Типові завдання і їх рішення - студопедія
Перш, ніж приступити до вирішення завдань будь-якого розділу, слід уважно вивчити відповідний розділ за підручником. При цьому необхідно звернути увагу на основні способи отримання, хімічні властивості, умови реакцій і на зв'язок даного класу сполук з іншими класами. Слід врахувати, що між різними класами органічних сполук існує тісний генетичний зв'язок. Наприклад, реакція приєднання галогенводородов до алкенам лежить в основі одного із способів отримання галогеналканов і одночасно є ілюстрацією реакційної здатності алкенів.
При вирішенні завдань потрібно також звернути увагу на умову проведення реакції, що забезпечує її протікання за певним механізмом. Останнє визначає напрямок реакції і отримання того чи іншого продукту. Іноді для синтезу певного з'єднання треба створити умови, щоб забезпечити потрібний напрямок реакції. Наприклад, приєднання бромистого водню до пропеніл може протікати за двома напрямками: одне призводить до 1-бромпропану, якщо реакція протікає по радикальному механізму (в присутності пероксидів, проти правила Марковникова), інше - до 2-бромпропану, якщо реакція йде за механізмом електрофільного приєднання (за правилом Марковникова).
Всі рівняння реакцій слід записувати із зазначенням умов (температури, тиску, каталізатора, розчинника).
Завдання можна розділити на шість основних типів:
1. ізомерія і номенклатура органічних сполук;
2. синтез за допомогою заданих реагентів;
3. синтез на підставі структурної формули заданого речовини;
4. синтез заданого речовини із зазначеного;
5. синтез речовини і написання для нього ряду хімічних реакцій;
6. визначення структурної формули органічної речовини.
1. При виведенні формул ізомерів даного речовини можна скористатися наступним прийомом. Виходять з формули нормального будови для даного з'єднання. Змінюючи положення функціональних груп або кратних зв'язків, отримують формули ізомерів. Наприклад, для вуглеводню C5 H10:
Потім слід вкоротити ланцюг на одну групу -CH3 і зробити всі можливі перестановки групи -CH3 і кратного зв'язку (а в гомологічних рядах інших класів - і функціональної групи):
Якщо є можливість, можна вкоротити ланцюг ще на одну групу -CH3 і виконати всі можливі перестановки CH3-групи, подвійний зв'язку або інших функціональних груп.
2. Синтез за допомогою заданих реагентів вимагає складання повних рівнянь реакцій. Іноді хід перетворення зображується схемою. Так зазвичай надходять, якщо потрібно провести ряд послідовних перетворень.
При вирішенні такого завдання необхідно представляти хід хімічного процесу, знати умови проведення синтезу, передбачити утворення побічних продуктів.
Приклад 1. Які вуглеводні вийдуть при дії металевого натрію на суміш бромистого етилу і бромистого ізобутіл?
Рішення . Вирішення цього завдання можна представити у вигляді такої схеми:
Схема реалізується з наступних перетворень:
Потім етілнатрій взаємодіє з бромистим етилен і бромистим Изобутилен з утворенням сполук (1) і (2):
Аналогічно, при взаємодії бромистого ізобутіл з натрієм утворюється ізобутілнатрій, який дасть при реакції з бромистим етилен і бромистим Изобутилен з'єднання (2) і (3).
Приклад 2. Яке з'єднання вийде при послідовному дії на метилацетилен аміду натрію і ізопропілброміда?
Приклад 3. Яке з'єднання вийде при послідовному взаємодії вторинного бромистого бутилу з металевим магнієм, оцтовим альдегідом і водою?
Рішення . При вирішенні даного завдання слід вивчити хімічні властивості галогеналканов, звернути увагу на їх високу реакційну здатність. В даному прикладі будуть потрібні також знання розділу «Магнійорганіческіе з'єднання» (реактиви Гриньяра).
3. Для синтезу речовини на підставі структурної формули потрібно вибрати вихідні з'єднання і написати відповідні реакції або схеми (із зазначенням умов). Вирішення такого завдання допомагає поділ структурної формули заданого речовини на окремі складові частини - фрагменти, які повинні входити в формі легко віддільна частини в структурні формули вихідних речовин.
Приклад 1. Отримати 2,2,3,3-тетраметілбутан по реакції Вюрца.
Рішення . Слід подумки розділити молекулу синтезованого з'єднання по С-С зв'язку:
Якщо молекула симетрична, то краще розділити її на дві рівні частини. Це дозволить отримати потрібний продукт без побічних. В даному випадку в якості вихідної сполуки потрібно взяти бромистий третинний бутил і провести реакцію з металевим натрієм:
Приклад 2. Отримати тріметілкарбінол по реакції Гриньяра.
Рішення . Тріметілкарбінол відноситься до третинним спиртів. Третинні спирти по реакції Гриньяра отримують з відповідних кетонів і реактиву Гриньяра. Слід пам'ятати, що загальна сума вуглецевих атомів кетона і реактиву Гриньяра повинна відповідати сумі вуглецевих атомів одержуваного спирту.
Як кетона беремо ацетон, а в якості алкілгалогеніду - метилбромід.
Приклад 3. Отримати 3,3-диметил-2-бутанол реакцією гідратації алкена.
Рішення . Слід пам'ятати, що реакція гідратації алкенів протікає за правилом Марковникова:
4. При вирішенні завдань по синтезу заданого речовини із зазначеного потрібно написати всі проміжні сполуки, вибрати необхідні реагенти і вказати умови проведення реакцій.
Перш, ніж вирішувати завдання, необхідно висловити її умова структурними формулами. Потім починають підбір вихідних продуктів для заданого з'єднання і таким чином доходять до зазначеного з'єднання.
Приклад 1. За допомогою яких реакцій можна отримати 2-бромбутан з 1,2-дібромбутана?
Рішення . Спочатку слід підібрати з'єднання, з якого можна отримати 2-бромбутан. Це або бутан, або бутен-1. Далі слід звернути увагу на те, яке із з'єднань - бутан або бутен-1 - можна легко отримати з 1,2-дібромбутана.
Алкени легко виходять дегалогенірованіе дігалогенпроізводние в присутності цинку. Так, з 1,2-дібромбутана отримуємо бутен-1:
А далі проводимо гідробромірованіе бутена-1. Реакція протікає за правилом Марковникова (іонний механізм):
Приклад 2. Отримати пара -нітробензойную кислоту з толуолу.
Бензойну кислоту отримують окисленням толуолу водним розчином перманганату калію при нагріванні. Нітрогрупу вводять в бензольне кільце методом прямого нітрування. Слід враховувати також вплив заступника на напрям нітрування. Карбоксильная група -COOH відноситься до числа електроноакцепторних заступників і направляє нітрогрупу в мета-положення. Метильная група - електронодонорний заступник - направляє нітрогрупу в пара-положення.
Отже, можна запропонувати наступну схему синтезу:
Пара -нітротолуол далі окислюється до пара -нітробензойной кислоти:
Приклад 3. З неорганічних реагентів отримаєте етилацетат (уксусноетіловий ефір).
Відомо, що з неорганічних реагентів легко можна отримати ацетилен, який є вихідним з'єднанням для синтезу різних класів органічних речовин:
Для синтезу уксусноетіловий ефіру потрібні оцтова кислота і етиловий спирт, які можуть бути отримані з ацетилену:
5. Рішення задач по сінтезувещества і написання для нього ряду реакцій вимагає знання, крім способів отримання, хімічних властивостей даного класу сполук.
Приклад 1. Запропонуйте схему синтезу діетілкетона і покажіть його ставлення до бісульфітом натрію, гідроксиламін, синильної кислоти.
Рішення . Одним із способів отримання кетонів є окислення вторинних спиртів з тим же числом вуглецевих атомів, що і у синтезованого кетона. Тобто слід взяти в якості вихідної сполуки пентіловий спирт. Оскільки карбонильная група знаходиться в третьому положенні, то для окислення візьмемо 3-пентанол:
Вивчивши хімічні властивості кетонів, робимо висновок, що реакції з бісульфітом натрію і синильною кислотою - реакції нуклеофільного приєднання, а з гідрокcіламіном - приєднання-відщеплення.
6. Визначення структурної формули органічної сполуки за його властивостями вимагає хорошого знання основних перетворень найважливіших класів органічних сполук.
У задачі зазвичай вказується ряд властивостей даної речовини і кінцеві продукти його перетворення.
Приклад 1. Встановіть будову речовини складу C5 H10. якщо відомо, що воно знебарвлює бромную воду, в результаті взаємодії з HBr утворює третинний бромпохідні, а при окисленні концентрованим розчином перманганату калію утворює оцтову кислоту і ацетон.
Рішення . Загальна формула речовини і його здатність знебарвлювати бромную воду вказують на те, що це алкен. При окисленні оцтова кислота і ацетон могли утворитися з алкена, що має такі угруповання:
Отже, будова алкена таке:
З розібраних прикладів видно, що дуже часто можливо кілька варіантів вирішення однієї і тієї ж задачі. З усіх варіантів слід вибирати той, в якому застосовуються найпростіші вихідні речовини і синтез проходить без утворення побічних продуктів.