DWMED

Homologi benzenu zwykle otrzymuje się metodą Friedela-Craftsa. Na przykład etylobenzen powstaje wówczas z benzenu na dwa różne sposoby. Pierwszy polega na jego reakcji z odpowiednią monochloropochodną alkilową, drugi zaś jest reakcją syntezy z udziałem etenu. W obu przypadkach stosowany jest katalizator z grupy tzw. kwasów Lewisa, na przykład chlorek glinu. W przypadku wykorzystania chloropochodnej alkilowej, mechanizm reakcji w sposób uproszczony ilustruje poniższy schemat, na którym R oznacza resztę łańcucha alkilowego, natomiast C₆H₆ jest wzorem sumarycznym benzenu.

Etap I                     R–CH₂Cl + AlCl₃ → R–CH₂⁺ + AlCl₄^–

Etap II                   R–CH₂⁺ + C₆H₆ → [R–CH₂–C₆H₆]⁺

Etap III                 [R–CH₂–C₆H₆]⁺ + AlCl₄^– → R–CH₂–C₆H₅ + AlCl₃ + HCl

Na podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2018 oraz J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Reakcja alkilowania może posłużyć również do otrzymania mieszaniny trzech izomerycznych względem etylobenzenu węglowodorów aromatycznych, zwyczajowo zwanych ksylenami. Substratami reakcji są wtedy metylobenzen oraz odpowiednia chloropochodna alkilowa.

Narysuj wzory grupowe lub uproszczone ksylenów. Napisz nazwę systematyczną tego z nich, który jest nieuprzywilejowanym produktem reakcji alkilowania metylobenzenu.

Homologi benzenu zwykle otrzymuje się metodą Friedela-Craftsa. Na przykład etylobenzen powstaje wówczas z benzenu na dwa różne sposoby. Pierwszy polega na jego reakcji z odpowiednią monochloropochodną alkilową, drugi zaś jest reakcją syntezy z udziałem etenu. W obu przypadkach stosowany jest katalizator z grupy tzw. kwasów Lewisa, na przykład chlorek glinu. W przypadku wykorzystania chloropochodnej alkilowej, mechanizm reakcji w sposób uproszczony ilustruje poniższy schemat, na którym R oznacza resztę łańcucha alkilowego, natomiast C₆H₆ jest wzorem sumarycznym benzenu.

Etap I                     R–CH₂Cl + AlCl₃ → R–CH₂⁺ + AlCl₄^–

Etap II                   R–CH₂⁺ + C₆H₆ → [R–CH₂–C₆H₆]⁺

Etap III                 [R–CH₂–C₆H₆]⁺ + AlCl₄^– → R–CH₂–C₆H₅ + AlCl₃ + HCl

Na podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2018 oraz J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Reakcja alkilowania może posłużyć również do otrzymania mieszaniny trzech izomerycznych względem etylobenzenu węglowodorów aromatycznych, zwyczajowo zwanych ksylenami. Substratami reakcji są wtedy metylobenzen oraz odpowiednia chloropochodna alkilowa. W zależności od izomeru, ksyleny pod ciśnieniem normalnym mają temperatury wrzenia 144,4 ^oC, 139,1 ^oC oraz 138,3 ^oC.

Wyjaśnij, dlaczego mieszaniny ksylenów praktycznie nie daje się rozdzielić metodą destylacji frakcjonowanej?

Dekarboksylacją kwasów karboksylowych nazywamy proces, w wyniku którego dochodzi do rozkładu kwasu z jednoczesnym wydzieleniem tlenku węgla(IV). Szczególnie łatwo takiej reakcji ulegają β-ketokwasy – związki chemiczne o wzorze ogólnym:

W najczęściej spotykanych przypadkach dochodzi wtedy do zastąpienia grupy karboksylowej atomem wodoru.

Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Wrocław 2000.

W wyniku dekarboksylacji pewnego β-ketokwasu powstał fenyloaceton.

Stosując wzory grupowe związków organicznych napisz równanie opisanej reakcji dekarboksylacji prowadzącej do fenyloacetonu.

Dekarboksylacją kwasów karboksylowych nazywamy proces, w wyniku którego dochodzi do rozkładu kwasu z jednoczesnym wydzieleniem tlenku węgla(IV). Szczególnie łatwo takiej reakcji ulegają β-ketokwasy – związki chemiczne o wzorze ogólnym:

W najczęściej spotykanych przypadkach dochodzi wtedy do zastąpienia grupy karboksylowej atomem wodoru.

Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Wrocław 2000.

W wyniku dekarboksylacji pewnego β-ketokwasu powstał fenyloaceton.

W ustalaniu struktur cząsteczek związków organicznych pomaga technika instrumentalna magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR). W przypadku, gdy związek chemiczny ma kilka grup równocennych atomów węgla w cząsteczce, w celu ustalenia liczby takich grup można zarejestrować widmo ¹³C NMR. Obecne w nim sygnały odpowiadają wówczas ilościowo liczbie grup równocennych atomów węgla.

Określ liczbę wiązań σ oraz liczbę wiązań π w cząsteczce ketonu będącego izomerem fenyloacetonu o takim samym szkielecie węglowym, a następnie podaj liczbę spodziewanych sygnałów w zarejestrowanym widmie ¹³C NMR tego izomeru.

Podczas przebiegającego pod wpływem prądu stałego procesu elektrolizy dochodzi do uporządkowanego ruchu jonów w kierunku odpowiednich (zwykle platynowych lub grafitowych) elektrod, obojętnych wobec składników roztworu. W przypadku wodnych roztworów soli kwasów monokarboksylowych, na anodzie (oraz w jej bezpośrednim sąsiedztwie) utleniają się głównie aniony reszty kwasowej. W efekcie powstaje węglowodór o liczbie atomów węgla dwukrotnie większej niż liczba atomów węgla znajdujących się w łańcuchu alkilowym anionu reszty kwasowej. Drugim produktem wydzielanym na tej elektrodzie jest bezbarwny gaz powodujący mętnienie wody wapiennej. Jeśli sól pochodzi od metalu mało aktywnego, to wówczas na katodzie redukują się przede wszystkim kationy tego metalu, a masa elektrody ulega zwiększeniu.

Na podstawie: D. Klüh, W. Waldmüller, M. Gaderer, Kolbe Electrolysis for the Conversion of Carboxylic Acids to Valuable Products – A Process Design Study, Clean Technologies 2021.

Elektrolizie poddano wodny roztwór octanu miedzi(II) z zastosowaniem elektrod platynowych.

Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji – utleniania oraz redukcji przebiegających na odpowiednich elektrodach.

Podczas przebiegającego pod wpływem prądu stałego procesu elektrolizy dochodzi do uporządkowanego ruchu jonów w kierunku odpowiednich (zwykle platynowych lub grafitowych) elektrod, obojętnych wobec składników roztworu. W przypadku wodnych roztworów soli kwasów monokarboksylowych, na anodzie (oraz w jej bezpośrednim sąsiedztwie) utleniają się głównie aniony reszty kwasowej. W efekcie powstaje węglowodór o liczbie atomów węgla dwukrotnie większej niż liczba atomów węgla znajdujących się w łańcuchu alkilowym anionu reszty kwasowej. Drugim produktem wydzielanym na tej elektrodzie jest bezbarwny gaz powodujący mętnienie wody wapiennej. Jeśli sól pochodzi od metalu mało aktywnego, to wówczas na katodzie redukują się przede wszystkim kationy tego metalu, a masa elektrody ulega zwiększeniu.

Na podstawie: D. Klüh, W. Waldmüller, M. Gaderer, Kolbe Electrolysis for the Conversion of Carboxylic Acids to Valuable Products – A Process Design Study, Clean Technologies 2021.

Elektrolizie poddano wodny roztwór octanu miedzi(II) z zastosowaniem elektrod platynowych. Podczas elektrolizy roztworu z fazy wodnej usunięte zostały praktycznie wszystkie jony metalu.

Określ barwę roztworu przed oraz po zakończeniu procesu elektrolizy. Uzupełnij tabelę.

Podczas przebiegającego pod wpływem prądu stałego procesu elektrolizy dochodzi do uporządkowanego ruchu jonów w kierunku odpowiednich (zwykle platynowych lub grafitowych) elektrod, obojętnych wobec składników roztworu. W przypadku wodnych roztworów soli kwasów monokarboksylowych, na anodzie (oraz w jej bezpośrednim sąsiedztwie) utleniają się głównie aniony reszty kwasowej. W efekcie powstaje węglowodór o liczbie atomów węgla dwukrotnie większej niż liczba atomów węgla znajdujących się w łańcuchu alkilowym anionu reszty kwasowej. Drugim produktem wydzielanym na tej elektrodzie jest bezbarwny gaz powodujący mętnienie wody wapiennej. Jeśli sól pochodzi od metalu mało aktywnego, to wówczas na katodzie redukują się przede wszystkim kationy tego metalu, a masa elektrody ulega zwiększeniu.

Na podstawie: D. Klüh, W. Waldmüller, M. Gaderer, Kolbe Electrolysis for the Conversion of Carboxylic Acids to Valuable Products – A Process Design Study, Clean Technologies 2021.

Elektrolizie poddano wodny roztwór octanu miedzi(II) z zastosowaniem elektrod platynowych.

W celu oczyszczenia powstałego węglowodoru od drugiego gazowego produktu elektrolizy, powodującego mętnienie wody wapiennej, mieszaninę przepuszczono przez płuczkę z wodnym roztworem pewnego związku chemicznego.

Spośród wymienionych niżej substancji

Chlorki kwasowe są pochodnymi kwasów mono- oraz polikarboksylowych, powstałymi w wyniku podstawienia grup –OH atomami chloru w obrębie grup karboksylowych. Związki takie stosuje się między innymi do produkcji estrów. Gdy chlorek kwasowy jest pochodną kwasu dikarboksylowego, wówczas w reakcji ze związkiem dihydroksylowym można z niego uzyskać również poliester.

Rysunek poniżej ilustruje schemat budowy poliestru powstałego w wyniku reakcji polikondensacji chlorku pewnego kwasu organicznego ze związkiem chemicznym należącym do fenoli.

Na podstawie: G. Rokicki (red.), Ćwiczenia laboratoryjne z chemii związków wielkocząsteczkowych, Warszawa 2001.

Narysuj wzory półstrukturalne lub uproszczone cząsteczek monomerów użytych do otrzymania tego poliestru. Uzupełnij tabelę.

Loperamid jest popularnym środkiem leczniczym stosowanym w objawowej terapii biegunki. Uproszczony wzór chemiczny cząsteczki tego związku ilustruje rysunek:

Na podstawie: D. Steinhilber, M. Schubert-Zsilavecz, H. J. Roth, Chemia medyczna. Cele leków. Substancje czynne. Biologia chemiczna, Wrocław 2012.

 Przeprowadzono doświadczenie chemiczne, którego schemat ilustruje rysunek:

Podczas tego eksperymentu zaobserwowano, że zwilżony wodą uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę na kolor niebieski oraz wyczuwalny był „rybi” zapach. Za opisane obserwacje odpowiedzialny był lotny związek chemiczny o temperaturze wrzenia 6,9 ^oC (ciśnienie normalne), stanowiący produkt hydrolizy wiązania amidowego znajdującego się w cząsteczce loperamidu.

Na rysunku przedstawiającym wzór cząsteczki loperamidu literami x, y oraz z umownie oznaczono trzy atomy węgla.

Każdemu ze wskazanych atomów węgla (x, y, z) przypisz formalną wartość stopnia utlenienia oraz typ hybrydyzacji orbitali walencyjnych. Uzupełnij tabelę.

Loperamid jest popularnym środkiem leczniczym stosowanym w objawowej terapii biegunki. Uproszczony wzór chemiczny cząsteczki tego związku ilustruje rysunek:

Na podstawie: D. Steinhilber, M. Schubert-Zsilavecz, H. J. Roth, Chemia medyczna. Cele leków. Substancje czynne. Biologia chemiczna, Wrocław 2012.

 Przeprowadzono doświadczenie chemiczne, którego schemat ilustruje rysunek:

Podczas tego eksperymentu zaobserwowano, że zwilżony wodą uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę na kolor niebieski oraz wyczuwalny był „rybi” zapach. Za opisane obserwacje odpowiedzialny był lotny związek chemiczny o temperaturze wrzenia 6,9 ^oC (ciśnienie normalne), stanowiący produkt hydrolizy wiązania amidowego znajdującego się w cząsteczce loperamidu.

Podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.

Loperamid jest popularnym środkiem leczniczym stosowanym w objawowej terapii biegunki. Uproszczony wzór chemiczny cząsteczki tego związku ilustruje rysunek:

Na podstawie: D. Steinhilber, M. Schubert-Zsilavecz, H. J. Roth, Chemia medyczna. Cele leków. Substancje czynne. Biologia chemiczna, Wrocław 2012.

 Przeprowadzono doświadczenie chemiczne, którego schemat ilustruje rysunek:

Podczas tego eksperymentu zaobserwowano, że zwilżony wodą uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę na kolor niebieski oraz wyczuwalny był „rybi” zapach. Za opisane obserwacje odpowiedzialny był lotny związek chemiczny o temperaturze wrzenia 6,9 ^oC (ciśnienie normalne), stanowiący produkt hydrolizy wiązania amidowego znajdującego się w cząsteczce loperamidu.

Napisz równanie procesu, którego przebieg doprowadził do zmiany barwy zwilżonego wodą papierka wskaźnikowego. Zastosuj wzory grupowe odpowiednich drobin.

W czterech nieoznakowanych probówkach znajdowały się wodne roztwory niżej wymienionych związków chemicznych:

W celu identyfikacji poszczególnych roztworów przeprowadzono dwuetapowe doświadczenie chemiczne. W pierwszym etapie pobrano próbki ze wszystkich probówek i  wprowadzano je do alkalicznej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II). Po energicznym wstrząśnięciu, zmian nie zaobserwowano tylko w przypadku jednej z próbek. Następnie ogrzano zawartość trzech pozostałych naczyń, obserwując pojawienie się ceglastoczerwonego osadu tylko w jednym z nich. W drugim etapie doświadczenia zbadano zachowanie się wobec lekko zakwaszonego roztworu FeCl₃ tych dwóch spośród wyjściowych roztworów, których nie odróżniono w pierwszym etapie doświadczenia. Zawartość jednej z probówek przyjęła wówczas fioletowe zabarwienie.

Napisz w formie jonowej skróconej równanie procesu decydującego o odczynie roztworu tego związku chemicznego, którego próbka po wprowadzeniu do alkalicznej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II) nie wywołała widocznych zmian po wstrząśnięciu zawartością naczynia.

W czterech nieoznakowanych probówkach znajdowały się wodne roztwory niżej wymienionych związków chemicznych:

W celu identyfikacji poszczególnych roztworów przeprowadzono dwuetapowe doświadczenie chemiczne. W pierwszym etapie pobrano próbki ze wszystkich probówek i  wprowadzano je do alkalicznej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II). Po energicznym wstrząśnięciu, zmian nie zaobserwowano tylko w przypadku jednej z próbek. Następnie ogrzano zawartość trzech pozostałych naczyń, obserwując pojawienie się ceglastoczerwonego osadu tylko w jednym z nich. W drugim etapie doświadczenia zbadano zachowanie się wobec lekko zakwaszonego roztworu FeCl₃ tych dwóch spośród wyjściowych roztworów, których nie odróżniono w pierwszym etapie doświadczenia. Zawartość jednej z probówek przyjęła wówczas fioletowe zabarwienie.

Wyjaśnij, dlaczego w pierwszym etapie doświadczenia, w jednym z naczyń pojawił się ceglastoczerwony osad?

W czterech nieoznakowanych probówkach znajdowały się wodne roztwory niżej wymienionych związków chemicznych:

W celu identyfikacji poszczególnych roztworów przeprowadzono dwuetapowe doświadczenie chemiczne. W pierwszym etapie pobrano próbki ze wszystkich probówek i  wprowadzano je do alkalicznej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II). Po energicznym wstrząśnięciu, zmian nie zaobserwowano tylko w przypadku jednej z próbek. Następnie ogrzano zawartość trzech pozostałych naczyń, obserwując pojawienie się ceglastoczerwonego osadu tylko w jednym z nich. W drugim etapie doświadczenia zbadano zachowanie się wobec lekko zakwaszonego roztworu FeCl₃ tych dwóch spośród wyjściowych roztworów, których nie odróżniono w pierwszym etapie doświadczenia. Zawartość jednej z probówek przyjęła wówczas fioletowe zabarwienie.

Podaj nazwę tego związku chemicznego, którego wodny roztwór nie przyjął fioletowego zabarwienia po zmieszaniu z roztworem FeCl₃. Napisz, jak nazywa się charakterystyczne ugrupowanie atomów budujące jego cząsteczkę?

W czterech nieoznakowanych probówkach znajdowały się wodne roztwory niżej wymienionych związków chemicznych:

W celu identyfikacji poszczególnych roztworów przeprowadzono dwuetapowe doświadczenie chemiczne. W pierwszym etapie pobrano próbki ze wszystkich probówek i  wprowadzano je do alkalicznej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II). Po energicznym wstrząśnięciu, zmian nie zaobserwowano tylko w przypadku jednej z próbek. Następnie ogrzano zawartość trzech pozostałych naczyń, obserwując pojawienie się ceglastoczerwonego osadu tylko w jednym z nich. W drugim etapie doświadczenia zbadano zachowanie się wobec lekko zakwaszonego roztworu FeCl₃ tych dwóch spośród wyjściowych roztworów, których nie odróżniono w pierwszym etapie doświadczenia. Zawartość jednej z probówek przyjęła wówczas fioletowe zabarwienie.

Niektóre z wymienionych związków chemicznych mogą występować w postaci par diastereoizomerów.

Podaj nazwę tego z nich, który może tworzyć mniejszą liczbę par diastereoizomerów. Wskaż liczbę izomerów optycznych, w postaci których może występować drugi z nich.