Т.С. Кухарева, В.Ю. Мишина, Т.В. Ванюгина

Т.С. Кухарева, В.Ю. Мишина, Т.В. Ванюгина

З А Д А Ч Н И К

По органической химии

Часть 1

Москва 200 9
ПРЕДИСЛОВИЕ

    Успехи в изучении органической химии достигаются в полной мере лишь при сочетании освоения теоретического материала с комплексом упражнений и решением задач. С учетом сказанного, на кафедре органической химии химического факультета МПГУ подготовлено и апробировано учебное пособие для студентов, включающее в себя набор упражнений и задач, соответствующий стандарту и программе курса. Книга охватывает материал, посвященный изучению алифатических систем[1].

    Задания, представленные в пособии, разнообразны, и они требуют от студентов как знания теоретических положений курса, так и творческой инициативы и сообразительности в подходе к решению аналитических и синтетических задач.

    Проверочный материал распределен по главам, которые в сумме охватывают основные разделы органической химии, изучаемые в первом семестре. Каждая глава предваряется кратким анализом химического строения и возможных химических превращений представляемого класса органических соединений.

    В первой главе задачника приведены задания, целью которых является совершенствование знаний об электронном строении органических соединений и реакционной способности частиц, образующихся в реакциях органических веществ.

    Во второй главе собраны задачи по химии насыщенных соединений, молекулы которых содержат только s-связи: алканов, галогеналканов, алканолов и аминов.

    Третья глава посвящена химии непредельных соединений - алкенов, алкадиенов и алкинов, в молекулах которых присутствует неполярная p-связь.

    В четвертой главе рассмотрены свойства более сложных органических соединений - альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и их производных.

    Задачник содержит ответы на некоторые задачи, которые обозначены в тексте значком (*). Для удобства в задачник включен справочный материал. Справочные таблицы расположены в конце книги.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Электронное строение органических соединений

 и реакционных частиц

Задачи

1. Приведите электронные конфигурации атомов элементов второго периода. Определите значение высшей валентности каждого элемента.

 

2. Дайте определения следующим понятиям: атом, катион, анион, радикал. Приведите примеры.

 

3. Укажите внешние электроны в следующих частицах:

а) H, H ⁺, H ^-; б) Br, Br ⁺, Br ^-; в) CH ₃, CH ₃ ⁺, CH ₃ ^-; г) OH, OH ⁺, OH ^-

Назовите эти частицы.  

 

4. Охарактеризуйте типы химических связей в приведенных соединениях (ковалентная неполярная, ковалентная полярная, ионная):

F₂, CH₄, NaI, HCl, H₂O, NaNH₂ KF, CH₃CN.

 

Образец выполнения задания:

   четыре C – Н связи, все ковалентные неполярные.

5. Охарактеризуйте типы химических связей (обычная ковалентная, координационная, семиполярная) в приведенных соединениях: H₃C – Br, HNO₃, CO, NH₄Cl, H₃C – CH₃, C₂H₅ONa, NH₃.

Образец выполнения задания:

 

6. Представьте следующие молекулы в виде структур Льюиса, укажите типы химических связей:

Образец выполнения задания:

 

7. Представьте следующие молекулы в виде структур Льюиса и поставьте, где необходимо, формальные заряды на атомах, укажите типы химической связи:

Образец выполнения задания:

   

 

8. Дополните указанные формулы соединений неподеленными электронными парами (НЭП), выберите заряженные частицы, проставьте заряды:

  BH₃; CH₃; H₃O; NH₃; NH₄; CH₄; NH₂; H₂O, CH₃NH₂, CH₃OH, CH₃OCH₃,

CH₃SCH₃, CH₃C(O)OC(O)CH₃, [CH₃OH₂]Cl.

 

 

9. Какие из приведенных пар соединений являются изоэлектронными:

а) CH ₃ ⁺ и BH ₃; б) NH ₃ и H ₃ O ⁺; в) CH ₄ и H ₂ O

 

10. Выберите соединения, в молекулах или ионах которых валентность центрального атома равна четырем: CH ₄; NH ₄ ⁺; H ₂ O; CH ₃ ⁺

 

11. Выберите соединения, в молекулах или ионах которых валентность центрального атома равна трем: CH ₄; NH ₃; H ₃ O ⁺; CH ₃ ⁺; CH ₃ ^-; BF ₃; NH ₄ ⁺

 

12. Выберите соединения, в молекулах или ионах которых координационное число центрального атома равно трем: CH ₄; NH ₃; H ₃ O ⁺; CH ₃ ⁺; CH ₃ ^-; BF ₃; NH ₄ ⁺

 

13. Представьте следующие молекулы в виде структур Льюиса и объясните, почему они изоэлектронны: N ₂, CO, CN ^-.

 

14. Докажите, что приведенные структуры изоэлектронны: а) CO ₃ ^2- и NO ₃ ^-; б) CO ₂ и NO ₂ ⁺; в) CO и N ₂.

 

15. В приведенных рядах соединений выберите изоэлектронные структуры, напишите для них формулы Льюиса:

1) NO⁺, NO, CO₂, CN^-

2) N₂, NO⁺, CO, CN^-, NO, NH₂^-

3) CH₄, NH₄⁺, BH₄^-

4) CO₂, HNO₂, NO₂⁺, N₂, CN

 

16. Какие из перечисленных структур являются ионами:

 

17. Для приведенных молекул укажите тип гибридизации каждого атома:

Образец выполнения задания:

 

18. Для приведенных молекул и частиц укажите тип гибридизации каждого атома, используя правило октета, проставьте все неподеленные электронные пары и укажите орбитали, на которых они находятся:

Приведите схемы s- и p-связей.

Образец выполнения задания:

 

19. Определите длину одинарных (σ-) связей в приведенных соединениях с учетом ковалентных радиусов атома углерода (R_Сsp3 = 0.767 Ǻ, R_Csp2 = 0.742 Ǻ, R_Csp = 0.668 Ǻ):

20. Из каждой пары веществ выберите такие, в молекулах которых выделенная связь имеет большую длину: а) CH ₃ - CH ₃ или CH ₂ = CH ₂; б) > C = O или CH ₃ – OH; в) HC º CH или CH ₃ - Cl.

 

21. Приведите схемы σ- и π- связей для молекул следующих соединений, укажите орбитальные углы:

Образец выполнения задания:

Схема s – и π-связей для молекулы азотной кислоты:
120 °

Схема σ- и p -связей для молекулы пропена:

109 ° 28 ¢ и 120 °

 

22. Какая из связей в каждой паре более полярна, какая более поляризуема:

а) C – C и C º C; б) C – Cl и С - I; в) C - N и C º N; г) C - O и C = O;

д) C - S и C - O; е) C - O и C - F; ж) C - F и C - Br; з) C = N и C º N;

и) C = C и C º C

 

23. Сопоставьте полярность и поляризуемость выделенных связей в следующих парах соединений:

(Указание: воспользуйтесь данными табл.10 в Приложении).

 

24. Определите ковалентность и координационное число для выделенных атомов в следующих соединениях:

 

25. Рассчитайте формальные заряды на выделенных атомах:

а)[ CH ₃ – OH ₂ ] Br; б) [ NH ₄ ] Cl; в) [ CH ₃ – C º C:] K;

 

26. Рассчитайте формальные заряды в следующих фрагментах молекул:

 

27.  Приведите конкретные примеры для каждого случая образования ковалентной связи по донорно-акцепторной схеме:

A: + B⁺ → A⁺ - B

A:^- + B⁺ → A - B

A:^- + B → A – B^-

A:^- + B ⁺ → A – B

 

28. Какие способы обобщения электронной пары реализуются при образовании приведенных соединений:

 

 

29. В каком случае донорно-акцепторное взаимодействие приводит к образованию семиполярной связи? В чем ее отличие от ионной и ковалентной? В каких из приведенных соединений имеются семиполярные связи?

 

 

 

 

Задачи

1. Укажите виды индукционного эффекта (+I, -I) в молекулах следующих соединений, проставьте возникающие при этом дробные заряды: H ₃ CCl, (H ₃ C)₃ CCl, H ₃ C ₄ Li, CH ₃ CH ₂ CH ₂ NH ₂, CH ₃ CHICH ₃.

Образец выполнения задания:

 т.к. ЭО_Cl > ЭО_С

(См. табл.4 в Приложении).

 

2. Расположите приведенные соединения в порядке убывания величины δ+ на указанном атоме углерода:

H₃ C – Cl, H₃ C – CH₂ – Cl, H₃ C – F, H₃ C – OH, H₃ C – CH₂ – CH₂ – Cl,

H₃ C – NH₂.

 

3. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот, учитывая действие индукционного эффекта групп, входящих в состав кислот:

а) CH₂Cl – COOH; CH₂I – COOH; CH₂(OH) – COOH;

 CH₃ – COOH

б) CH₃ – COOH;    H – COOH;   CH₃ – CH₂ – COOH;      

CH₃ – CH(CH₃) – COOH

в) CH₂F – COOH; CH₂F – CH₂ –COOH;      CH₃ – CHF – COOH;

CH ₂ (F) – CH ₂ – CH ₂ – COOH

 

4. Укажите, в каких случаях реализуется образование единой сопряженной системы и мезомерной стабилизации:

Образец выполнения задания:

Бутадиен-1,3, аллильный радикал, винилфторид

5. Сопоставьте силу мезомерного эффекта со стороны указанных частиц:

а) -NH₂; -OH; б) -OH; -OR; O^-

 

6. Сопоставьте силу мезомерного эффекта со стороны указанных частиц:

 

7. Какие виды электронных эффектов наблюдаются в данных соединениях:

а) – I; б) + I; в) + M; г) - M; д) s-p-сопряжение; е) p-p-сопряжение. 

 

8. В каких из приведенных структур реализуется мезомерный эффект? Укажите вид сопряжения.

CH ₃ – CH ₂ – OH, CH ₃ – COOH, CH ₃ – CH = CH ₂. С H ₃ – CH ₂ ⁺, (CH ₃)₃ C ⁺

 

9. В каких из приведенных соединений реализуется эффект p-p-сопряжения:

CH₂ = CH – CH₂ – CH₂ – CH = CH₂; CH₂ =CH - COOH; CH₂ = CH – Cl;

 CH₂ = CH – CH = CH₂; CH₃ –O – CH₂ – C º C - C º CH;

CH₂ = CH – C º C - C º CH; CH₂ = CH – CH = CH – CH₃

 

10. В каких из приведенных соединений реализуется эффект s-p-сопряжения:

CH₃ – COOH; CH₂ = CH – CH = CH₂; CH₃ – CH = CH₂

Cl – CH = CH₂; CH₃ – CH₂ - CH = CH₂; H – COOH; CH₃ – NO₂

 

11. В каких из приведенных соединений реализуется эффект p-p-сопряжения:

Образец выполнения задания:

также г), д), е).

 

12. Каков вид электронного эффекта в молекуле, если он передается по цепи p-связей и на заместителе, вызывающем этот эффект, образуется частичный положительный заряд::

а) – I; б) + I; в) + M; г) - M

 

13. Приведите граничные структуры и мезоформулы с изогнутыми стрелками и выравненными связями для указанных соединений:

Образец выполнения задания:  в)

 

 

14. Объясните, почему

а) частичный положительный заряд на выделенном атоме углерода в молекуле ацетальдегида СН₃ С НО больше, чем в молекуле этанола СН₃ С Н₂ОН;

б) невозможно существование винилового спирта СН₂=СН-ОН;

в) нитрометан CH₃NO₂ может существовать в виде кислоты.

Образец выполнения задания: в)

 

15. В приведенных соединениях определите виды мезомерных эффектов (π-π-, р-π- и σ-π- сопряжение). Приведите мезоформулы соединений:

Образец выполнения задания:

 

16. Приведите для указанных соединений граничные структуры, мезоформулы и вид единой π-молекулярной орбитали (укажите, сколько центров и электронов участвуют в ее образовании):

  Образец выполнения задания:

 

17.Приведите граничные структуры, мезоформулы и вид единой π-молекулярной орбитали для одной из граничных структур на выбор для следующих соединений (укажите, сколько центров и электронов участвуют в ее образовании):

 

18. Приведите граничные структуры, мезоформулы и вид единой π-молекулярной орбитали для одной из граничных структур на выбор для следующих частиц (укажите, сколько центров и электронов участвуют в ее образовании):

 

19. Определите, в каком из приведенных соединений имеется больший частичный положительный заряд на атоме углерода связи С-I:

CH₃ – CH = CH – I              CH₃ – CH₂ – CH₂ – I 

Дайте объяснения.

 

20. Дайте объяснение уменьшению стабильности катионов:

а)

б)

 

Задачи

1. Приведите кривую изменения потенциальной энергии системы в зависимости от устойчивости конформаций (конформационный анализ) с использованием формул Ньюмена для

а) этана СН₃ – СН₃ относительно связи С – С;

б) этилхлорида H₃C – CH₂ – Cl относительно связи С – С;

в) н-пентана H₃C¹ – ²CH₂ – ³CH₂ – ⁴CH₂ – ⁵ CH₃ относительно связи С³ – С⁴.

г) бутана С₂-С₃.

 

д) 2-хлорпентана относительно связи С₂-С₃.

е) 2,3-дибромбутана относительно связи С₂-С₃

Образец выполнения задания:

а) рассматриваем две конформации:

заторможенную  и заслоненную

 

2. Какая особенность строения органических молекул является причиной оптической изомерии: а) асимметрический атом углерода; б) ось симметрии?

 

3. Выберите характеристику рацемата: а) индивидуальное вещество; б) смесь изомеров; в) эквимолекулярная смесь антиподов; г) оптически активен; д) оптически неактивен.

 

4. Какими свойствами отличаются антиподы: а) физическими; б) физико-химическими; в) величиной угла вращения плоскополяризованного света; г) знаком вращения плоскополяризованного света?

 

5. Выберите характеристику мезоформы: а) отсутствие асимметрических центров; б) отсутствие оптической активности; в) наличие оси симметрии.

 

6. Приведите проекционные формулы Фишера для указанных соединений. Определите абсолютную конфигурацию хирального центра. Чем являются соединения I, II, III по отношению друг к другу?

Образец выполнения задания:

7. Сколько оптических изомеров существует для нижеприведенных соединений? Укажите число рацематов, мезоформ, диастереомеров.

Образец выполнения задания:

I и II; III и IV – антиподы, I и III; I и IV; II и III; II и IV – диастереомеры.

50 % I + 50 % II – эритрорацемат

50 % III + 50 % IV - треорацемат

 

8. Приведите проекционные формулы Фишера всех возможных оптических изомеров для CH₃–CH(OH)–СH(NH₂)–CHO. Определите абсолютную конфигурацию асимметрических атомов углерода.

 

9. Возможны ли геометрические изомеры для следующих соединений? Приведите их проекционные формулы:

 

10. Какие виды изомерии свойственны приведенным соединениям:

 

 

11. Приведите проекционные формулы Фишера для соединений, формулы которых изображены различными графическими способами:

 

Образец выполнения задания:

12. Приведите проекционные формулы Фишера для соединений:

а) 2-аминопропионовая кислота, «S»-конфигурация;

б) 2,3-дигидроксиянтарная кислота, «R, R»-конфигурация.

 

13. Приведите проекционные формулы Фишера всех оптических изомеров для соединений, имеющих следующее химическое строение:

Все ли из указанных изомеров обладают оптической активностью?

 

14. Приведите проекционные формулы Фишера для соединений, имеющих R,R-конфигурацию для *С₂ и *С₃. Приведите формулы Ньюмена наиболее устойчивых конформаций для этих форм, определите их (эритро-, трео-):

 

15. Определите абсолютную конфигурацию каждого хирального центра:

  

Образец выполнения задания:

 

 16. Используя формулы Фишера, приведите ряд соединений к единообразию. Установите взаимную связь между указанными изомерами (антиподы, диастереомеры, мезоформы, эритро-, треоформы):

Образец выполнения задания:

 

17. Приведите ряд соединений к единообразию. Установите взаимную связь между указанными изомерами (антиподы, диастереомеры, мезоформы, эритро-, треоформы, рацематы):

 

18. Приведите ряд соединений к единообразию. Установите взаимную связь между указанными изомерами (антиподы, диастереомеры, мезоформы, эритро-, треоформы, рацематы):

 

19. Приведите ряд соединений к единообразию. Установите взаимную связь между указанными изомерами (антиподы, диастереомеры, мезоформы, эритро-, треоформы, рацематы):

 

20. Определите абсолютную конфигурацию (Z и E) для соединений:

 

   

Образец выполнения задания:

а) E – старшие заместители у каждого атома углерода (Br и COOH) находятся по разные стороны от плоскости двойной связи; б) Z - старшие заместители у каждого атома углерода (-С₂Н₅ и - CH = CH ₂) находятся по одну сторону от плоскости двойной связи

 

21. Напишите формулы следующих соединений: (Е)-бутена-2, (Z)-пентена-2, (Е)-3-метил-пентена-2.

 

Задачи

 

1. Газообразный углеводород имеет следующий элементный состав: С 0.8571, Н 0.1429. Относительная плотность его по водороду равна 21. Определите молекулярную формулу исследуемого углеводорода.

 

2. Определите молекулярную формулу вещества, если при сжигании 13.8 г его получено 26.4 г СО₂ и 16.2 г Н₂О. Относительная плотность вещества по водороду равна 23.

 

3. Выведите молекулярную формулу газообразного вещества, имеющего состав С 0.828, Н 0.172, если известно, что 1 л этого газа весит 2.59 г (н.у.).

 

4. Выведите молекулярную формулу органического вещества, содержащего 54,5% углерода, 36,4% кислорода и 9,1% водорода. Плотность по водороду равна 44.

 

5. При сжигании органического вещества, состоящего из углерода, водорода и серы получено 2,64 г углекислого газа, 1,62 г воды и 1, 92 г диоксида серы. Выведите формулу вещества.

 

6. Выведите молекулярную формулу вещества, содержащего 93,75% углерода, если плотность его по воздуху равна 4,41.

 

7. Выведите молекулярную формулу органического вещества, содержащего 77,4% углерода, 7,5% водорода и 15,1% азота. Плотность по воздуху равна 3,21.

 

8. При сжигании 4,3 г углеводорода получено 13,2 г углекислого газа. Выведите формулу вещества.

 

9. С помощью какого спектрального метода удобнее всего установить наличие той или иной функциональной группы: а) ИК; б) ЯМР; в)УФ?

 

10. С помощью какого спектрального метода удобнее всего установить наличие группы >С=О: а) ИК; б) ЯМР; в) УФ?

 

11. Какую информацию дает анализ ИК-спектра: а) о наличии неэквивалентных протонов; б) о наличии определенных функциональных групп?

 

12. Какие изменения в молекуле при действии электромагнитного излучения фиксирует метод ИК-спектроскопии: а) взаимодействие атомных ядер с радиоизлучением; б) валентные колебания связей между атомами; в) переход валентных электронов на более высокий энергетический уровень?

 

13. Какие из перечисленных изотопов могут быть объектом метода ЯМР-спектроскопии: а) ¹³С; б) ¹⁶O; в) ³¹P; г)¹⁴N; д)¹⁵N; ж) ¹⁹F; з) ¹²С; и) ¹H; к) ²H?

 

14. Какую информацию несет понятие химического сдвига в спектре ПМР:

а) наличие разных видов протонов; б) экранирование магнитных ядер; в) количественное соотношение протонов?

 

15. Какую информацию можно извлечь из интенсивности сигналов в спектре ПМР: а) наличие разных видов протонов; б) различное электронное окружение магнитного ядра; в) количественное соотношение протонов; г) спин-спиновое взаимодействие?

 

16. Что означает расщепление сигнала в спектре ПМР: а) наличие различных видов протонов; б) взаимодействие магнитных ядер; в) количественное соотношение протонов?

 

17. Какой вывод можно сделать, если в спектре ПМР органического соединения присутствует три сигнала: а) в молекуле три атома водорода; б) в молекуле три различных типа протонов?

 

18. Какой вывод можно сделать, если в спектре ПМР органического соединения присутствует сигнал в виде триплета: а) в молекуле три атома водорода; б) в молекуле содержится два протона; в) в молекуле три различных типа протонов?

 

19*. Установите строение углеводорода С₉Н₂₀ на основании ЯМР ¹Н спектра, в котором присутствуют два синглета с химическими сдвигами 0.98 м.д. и 1.26 м.д. с соотношением интенсивностей 9:1.

 

20*. Приведите спектр ЯМР ¹Н и интегральную кривую для соединения

 

21*. Установите строение соединения с формулой С₄Н₉Br на основании его спектра ЯМР ¹Н: 

22*. Соединения А и В имеют одинаковую молекулярную формулу С₂Н₆О. Спектры ЯМР ¹Н этих соединений приведены на рисунках. Установите строение веществ А и В.

 

в

 

23. При сжигании одного объема углеводорода в шести объемах кислорода образовалось четыре объема СО₂ и четыре объема водяного пара, приведенные к н.у. Определите молекулярную формулу углеводорода.

 

24*. Установите строение соединения С₅Н₁₀О на основании следующих данных:

а) ИК-спектр имеет интенсивную полосу поглощения в области 1720 см^-1;

б) В спектре ЯМР ¹Н наблюдается два резонансных сигнала 0.9 м.д. (триплет) и 2.4 м.д. (квадруплет) с соотношением интегральных интенсивностей 3:2.

 

25*. Установите строение соединения С₆Н₁₀О₃ на основании следующих данных:

а) Данные ИК-спектров указывют на наличие групп

б) спектр ПМР приведен на рисунке

26. Установите строение соединения состава С₅Н₁₂О на основании следующих данных:

 а) ИК-спектр имеет широкую полосу поглощения в области 3200 см^-1;

б) В спектре ЯМР ¹Н наблюдается четыре резонансных сигнала: 0.9 м.д. (триплет), 2.0 м.д. (синглет), 3.0 м.д. (квадруплет), 3.5 м.д. (синглет) с соотношением интенсивностей 3:6:2:1.

 

27. Установите строение углеводорода С₉Н₂₀ на основании ЯМР ¹Н спектра, в котором присутствуют два синглета с химическими сдвигами 0.98 м.д.(триплет) и 1.26 м.д. (квадруплет) с соотношением интенсивностей 3:2.

 

 

28.Установите строение соединения С₆Н₁₂О на основании следующих данных:

 а) ИК-спектр имеет интенсивную полосу поглощения в области 1725 см^-1;

б) В спектре ЯМР ¹Н наблюдается два синглета: 1.5 м.д. и 2.8 м.д. с соотношением интенсивностей 3:1.

 

29. Установите строение соединения С₄Н₁₁Т на основании следующих данных:

 а) ИК-спектр имеет одну полосу поглощения в области 3330 см^-1;

б) В спектре ЯМР ¹Н наблюдается три сигнала: 0.8 м.д. (синглет), 1.1 м.д. (триплет) и 2.7 м.д. (квадруплет)с соотношением интегральных интенсивностей 1:6:4.

 

Алканы

    Алканы (предельные, насыщенные углеводороды, парафины) – это углеводороды общей формулы C_nH_2n+2. В их молекулах имеются прочные низкополяризуемые ковалентные s-связи С-С и С-Н. 

    Связи в алканах не проявляют склонности к гетеролитическому разрыву, они устойчивы к действию ионных (нуклеофильных и электрофильных) реагентов. В обычных условиях алканы не реагируют с концентрированными кислотами, с сильными окислителями (KMnO₄, K₂Cr₂O₇), щелочными металлами и щелочами.

    Однако неполярные С-Н-связи в молекулах алканов способны расщепляться гомолитически при атаке свободными радикалами. К таким процессам относятся реакции радикального замещения атомов водорода - галогенирование, нитрование (реакции Коновалова и Титова), сульфохлорирование и сульфоокисление (I), окисления – частичного или полного (горение) (II), расщепления углеродного скелета – изомеризация, крекинг, дегидрирование до алкенов (III, IV, V). Несмотря на то, что связь С-С менее прочна, чем связь С-Н, последняя рвется легче, так как располагается на периферии молекулы и более доступна для реагента. Реакции замещения носят цепной характер и протекают по механизму S_R.

 

        

Задачи

Номенклатура и изомерия

1. Сущестуют ли алканы, содержание водорода в которых достигает 50%?

 

2. Напишите структурные формулы всех изомеров гептана. Назовите их по рациональной и систематической номенклатуре. Укажите первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

 

3. Напишите формулы структурных изомеров октана:

а) содержащие один вторичный атом углерода,

б) не содержащих третичных атомов углерода,

в) содержащих два третичных атома углерода.

 

4. Какие одновалентные радикалы можно образовать от углеводородов:

а) н-бутана, б) изобутана, в) неопентана? Назовите эти радикалы.

 

5*. Напишите структурные формулы изомерных радикалов, имеющих состав:

а) –С₃Н₇, б) –С₄Н₉, в) –С₅Н₁₁. Напишите структурные формулы углеводородов, которым соответствуют эти радикалы.

 

6*. Укажите число первичных, вторичных, третичных и четвертичных атомов углерода в следующих соединениях:

а) СН₃СН₂СН(СН₃)СН₃

б) СН₃СН(СН₃)СН(СН₃)СН(СН₃)СН₂СН₃

в) (СН₃)₂СНСН₂СН₂СН₂С(СН₃)₂ СН₂ СН₃

г) СН₃С(СН₃)₂СН(СН₃)СН₂СН₂СН(СН₃)СН(СН₃)₂

 

7*. Напишите структурные формулы и назовите по систематической номенклатуре следующие соединения:

а) триметилметан, б) метилдиэтилметан, в) метилпропилметан,

 г) метилдиизопропилметан, д) диизопропил.

 

8*. Сколько изомеров можно вывести из углеводорода, заменяя один атом водорода на атом хлора:

9.  Сколько структурных изомеров можно вывести, если заменить один атом водорода на атом брома в 2,3,4-триметилпентане? Назовите получившиеся соединения по систематической номенклатуре.

 

10. Составьте структурные формулы соединений и назовите их по систематической номенклатуре:

а) 3-этилгексан, б) 2,2,5-триметилгептан, в) 2-метил-3-изопропилгептан, г) 2,3,3,4,4-пентаметилпентан, д) изобутан, е) 4,4-диметилоктан, ж) изопентан, з) неопентан

 

11. Приведите проекции Ньюмена для заслоненной и заторможенной конформации следующих алканов: а) пропан, б) 2-хлорбутан, в) 2,2,3.3-тетраметилбутан. Объясните различную устойчивость конформаций.

 

12. Найдите ошибку в названии углеводородов: а) 4,4-диметилгептан, б) 2-метил-3-этилбутан, в) 2,4-диметил-2-изопропилпентан.

 

13. Изобразите спектры ПМР и интегральные кривые для следующих алканов:

а) этана, б) тетраметилметана, в) изобутана, г) пропана.

Химические свойства

14*. Расположите углеводородные радикалы по увеличению устойчивости. Приведите объяснения.

 

15*. Расположите углеводородные радикалы по увеличению устойчивости. Приведите объяснения.

 

16. Напишите уравнения реакций полного сгорания: а) этана, б) бутана, в) 2,2,3-триметилгексана, г) октана. Расставьте коэффициенты.

 

17. При хлорировании метана получается смесь четырех хлорпроизводных. Сколько хлорпроизводных образуется при хлорировании этана?

 

18*. Сколько изомерных монохлорпроизводных может образоваться при хлорировании следующих углеводородов: а) пропана, б) бутана, в) изобутана?

 

19. Напишите уравнения реакций. Укажите механизмы реакций, условия их протекания. Отметьте случаи, где реакция не идет.

а) н-бутан + О₂

б) н-бутан + Br_{2 (на свету)} →

в) н-бутан + Сl_{2 (на свету)}→

г) i-бутан + Br_{2(на свету)} →

д) i-бутан + Сl_{2(на свету)} →

е) ж) i-бутан +HNO_3(разб.)

з) i-бутан + Br₂

и) этан + HBr →

к) метан + SO₂ + Сl₂ →

л) метилбромид + HI →

м) этан + KMnO₄

н) этан + H₂SO_4(конц.) →

 

20. Напишите уравнение реакции монохлорирования изобутана. Рассмотрите механизм реакции (S_R).

 

21. При монохлорировании алканов на свету относительные скорости замещения первичного, вторичного и третичного атомов водорода составляют 1:3,8:5. Рассчитайте изомерный состав смесей, которые образуются при монохлорировании: а) изобутана, б) 2,2-диметилбутана, в) 2,2,3-триметилбутана, г) 2,2,3-триметилпентана, д) декана

 

22. Объясните различие во взаимодействии пропана с галогенами:

а) Пропан + F₂ → CF₄

б) Пропан + Cl₂ → CH₃CH₂CH₂Cl (45%) + CH₃CHClCH₃(55%)

в) Пропан + Br₂ → CH₃CH₂CH₂Br (3%) + CH₃CHBrCH₃(97%)

г) Пропан + I₂ → реакция не идет

 

23. Напишите уравнение реакции нитрования (реакция Коновалова) следующих алканов: а) метана, б) изобутана, в) н-бутана, г) 2-метилбутана. Укажите условия реакций. Напишите механизм реакции нитрования.

 

24*. Какие алканы получатся в результате следующих реакций?

а) CH₃CH₂I + HI →

б) CH₃CH₂CH(CH₃)Br + Na →

в) CH₃CH₂Br + CH₃Br + Na →

г) CH₃CH₂Br + Mg (эфир) → … …

д) CH₃CH₂CH=CH₂ + H₂(Ni) →

25. Предложите способы получения бутана из а) н-бутилбромида, б) втор-бутилбромида, в) хлорэтана, г) валериановой кислоты, д) бутена-2.

 

26. Сколько продуктов дегидрирования можно получить из 3-метилпентана? Будут ли полученные алкены иметь геометрические изомеры?

 

27*. Рассчитайте процентный состав монохлорпроизводных изобутана, получен-ных путем термического хлорирования при 300 ºС. Вероятность отрыва атомов водорода от первичных и третичного атомов углерода составляет 1:3.

 

28. Напишите уравнение реакции и механизм парофазного окисления бутана кислородом воздуха до уксусной кислоты в присутствии пероксида ацетила

    СН₃ – С(О) – О – О – С(О) – СН₃.

 

29*. Приведите возможные продукты крекинга 2,3-диметилбутана.

 

30. Из неорганических соединений получите метан.

 

31.. Из неорганических соединений получите изобутан.

 

32*. Из пропана получите 2,3,4,5-тетраметилгексан.

 

33. Осуществите превращения:

пропан А 2,3-диметилбутан

 

34. Осуществите превращения:

Галогеналканы

       Галогеналканы (алкилгалогениды) можно рассматривать как предельные углеводороды, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на атомы галогенов. Обобщенную формулу галогеналканов можно представить таким образом:

                        

    Действующий индуктивный эффект делает связь углерод-галоген полярной, склонной к разрыву под действием нуклеофильных частиц. В некоторых случаях связь C-Hal может разрываться по радикальному пути, поэтому галогеналканы могут вступать в реакции радикального замещения. Кроме того, атомы водорода метиленового звена имеют слабо выраженный кислотный характер и поэтому могут быть атакованы основаниями, что приводит к отщеплению (элиминированию) галогеноводорода. Значит, наличие двух реакционных центров в молекуле галогеналкана способствует протеканию двух типов реакций: нуклеофильного и гомолитического замещения (S_N и S_R) и элиминирования (Е). Легкость реакций и их направление зависит как от строения молекулы галогеналкана, так и от строения реагента. Очень важную роль играет растворитель.