• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

IX РОЗВ’ЯЗАННЯ

Усі запитання в кожному розділі пропонованих контрольних робіт можна поділити на п’ять основних типів:

1. Ізомерія та номенклатура органічних сполук;

2. Синтез за допомогою вихідних речовин;

3. Синтез на основі формули будови заданої речовини;

4. Синтез заданої сполуки із зазначеної речовини (іноді зазначається шлях синтезу);

5. Синтез речовини та написання для неї низки хімічних реакцій.

Тема Насичені вуглеводні. Алкани

Навчальна задача №1

Написати напівструктурну формулу сполуки 2,3-диметил-3-ізо-пропілгексан. Скласти схему реакції її з хлором (1 моль, за умов опромінення світлом).

Розв’язання

Загальний підхід. З назви слід визначити головний ланцюг атомів Карбону зазначеного вуглеводню. Потім записати формулу вуглеводню і позначити порядкові номери атомів Карбону у головному ланцюгу. Визначити в назві замісники і їх місцеположення в головному ланцюгу; розмістити їх біля відповідних атомів Карбону. Формули і назви радикалів ― замісників наведено в таблиці 2 додатку [С. 43–44]. Після цього залишається біля атомів Карбону головного ланцюга дописати атоми Гідрогену, враховуючи, що валентність атому Карбону в органічних сполуках дорівнює чотирьом.

1 етап. Із назви вуглеводню видно, що головний ланцюг у нього ― гексан. Біля другого і третього атомів Карбону розміщено замісники ― радикали метил; біля третього атому ― радикал ізопропіл:

Після заповнення вільних валентностей атомами Гідрогену формула матиме наступний вигляд:

2 етап. Складаючи схему реакції цього вуглеводню з хлором, необхідно пам’ятати, що для алканів характерними є реакції заміщення, причому, якщо у реакції бере участь розгалужена молекула, то заміщення Гідрогену легше відбуватиметься за третинного атому Карбону ― за даного випадку це атом Карбону №2.

2,3-диметил-3-ізопропілгексан	2-хлор-2,3-диметил-3-ізопропілгексан

Навчальна задача №2

Одержати двома способами (відновленням відповідного алкену та з галогенопохідних за реакцією Вюрца) 2,4-диметилпентан.

Розв’язання

Загальний підхід. Для синтезу речовини, виходячи з її формули, необхідно:

1. Записати формулу одержуваної речовини;

2. Скласти і написати формулу вихідної речовини;

3. Продумати шлях синтезу, написати схему реакції.

1 етап. Виходячи з назви, складаємо формулу речовини, яку слід одержати:

2,4-диметилпентан

Це алкан. За умовою перший спосіб одержання ― з відповідного алкену. Добираємо алкен з таким же карбоновим скелетом: подвійний зв’язок може знаходитись між будь-яких двох атомів Карбону, наприклад:

Алкен перетворюється на алкан за умов каталітичного гідрування:

2,4-диметил-2-пентен	2,4-диметилпентан

2 етап. Синтез алканів з галогенпохідних з меншою кількістю атомів Карбону, ніж у сполуці, яку слід одержати, проводять у присутності металічного натрію (синтез Вюрца). Для розв’язання задачі необхідно розділити формулу на дві будь-які частини-фрагменти, що і повинні входити до формули вихідних галогенпохідних.

Формула сполуки, яку необхідно одержати:

Галогенпохідні вибраних фрагментів уводимо в реакцію:

2-йодпропан	1-йоD-2-метилпропан	2,4-диметилпентан

Але слід пам’ятати, що з суміші двох різних галогенпохідних за реакцією Вюрца завжди утворюється ще дві побічних сполуки:

	2,3-диметилбутан

	2,5-диметилгексан

Суміш алканів, які утворюються в реакції Вірца, можна розділити за допомогою перегонки.

Тема Ненасичені вуглеводні

Навчальна задача №1

Одержати ненасичений вуглеводень дегідратацією 2-метил-3-гексанолу і на продукт реакції подіяти гідрогенбромідом. Відповідь підтвердити схемами відповідних реакцій.

Загальний підхід. Виходячи з того, що у назві вихідної сполуки присутній суфікс «ол», то 2-метил-3-гексанол є спиртом. Дегідратація спиртів (відщеплення молекули води) відбувається у присутності водовідщеплюючих засобів за умов нагрівання. Дегідратація може бути проведена внутрішньомолекулярно (у такому випадку утворюється алкен) або ― міжмолекулярно (у такому випадку утворюється етер), результат залежить від умов проведення реакції.

1 етап. За правилом А. М. Зайцева за внутрішньомолекулярної дегідратації Гідроген відщеплюється від найменш гідрогенізованого з сусідніх з гідроксилом атомів Карбону:

2-метил-3-гексанол (спирт)	2-метил-3-гексен (алкен)

2 етап. Для 2-метил-2-гексену, як для алкену, характерні реакції приєднання за місцем розриву π-зв’язку. Зображуючи схему реакції приєднання, необхідно пам’ятати правило Марковникова: за місцем розриву π-зв’язку Гідроген приєднується до найбільш гідрогенізованого, а галоген ― до менш гідрогенізованого атому Карбону.

2-метил-3-гексен (алкен)	2-бром-2-метилгексан

Навчальна задача №2

Написати чотири ізомери складу С₆Н₁₀, які можна віднести до алкадієнів зі спряженими зв’язками. Для одного з ізомерів написати схеми наступних реакцій:

а) з бромною водою;

б) полімеризації.

Загальний підхід. Загальна формула C_nH_2n-2 (до якої можна віднести С_бН_І0) відповідає гомологічним рядам алкінів і алкадієнів. Алкадієни поділяють на три типи: з кумульованими, ізольованими і спряженими зв’язками. У дієнів зі спряженими зв’язками два подвійні зв’язки розділені одним ординарним зв’язком. У такій системі два ненасичених центри діють як єдине ціле. У зв’язку з цим типові для ненасичених вуглеводнів реакції приєднання відбуваються за двома напрямками: або в положенні 1,4 (за крайніми положеннями системи спряжених зв’язків; між 2 і 3 атомами Карбону утворюється новий подвійний зв’язок), або ― 1,2-приєднання (традиційно за місцем розриву одного з подвійних зв’язків). Кінцевий результат (приєднання в положенні 1,4 чи в положенні 1,2) залежить від природи реагуючих речовин і умов проведення реакції, але найбільш ймовірним є приєднання в положенні 1,4.

1 етап. Ізомерія ненасичених вуглеводнів зумовлена ізомерією карбонового ланцюгу та ізомерією положення подвійних зв’язків. Виходячи із формули ізомерів, необхідно спочатку будувати схеми карбонових ланцюгів, поступово скорочуючи головний ланцюг, і розташовувати атоми Карбону, що залишилися, у вигляді розгалужених (бічних ланцюгів) в усіх можливих положеннях. Кожний карбоновий ланцюг, що утворюється, може існувати у вигляді декількох ізомерів з різним розміщенням подвійних зв’язків.

У лінійному ланцюгу з шести атомів Карбону спряжені зв’язки можливо розмістити двома способами:

і

Для третього і четвертого ізомерів одержуємо новий карбоновий ланцюг:

Повні формули отримуємо після заповнення усіх зв’язків атомів Карбону карбонових скелетів атомами Гідрогену:

1,3-гексадієн	2,4-гексадієн

2-метил-1,3-пентадієн	2-метил-2,4-пентадієн

2 етап. Виходячи з того, що для спряжених дієнів більш характерним є 1,4-приєднання, однак, можливим є і 1,2-приєднання, запишемо схему реакції:

3 етап. Характерною особливістю дієнів зі спряженими зв’язками є їх здатність до полімеризації. Процес полімеризації відбувається за дії каталізаторів, під впливом світла і навіть самочинно. Макромолекула утворюється за рахунок сполучення молекул мономерів у положенні 1,4:

Полімер 1,3-гексадієну

Тема Ароматичні вуглеводні

Навчальна задача

Написати схеми наступних перетворень:

Загальний підхід. Для синтезу сполуки, виходячи з її формули, слід вибрати вихідні сполуки, розбивши формулу необхідної сполуки на фрагменти:

1 етап. Таким чином, у молекулу бензолу необхідно ввести алкільний радикал ― пропіл. Один із методів одержання гомологів бензолу ― синтез Фріделя-Крафтса. Алькільний радикал вводять у кільце за дії на бензол галоїдалкілів за присутності алюміній хлориду.

бензол	1-хлорпропан	пропілбензол

2 етап. Бензольне кільце є стійким до дії окисників. Окисненню піддаються бічні відгалуження, причому ланцюги будь-якого складу руйнуються і «згоряють», а в кільці залишається, як замісник, тільки один атом Карбону, який окиснюється до карбоксильної групи. Утворюється ароматична кислота:

	бензойна кислота

3 етап. За умовою задачі на продукт окиснення необхідно подіяти хлором у присутності ферум(ІІІ) хлориду. Це реакція електрофільного заміщення. У похідних бензолу (за типом С₆Н_5-х), які мають замісник, атоми Карбону в кільці нерівноцінні за електронною густиною, тому за уведення іншого замісника можливим стає утворення трьох ізомерів. Місце, куди буде спрямовуватися другий електрофільний замісник, визначатиметься природою замісника, який уже знаходиться в кільці (тобто першого або орієнтуючого замісника). Орієнтуючі замісники в бензольному кільці поділяють на дві групи: орто-–пара- і мета-орієнтанти. Карбоксильна група ― це орієнтант ІІ роду, тому наступний замісник буде направлятися в мета-положення відносно карбоксильної групи:

бензойна кислота	мета-хлорбензойна кислота

Тема Спирти, етери

Навчальна задача №1

Одержати 2-пропанол із відповідного кетону. На 2-пропанол подіяти оцтовою кислотою у присутності концентрованої сульфатної кислоти. Написати схеми відповідних реакцій і назвати одержані сполуки.

Загальний підхід. Виходячи з назви сполуки, що має суфікс «ол», слід одержати спирт наступної будови:

2-пропанол

Це вторинний спирт, оскільки гідроксильна група знаходиться біля вторинного атому Карбону. Кетон, який відповідатиме спирту з тим же числом атомів Карбону, повинен мати такий же карбоновий скелет, а карбонільна група повинна знаходитись біля другого атому Карбону (тобто там же, де гідроксил у спирті):

2-пропанон

1 етап. Вторинний спнрт і кетон генетично зв’язані один з одним взаємними окисно-відновними перетвореннями:

	Вторинний спирт	Кетон

Таким чином, для одержання 2-пропанолу проводимо каталітичне відновлення 2-пропанону:

	пропанон	2-пропанол

2 етап. Спирти реагують з карбоновими кислотами з виділенням води і утворенням відповідних естерів. Ця реакція називається естерифікацією. Одержані естери під дією води, що виділяється, здатні піддаватися гідролізу:

Кислота	Спирт	Естер	Вода

Для зміщення рівноваги у бік утворення естеру (праворуч) слід зв’язати воду, що утворюється, концентрованою сульфатною кислотою:

Оцтова кислота	Ізопропанол	Ізопропілацетат

Тема Карбонові кислоти

Навчальна задача №1

З 1-хлорпропану одержати масляну кислоту, використовуючи ніт-рильний синтез. Написати схеми реакцій цієї кислоти з кальцій гідрокарбонатом і фосфор(V) хлоридом.

Загальний підхід. Порівнюючи формули вихідної сполуки і сполуки, що слід одержати, видно, що друга речовина має число атомів Карбону на один атом Карбону більше,ніж перша:

1-хлорпропан	Масляна (бутанова) кислота

Збільшити карбоновий ланцюг на один атом Карбону можливо за рахунок нітрильного синтезу. Під дією солей синильної кислоти на галогенпохідні вуглеводнів утворюються нітрили кислот, таким чином у молекулу вводять додатковий атом Карбону:

Нітрили кислот, як й інші похідні карбонових кислот, в умовах гідролізу перетворюються на кислоти:

1 етап. З 1-хлорпропану одержують нітрил кислоти, в якому є 4 атоми Карбону, тобто нітрил масляної (бутанової) кислоти:

1-хлорпропан	Нітрил масляної (бутанової) кислоти

Гідроліз нітрілів у присутності мінеральних кислот перебігає з утворенням карбонових кислот:

Амід масляної (бутанової) кислоти	Масляна (бутанова) кислота

2 етап. У результаті реакцій взаємодії кислот з основами, солями, оксидами або активними металами Гідроген карбоксильної групи кислоти заміщується на метал і утворюються солі карбонових кислот:

Масляна (бутанова) кислота	Кальцій бутират (бутаноат)

3 етап. Гідроксил у карбоксильній групі може бути заміщений різними атомами або групою атомів. Сполуки, які при цьому утворюються, називають функціональними похідними карбонових кислот загальною формулою

.

У реакції взаємодії кислоти з фосфор(V) хлоридом гідроксигрупа заміщується на галоген (атом хлору) з утворенням галогенангідриду:

Масляна (бутанова) кислота	Хлорангідрид масляної (бутанової) кислоти ― бутирил (бутаноїл) хлорид

Тема Вуглеводи

Навчальна задача

Написати схему взаємодії α-D-фруктофуранози з 1 моль етилового спирту (за присутності гідрогенхлориду).

Загальний підхід. α-D-фруктофураноза ― представник кетогексоз загальної формули C₆H₁₂O₆. Наведена в умові назва D-фруктози свідчить, що вона представлена п’ятичленною (фуранозною) циклічною формою у вигляді α-таутомеру.

Приналежність до D-стереохімічного ряду показує, що конфігурація найбільш віддаленого від карбонільної групи асиметричного атому Карбону така, як і конфігурація D-гліцеринового альдегіду. Тому в проекційній структурній формулі гідроксигрупу розміщують праворуч.

І етап. Моносахариди у водних розчинах існують у п’яти таутомерних формах: в оксо- або карбонільній (нециклічній) і чотирьох циклічних напівацетальних формах (два п’ятичленних цикли ― фуранозні форми і два шестичленних ― піранозні форми).

Спочатку записують оксоформу D-фруктози, використовуючи проекційну формулу Фішера. Карбонільна група утворюється вторинним атомом Карбону, тому D-фруктоза є кетогексозою. Приналежність до D-ряду визначають за конфігурацією п’ятого атому Карбону.

Утворення циклічних форм відбувається за рахунок таких перетворень: атом Гідрогену спиртової гідроксигрупи переходить до карбонільного Оксигену (за місцем розриву подвійного зв’язку), а Оксиген цього гідроксилу зв’язується з другим атомом Карбону. Якщо в перетвореннях бере участь гідроксил біля п’ятого атому Карбону, то утворюється п’ятичленний цикл, а якщо бере участь гідроксил біля шостого атому Карбону ― утворюється шестичленний цикл (тобто відбувається 1,5- або -1,4-взаємодія). Другий атом Карбону, який в оксоформі був карбонільним Карбоном, називають напівацетальним атомом Карбону, а зв’язана з ним гідроксигрупа ― напівацетальним або глікозидним гідроксилом. Цей атом Карбону в циклі стає асиметричним атомом і тому кожна напівацетальна форма, як піранозна, так і фуранозна, існують у вигляді двох стереоізомерів з протилежним просторовим розміщенням Гідрогену і гідроксигрупи біля напівацетального Карбону. Форми, в яких гідроксигрупа розміщується з того боку, з якого розташовується гідроксигрупа біля асиметричного атому Карбону, що визначає приналежність моносахариду до D-, L-ряду, відносяться до α-форм, а ті, у яких вона розміщується з протилежного боку, ― до β-форм.

Проекційні формули Фішера відображають будову моносахариду тільки умовно. Більш правильним і точним є спосіб відображення формул за Хеуорсом. Циклічні форми розмішують перспективно ― перпендикулярно до площини кільця, згори або знизу розміщують атоми Гідрогену і гідроксигрупи.

Таутомерну рівновагу, яка існує в розчині D-фруктози, використовуючи формули Хеуорса, відображують наступною схемою:

2 етап. Необхідно розрізняти, яка з існуючих у розчині таутомерних форм може вступати в ту або іншу реакцію. Якщо реакція відбувається за карбонільною групою, то реагуватиме розкрита оксоформа (яка має карбонільну групу). У реакціях утворення глікозидів беруть участь гідроксигрупи і, перш за все, найбільш активний напівацетальний гідроксил. Схеми таких реакцій необхідно писати, використовуючи одну з напівацетальних форм.

За умовою задачі реакцію слід проводити з α-D-фруктофуранозою. Реакція моносахаридів зі спиртами перебігає за напівацетальним гідроксилом з утворенням глікозиду ― похідного, в якому Гідроген гідроксигрупи заміщений на радикал. Реакція відбувається за умов нагрівання у присутності гідрогенхлориду. Інші гідроксогрупи за цих умов зі спиртами не взаємодіють.

α-D-фруктофураноза	Етил-α-D-фруктофуранозид

Тема Аміни, амінокислоти, білки

Навчальна задача

Написати схему утворення трипептиду з галогенангідридів наступних амінокислот: цистеїну, аланіну і фенілаланіну. Яка кольорова реакція вказує на присутність у цьому пептиді ароматичного угруповання? Написати схему цієї реакції.

Загальний підхід. Різні амінокислоти під час одержання білків зв’язуються за рахунок карбоксильної й аміногрупи з утворенням угруповання –СО–NН–, яке називається пептидним зв’язком. Продукт взаємодії двох α-амінокислот називається дипептидом, трьох ― трипептидом, багатьох ― поліпептидом. Реакції утворення поліпептидів з α-амінокислот складають основу синтезу білкових сполук у живих організмах. Загальну формулу поліпептиду можна записати наступним чином:

, де R ― різні угруповання атомів.

1 етап. Для синтезу білкових сполук використовують галогенангідриди α-амінокислот. За умовою в реакцію вводимо хлорангідриди вказаних амінокислот:

хлорангідрид цистеїну	хлорангідрид аланіну	хлорангідрид фенілаланіну

трипептид: цистеїл-аланіл-фенілаланін

Називають пептиди за назвами α-амінокислот, які входять до їх складу, замінюючи функціональне закінчення -ін на -іл у тривіальних назвах тих амінокислот, які прореагували карбоксильною групою і їх карбоксильні групи утворили пептидний зв’язок. Таким чином, одержаний трипептид називають цистеїл-аланіл-фенілаланін.

2 етап. Однією з якісних реакцій на білки є ксантопротеїнова реакція, яка доводить присутність у білках ароматичних α-амінокислот. За умов нагрівання такого білка з концентрованою нітратною (азотною) кислотою розчин і осад його забарвлюються на жовтий колір.

Ксантопротеїнова реакція ― це реакція нітрування ароматичного кільця. Схему реакції з фрагментом пептидного ланцюгу наведено нижче:

Тема Ліпіди

Навчальна задача

Написати схему вичерпної гідрогенізації простого тригліцериду, до складу якого входить олеїнова кислота. Навести схему одержання твердого мила.

Загальний підхід. Жири — це повні естери триатомного спирту гліцерину і вищих карбонових кислот, що мають загальну форму:

Три гідроксили гліцерину можуть бути естерифіковані або тільки однією кислотою, або двома, або трьома різними кислотами. Тригліцериди, молекули яких містять однакові залишки жирних кислот, називаються простими, якщо залишки різних кислот — змішаними. Природні жири і олії містять переважно змішані тригліцериди.

1 етап. Гідрогенізація олій і жирів воднем (Н₂) здійснюється за температур 180…240 ºС у присутності нікелевих або мідно-нікелевих каталізаторів під тиском, як правило, близьким до атмосферного. Основна хімічна реакція, що перебігає під час гідрогенізації, — приєднання атомів Гідрогену до подвійних зв’язків залишків ненасичених жирних кислот:

Схему гідрогенізації триолеїну можна зобразити наступним чином:

2 етап. В результаті взаємодії вищих карбонових кислот з водними розчинами лугів утворюються солі відповідних кислот, які називаються милами. Натрієві солі вищих жирних карбонових кислот являють собою тверде мило, калієві солі — рідке мило.

Схема одержання твердого мила:

С17Н35СООН + NaOH С17Н35СООNa + H2O
Стеаринова кислота		Натрій стеарат

Тема 9 Гетероциклічні сполуки

Навчальна задача

Написати схему одержання фурфуролу із пентоз. Навести схему реакції, за допомогою якої із фурфуролу можна одержати фуран.

Загальний підхід. Найпоширенішими п’ятичленними сполуками з одним гетероатомом є фуран, тіофен і пірол. Їх можна розглядати як продукти заміщення в бензольному ядрі фрагмента −СН=СН− гетероатомом з неподіленою парою електронів:

Фуран	Тіофен	Пірол

Серед похідних фурану найбільше значення має фурфурол ― a-фуриловий альдегід, який за властивостями подібний до ароматичних альдегідів. Він використовується для виробництва деяких бактерицидних лікарських препаратів (фурацилін, фурадонін тощо), як сировина для фенолальдегідних пластмас і синтетичних волокон, в органічному синтезі тощо.

Фурфурол — безбарвна рідина з температурою кипіння 102 °С і запахом житнього хліба, точніше, житній хліб має запах фурфуролу, який утворюється з пентоз під час випікання борошняних виробів.

1 етап. Фурфурол одержують нагріванням у кислому середовищі пентозовмісних полісахаридів — пентозанів (солома, висівки, соняшникове лушпиння, деревна тирса тощо). Процес починається з гідролізу пентозанів до альдопентоз (найчастіше до D-ксилози і D-арабінози), які далі дегідратуються на фурфурол:

Альдопентоза

Фурфурол

2 етап. За хімічними властивостями фурфурол подібний до бензальдегіду і для нього характерними є реакції цього класу сполук. Так, він взаємодіє з натрій гідрогенсульфітом ΝaHЅO₃, синильною кислотою НСΝ, відновлюється до фурфурилового спирту й окиснюється до пірослізевої кислоти, вступає в реакцію Канніццаро.

У промисловості з природних вуглеводів (альдопентоз) добувають спочатку фурфурол, нагріванням якого в присутності каталізатора одержують фуран:

Фурфурол	Фуран

Переглядів: 5226