Химические реакции и их продукты

Задание № 1

Составьте структурные формулы предложенных углеводородов. Укажите первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода в этих молекулах. Укажите тип гибридного состояния каждого углеродного атома в молекулах. К каким гомологическим рядам относятся эти соединения? Напишите структурные формулы 3 изомеров предложенных соединений, относящихся к тем же гомологическим рядам. Дайте названия, пользуясь международной систематической номенклатурой.

Исходные данные:

этилциклопентан; 2,5-диметил-3-этилгексадиен-1,4; этилбензол.

Решение

1). Этилциклопентан --

первичные атомы углерода -- 7; вторичные атомы углерода -- 2, 3, 4, 5, 6

третичные атомы углерода -- 1; sp³-гибридное состояние -- 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Гомологический ряд циклопропана (C_nH_2n).

Изомеры:

-- н-бутилциклопропан

 -- н-пропилциклобутан

-- метилциклогексан

2). 2,5-диметил-3-этилгексадиен-1,4 --

первичные атомы углерода -- 1, 6, 7, 9, 10; вторичные атомы углерода -- 4, 8;

третичные атомы углерода -- 2, 3, 5.

sp³-гибридное состояние -- 3, 6, 7, 8, 9, 10; sp²-гибридное состояние -- 1, 2, 4, 5

Гомологический ряд пентадиена (C_nH_2n-2).

Изомеры:

-- 2,3,4,5-тетраметилгексадиен-1,4

-- 2,5-диэтилгексадиен-1,4

 -- 2-н-пропил-5-метилгексадиен-1,4

3). этилбензол (фенилэтан) --

первичные атомы углерода -- 8; вторичные атомы углерода -- 2, 3, 4, 5, 6, 7

третичные атомы углерода -- 1;

sp³-гибридное состояние -- 7, 8; sp²-гибридное состояние -- 1, 2, 3, 4, 5, 6

Гомологический ряд бензола (C_nH_2n-6).

Изомеры:

-- 1,2-диметилбензол (о-ксилол)

--1,3-диметилбензол (м-ксилол)

-- 1,4-диметилбензол (п-ксилол)

Задание № 2

Запишите уравнения последовательно протекающих реакций и назовете продукты этих реакций. Над символами «>» указаны реагенты, а под ними - условия проведения реакций.

Исходные данные:

	Cl2		Na		Cl2		NaOH		CH3COOH
метан	>	А	>	Б	>	В	>	Г	>	Д
	hн		t?		hн		H2O		H2SO4конц,t?

Решение

1). СН₄ + Сl₂ > НСl + СН₃Сl (вещество А -- хлорметан)

2). 2 СН₃Сl + 2Na > 2NaCl + СН₃--СН₃ (вещество Б -- этан)

3). СН₃--СН₃ + Сl₂ > НСl + СН₃--СН₂Сl (вещество В -- хлорэтан)

4). СН₃--СН₂Сl + NaOH > NaCl + СН₃--СН₂--OH (вещество Г -- этиловый спирт)

5). СН₃--СН₂--OH + СН₃--СООН > Н₂О + (вещество Г -- этиловый эфир уксусной кислоты)

Задание № 3

Напишите уравнения реакций электрофильного замещения в ароматическом кольце предложенных ароматических соединений. К какому типу относятся имеющиеся в бензольном кольце заместители? Облегчают или затрудняют эти заместители протекание реакции (по сравнению с бензолом)? Согласованное или несогласованное ориентирующее действие они оказывают? Укажите условия проведения и назовите продукты реакций.

Исходные данные:

орто-хлорбензолсульфокислота; реакция бромирования.

Решение

-- орто-хлорбензолсульфокислота (2-хлорбензолсульфокислота)

Группа --Сl относится к заместителям I рода (-I эффект) и ориентируют в орто- и пара- положение. Этот заместитель понижают электронную плотность кольца и уменьшают скорость реакции электрофил. замещения, чем затрудняют протекание реакции по сравнению с бензолом.

Группа --SO₃H относится к заместителям II рода (-I эффект) и ориентируют в мета положение. Этот заместитель понижает электронную плотность кольца и уменьшает скорость реакции электрофил. замещения, чем затрудняет протекание реакции по сравнению с бензолом.

Заместители оказываю согласованное ориентирующее действие, т.к. влияние одного заместителя совпадает по направлению с влиянием другого. В результате оба они согласованно ориентируют в мета-положение по отношению к --SO₃H.

Реакция бромирования:

Реакцию бромирования проводят при нагревании в присутствии бромида алюминия или железа (III) в качестве катализатора.

2+ Br₂ > + + 2НBr

(2-хлор-5-бромбензолсульфокислота) (2-хлор-3-бромбензолсульфокислота)

Примеры других реакций электрофильного замещения:

1. Нитрование. Проводится при обычной температуре смесью HNO₃ и H₂SO₄

2+ 2HNO₃ > H₂O + +

(3-нитро-2-хлорбензолсульфокислота) (5-нитро-2-хлорбензолсульфокислота)

2. Сульфирование. Проводится при комнатной температуре в присутствии AlCl₃

2+ 2Cl₂ > 2HCl + +

(2-хлор-5-бромбензолсульфокислота) (2,3-дихлорбензолсульфокислота)

3. Алкилирование. Проводится при температуре ок. 80?С в присутствии AlCl₃.

2+ 2CH₃Br > + + HBr

(2-хлор-3-метилбензолсульфокислота) (2-хлор-5-метилбензолсульфокислота)

Задание № 4

Расположите предложенные соединения в порядке увеличения кислотных свойств. Проанализируйте причины наблюдаемой закономерности. Запишите уравнения реакций иллюстрирующих кислотность соединения с наиболее выраженными кислотными свойствами.

Исходные данные:

уксусная кислота; пропионовая кислота; муравьиная кислота; изомасляная кислота.

Решение

Изомасляная к-танаименее выраженные кислотные св-ва

v

Пропионовая к-та

v

Уксусная к-та

v

Муравьиная к-та наиболее выраженные кислотные свойства

Наблюдаемая закономерность увеличения кислотных свойств карбоновых кислот в ряду связанна с тем, что строение радикала влияет на их кислотные свойства. С увеличением длины (а также разветвленности) углеводородного радикала кислотность карбоновых кислот свойства постепенно снижается.

Уравнения реакций иллюстрирующих кислотность муравьиной кислоты, обладающей наиболее выраженными кислотными свойствами:

1). Реакция со щелочами:

+ КОН > + Н₂О

2). Реакция с карбонатами:

2 + Na₂CO₃ > 2 + Н₂О + СО₂^

3). Реакция с солями других, более слабых, карбоновых кислот:

+> +

4). Реакции с индикаторами:

лакмус -- изменение окраски с фиолетовой на красную

метиловый оранжевый -- изменение окраски с оранжевой на красную

Задание № 5

Приведите уравнение реакций, с помощью которых можно распознать вещества, используя наименьшее число реагентов. Поясните предложенный вами план идентификации органических соединений.

Исходные данные:

глюкоза; сахароза; крахмал; белок.

Решение

	Нингидрин	Раствор йода	Аммиачный раствор оксида серебра
Глюкоза	--	--	«серебряное зеркало»
Сахароза	--	--	--
Крахмал	--	сине-фиолетовое окрашивание	--
Белок	розово-фиолетовое окрашивание	--	--

1). Глюкоза реагирует с аммиачным раствором оксида серебра при нагревании. Реакция сопровождается осаждением металлического серебра, а альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной группы.

+ Ag₂O > + 2Ag

2). При взаимодействии крахмала с раствором йода наблюдается изменением бурой окраски йода на синюю. Реакция крахмала с йодом не связана с химическим взаимодействием между ними, а состоит в образовании комплексов адсорбционного типа (клатраты). Клатрат крахмала и йода это комплексное соединение, в котором молекулы йода внедряются в кристаллическую структуру полимерных молекул крахмала.

3). Разбавленный раствор белка реагирует с 1%-ным раствором нингидрина в 95%-ном ацетоне (нингидриновая реакция). Раствор перемешивают и ставят в водяную баню при t=70?С на несколько минут, после чего развивается розово-фиолетовое окрашивание, связанное с реакцией нингидрина и NH₂ - группами в аминокислотах белков.

+ > + + СО₂ + Н₂О

План идентификации.

Если не брать во внимание то, что некоторые из предложенных веществ можно распознать по растворимости в воде (крахмал нерастворим в холодной воде), то план идентификации выглядит следующим образом.

Сначала разделяем каждое из предложенных органических веществ на четыре равные части (аликвоты) и подвергаем их по отдельности взаимодействию с реактивами.

1). Проверяем на взаимодействие с йодом. Крахмал окрашивается в сине-фиолетовый цвет, остальные в-ва окраски не изменяют.

2). Приливаем к аликвотам раствор нингидрина и нагр. на водяной бане. Белок при этом дает розово-фиолетовое окрашивание, а остальные в-ва нет.

3). Приливаем к аликвотам исследуемых веществ аммиачный раствор оксида серебра и нагреваем. Глюкоза при этом осаждает металлическое серебро (реакция серебряного зеркала), а другие вещества нет.

4). Методом исключения мы находим, что сахарозой является то вещество, раствор которого не дал никакого окрашивания во всех вышеперечисленных реакциях.

Задание № 6

Охарактеризуйте отношение к окислителям предложенных органических соединений. Для одного из веществ напишите уравнение реакции, позволяющее провести окисление с сохранением углеродного скелета соединения, а для другого - реакции, приводящей к его разрушению (реакцию горения не использовать), укажите условия протекания реакций и назовите продукты реакции.

Исходные данные: бензол; п-ксилол

Решение

1). Реакция окисления, идущая с разрушением углеродного скелета:

+ О₂ >

+ 2СО₂ + 2H₂O

Реакция идет в присутствии катализатора -- оксида ванадия (V) при нагревании до 450?С. Образуется малеиновый ангидрид, углекислый газ и вода.

Бензол в обычных условиях устойчив к действию даже сильных окислителей (азотная кислота, хромовая смесь, перманганат калия). В жестких условиях он все же подвергается окислению с потерей ароматичности (разрушению кольца).

2). Реакция окисления, идущая с сохранением углеродного скелета:

+ 6[O] > 2H₂O +

Реакция идет со щелочным раствором перманганата калия при комнатной температуре или слабом нагревании. Образуется пара-бензолдикарбоновая кислота (п-фталевая кислота).

пара-ксилол легко окисляется различными окислителями в любой среде до пара-бензолдикарбоновой кислоты. При воздействии сильных окислителей в жестких условиях он подвергается окислению с потерей ароматичности.

Задание № 7

Определите, в результате какой реакции - полимеризации или поликонденсации из заданной пары веществ можно получить высокомолекулярное соединение. Ответ мотивируйте. Составьте схемы соответствующих реакций.

Исходные данные:

терефталевая кислота и этиленгликоль

Решение

-- этиленгликоль (этандиол-1,2)

-- терефталевая кислота (п-бензолдикарбоновая кислота)

Реакция полимеризации это процесс образования высокомолекулярного вещества путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Поликонденсация это процесс синтеза полимеров из многофункциональных соединений (например, имеющих в своем составе карбоксильную, амидную, сложноэфирную и другие группы), сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.

Так как терефталевая кислота и этиленгликоль содержат функциональные группы (карбоксильную и гидроксильную), а при их взаимодействии выделяются низкомолекулярные продукты (вода), то из заданной пары веществ можно получить высокомолекулярное соединение лишь в результате реакции поликонденсации.

Реакция поликонденсации терефталевой кислоты:

n > n +nН₂О -- политерефталевый ангидрид

Реакция поликонденсации этиленгликоля:

n > n +nН₂О -- полиэтиленгликоль

Реакция поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля:

n+ n > n + n Н₂О

-- этиленгликолевый полиэфир терефталевой кислоты (терилен или диакрон)

Задание № 8

Составьте уравнения химических реакций между предложенными углеводами и заданными реагентами. Назовите продукты этих реакций.

Исходные данные:

углевод - идоза;

реагенты - 1) реактив Фелинга и 2)боргидрид натрия.

Решение

идоза (открытая форма) --

идоза (формула Фишера) --

1). Реакция с реактивом Фелинга (CuSO₄+NaOH+KOOC-(CHOH)₂-COONa)

+ CuSO₄+2NaOH >+ Сu +Na₂SO₄ + H₂O

D-идоза D-идозовая кислота

2). Реакция с боргидридом натрия:

4+ NaBН₄ + 4H₂O > 4+ NaOH + H₃BO₃

D-идоза D-идозол