книги / Органическая химия
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Кафедра «Химические технологии»
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Методические указания
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2017
1
Составители: Е.С. Денисламова, Е.В. Баньковская
УДК 547(072.8) О-64
Рецензент канд. хим. наук, доцент С.Е. Уханов
(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Органическая химия: метод. указания / сост. Е.С. Денис- О-64 ламова, Е.В. Баньковская. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед.
политехн. ун-та, 2017. – 51 с.
Приведены задания по органической химии разного уровня сложности для самостоятельной подготовки студентов и аудиторной работы на практических занятиях. По каждой теме курса даны задания на знание правил составления названий (номенклатуры) изучаемого класса органических соединений, химических свойств и способов их получения.
Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения, изучающих курс органической химии.
УДК 547(072.8)
ПНИПУ, 2017
2
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Общие методические указания............................................................... |
4 |
|
1. |
Электронные эффекты заместителей. |
|
Типы ковалентных связей в органических соединениях..................... |
5 |
|
2. |
Алканы. Циклоалканы......................................................................... |
6 |
3. |
Алкены. Алкадиены .......................................................................... |
10 |
4. |
Алкины ............................................................................................... |
14 |
5. |
Арены.................................................................................................. |
15 |
6. |
Галогенопроизводные углеводородов............................................. |
17 |
7. |
Спирты, фенолы, простые эфиры и их тиоаналоги........................ |
20 |
8. |
Азотсодержащие органические соединения................................... |
24 |
9. |
Карбонильные соединения............................................................... |
27 |
10. Карбоновые кислоты и их производные. Жиры........................... |
29 |
|
11. Гетерофункциональные карбоновые кислоты.............................. |
32 |
|
12. Сульфоновые кислоты и их производные..................................... |
33 |
|
13. Гетероциклические соединения..................................................... |
34 |
|
Ответы на типовые задания.................................................................. |
37 |
|
Список рекомендуемой литературы.................................................... |
48 |
|
Приложение I ......................................................................................... |
49 |
|
Приложение II........................................................................................ |
50 |
|
3
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Методические указания могут быть использованы студентами, обучающимися по программам бакалавриата или специалитета, как для самостоятельной подготовки, так и для аудиторной работы на практических занятиях по органической химии.
Практическое занятие – форма организации обучения, которая направлена на формирование практических умений и владений и является связующим звеном между самостоятельным теоретическим освоением студентами учебной дисциплины и применением ее положений на практике.
Цель изучения курса органической химии состоит в том, чтобы на основе современных научных достижений сформировать у студента знания о строении и закономерностях химического поведения органических соединений. В результате изучения курса студенты приобретают следующие умения:
1)самостоятельно работать с химической литературой, вести поиск материала, необходимого для решения возникшего вопроса;
2)составлятьструктурныеформулыпо названию, атакженазывать соединениянаосновезнанияпринциповноменклатурыиизомерии;
3)определять принадлежность соединений к определенным классам и группам на основе знания классификационных признаков;
4)выделять в структуре соединения реакционные (электрофильные, нуклеофильные, кислотные, основные) центры, прогнозировать свойства органического соединения и его поведение в конкретных условиях исходя из его строения, знания теоретических основ органической химии и типичной реакционной способности функциональных групп;
5)прогнозировать возможные пути и условия преобразования функциональныхгруппвважнейшихклассахорганическихсоединений;
6)выбирать оптимальные схемы синтеза заданных органических соединений;
7)применять способы идентификации органического вещества
(качественные реакции) на базе химических методов анализа.
4
К заданиям, отмеченным звездочкой перед номером (например, *1), приведены примеры решения в конце пособия. Задания, отмеченные звездочкой после номера (например, 1*), являются заданиями повышеннойсложности.
1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ. ТИПЫ КОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ В ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ
План занятия
1.Теории строения органических соединений. Типы гибридизации атома углерода.
2.Классификация реакций и реагентов.
3.Природа химической связи и взаимного влияния атомов в молекуле наоснове современных представлений. Индуктивныйэффект.
4.Соединения с открытой и закрытой системой сопряжения. Мезомерный эффект.
Практические задания
1. Охарактеризуйте понятие «электроотрицательность атома». Определите, какие из связей являются неполярными или слабополярными, а какие полярными и ионными: С–Н, С–С, С–О, ≡С–Na,
С–Сl, C–K, C–I.
*2. Для приведенных ниже соединений выполните следующие задания:
а) определите функциональные группы в каждом веществе; б) определите принадлежность вещества к классу органических
соединений; в) укажите вид и знак электронных эффектов заместителей. Оп-
ределите, какие функциональные группы являются электронодонорными (ЭД), а какие – электроноакцепторными (ЭА);
г) укажите, сколько σ- и π-связей в каждой молекуле; д) определите тип гибридизации каждого атома углерода в мо-
лекуле.
5
|
|
|
|
|
|
|
В) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
А) |
|
|
Б) |
|
|
|
|
|
|
Д) |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
Г) |
|
|
|
|||||||||||||||
Е) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ж) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
З) |
|
|
|
|
|
|
|
И) |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.Укажите, в каких соединениях заместители проявляют положительный индуктивный эффект, а в каких – отрицательный: а) нитроуксусная кислота; б) пропионовая кислота; в) муравьиная кислота; г) глицин; д) гидроксиуксусная кислота.
4.Определите, как изменяется полярность связи О–Н при удалении атома хлора от карбоксильной группы в следующих соединениях: масляная кислота, α-хлормасляная кислота, β-хлормасляная кислота, γ-хлормасляная кислота.
5.Рассмотрите ряд: алканолы (спирты), тиолы (тиоспирты), селенолы. Сравните атомные радиусы кислорода, серы и селена; поля-
ризуемость связей О–Н, S–H, Se–H; устойчивость образующихся при диссоциации анионов R–O–, R–S–, R–Se–.
6.Хлорирование бутена-1 на свету приводит к образованию главным образом 3-хлорбутена-1. Объясните высокую подвижность атома водородау третьего атомауглеродаглавного продуктареакции.
2. АЛКАНЫ. ЦИКЛОАЛКАНЫ
План занятия
1.Изомерия алканов (структурная, конформационная). Молекулярные модели и формулы.
2.Способы получения алканов.
3.Реакции радикального замещения (галогенирование, нитрование). Механизм реакций радикального замещения. Образование сво-
6
бодных радикалов и факторы, определяющие их устойчивость. Региоселективность.
4.Термические превращения алканов (крекинг).
5.Способы получения циклоалканов.
6.Реакции присоединения, характерные для малых циклов (гидрирование, действие галогенов и галогеноводородных кислот).
7.Реакции сужения и расширения циклов.
8.Применение предельных углеводородов. Октановое число.
Практические задания
7.Напишите структурные формулы следующих соединений: а) изопропилциклопентан; б) 1-бром-2-этилциклогексан; в) метилциклопропан; г) цис-1,2-дихлорциклобутан.
8.Напишите структурные формулы следующих соединений
идайте им названия по номенклатуре IUPAC: а) диметилфенилметан; б) метилизопропилметан; в) тетраэтилметан; г) диметилэтилметан; д) триметил-втор-бутилметан; е) изопропил-втор-бутилметан.
9.Определите, правильно ли построены следующие названия: а) 2-этилгексан; б) 2,2,5-триметилгептан; в) 3-этилгептан; г) 2-метил- 3-изопропилпентан; д) 1-метил-3-этилнонан.
Исправьте неверные названия.
10.Назовите соединения по номенклатуре IUPAC:
а) |
|
б) |
|
в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г) |
|
д) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
11. Назовите соединения по рациональной номенклатуре:
а) |
|
б) |
|
в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г) |
|
д) |
|
е) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12. Назовите по номенклатуре IUPAC алканы, формулы которых приведены ниже:
а) |
|
б) |
|
в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13. Изобразите структурные формулы следующих соединений: а) 1,3-диэтилциклопентан; б) 4-амино-2-(2-хлорпропил)циклогексан; в) 3-винил-1-циклогексанол; г) спиро[4.4]нонан; д) бицикло[2.2.2]октан.
14.Приведите структуры (без учета стереоизомерии) всех насыщенных углеводородов с молекулярной массой 70,0 г/моль. Назовите их по номенклатуре IUPAC. Выберите те из них, которые дают наибольшее и наименьшее число монохлорпроизводных, приведите структуры этих монохлорпроизводных.
15.Приведите структуры насыщенных углеводородов, содержащих 16,67 % водорода по массе. Назовите их по номенклатуре IUPAC. Выберите те из них, которые дают наибольшее и наименьшее число монохлорпроизводных, приведите структуры этих монохлорпроизводных.
16.Приведите структуры насыщенных углеводородов, содержащих 16,28 % водорода по массе. Назовите их по номенклатуре
8
IUPAC. Выберите те из них, которые дают только по три монохлорпроизводных, приведите структуры этих монохлорпроизводных.
17. Получите 2,3-диметилбутан следующими способами: а) реакцией Вюрца; б) электролизом соли соответствующей карбоновой кислоты; в) сплавлением соли соответствующей карбоновой кислоты; г) гидрированием непредельного соединения.
*18. Получите метилциклопентан перечисленными способами: а) из дигалогеналкана; б) из соли соответствующей карбоновой кислоты путемсплавления; в) из непредельного циклического соединения.
19. Приведите схемы реакций замещения в циклопентане и цик-
логексане |
(бромирование). Укажите механизм данной |
реакции |
и приведите его схему. |
|
|
20. Завершите написание следующих схем реакций, указав про- |
||
пущенное |
исходное соединение, продукт реакции или |
реагент, |
и приведите структурные формулы всех соединений:
а) транс
б)
в)
г)
*21. Приведите схемы механизмов свободнорадикального бромирования углеводородов на примере триметилметана и метилэтилметана. Укажите лимитирующую стадию процесса. Объясните, почему соотношение скоростей реакций, протекающих по первичным, вторичным и третичным атомам углерода, зависит от температуры.
22. Какие из изомерных монобромпроизводных пентанов целесообразно получать реакцией бромирования на свету? Ответ поясните.
23*. В лаборатории имеются все нормальные кислоты от CH3COOH до С12Н25СООН. Синтезируйте н-С15Н32 методом Кольбе. Каковы наиболее и наименее предпочтительные комбинации?
9
24*. В лаборатории имеются вещества: СН3I; i-C3H7Cl; i-C5H11Br;
C2H5Br; i-C4H9I; C5H11Cl. Синтезируйте: а) |
н-гексан; б) н-декан; |
в) 2-метилгексан; г) 2,7-диметилоктан; |
д) 2,6-диметилгептан; |
е) 2,5-диметилгексан; ж) 2-метилбутан. |
|
3. АЛКЕНЫ. АЛКАДИЕНЫ
План занятия
1.Номенклатура и стереоизомерия алкенов (Z-, Е-изомеры). Определение старшинства заместителей. Строение двойной связи.
2.Способы получения алкенов. Правило Зайцева.
3.Реакции присоединения. Статический и динамический факторы, определяющие протекание реакции по правилу Марковникова. Механизм реакции электрофильного присоединения. Пероксидный эффект Хараша.
4.Классификация и номенклатура алкадиенов.
5.Способы получения диеновых углеводородов.
6.Особенности реакций электрофильного присоединения к сопряженным диенам. 1,2- и 1,4-Присоединение.
7.Высокомолекулярные соединения. Полиэтилен. Полипропилен. Тефлон. Синтетические каучуки (бутадиеновый, хлоропреновый). Сополимеризация.
Практические задания
25.Напишите структурные формулы соединений: а) бутадиен- 1,2; б) пропадиен; в) 2-метилбутадиен-1,3; г) 2,3-дихлорбутадиен- 1,3; д) гексадиен-1,5. Каким из соединений отвечают тривиальные названия: дивинил, диаллил, аллен, изопрен, метилаллен, метилизопрен? Отметьте диены с кумулированными, изолированными и сопряженными двойными связями.
26.Какие соединения могут существовать в виде Z- и E-изомеров? Приведитесобственные примеры.
27.Напишите пространственные формулы π-диастереомеров соединений:
10