DWMED

Atom węgla w cząsteczce alkenu oraz cykloalkenu połączony bezpośrednio z atomem węgla o hybrydyzacji sp² orbitali walencyjnych nazywa się atomem węgla allilowym. Połączony z nim atom wodoru może zostać stosunkowo łatwo podstawiony bromem w obecności światła w wyniku reakcji z N-bromoimidem kwasu bursztynowego (NBS) według schematu:

Przebieg podstawienia atomu wodoru według opisanego schematu związany jest z wyrażoną w kJ∙mol^–1 stosunkowo niewielką energią dysocjacji wiązania allilowego atomu węgla z atomem wodoru. Jest to energia, jaką trzeba dostarczyć, aby przekształcić 1 mol alkenu (lub cykloalkenu) w 1 mol atomów wodoru i 1 mol odpowiedniego rodnika organicznego. Produkty bromowania allilowego są szczególnie użyteczne do przekształcania w dieny sprzężone w reakcji dehydrohalogenowania – reakcji przebiegającej analogicznie jak proces przekształcania chloropochodnej alkanu lub cykloalkanu odpowiednio w alken lub cykloalken.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Poniższy schemat ilustruje ciąg przemian (1.–4.) prowadzących do powstania sprzężonego dienu:

Przemiany 1. oraz 3. prowadzono w obecności światła, natomiast reakcje 2. oraz 4. to procesy dehydrohalogenowania biegnące w środowisku alkoholowym.

Określ liczbę wiązań π w cząsteczce organicznego produktu opisanego ciągu przemian oraz przypisz wartość stopnia utlenienia tym jego atomom węgla, których orbitale walencyjne mają hybrydyzację typu sp².

Atom węgla w cząsteczce alkenu oraz cykloalkenu połączony bezpośrednio z atomem węgla o hybrydyzacji sp² orbitali walencyjnych nazywa się atomem węgla allilowym. Połączony z nim atom wodoru może zostać stosunkowo łatwo podstawiony bromem w obecności światła w wyniku reakcji z N-bromoimidem kwasu bursztynowego (NBS) według schematu:

Przebieg podstawienia atomu wodoru według opisanego schematu związany jest z wyrażoną w kJ∙mol^–1 stosunkowo niewielką energią dysocjacji wiązania allilowego atomu węgla z atomem wodoru. Jest to energia, jaką trzeba dostarczyć, aby przekształcić 1 mol alkenu (lub cykloalkenu) w 1 mol atomów wodoru i 1 mol odpowiedniego rodnika organicznego. Produkty bromowania allilowego są szczególnie użyteczne do przekształcania w dieny sprzężone w reakcji dehydrohalogenowania – reakcji przebiegającej analogicznie jak proces przekształcania chloropochodnej alkanu lub cykloalkanu odpowiednio w alken lub cykloalken.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Poniższy schemat ilustruje ciąg przemian (1.–4.) prowadzących do powstania sprzężonego dienu:

Przemiany 1. oraz 3. prowadzono w obecności światła, natomiast reakcje 2. oraz 4. to procesy dehydrohalogenowania biegnące w środowisku alkoholowym.

Oceń, czy cząsteczki bromopochodnej powstałej w reakcji 3. są chiralne. Uzasadnij odpowiedź.

W wyniku nitrowania każdej monohalogenopochodnej benzenu powstaje mieszanina izomerów, w cząsteczkach których podstawniki położone są w pozycjach orto-, meta- oraz para-. Procentowe udziały opisanych produktów zależą od rodzaju atomu fluorowca jaki znajdował się w wyjściowym substracie reakcji. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest między innymi występowanie zjawiska zwanego efektem indukcyjnym, który polega na „wyciąganiu” elektronów z pierścienia benzenowego przez atom fluorowca. W efekcie, położenie, w którym znajduje się atom węgla leżący bliżej silniej elektroujemnego atomu halogenu ma mniejszą gęstość elektronową. Połączony wówczas z tym atomem węgla atom wodoru jest mniej podatny na podstawienie elektrofilowe.

W poniższej tabeli zebrano dane doświadczalne na temat składu mieszanin produktów reakcji mononitrowania czterech halogenopochodnych benzenu A, B, C oraz D.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Wiedząc, że w skład cząsteczek opisanych monohalogenopochodnych wchodzą atomy fluorowców mających od dwóch do pięciu powłok elektronowych, uszereguj związki A, B, C oraz D zgodnie ze wzrastającą wartością długości promienia atomowego fluorowca.

Etery to związki chemiczne, których cząsteczki mają ogólną budowę w postaci R–O–R (etery symetryczne) lub R₁–O–R₂ (etery niesymetryczne), przy czym R, R₁ oraz R₂ to reszty węglowodorowe. Tego typu substancje uzyskuje się w wyniku syntezy Williamsona, która polega na reakcji alkoholanu sodu lub fenolanu sodu z odpowiednim 1^o (pierwszorzędowym) jodkiem alkilu, przy czym opisaną przemianę prowadzi się w środowisku bezwodnym. Anion alkoholanowy lub fenolanowy reaguje wówczas z cząsteczką halogenku alkilu (RX). Drugim (oprócz eteru) produktem reakcji jest sól, zawierająca anion halogenkowy.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Alkoholany wykorzystywane w syntezie Williamsona otrzymuje się w reakcji wodorku sodu z alkoholem według schematu:

R–OH + NaH → R–ONa + H₂

W celu uzyskania symetrycznego eteru, jako jeden z substratów syntezy Williamsona zastosowano produkt reakcji etanolu z wodorkiem sodu.

Napisz wzory sumaryczne odpowiednich cząsteczek oraz jonów, które stanowią sprzężone pary kwas-zasada Brønsteda, w opisanej reakcji chemicznej prowadzącej do powstania alkoholanu. Uzupełnij tabelę.

Etery to związki chemiczne, których cząsteczki mają ogólną budowę w postaci R–O–R (etery symetryczne) lub R₁–O–R₂ (etery niesymetryczne), przy czym R, R₁ oraz R₂ to reszty węglowodorowe. Tego typu substancje uzyskuje się w wyniku syntezy Williamsona, która polega na reakcji alkoholanu sodu lub fenolanu sodu z odpowiednim 1^o (pierwszorzędowym) jodkiem alkilu, przy czym opisaną przemianę prowadzi się w środowisku bezwodnym. Anion alkoholanowy lub fenolanowy reaguje wówczas z cząsteczką halogenku alkilu (RX). Drugim (oprócz eteru) produktem reakcji jest sól, zawierająca anion halogenkowy.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Stosując grupowe wzory związków organicznych uzupełnij poniższy schemat syntezy Williamsona, aby przedstawiał zapis równania reakcji prowadzącej do powstania eteru o podanej strukturze, stanowiącego produkt główny (uprzywilejowany) przemiany.

Etery to związki chemiczne, których cząsteczki mają ogólną budowę w postaci R–O–R (etery symetryczne) lub R₁–O–R₂ (etery niesymetryczne), przy czym R, R₁ oraz R₂ to reszty węglowodorowe. Tego typu substancje uzyskuje się w wyniku syntezy Williamsona, która polega na reakcji alkoholanu sodu lub fenolanu sodu z odpowiednim 1^o (pierwszorzędowym) jodkiem alkilu, przy czym opisaną przemianę prowadzi się w środowisku bezwodnym. Anion alkoholanowy lub fenolanowy reaguje wówczas z cząsteczką halogenku alkilu (RX). Drugim (oprócz eteru) produktem reakcji jest sól, zawierająca anion halogenkowy.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Podkreśl odpowiednie wyrazy w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.

Etery to związki chemiczne, których cząsteczki mają ogólną budowę w postaci R–O–R (etery symetryczne) lub R₁–O–R₂ (etery niesymetryczne), przy czym R, R₁ oraz R₂ to reszty węglowodorowe. Tego typu substancje uzyskuje się w wyniku syntezy Williamsona, która polega na reakcji alkoholanu sodu lub fenolanu sodu z odpowiednim 1^o (pierwszorzędowym) jodkiem alkilu, przy czym opisaną przemianę prowadzi się w środowisku bezwodnym. Anion alkoholanowy lub fenolanowy reaguje wówczas z cząsteczką halogenku alkilu (RX). Drugim (oprócz eteru) produktem reakcji jest sól, zawierająca anion halogenkowy.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Reakcja alkoholanu z jodkiem alkilu w syntezie Williamsona przebiega jednoetapowo, a jej szybkość zależy od stężeń obu substratów. W temperaturze 25 ^oC, w alkoholowym roztworze prowadzono reakcję równomolowej mieszaniny jodku etylu z etanolanem sodu. W warunkach takich stała szybkości zachodzącej przemiany ma wartość 10^–4 dm³∙mol^–1∙s^–1.

Oblicz szybkość opisanej reakcji chemicznej w momencie, gdy stężenie jodku etylu było równe 0,5 mol∙dm^–3.

Związki chemiczne zawierające grupę metylową związaną bezpośrednio z grupą karbonylową ulegają reakcji zwanej próbą jodoformową według schematu:

O pozytywnym wyniku próby jodoformowej świadczy strącający się żółty osad związku chemicznego o nazwie jodoform (CHI₃).

Na podstawie: R. Szczypiński, Projektowanie doświadczeń chemicznych. Dla maturzystów i nie tylko, Warszawa 2019.

Oceń, czy opisana reakcja analityczna może posłużyć do odróżnienia najlżejszego ketonu od najbliższego homologu formaldehydu? Uzasadnij odpowiedź.

Stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia kwasy monokarboksylowe zawdzięczają zdolności do tworzenia dimerów za pośrednictwem dwóch wiązań wodorowych między swoimi cząsteczkami.

Narysuj wzór półstrukturalny dimeru tego kwasu karboksylowego, który jest izomerem kwasu butanowego. Wiązania wodorowe zaznacz linią przerywaną.

Mydła, na przykład heksadekanian potasu (palmitynian potasu) są surfaktantami anionowymi (anionowymi środkami powierzchniowo czynnymi) pochodzenia naturalnego. Przykładem syntetycznego kationowego środka powierzchniowo czynnego jest związek chemiczny o nazwie bromek N,N,N-trimetyloheksadecylo-1-amoniowy, skrótowo oznaczany jako CTAB.

Narysuj wzór grupowy kationu opisanego surfaktanta kationowego, a następnie wyjaśnij, dlaczego CTAB zaliczany jest do kationowych, a nie jak mydła – do anionowych  środków powierzchniowo czynnych?

W czterech probówkach (1.–4.), w losowej kolejności znajdowały się wodne roztwory:

palmitynianu potasu, propano-1,3-diolu, CTAB oraz żelatyny.

W celu odróżnienia zawartości naczyń przeprowadzono dwuetapowe doświadczenie chemiczne. Numery zamieszczonych niżej fotografii przypisane są do numerów opisanych probówek.

Etap 1.: zawartością każdej z probówek energicznie wstrząśnięto. Rezultat tego etapu doświadczenia ilustrują fotografie 1.–4.

Etap 2.: Do probówek widocznych na fotografiach numerami 1. oraz 4. wprowadzono roztwór oranżu metylowego, a do probówek 2. oraz 3. zalkalizowaną zawiesinę wodorotlenku miedzi(II). Zawartością każdego z naczyń energicznie wstrząśnięto. Rezultat tego etapu doświadczenia ilustrują fotografie 1.–4.

Do podanych niżej nazw/oznaczeń substancji przypisz numery odpowiednich probówek.

Krzywe poniżej ilustrują zależności wartości pH od stężeń molowych roztworów trzech związków chemicznych oznaczonych kolejno literami X, Y oraz Z. Na osi odciętych zamiast wartości stężenia molowego roztworu (C_o) umieszczono wartości –logC_o. Na przykład dla wyrażenia –logC_o = 3 stężenie molowe roztworu C_o = 10^–3 mol∙dm^–3.

Z kwasem octowym związek chemiczny Z tworzy sól, której wodny roztwór w temperaturze 25 ^oC ma odczyn praktycznie obojętny. Dwa pozostałe związki są względem siebie izomerami oraz organicznymi pochodnymi związku Z.

Napisz wzory sumaryczne – związku chemicznego Z oraz jego soli z kwasem octowym, aby jednoznacznie wskazywały na opisane substancje chemiczne, a następnie wyjaśnij, dlaczego wodny roztwór tej soli w temperaturze 25 ^oC ma odczyn obojętny.

Krzywe poniżej ilustrują zależności wartości pH od stężeń molowych roztworów trzech związków chemicznych oznaczonych kolejno literami X, Y oraz Z. Na osi odciętych zamiast wartości stężenia molowego roztworu (C_o) umieszczono wartości –logC_o. Na przykład dla wyrażenia –logC_o = 3 stężenie molowe roztworu C_o = 10^–3 mol∙dm^–3.

Z kwasem octowym związek chemiczny Z tworzy sól, której wodny roztwór w temperaturze 25 ^oC ma odczyn praktycznie obojętny. Dwa pozostałe związki są względem siebie izomerami oraz organicznymi pochodnymi związku Z.

Spektroskopia mas jest jedną z metod instrumentalnych służących do badania struktury związków organicznych. Znajdujące się w badanej próbce cząsteczki analizowanej substancji zostają poddane jonizacji oraz fragmentacji na mniejsze drobiny. Następnie rejestruje się widmo powstałych w wyniku fragmentacji jonów dodatnich, rozdzielonych w zależności od stosunku ich masy molowej do ładunku (m/z). Na przedstawionym w postaci graficznej obrazie widma widoczny jest zwykle również pik tzw. jonu molekularnego M^+∙ powstającego w wyniku wybicia jednego elektronu z cząsteczki analizowanego związku chemicznego. W przypadku, gdy badana próbka jest substancją stanowiącą alifatyczną pochodną organiczną opisanego w informacji wprowadzającej związku chemicznego, zawierającego jedną grupę funkcyjną, w widmie masowym widoczny jest pik fragmentacyjny przypadający dla wartości m/z = 30. Jest on charakterystyczny, gdy w cząsteczce atom węgla połączony bezpośrednio z heteroatomem (atomem pierwiastka innym niż węgiel lub wodór) ma rzędowość nie większą niż I.

W celu ustalenia struktury cząsteczki związku chemicznego X zarejestrowano jego widmo masowe. Pik jonu molekularnego odpowiada wartości m/z równej 59.

Na podstawie: R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, Warszawa 2012 oraz National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, www.sdbs.db.aist.go.jp, dostęp od 2022 roku.

Cząsteczka związku X ma tylko jedną grupę alkilową, a pomiędzy cząsteczkami związku Y nie tworzą się wiązania wodorowe.

Wykonaj niezbędne obliczenia, a następnie zaproponuj wzór grupowy oraz nazwę systematyczną nasyconego związku chemicznego, którego widmo masowe zarejestrowano, jeśli wiadomo, że jego cząsteczka zawiera tylko jeden heteroatom połączony z grupą alkilową.

Krzywe poniżej ilustrują zależności wartości pH od stężeń molowych roztworów trzech związków chemicznych oznaczonych kolejno literami X, Y oraz Z. Na osi odciętych zamiast wartości stężenia molowego roztworu (C_o) umieszczono wartości –logC_o. Na przykład dla wyrażenia –logC_o = 3 stężenie molowe roztworu C_o = 10^–3 mol∙dm^–3.

Z kwasem octowym związek chemiczny Z tworzy sól, której wodny roztwór w temperaturze 25 ^oC ma odczyn praktycznie obojętny. Dwa pozostałe związki są względem siebie izomerami oraz organicznymi pochodnymi związku Z.

Spektroskopia mas jest jedną z metod instrumentalnych służących do badania struktury związków organicznych. Znajdujące się w badanej próbce cząsteczki analizowanej substancji zostają poddane jonizacji oraz fragmentacji na mniejsze drobiny. Następnie rejestruje się widmo powstałych w wyniku fragmentacji jonów dodatnich, rozdzielonych w zależności od stosunku ich masy molowej do ładunku (m/z). Na przedstawionym w postaci graficznej obrazie widma widoczny jest zwykle również pik tzw. jonu molekularnego M^+∙ powstającego w wyniku wybicia jednego elektronu z cząsteczki analizowanego związku chemicznego. W przypadku, gdy badana próbka jest substancją stanowiącą alifatyczną pochodną organiczną opisanego w informacji wprowadzającej związku chemicznego, zawierającego jedną grupę funkcyjną, w widmie masowym widoczny jest pik fragmentacyjny przypadający dla wartości m/z = 30. Jest on charakterystyczny, gdy w cząsteczce atom węgla połączony bezpośrednio z heteroatomem (atomem pierwiastka innym niż węgiel lub wodór) ma rzędowość nie większą niż I.

W celu ustalenia struktury cząsteczki związku chemicznego X zarejestrowano jego widmo masowe. Pik jonu molekularnego odpowiada wartości m/z równej 59.

Na podstawie: R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, Warszawa 2012 oraz National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, www.sdbs.db.aist.go.jp, dostęp od 2022 roku.

Cząsteczka związku X ma tylko jedną grupę alkilową, a pomiędzy cząsteczkami związku Y nie tworzą się wiązania wodorowe.

Stosując wzory grupowe napisz równanie procesu decydującego o odczynie wodnego roztworu związku chemicznego Y.

Krzywe poniżej ilustrują zależności wartości pH od stężeń molowych roztworów trzech związków chemicznych oznaczonych kolejno literami X, Y oraz Z. Na osi odciętych zamiast wartości stężenia molowego roztworu (C_o) umieszczono wartości –logC_o. Na przykład dla wyrażenia –logC_o = 3 stężenie molowe roztworu C_o = 10^–3 mol∙dm^–3.

Z kwasem octowym związek chemiczny Z tworzy sól, której wodny roztwór w temperaturze 25 ^oC ma odczyn praktycznie obojętny. Dwa pozostałe związki są względem siebie izomerami oraz organicznymi pochodnymi związku Z.

Spektroskopia mas jest jedną z metod instrumentalnych służących do badania struktury związków organicznych. Znajdujące się w badanej próbce cząsteczki analizowanej substancji zostają poddane jonizacji oraz fragmentacji na mniejsze drobiny. Następnie rejestruje się widmo powstałych w wyniku fragmentacji jonów dodatnich, rozdzielonych w zależności od stosunku ich masy molowej do ładunku (m/z). Na przedstawionym w postaci graficznej obrazie widma widoczny jest zwykle również pik tzw. jonu molekularnego M^+∙ powstającego w wyniku wybicia jednego elektronu z cząsteczki analizowanego związku chemicznego. W przypadku, gdy badana próbka jest substancją stanowiącą alifatyczną pochodną organiczną opisanego w informacji wprowadzającej związku chemicznego, zawierającego jedną grupę funkcyjną, w widmie masowym widoczny jest pik fragmentacyjny przypadający dla wartości m/z = 30. Jest on charakterystyczny, gdy w cząsteczce atom węgla połączony bezpośrednio z heteroatomem (atomem pierwiastka innym niż węgiel lub wodór) ma rzędowość nie większą niż I.

W celu ustalenia struktury cząsteczki związku chemicznego X zarejestrowano jego widmo masowe. Pik jonu molekularnego odpowiada wartości m/z równej 59.

Na podstawie: R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, Warszawa 2012 oraz National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, www.sdbs.db.aist.go.jp, dostęp od 2022 roku.

Cząsteczka związku X ma tylko jedną grupę alkilową, a pomiędzy cząsteczkami związku Y nie tworzą się wiązania wodorowe.

Wyjaśnij, dlaczego pomiędzy cząsteczkami związku Y nie tworzą się wiązania wodorowe?