Zeszyt ćwiczeń
Michał FedoryńskiPolitechnika Warszawska, Wydział Chemiczny
Zadanie 1
Wytrząsanie alkoholu t-butylowego (2-metylopropan-2-olu) (CH3)3COH z kwasem bromowodorowym jest dogodną metodą syntezy bromku t-butylu (2-bromo-2-metylopropanu). Etapem decydującym o szybkości tej reakcji jest powstawanie karbokationu. Trzeciorzędowy karbokationt-butylowy jest dobrze stabilizowany, a więc tworzy się łatwo. Można oczekiwać, że prowadzona w analogicznych warunkach reakcja butanolu z kwasem bromowodorowym będzie zachodzić znacznie wolniej lub nie zajdzie w ogóle, bowiem karbokationy pierwszorzędowe są gorzej stabilizowane w porównaniu z trzeciorzędowymi. Tymczasem w reakcji butanolu z kwasem bromowodorowym 1-bromobutan (bromek butylu) powstaje z dobrą wydajnością, aczkolwiek proces ten wymaga ogrzewania i dodatku kwasu siarkowego. Jak to objaśnić?
Odpowiedź:
Reakcja ta biegnie według innego mechanizmu. W reakcjach z alkoholami pierwszorzędowymi protonowanie grupy hydroksylowej powoduje, że staje się ona bardzo dobrą grupą opuszczającą i jest podstawiana przez anion bromkowy w reakcji typu SN2, a proces z udziałem karbokationu ma minimalne znaczenie.
Zadanie 2
Eter t-butylowo metylowy otrzymuje się na skalę przemysłową z 2-metylopropenu i metanolu w reakcji katalizowanej przez kwasy. Można go również otrzymać w reakcji SN2 alkoholanu z chlorowcoalkanem. Który wariant tej syntezy wybrałbyś: reakcja t-butanolanu sodu z bromkiem metyluczy bromku t-butylu z metanolanem sodu?
Aniony alkoholanowe są mocnymi zasadami i często reakcji podstawienia towarzyszy β-eliminacja. Niesymetryczne etery należy zatem otrzymywać w reakcji pierwszorzędowego chlorowcoalkanu i wyżej rzędowego alkoholu, a nie odwrotnie
Zadanie 3
Narysuj wzory rezonansowe:
a) anionu octanowego
b) anionu cyklopentadienylowego
c) butenonu
d) kationu
Zadanie 4
Estry kwasów karboksylowych otrzymuje się najczęściej w katalizowanej kwasem (np. kwas siarkowy) reakcji kwasu karboksylowego z alkoholem pierwszo- lub drugorzędowym, np.:
Jak zrealizowałbyś tę przemianę nie dysponując żadnym kwasowym katalizatorem?
Estry można otrzymać w reakcji soli kwasu karboksylowego (wytworzonej działaniem słabej zasady, np. wodnego roztworu NaOH, na kwas) z chlorowcoalkanem – jest to reakcja podstawienia SN2.
Zadanie 5
W 1845 r. Adolph Wilhelm Hermann Kolbe (1818-1884), chemik niemiecki, uczeń Wöhlera, nazywany ojcem syntezy organicznej, dokonał pełnej syntezy kwasu octowego z pierwiastków, tym samym potwierdził tezę Wöhlera, iż związki organiczne mogą powstawać bez udziału organizmów żywych. Znajdź w Internecie dane na temat tej syntezy, nie przejmuj się jeżeli nie wszystkie procesy są zrozumiałe, przyjdzie na to czas.
Zadanie 6
Jakie skojarzenie budzi związek o nazwie: 6-n-butylocykloheptadien-1,4? Jaką nadałbyś mu nazwę zwyczajową?
Nie wiemy jaką nazwę wymyśliłeś, ale SubramanianRanganathan z Indian Institute of Technology w Kanpurze nazwał go “spermane”. Jest to składnik olejku wydzielonego z algi dictyopteris znany także jako dictyopterine C'
Zadanie 7
Znając szereg elektroujemności atomów można domniemywać, że reakcja SN2 karboanionów z chlorowcoalkanami zajdzie najszybciej w przypadku fluorków alkilowych w porównaniu z chlorkami, bromkami czy jodkami. Cząstkowy ładunek dodatni jest bowiem największy na atomie węgla połączonym z atomem fluoru w cząsteczce fluoroalkanu. W rzeczywistości jest odwrotnie, przy czym fluorki alkilowe są w ogóle nieaktywne w reakcji SN2. Jak to objaśnić?
Zapomnieliśmy o trwałości wiązania. Nakładanie się chmur elektronowych tworzących wiązanie chemiczne jest najefektywniejsze w przypadku atomów o zbliżonych rozmiarach. Tak więc wiązanie węgiel-fluor (oba atomy znajdują się w tym samym okresie tablicy Mendelejewa) jest najmocniejsze (ma największą energię) i nie ulega rozerwaniu. Występują tu więc dwa przeciwstawne efekty – efekt indukcyjny i energia wiązania.
SŁOWNIK
węglowodory – składają się tylko z atomów węgla i wodoru. Wyróżniamy związki węgla i wodoru połączonych w różny sposób wiązaniami pojedynczymi (tzw. węglowodory nasycone, alkany, np. metan, propan); związki węgla i wodoru zawierające jedno lub więcej wiązanie podwójne węgiel-węgiel (alkeny, np. etylen), związki zawierające wiązanie potrójne węgiel-węgiel (alkiny, np. acetylen), węglowodory aromatyczne (nazwa nie ma nic wspólnego z zapachem!), np. benzen – o nich nie będziemy mówić.
alkohole – związki zawierające grupę OH (grupę hydroksylową), połączoną z podstawnikiem węglowodorowym, np. metanol, CH3OH.
aldehydy – związki zawierające grupę C=O (karbonylową), połączoną z atomem wodoru i podstawnikiem węglowodorowym, np. etanal (aldehyd octowy)
ketony – związki zawierające grupę karbonylową, połączoną z dwoma podstawnikami węglowodorowymi, np. propanon (aceton), CH3C(O)CH3
kwasy karboksylowe i ich pochodne (estry, chlorki kwasowe, bezwodniki kwasowe itp.)
· etery
· siarczki
· aminy
· chlorowcopochodne
Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki
2
Henio_Chomik