задачник органика
.pdfМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Задания для подготовки к практическим занятиям
Утверждено Редакционным советом университета в качестве учебного пособия
Москва
2020
УДК 547 (076) ББК 24.2я7
О-64
Авторы: И. О. Акчурин, Е. П. Баберкина, М. В. Бермешев, Л. С. Красавина, К. Р. Матевосян, Н. Я. Подхалюзина, Р. В. Якушин
Рецензенты:
Доктор химических наук, профессор РАН, ректор Российского химикотехнологического университета имени Д.И. Менделеева
А. Г. Мажуга
Доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН
Е. Ш. Финкельштейн
Органическая химия. Задания для подготовки к практическим
О-64занятиям: учеб. пособие/ И. О. Акчурин, Е. П. Баберкина, М. В. Берме- -шев, Л. С. Красавина, К. Р. Матевосян, Н. Я. Подхалюзина, Р. В. Якушин; под ред. А. Е. Щекотихина.− М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2020. − 92 с.
ISBN 978-5-7237-1748-0
Приведены типовые задания, предлагаемые студентам для работы на практических занятиях, а также для проверки знаний на контрольных работах по дисциплине «Органическая химия» с примерами подробных решений разных типов заданий. Основная задача пособия – помочь студентам научиться применять теоретические знания на практике, организовать внеаудиторную самостоятельную работу, а также подготовиться к семинарским занятиям и контрольным работам.
Предназначено студентам всех направлений подготовки бакалавриата и специалитета, обучающимся в РХТУ им. Д.И. Менделеева.
УДК 547 (076) ББК 24.2я7
ISBN 978-5-7237-1748-0 © Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, 2020
©Акчурин И. О., Баберкина Е. П., Бермешев М. В., Красавина Л. С., Матевосян К. Р., Подхалюзина Н. Я., Якушин Р. В., 2020
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
hv – ультрафиолетовое облучение p – давление
t oС – нагревание абс. – абсолютный
АО – атомная орбиталь ДМСО – диметилсульфоксид
ДМФА – N,N-диметилформамид жидк. – жидкий изб. – избыток тв. – твердый
ТГФ – тетрагидрофуран ЭО – электроотрицательность экв. – эквивалент
Ac – ацетил (-C(O)CH3)
Alk – алкильный заместитель (алкил) i-Bu – изобутил
n-Bu – бутил i-Pr – изопропил
m-CPBA – м-хлорпероксибензойная кислота DIBAL-Н – диизобутилалюминийгидрид LDA – литийдиизопропиламид
NBS – N-бромсукцинимид Ph – фенил
Pr – пропил Py – пиридин
H-BSia2 – бис-(1,2-диметилпропил)боран DCM – дихлорметан
3
КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Задание 1. Выделите и назовите функциональные группы в следующих соединениях; отнесите их к классам органических соединений.
4
ГИБРИДИЗАЦИЯ, СТРУКТУРЫ ЛЬЮИСА, ФОРМАЛЬНЫЕ ЗАРЯДЫ НА АТОМАХ, АО МОДЕЛИ
Задание 1. Для приведенных соединений изобразите формулы Льюиса функциональных групп, укажите гибридизацию атомов, а также приведите схемы перекрывания орбиталей при образовании связей, выделенных стрелками (a, b, c).
Задание 2. Рассчитайте формальные заряды в следующих структурах. Какая структура является ионом?
Задание 3. Постройте АО модели следующих структур. Какие атомы в этих структурах лежат в одной плоскости?
5
КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Задание 1. Завершите схемы кислотно-основного взаимодействия. Отнесите соединения, принимающие участие в равновесии, к кислотам и основаниям по Бренстеду, по Льюису.
Примеры решения задания 1
Всоответствии с теорией кислот и оснований Бренстеда, аммиак выступает в роли донора протона (кислота по Бренстеду), а амид натрия, имеющий гораздо более выраженные основные свойства выступает в роли донора НЭП (основание по Бренстеду). Поскольку результатом их взаимодействия являются соответствующие сопряженные кислота и основание, совпадающие по своему строению с кислотой и основанием в левой части, данное взаимодействие равновесное.
Всоответствии с теорией кислот и оснований Льюиса, трифторид бора выступает в роли кислоты Льюиса, предоставляя вакантную орбиталь для образования связи с донором НЭП – трифенилфосфином, при этом образуется донорно-акцепторный комплекс (ДАК).
6
В соответствии с теорией кислот и оснований Льюиса, трифторид бора выступает в роли кислоты Льюиса, предоставляя вакантную орбиталь для образования связи с донором электронов – этиленом, который содержит легко поляризуемую π-связь, при этом образуется донорно-акцепторный комплекс (ДАК).
АЛКАНЫ И ЦИКЛОАЛКАНЫ
Задание 1. Предложите схемы получения бутана из следующих соединений: а) иодэтан; б) бут-2-ен; в) пропановая кислота; г) валериановая кислота.
Задание 2. Предложите схему синтеза: а) пропан → 2,3-диметилбутан; б) метан → изобутан;
в) пропановая кислота → 2-нитробутан.
Задание 3. Предложите схемы синтеза с использованием литийдиалкилкупратного метода (метод Кори − Хауза):
а) метан → 2-метилбутан; б) циклопентан и пропан → изопропилциклопентан;
в) циклогексан и этан → этилциклогексан.
Задание 4. Установите строение соединения C5H12, если известно, что при его хлорировании образуется только одно монохлорпроизводное.
Задание 5. Установите строение соединения C8H18 согласно следующим условиям:
7
Задание 6. Установите строение соединения С8H18 согласно следующим условиям:
Задание 7. Установите строение соединения C6H14 согласно следующим условиям:
третичное монобромпроизводное
четыре изомерных монохлорпроизводных
Задание 8. Установите строение соединения C8H18 согласно следующим условиям:
а) C8H18 может быть получено по реакции Вюрца из первичного монобромпроизводного формулы R-Br;
б)
в)
Задание 9. Установите строение соединения CnH2n+1Br согласно следующим условиям:
пропан
н-пентан
Задание 10. Приведите структурные и пространственные изомеры бромхлорциклогексана и бромхлорциклопентана.
Задание 11. Приведите конформационные изомеры для следующих пар диметилциклогексанов:
а) цис-1,2- и транс-1,2-диметилциклогексаны, б) цис-1,3- и транс-1,3-диметилциклогексаны,
8
в) цис-1,4- и транс-1,4-диметилциклогексаны.
Какой из конформеров в каждой паре геометрических изомеров является более стабильным?
Задание 12. Приведите наиболее устойчивую конформацию следующих соединений:
Пример решения задания 12
9
Для каждого из приведенных соединений более устойчива (из всех возможных) конформация «кресло», существующая в виде двух инверсионных форм, различающихся по энергии. Поскольку меньшую энергию (а следовательно, и большую устойчивость) имеет тот конформер, в котором наибольшее число объемных заместителей занимает экваториальные положения (e), в первом примере равновесие смещено в сторону 1e,2e,5e-конформера. Во втором примере более устойчивым окажется 1a,2e,5e-конформер, в котором два объемных заместителя занимают экваториальные положения (e) и лишь одно аксиальное (a) (против двух аксиальных и одного экваториального в 1e,2a,5a-конформере).
Задание 13. Какой из приведенных ниже стереоизомеров является более стабильным?
Задание 14. Как соотносятся друг с другом следующие структуры: а) структурные изомеры; б) стереоизомеры; в) различные соединения;
г) одно и то же соединение.
10