|
Молекулы углеводородов и их радикалы (R)Стр 1 из 4Следующая ⇒ Предисловие Сборник контрольных и домашних заданий по органической химии предназначен для приобретения и развития навыков решения типовых заданий, предлагаемых в курсе органической химии, и проверки уровня знаний по общим положениям органической химии, основным правилам реагирования органических веществ – химическим свойствам, а также способам получения соединений различных классов. В помощь студентам и в целях развития навыков самостоятельной работы приведены методические указания к выполнению типовых заданий с примерами решения. Цель методических указаний – способствовать усвоению студентами общих принципов подхода к решению конкретных заданий. Здесь используется идея об «устройстве» органической химии как концептуальной системы: свойства каждого последующего класса органических соединений (начиная с алканов) более сложны, чем предыдущего, и включают знания о свойствах и правилах реагирования соединений всех предыдущих классов. Задания и методические указания по их выполнению разделены на три группы: Тема 1. Номенклатура и изомерия органических соединений. Темы 2–5. Углеводороды и их галогенопроизводные. Темы 6–9. Кислородсодержащие органические соединения.
Тема 1. НОМЕНКЛАТУРА И ИЗОМЕРИЯ АЛКАНОВ, Номенклатура (от лат. nomenclatura – роспись имен) – правила наименования органических соединений, используется по всему курсу как язык химии, как способ обмена химической информацией. В теме 1 закладывается основа умения назвать впоследствии органическое соединение любого класса. Вариантов номенклатур несколько. Здесь рассматриваются три способа наименования органических соединений. · Международная (IUPAC) номенклатура – [М.н.] · Рациональная номенклатура – (Р.н.) · Тривиальные (исторически сложившиеся) названия давно и широко используемых органических соединений. Например: метан, этилен, ацетилен, бензол, толуол; кислоты – уксусная, масляная, капроновая, адипиновая и др. Некоторые из тривиальных названий используются как основа рациональных названий, например: метилацетилен, тринитротолуол, хлоруксусная кислота, ω-аминокапроновая кислота и т. д. Общий принцип всех номенклатур: сложное соединение рассматривается как производное простого углеводорода, в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены на углеводородные радикалы (табл. 2) или на функциональные группы (табл. 3). Различие [М.н.] и (Р.н.) в следующем: · для [М.н.] разветвленное соединение представляется (рассматривается) как производное углеводорода с самой длинной С-цепью (или с С-циклом) в данной молекуле; · для (Р.н.) любое соединение – как производное первого члена гомологического ряда соответствующего класса органических соединений: – метана – для алканов; – этилена – для алкенов; – ацетилена – для алкинов; – бензола – для аренов; – карбинола – для спиртов и т. д. Методические указания Базовыми для систематических номенклатур – [М.н.] и (Р.н.) – являются: - греческие числительные; - названия членов гомологического ряда метана; - понятие о первичных (I), вторичных (II), третичных (III) и четвертичных (IV) атомах углерода (и соответственно атомах водорода), табл. 1; - названия углеводородных радикалов, табл. 2; - названия функциональных групп, табл. 3. Приведена общая схема [М.н.] и последовательность действий при составлении международного названия любого органического соединения. Даны пояснения и примеры по рациональной номенклатуре, а также последовательность действий при построении структурных формул по номенклатурным названиям и по брутто-формулам. Таблица 1
Таблица 2 Задание 1 По приведенному названию для (а) и (б): - построить структурную формулу в компактном варианте; - получить брутто-формулу (Б.ф.) и назвать по другой номенклатуре [М.н.] ↔ (Р.н.). По названию (в): - построить структурную формулу в условном варианте и привести Б.ф.
Задание 2 По нижеприведенной Б.ф. построить не менее трех изомеров с учетом условия задания; назвать каждый по [М.н.]. 1. С13Н26 (цепь – С8 и цикл – С5). 2. С14Н30 (метил не использовать). 3. С17Н34 (цепь – С8). 4. С6Н12 (в том числе цис-, транс-). 5. С16Н34 (цепь – С7). 6. С12Н24 (цикл – С5). 7. С13Н28 (метил не использовать). 8. С7Н14 (в том числе цис-, транс-). 9. С18Н38 (цепь – С8). 10. С19Н40 (цепь – С9). 11. С7Н14 (в том числе цис-, транс-). 12. С18Н38 (цепь – С9). 13. С10Н20 (в том числе цис-, транс-). 14. С19Н40 (цепь – С8). 15. С12Н24 (цепь – С7 и цикл – С6).
Химические свойства и способы Любую химическую реакцию можно рассматривать с двух позиций: · для исходного вещества – это демонстрация конкретного химического свойства исходного вещества; · для продукта – это конкретный способ получения данного продукта. Соответственно вопрос о химических превращениях может быть сформулирован в двух вариантах: 1) Какой продукт получится, если на исходное вещество подействовать данным реагентом в данных условиях реагирования? 2) Что нужно сделать (виды реагентов, условия проведения реакций), чтобы из исходного вещества получился заданный продукт? Виды заданий по темам 2–9 однотипны: · цепочки последовательных превращений; · синтез продукта из заданного набора реагентов; · предложить серию реакций (вариант) превращения одного вещества в другое; · установить структуру вещества по элементному составу (по Б.ф.) и заявленному набору его химических свойств; · различить изомеры; · разделить смесь органических веществ. При выполнении заданий предполагается использование знаний о типах органических реакций (табл. 4) и об общих правилах реагирования органических веществ (в том числе «именных» реакций). Большинство правил реагирования базируются на положении теории А.М. Бутлерова о взаимном влиянии атомов (ВВА) в органической молекуле. ВВА обусловлено различием относительных электроотрицательностей (ΔОЭО) связанных между собой атомов молекулы и возникающими вследствие этого искажениями равномерности распределения электронной плотности в молекулах: (а) индуктивным эффектом (I-эффект; передается по σ-связи и быстро затухает): ; (б) мезомерным эффектом сопряжения двойных связей (М-эффект; передается по π-связям практически без затухания): . Величины относительных электроотрицательностей (ОЭО)
ГЕМИНАЛЬНЫЕ структуры – органические соединения, содержащие два или три одинаковых заместителя У ОДНОГО атома углерода. Г.с. обозначаются приставкой «гем-» перед названием (например, гем-диол; гем-тригалогенид). ВИЦИНАЛЬНЫЕ структуры – органические соединения, содержащие одинаковые заместители У СОСЕДНИХ атомов углерода. НЕВИЦИНАЛЬНЫЕ структуры – органические соединения, содержащие одинаковые заместители У НЕ СОСЕДНИХ атомов углерода С-цепи.
Таблица 4 10 типов (*) органических реакций
* Не путать понятия: ТИП реакции – общее, широкое понятие; ВИД реакции – понятие конкретное, связанное с названием конкретного вещества. – В названии ТИПА (их – всего 10) не упоминается название участника реакции (кроме олиза). – В названии ВИДА реакции (их очень много) содержится название участника реакции, связанное с названием вводимых или уходящих атомов или групп атомов. Например, галогенирование, дегалогенирование; гидратация, дегидратация; алкилирование, ацилирование, декарбоксилирование и мн.др. Конкретный ВИД реакции может быть разных типов. Например, галогенирование – замещением или присоединением; дегидратация – отщеплением или конденсацией и т. д. ** ОЛИЗ – единственный (из десяти) тип реакции, в названиях которого содержится название участника реакции (Н2О – гидролиз; NH3 – аммонолиз, ROH – алкоголиз, RCOOH – ацидолиз и т. д.) Методические указания Здесь: Hal – это Cl, Br или I. Фторпроизводные углеводородов резко отличаются по свойствам, способам получения и областям применения от остальных Hal-УВ. F-УВ – отдельный самостоятельный раздел органической химии. Задание 1 Осуществить следующие превращения. Указать типы реакций. Назвать (по [М.н.]) органические вещества: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
15.
Задание 2 Варианты синтезов; превращений одних веществ в другие; установление структуры углеводородов по составу и их химическим свойствам (по качественным реакциям, по видам продуктов озонолиза и окислительного крекинга). Примечание: начинать ответ о возможной структуре с изомерного прогноза, привести все возможные изомеры данного состава и обосновывать несоответствие «убираемых» структур заявленным химическим свойствам. Для установленной структуры написать соответствующие химические реакции. 1. Какова структура алкена, озонолиз которого дал продукты: ? 2. Предложите вариант синтеза [2,3-диметилбутен-2] из пропана. 3. Установите структуры изомеров А и Б состава С4Н8, если они оба обесцвечивают бромную воду; А – обесцвечивает кислый раствор KMnO4 и образует продукт Б – не обесцвечивает кислый раствор KMnO4 и не имеет в струк- 4. Предложите вариант превращения [бутен-1] → [бутен-2]. 5. Предложите вариант синтеза тетраметилэтилена из пропана. 6. Каковы структуры изомеров А и Б состава С6Н12, если при озонолизе: 7. Предложите вариант синтеза [3,4-диметилгексан] из н -бутана. 8. Какова структура алкена, при жестком окислении которого образуется 9. Предложите вариант синтеза н -гексана из пропана. 10. Превратите [пентен-1] → [пентен-2]. 11. Какие структуры трех изомеров состава С5Н10 возможны, если все они обесцвечивают бромную воду, не обесцвечивают кислый раствор KMnO4 и имеют в структуре группу СН3? 12. Установите структуры изомеров А и Б состава С4Н8, если при их озонолизе 13. Предложите вариант синтеза [3,4-диметилгексен-3] из н -бутана. 14. Определите состав и структуру алкена, при жестком окислении которого образуется . 15. Превратите [3-метилбутен-1] → [2-метилбутен-2].
Тема 3. АЛКИНЫ, АЛКАДИЕНЫ И ЦИКЛОАЛКЕНЫ: Задание 1 Построить по два изомера алкинов, диенов и циклоалкенов заданного состава. Назвать каждый по [М.н.], а для алкинов и (Р.н.). 1. СН3 – С ≡ С – С(СН3)3. 2. . 3. С7Н12. 4. [3,3-диметилпентадиен-1,4]. 5. [3-метилгексин-1]. 6. [1,3-диметилциклобутен-1]. 7. СН3 – С = СН – СН – СН = СН2. | | СН3 СН3 8. С9Н16. 9. [октадиен-2,6]. 10. [гептин-3]. 11. [1,2-диметилциклопентен-1]. 12. [4,5-диметилгексадиен-2,3]. 13. [4,5-диметилциклогексен-1]. 14. (диизопропилацетилен). 15. (изобутилацетилен). Задание 2 Осуществить следующие превращения. Указать типы реакций. Назвать (по [М.н.]) органические вещества. 1. 2. 3. 4. Напишите реакции присоединения одной молекулы Br2 к углеводородам: а) [2-метилгексадиен-1,4]; б) [2-метилгексадиен-2,4]; в) [3-метилгексин-1]. 5. 6. 7. Напишите реакции присоединения по одной молекуле Cl2 к углеводородам: а) [пентадиен-1,4]; б) [пентадиен-1,3]; в) [пентин-2]; г) [1-хлорциклогексен-2].
8. 9. 10. Напишите реакции для [бутин-1]: а) тримеризации; б) димеризации; в) гидратации (по Кучерову). 11. Для [3-метилпентин-1] напишите реакции, назовите продукты: а) гидратации (по Кучерову); б) с Br2; в) с НСl; г) с NaNH2; д) с [Cu(NH3)2]Cl; е) диенового синтеза с соединением [бутадиен-1,3]. 12. Напишите реакции присоединения по одной молекуле Br2 к углеводородам: а) [2-метилпентадиен-1,4]; б) [2-метилпентадиен-2,4]; в) [3-метилпентин-1]; г) [циклопентен]. 13. 14. 15. Напишите реакции присоединения по одной молекуле Br2 к углеводородам: а) [2-метилпентадиен-1,4]; б) [2-метилпентадиен-1,3]; в) [3-метилпентин-1]; г) [циклогексен]. 16. Задание 3 Варианты синтезов; превращений одних веществ в другие; установление структуры углеводородов по составу и их химическим свойствам. 1. Как различить изомеры [бутин-1] и [бутадиен-1,3]? Напишите соответствующие уравнения реакций. Назовите вещества. 2. При помощи каких реакций можно различить пропилацетилен и диэтилацетилен? Как разделить эти соединения и выделить их в чистом виде? Напишите соответствующие уравнения реакций. 3. Предложите вариант превращения [бутин-1] → [бутин-2]. 4. Назовите продукт реакции диенового синтеза: 5. Назовите продукт реакции диенового синтеза: ? 6. Из ацетилена и бромэтана получите [ н- гексан]. 7. При помощи каких реакций можно различить [бутен-2] и 8. Какими реакциями можно различить: (а) [бутин-1]; (б) [бутин-2]; (в) [бутадиен-1,3]? 9. Какой продукт диенового синтеза получится по реакции 10. При помощи каких реакций можно различить изомеры: [4,4-диметилпентин-2] и [4,4-диметилпентин-1]? Как разделить эти соединения и выделить их в чистом виде? Напишите соответствующие реакции. 11. Получите дивинил с промежуточным образованием винилацетилена. 12. Какой продукт диенового синтеза получится по реакции 13. Предложите вариант превращения ацетилена в [2-хлорбутадиен-1,3]. 14. Для [2-метилпентадиен-1,3] напишите реакции диенового синтеза: а) с СН2 = СН – СN; б) СН ≡ С – С = О. | ОН 15. Определите структуру С5Н8, если он: а) присоединяет две молекулы Br2; б) не реагирует с [Ag(NH3)2]OH; в) гидратируется до [пентанон-3].
Тема 4. АРЕНЫ: Номенклатура, изомерия, Задание 1 Построить структурные формулы изомеров аренов по заданной Б.ф. или структурной формуле; назвать все соединения. 1. Приведите четыре изомера аренов состава С9Н8. 2. Приведите четыре двузамещенных бензола состава С10Н12. 3. Приведите Б.ф. и еще три двузамещенных арена этого состава с алифатическими радикалами. 4. Приведите Б.ф. и еще четыре двузамещенных арена этого состава. 5. Приведите Б.ф. и еще четыре трехзамещенных арена этого состава с алифатическими радикалами. 6. Приведите четыре трехзамещенных бензола состава С11Н14. 7. Приведите Б.ф. и еще четыре двузамещенных арена этого состава с алифатическими радикалами. 8. Приведите Б.ф. и еще четыре изомера аренов этого состава. 9. Приведите четыре изомера аренов состава С10Н12. 10. Приведите Б.ф. и еще три трехзамещенных арена этого состава с алифатическими радикалами. 11.
Приведите еще по два изомера аренов каждого состава. 12. Приведите Б.ф. и четыре изомера аренов с алифатическими радикалами. 13. Приведите Б.ф. и еще четыре двузамещенных арена этого состава. 14. Приведите еще четыре изомера аренов этого состава. 15. Приведите четыре трехзамещенных арена состава С11Н14.
Задание 2 Осуществить следующие превращения. Указать типы реакций. Органические вещества назвать по [М.н.]. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
11. 1. Имея в качестве исходных толуол, Cl2 и KMnO4 (Н+), с помощью последовательных реакций получите: а) ортохлорбензойную кислоту; б) метахлорбензойную кислоту. 2. Напишите реакции окисления: а) толуола; б) кумола; в) парадиэтилбензола; г) нафталина. 12. 13. 14. 15. Задание 3 Варианты синтезов и превращений одних веществ в другие. Установление структуры аренов по Б.ф. и набору химических свойств. 1. Установите структуру арена состава С9Н8, если он: а) при окислении дает бензойную кислоту; б) не реагирует с [Ag(NH3)2]OH; в) присоединяет две молекулы Br2. 2. Какова структура арена состава С9Н10, если он: а) при жестком окислении дает бензойную кислоту; б) обесцвечивает бромную воду; в) при мягком окислении образует [3-фенилпропандиол-1,2]? 3. Укажите типы реакций. Назовите вещества. 4. Укажите типы реакций. Назовите вещества. 5. Предложите вариант синтеза п-изопропилтолуола исходя из толуола и [1-хлорпропана]. 6. Какую структуру имеет диметилбензол, если полученная его окислением бензолдикарбоновая кислота имеет единственное моно – Cl-производное? 7. Какую структуру имеет диметилбензол, если полученная его окислением бензолдикарбоновая кислота имеет три моно – Cl-производных? 8. Укажите типы реакций. Назовите вещества. 9. Как различить изомеры: ? 10. Предложите вариант синтеза паравторбутилтолуола исходя из толуола и [1-хлорбутана]. 11. Имея бензол, метан, хлор и металлический натрий, получите этилбензол. Напишите соответствующие реакции. 12. Какова структура арена состава С9Н10, если он: а) при жестком окислении дает бензойную кислоту; б) обесцвечивает бромную воду; в) при мягком окислении образует [1-фенилпропандиол-1,2]? 13. Имея бензол, хлор и азотную кислоту, получите: а) парахлорнитробензол; б) метахлорнитробензол. 14. Предложите вариант синтеза стирола (винилбензола) исходя из толуола и метана. 15. Какие углеводороды можно получить при действии избытка СН3Сl на бензол в присутствии AlCl3? Назовите промежуточный и конечный продукты.
Тема 5. ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Задание 1 Осуществить следующие превращения. Указать типы органических реакций. Назвать органические вещества по [М.н.]. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
14. 15.
Задание 2 Варианты синтезов различных углеводородов через галогениды и превращений одних веществ в другие. 1. Осуществите превращения: 2. Предложите вариант синтеза (через галогениды) [1,3,5-триметилбензола], имея: ацетилен, метан, Cl2, NaNH2 и активированный уголь. 3. Предложите вариант синтеза [бутадиин-1,3] из ацетилена. 4. Предложите вариант синтеза параизопропилтолуола исходя из толуола и [пропана]: а) по Вюрцу–Фиттигу; б) по Фриделю–Крафтсу. 5. Предложите схемы превращений: . 6. Предложите схемы превращений: . 7. С помощью каких реакций можно различить изомеры: пара-хлортолуол и хлористый бензил? 8. Предложите схему превращения бензола в [3,4-дихлорбензойную кислоту], имея: бензол, метан, Cl2, раствор KMnO4 (H+) и katal [AlCl3]. 9. Предложите вариант синтеза ортодиэтилбензола исходя из бензола и метана (есть Cl2 и металлический Na). 10. С помощью каких реакций можно различить изомеры: [1,4-дибромбутан] и [2,3-дибромбутан]? 11. Предложите вариант синтеза винилбензола из бензола и метана. 12. Предложите вариант синтеза диацетилена ([бутадиин-1,3]) из этилена. 13. Предложите вариант синтеза парадиэтилбензола из бензола и метана. 14. Предложите схему превращения: 15. С помощью каких реакций можно различить дибромбутаны: [1,2-дибромбутан] и [2,3-дибромбутан]?
КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ Методические указания I. Правила номенклатуры описаны в теме 1 (стр. 5–12), общая схема [М.н.] приведена на стр. 10.Названия функциональных групп (основные и заместительные) приведены в табл. 3 (стр. 8–9). Для низших спиртов широко используются их наименования по названию радикала, с которым связана ОН-группа: этиловый спирт, вторбутиловый и т.д. Тривиальные названия низших карбоновых кислот, их солей и сложных эфиров приведены в табл. 5 (стр. 51–52). Они же используются при (Р.н.) радикальных производных кислот; например: Получение фенолов 1) сплавление со щелочами солей ароматических сульфокислот 2) кумольный способ 3) способ Рашига 4) метод ИК СО РАН Получение оксогрупп 1) окисление спиртов 2) щелочной гидролиз гем-дигалогенидов: 3) гидратация ацетиленовых У.В. по Кучерову (см. методич. указание II-6, стр. 21); 4) ацилирование аренов по Фриделю-Крафтсу (см. методич. указание II-4, с. 21); 5) плавление солей без щелочи (а) (б) ; соль гексан диовой кислоты цикло пентан он 6) восстановление хлорангидридов: Тема 6. ОКСИСОЕДИНЕНИЯ Задание 1 Построить по четыре изомера соединений заданного состава (привести брутто-формулу и назвать по [М.н.] и по (Р.н.): – для алканолов – III, II и (или) I спирты (с учетом заданного) и два простых эфира; – для полиолов – два многоатомных спирта и два алкоксисоединения; – для ароматических оксисоединений – два фенола, ароматический спирт и простой эфир. 1. [пропилкарбинол]; 2. (о -вторбутилфенол); 3. [2-метилпентантриол-1,2,4]; 4. (этилизопропилкарбинол); 5. (м -изопропилфенол); 6. [бутандиол-1,3]; 7. (метилфенилкарбинол); 8. [3,4,5-триметилфенол]; 9. [3,3-диметилбутанол-1]; 10. (дипропилкарбинол); 11. [1,3-диокси-4-пропилбензол]; 12. [3,4-диэтилфенол]; 13. [пентанол-2]; 14. [2-метилбутандиол-1,2]; 15. [2-метил-4-этилфенол]. Задание 2 Осуществить следующие превращения. Указать типы реакций. Назвать (по [М.н.]) органические вещества: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
7.
8.
9.
10. 11. 12. 13. 14. 15. Задание 3 - Различить вещества, указать внешние эффекты реакций (варианты 1, 4, 7, 10, 13). - Используя заданный набор реагентов, осуществить превращения (варианты 2, 5, 8, 11, 14). - Предложить вариант превращения (серию реакций), указать условия проведения каждой реакции (варианты 3, 6, 9, 12, 15).
1. 2. [H2, Cl2, CH4, Na] 3. 4. 5. [NaOH(тв.); NaOH(спирт.); NaHCO3; акт.уголь; Cl2] 6. 7. 8. CH4 → (CH3)3C-OH [Cl2; Na; Mg (абс.эф.); NaOH(водн.)] 9. 10. 11. [H2/Н2О/Hg2+; H2SO4; KMnO4|OH-] 12. 13. 14. [HBr; CuO; CH3MgBr] 15. Тема 7. ОКСОСОЕДИНЕНИЯ: Номенклатура, Задание 1 Привести по два изомера альдегидов и кетонов заданного состава, назвать Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|