. В соединении присутствуют σ- и π-связи. σ = 16, π = 1. 2. Смесь бензола и циклогексена обесцвечивает 75 г бромной воды с массовой долей брома 3,2%. Продукты, образовавшееся при сжигании такого же количества исходной смеси в избытке кислорода, пропускали через известковую воду Са(ОН)2 (взятую в избытке) и получили 21 г осадка. Определите состав исходной смеси по массе. Дано: mр-ра(Br2) = 75 г ω(Br2) = 3,2% m(осадка) = 21 г Найти: ω(бензола), ω(циклогексена) Решение. Напишем уравнения реакций: 1) Взаимодействие с бромной водой: Бензол + бром ↛ Циклогексен + бром → 1,2 – дибромциклогексан 2) Горение в избытке кислорода: 3) Взаимодействие углекислого газа с известкой водой: 1) Рассчитаем количество чистого брома, который вступил в реакцию. mв−ва ω= ∗ 100% mр−ра mв−ва (Br2 ) = mр−ра (Br2 ) ∗ ω(Br2 ) = 75 ∗ 0,032 = 2,4 г 100% 2) Рассчитаем массу циклогексена, которая прореагировала с чистым бромом. г M(C6 H10 ) = 82 моль г M(Br2 ) = 160 моль 2,4 г Br2 — 160 г/моль m(C6H10) г — 82 г/моль Тогда m(C6 H10 ) = 2,4 ∗ 82 = 1,23 г 160 3) Найдем количество углекислого газа, которое образовалось во время горения циклогексена. л VМ (CO2 ) = 268,8 моль 164 г/моль — 1,23 г C6H10 268,8 л/моль — Vгекс(CO2) л Vгекс (CO2 ) = 1,23 ∗ 268,8 = 2,016 л 164 4) Рассчитаем объем углекислого газа, вступившего в реакцию с известковой водой: г моль л VМ (CO2 ) = 22,4 моль M(CaCO3 ) = 100 Тогда 21 г CaCO3 — 100 г/моль Vобщ(CO2) л — 22,4 л/моль Vобщ (CO2 ) = 21 ∗ 22,4 = 4,704 л 100 5) Рассчитаем количество углекислого газа, которое образовалось при сжигании бензола: Vбенз (CO2 ) = 4,704 − 2,016 = 2,688 л 6) Рассчитаем количество бензола, которое сгорело в избытке кислорода: г M(C6 H6 ) = 156 моль 2,688 л CO2 — 268,8 л/моль m(C6H6) г — 156 г/моль 𝑚(C6 H6 ) = 2,688 ∗ 156 = 1,56 г 268,8 7) Рассчитаем массовые доли циклогексена и бензола в смеси: 𝑚Смеси = 1,23 + 1,56 = 2,79 г 𝜔(C6 H6 ) = 1,56 ∗ 100% = 56% 2,79 𝜔(C6 H10 ) = 1,23 ∗ 100% = 44 % 2,79 Ответ: ω(C6H6) = 56%, ω(C6H10) = 44% 3. При сгорании органического вещества, содержащего С, Н и хлор, выделилось 6,72 л (н.у.) углекислого газа, 5,4 г воды, 3,65 г хлороводорода, Установите молекулярную формулу сгоревшего вещества и его возможные структурные формулы. Назовите их по заместительной номенклатуре. Дано: V(CO2) = 6,72 л m(H2O) = 5,4 г m(HCl) = 3,65 г Найти: CXHYClZ Решение. 1) Уравнение реакции: СХHYClZ + O2 = CO2 + H2O + HCl 2) Рассчитаем количество моль каждого вещества: n(C) = V(CO2 ) 6,72 = = 0,3 моль Vm 22,4 n(H2 O) = m(H2 O) 5,4 = = 0,3 моль M(H2 O) 18 Тогда nводе (H) = 0,3 ∗ 2 = 0,6 моль n(Cl) = n(H) = m(HCl) 3,65 = = 0,1 моль M(HCl) 36,5 nобщ (H) = 0,6 + 0,1 = 0,7 моль 3) Установим формулу вещества, соотнеся моли: X ∶ Y ∶ Z = 0,3 ∶ 0,7 ∶ 0,1 Тогда X∶ Y∶ Z=3∶7∶1 Следовательно формула вещества — C3H7Cl Структурные формулы: 1-Хлорпропан 2-Хлорпропан 4. Определите степень ненасыщенности состава соединения, имеющего молекулярную формулу C6H10O4. Рассмотрите возможные варианты структур, определите классы соединений, отвечающие этим структурам, и приведите структурные формулы двух изомеров, относящихся к различным классам. Назовите эти вещества. Решение. Общая формула алканов CnH2n+2. Для вещества C6H10O4 формула алкана должна выглядеть следующим образом C6H14. То есть 4 водорода замещены кислородом или кратными связями. Из этого следует, что степень ненасыщенности данного углеводорода равна 4. Тот же вывод можно сделать если рассчитать степень ненасыщенности по формуле: 1 1 R = х − y − z + 1, где 2 2 R — это степень ненасыщенности; x, y, z — индексы в формуле CXHYOZ. Тогда для соединения C6H10O4 1 1 R = 6 − ∗ 10 − ∗ 4 + 1 = 4 2 2 Возможные структурные формулы: 1. Класс дикарбоновые кислоты 2. Класс — сложные эфиры дикарбоновых кислот 3. Класс — сложные эфиры 4. Класс — ангидриды карбоновых кислот 5. Класс — диальдегиды 6. Класс — многоатомные кетоны 7. Класс — сложные эфиры многоатомных спиртов 7. Класс — карбоновые кислоты Изомеры: А) 2,3-дигидрокси-2,3-диметилбутандиаль Б) 4,6-дигидроксигексен-2-овая кислота 5. Что означает термин «индуктивный эффект», «отрицательный индуктивный эффект (–Iэф)», «положительный индуктивный эффект (+Iэф)»? Для приведенных ниже соединений укажите графически направление смещения электронной плотности и связанную с ней поляризацию связей. Назовите эти соединения по заместительной номенклатуре ИЮПАК и определите класс этих соединений. Решение. Индуктивный эффект — это смещение электронов σ-связи (полярность связи), которое определяется разницей электроотрицательностей связываемых атомов элементов. Если атом или группа атомов оттягивает электронную плотность, они проявляют отрицательный индуктивный эффект. В результате на атоме углерода наводится частичный положительный заряд. Атомы более электроположительных, чем углерод, элементов проявляют положительный индуктивный эффект. Благодаря этому на С-атоме возникает частичный отрицательный заряд. А) –I эффект Название: пентадиен – 1,4 Класс: алкадиены Б) –I эффект Название: этиламин Класс: амины В) +I — эффект Название: фенолят анион Класс: фенолы 6. Почему у фенола кислотные свойства выражены сильнее, чем у алифатических спиртов? Ответ дайте на основании представлений о взаимном влиянии атомов в молекуле. Приведите уравнения реакции иллюстрирующих Ваши выводы, и назовите образующиеся продукты. Решение. Из-за отрицательного мезомерного эффекта бензольного кольца, электронная плотность смещается в его сторону от гидроксильной группы: Полярность гидроксильной группы при этом повышается, поэтому кислотные свойства возрастают (и они выше, чем у спиртов и воды, где мезомерного эффекта нет). Реакции: Фенол + натрий → фенолят натрия + водород Фенол + калий → фенолят калия + вода 7. Покажите механизм реакции радикального замещения на примере реакции бензола с бромом при освещении УФ-светом. Решение. Инициирование цепи: Рост цепи: Обрыв цепи: Тем не менее реакция продолжается снова. Но уже бромбензолом до полного замещения всех водородов и ℎ𝑣 Бензол + бром → 1,2,3,4,5,6 −гексабромциклогексан 8. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить следующие превращения, приведите названия всех соединений и их структурные формулы: Решение. 1) карбид алюминия + вода → метан + гидроксид алюминия 2) 1000−1500℃ Метан → ацетилен + водород 3) 𝐻 + ,𝐻𝑔2+ Ацетилен + вода → этаналь (уксусный альдегид) 4) Этаналь + перманганат калия → Ацетат калия + уксусная кислота + оксид марганца (IV) + вода 5) Возможно в цепочке ошибка, так как вещество X — это метан, который и надо же получить. И соль ацетата, и уксусная кислота не вступают в реакцию с метаном. Однако метан можно получить при помощи гидроксида калия сплавление с ацетатом калия (одним из продуктов предыдущей реакции). сплавление Ацетат калия + гидроксид калия → метан + карбонат калия 9. Составьте уравнение и подберите коэффициенты следующей окислительновосстановительной реакции Решение. Окисление аренов в кислой среде: п-нитротолуол + перманганат калия + серная кислота → п-нитробензойная кислота + сульфат калия + сульфат марганца + вода Баланс: НОК Mn+7 + 5ē → Mn+2 C-3 — 6ē → С+3 30 множитель 6 Окислитель, процесс — восстановление 5 Восстановитель, процесс — окисление Уравнение с коэффициентами: 10. Сколько ди- и трипептидов можно составить из двух молекул аланина и одной молекулы цистеина. Привести их структурные формулы. Решение. Аланин Цистеин Можно получить три дипептида и три трипептида. Дипептиды: 1) Аланил-аланин (Ala-Ala) 2) Аланил-цистеин (Ala-Cys) 3) Цистеинил-аланин (Cys-Ala) Трипетиды: 1) Аланил-аланил-цистеин (Ala-Ala-Cys) 2) Аланил-цистеинил-аланин (Ala-Cys-Ala) 3) Цистеинил-аланил-аланин (Cys-Ala-Ala)
