Chemia organiczna – zadania z rozwiązaniami Procesy wieloetapowe Chemia organiczna – zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 z rozwiązaniem Poniższy chemograf przedstawia etapowość otrzymywania związków organicznych. CaC2 CH4 H A B C D E F G O // I CH3 – C – O – CH2 – CH3 Zapisz równania reakcji stosując wzory grupowe związków organicznych. IX/ Cl2, uv I / H2O II / T, p IV / Hg2+ III / H2, Pt/Pd/Ni VII /kat., T, p, trimeryzacja V / [O] VI / H2O, H+ X / Na, T, VIII / Cl2, FeCl3 XI / AlCl3

Zadanie 1 z rozwiązaniem / cd Analiza i założenia do zadania: końcowy produkt jest estrem kwasu etanowego i etanolu: stąd: E – kwas etanowy, F – etanol, etanol jest produktem reakcji addycji wody przez eten – C, kwas etanowy jest produktem utlenienia etanalu – B, eten jest produktem reakcji addycji wodoru przez etyn - A, etanal jest produktem reakcji addycji wody przez etyn – A, produktem trimeryzacji etynu jest benzen - D, benzen ulega reakcji substytucji – chlorowania / produkt G (w obecności światła lub w podwyższonej temp. benzen ulega reakcji addycji chloru), produktem hydrolizy węglika wapnia (acetylenku wapnia) oraz reakcji pirolizy metanu jest etyn / acetylen – A, alkan – metan ulega reakcji substytucji / chlorometan – H, benzen ulega reakcji alkilowania / metylobenzen (toluen) - I

Zadanie 1 z rozwiązaniem / cd I: CaC2 + 2 H2O  CH ≡ CH + Ca(OH)2 II: 2 CH4  CH ≡ CH + 3 H2 III: CH ≡ CH + H2  CH2 = CH2 IV: CH ≡ CH + H – OH  CH2 = CH – OH CH2 = CH – OH  CH3 – CHO V: CH3 – CHO + [O]  CH3 – COOH VI: CH2 = CH2 + H – OH  CH3 – CH2 – OH T, p Pt / Pd / Ni Hg2+ izomeryzacja Cu(OH)2 / T H+

Zadanie 1 z rozwiązaniem / cd VII: 3 CH ≡ CH  VIII: + Cl2  + HCl IX: CH4 + Cl2   CH3-Cl + HCl X: + Cl – CH3 + 2 Na  + 2 NaCl XI: + Cl – CH3  + HCl T, p kat. Cl FeCl3 uv Cl CH3 T H CH3 AlCl3

Zadanie 2 z rozwiązaniem Stosując wzory grupowe związków organicznych, zapisz równania reakcji przemian zilustrowanych na poniższym schemacie / chemografie: 1-chloropropan  A  B  C  D Analiza i założenia do zadania: równanie reakcji eliminacji wodoru i podstawnika chlorkowego: produktem jest propen – A, równanie reakcji addycji wody przez propen: produktem jest propan-2-ol – B, równanie reakcji utlenienia alkoholu II-rzędowego: produktem jest propanon (keton dimetylowy, aceton) – C, równanie reakcji wykrywania grupy atomów – grupy metylowej połączonej z grupą karbonylową: produktem jest jodoform (trijodometan) – D, żółty osad I / KOH(etanol) II / H+, H2O III / T, K2Cr2O7, H2SO4 IV / T, I2, NaOH

Zadanie 2 z rozwiązaniem / cd I. CH2Cl–CH2–CH3 + KOH  CH2=CH-CH3 + KCl + H2O II. CH2=CH-CH3 + H – OH  CH3-CH(OH)-CH3 III. 3 CH3-CH(OH)-CH3 + K2Cr2O7 + 4 H2SO4   3 CH3-CO-CH3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7 H2O IV. CH3-CO-CH3 + 3 I2 + 4 NaOH  CHI3↓+ CH3-COONa + 3NaI + 3 H2O Uwaga: wszystkie związki, w tym np. kwas octowy posiadające ugrupowanie: CH3 – C = O dadzą pozytywną próbę jodoformową. \ I / etanol H+ T T

Zadanie 3 z rozwiązaniem Stosując wzory grupowe związków organicznych, zapisz równania reakcji dobierając ewentualny drugi substrat i warunki reakcji dla przemian na poniższym schemacie. bromoetan  etanol  etanal  kwas etanowy  X Analiza i założenia do zadania: etanol można otrzymać w reakcji bromoetanu z wodnym roztworem mocnej zasady, etanol – alkohol I-rzędowy wobec łagodnych utleniaczy (CuO) utlenia się do aldehydów, aldehydy wobec utleniacza (np. wodny roztwór KMnO4) utleniają się do kwasu etanowego, X – etanian etylu jest produktem reakcji estryfikacji pomiędzy etanolem i kwasem etanowym w obecności H+. I II III IV

Zadanie 3 z rozwiązaniem / cd I. CH3-CH2Br + KOH  CH3-CH2-OH + KBr II. CH3-CH2-OH + CuO  CH3-CHO + Cu + H2O III. 3 CH3-CHO + 2 KMnO4 + H2O  3 CH3-COOH + 2 MnO2 + 2 KOH O O // // IV. CH3– C + HO–CH2–CH3  CH3-C-O-CH2-CH3 + H2O \ OH H2O T H+

Zadanie 4 z rozwiązaniem Poniższy chemograf przedstawia metodę otrzymywania alkoholu polihydroksylowego. Zapisz równania reakcji prowadzące do otrzymania produktu. CH3-CH=CH2 A B C Analiza i założenia do zadania: alkeny w podwyższonej temperaturze nie ulegają reakcji addycji, zachodzi reakcja substytucji: produktem jest 3-chloropen – A, w reakcji 3-chloropropenu z wodnym roztworem mocnej zasady: produktem jest nienasycony alkohol propenol – B, w reakcji addycji nadtlenku wodoru przez prepenolu: produktem jest glicerol – C. I / T = 500oC, Cl2 II / H2O,OH- III / kat., H2O2

Zadanie 4 z rozwiązaniem /cd I. CH3-CH=CH2 + Cl2  CH2Cl-CH=CH2 + HCl II. CH2Cl-CH=CH2 + NaOH  CH2(OH)-CH=CH2 + NaCl CH2 – OH CH2 – OH | | III. CH + HO – OH  CH – OH || | CH2 CH2 – OH T = 500oC H2O kat.

Zadanie 5 z rozwiązaniem Wychodząc z węgla, dobierając niezbędne substraty i warunki reakcji zaproponuj kolejne etapy przemian oraz zapisz równania reakcji prowadzące do otrzymania aniliny – fenyloaminy. Analiza i złożenia do zadania: I etap – otrzymanie węglika wapnia: CaO i podwyższona temp. II etap – hydroliza węglika wapnia i otrzymanie acetylenu: H2O III etap – trimeryzacja acetylenu i otrzymanie benzenu: podwyższone temperatura i ciśnienie, katalizator, IV etap – nitrowanie benzenu i otrzymanie nitrobenzenu: mieszanina nitrująca (stężone HNO3 i H2SO4), V etap – redukcja nitrobenzenu wodorem: HCl(aq) + Zn, VI etap – wypieranie aniliny z chlorowodorku aniliny: roztwór mocnej zasady.

Zadanie 5 z rozwiązaniem / cd I. 3 C + CaO  CaC2 + CO II. CaC2 + 2 H2O  CH ≡ CH + Ca(OH)2 III. 2 CH ≡ CH  IV. + HO-NO2  + H2O T T, p kat. NO2 H2SO4

Zadanie 5 z rozwiązaniem / cd V. + 7 HCl + 3 Zn  + 3 ZnCl2 + 2 H2O VI. + NaOH  + NaCl + H2O NO2 NH3Cl NH2 NH3Cl

Zadanie 6 z rozwiązaniem Wychodząc z węglika (metylenku) glinu, dobierając niezbędne substraty i warunki reakcji zapisz równania reakcji prowadzące do otrzymania polietylenu - PE. Analiza i złożenia do zadania: I etap – reakcja hydrolizy węglika glinu w środowisku: kwasowym (HCl) lub obojętnym (H2O), II etap – halogenowanie metanu: (Cl2 , uv), III etap – reakcja Würtza: (podwyższona temp., Na), IV etap – halogenowanie etanu: (Cl2 , uv), V etap – reakcja eliminacji wodoru i podstawnika chlorkowego: (alkoholowy roztwór mocnej zasady), VI etap – reakcja polimeryzacji: (podwyższone temperatura i ciśnienie oraz katalizator).

Zadanie 6 z rozwiązaniem / cd I. Al4C3 + 12 HCl  3 CH4 + 4 AlCl3 Al4C3 + 12 H2O  3 CH4 + 4 Al(OH)3 II. CH4 + Cl2  CH3Cl + HCl III. 2 CH3Cl + 2 Na  CH3 – CH3 + 2 NaCl IV. CH3 – CH3 + Cl2  CH3 – CH2Cl + HCl V. CH3 – CH2Cl + KOH  CH2 = CH2 + KCl + H2O VI. n CH2 = CH2  ( CH2 - CH2 )n uv T uv etanol T,p, kat.

Zadanie 7 z rozwiązaniem Stosując wzory grupowe związków organicznych, zapisz równania reakcji przemian zilustrowanych na poniższym schemacie / chemografie: CaC2 A B C D F Gly-Gly E Analiza i założenia do zadania: etapy I, II i III – patrz odpowiednie etapy I, IV i V z zad. 1 etap IV – produktem chlorowania kwasu etanowego jest kwas chloroetanowy (chlorooctowy) – D, etapy V i VI: produktem jest glicyna (kwas aminooctowy)–E i F, etap VII – reakcja kondensacji aminokwasów: produktem jest dipeptyd glicyloglicyna. III / T ,Cu(OH)2 IV / uv ,Cl2 I / H2O II / Hg2+ / H2O VI / HCN V / NH3(nadmiar) VII

Zadanie 7 z rozwiązaniem / cd IV. CH3 – COOH + Cl2  CH2Cl – COOH + HCl V. CH2Cl – COOH + 2 NH3  H2N–CH2–COOH + NH4Cl VI. CH3 - CHO + HC ≡ N  H2N – CH2 – COOH O H // \ VII. H2N – CH2 – C + N - CH2 - COOH  \ / OH H O H // \  H2N - CH2 – C – O - N – CH2 – COOH + H2O uv

Zadanie 8 z rozwiązaniem Stosując wzory grupowe związków organicznych, zapisz równania przemian opisanych na poniższym schemacie. CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2Cl A B E D C Analiza i złożenia do zadania: I – reakcja addycji chlorowodoru: produktem jest 1,5-dichloroheksan – A, II – reakcja dehalogenacji / eliminacji podstawników chlorkowych: produktem jest metylocyklopentan – B, III – reakcja substytucji w grupie metylowej: produktem jest chlorocyklopentylometan – C, I / HCl(g) II / T, Zn III / uv, Cl2 V / H+, CH3COOH IV / KOH(aq)

Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd IV – reakcja eliminacji podstawnika chlorkowego i podstawienia grupy hydroksylowej: produktem jest cyklopentylometanol – D, V – reakcja estryfikacji: produktem jest etanian (octan) cyklopentylometanolu – E. I. CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2Cl + HCl   CH3 – CHCl – CH2 – CH2 – CH2 – CH2Cl II. CH3-CH-CH2-CH2-CH2-CH2 + Zn  + ZnCl2 | | Cl Cl III. + Cl2  + HCl CH3 T CH2Cl CH3

Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd IV. + KOH  + KCl O // V. CH3 – C +  \ OH  CH3 – C + H2O CH2Cl CH2OH H2O HO-H2C H+ O - H2C

Zadanie 9 Stosując wzory grupowe związków organicznych, zapisz równania przemian opisanych na poniższym schemacie. N L M CH3COONa A B C D E J I H G F K XIV / H+ XIII / T, CuO XII / H2O, KOH I / T, NaOH(s) II / T, Br2 III / T, Na IV / T, Br2 V / H2O, KOH VI / T, Na X / H+ IX / H2SO4, K2Cr2O7 VIII / H2O, KOH VII / T, Br2 XI / H+

Zadanie 9 z rozwiązaniem Analiza i założenia do zdania: I. termiczny rozkład etanianu (octanu) sodu ze stałym NaOH: produkt / metan - A CH3COONa + NaOH(s)  CH4 + Na2CO3 II. bromowanie metanu: produkt / bromometan-B CH4 + Br2  CH3 – Br + HBr III. reakcja Würtza: produkt / etan – C 2 CH3-Br + 2 Na  CH3 – CH3 + 2 NaBr T T T T

Zadanie 9 z rozwiązaniem / cd IV. bromowanie etanu: produkt bromoetan – D CH3 – CH3 + Br2  CH3 – CH2 – Br + HBr V. reakcja bromoetanu z wodnym roztworem KOH produkt etanol – E CH3 – CH2 – Br + KOH  CH3 – CH2 – OH + KBr VI. reakcja Würtza: produkt propan – F CH3-CH2-Br + CH3-Br + 2 Na  CH3-CH2-CH3 + 2 NaBr VII. bromowanie propanu: produkt 2-bromopropan – G CH3-CH2-CH3 + Br2  CH3-CHBr-CH3 + HBr T H2O T T

Zadanie 9 z rozwiązaniem / cd VIII. reakcja 2-bromopropanu z wodnym roztworem KOH: produkt / propan-2-ol – H CH3-CHBr-CH3 + KOH  CH3-CH(OH)-CH3 + KBr IX. katalityczne utlenienie propan-2-olu: produkt / keton dimetylowy (aceton, propanon): produkt - I 3 CH3-CH(OH)-CH3 + K2Cr2O7 + 4 H2SO4   3 CH3-CO-CH3 + Cr2(SO4)3 + 2 K2SO4 + 7 H2O H2O T

Zadanie 9 z rozwiązaniem / cd X. reakcja addycji alkoholu przez keton w środowisku kwasowym: produkt / półacteal (hemiacetal) – J CH3 CH3 | | C = O + HO – CH2-CH3  HO – C – O – CH2 – CH3 XI. reakcja kondensacji alkoholu i półacetalu / hemiacetalu środowisku kwasowym: produkt / acteal – K CH3 CH3 | | C2H5-OH + HO–C–O–C2H5  H5C2–O–C–O–C2H5 + H2O H+ H+

Zadanie 9 z rozwiązaniem / cd XII. reakcja bromometanu z wodnym roztworem KOH: produkt / metanol - L CH3 – Br + KOH  CH3 – OH + KBr XIII. katalityczne utlenienie etanolu: produkt / etanal – aldehyd octowy – M CH3-CH2-OH + CuO  CH3-CHO + Cu + H2O XIV. reakcja addycji alkoholu przez alhehyd w środowisku kwasowym: produkt / półacteal (hemiacetal) – N CH3 CH3 | | H – C = O + HO – CH3  HO – C – O – CH3 H2O T H+

Zadanie 10 z rozwiązaniem Stosując wzory grupowe związków organicznych, zapisz równania przemian opisanych na poniższym schemacie. B C E D CH3-COOH A F Analiza i złożenia do zadania: I. reakcja otrzymywania etanianu amonu: produkt - A CH3-COOH + NH3  CH3-COONH4 II. Odwodnienie kwasu etanowego: produkt / bezwodnik kwasu octowego (etanowego) – B O O // \\ 2 CH3 – COOH  H3C – C – O – C – CH3 + H2O IV / H+, C2H5OH VI / NH3(g) III / NH3(aq) VII / H3O+ II / P4O10 V / T VIII / OH-, I / NH3(aq) P4O10

Zadanie 10 z rozwiązaniem / cd III. otrzymywanie octanu amonu z użyciem bezwodnika kwasowego: produkt – A H3C– C – O – C– CH3 +2 NH3 + H2O 2 CH3 – COONH4 \\ // O O IV. otrzymywanie etanianiu etylu z użyciem bezwodnika kwasowego: produkt / C H3C-C-O-C-CH3 + 2 C2H5-OH  2 CH3-CO-OC2H5 + H2O \\ // O O H+

Zadanie 10 z rozwiązaniem / cd V i VI. otrzymywanie amidu – metanokraboksyamidu (acetamidu) z octanu amonu oraz z octanu etylu: produkt / D CH3 – COONH4  CH3 – CONH2 + H2O CH3-CO-OC2H5 + NH3(g)  CH3-CONH2 + C2H5OH VII. hydroliza acetamidu w środowisku kwasowym: produkt/y / E CH3 – CONH2 + H3O+  CH3 – COOH + NH4+ produkt/y / F CH3 – CONH2 + OH-  CH3 – COO- + NH3↑ T