Zadania z chemii organicznej z rozwiązaniami

1 Zadaniaz chemii organicznej z rozwi zaniamiOFICYNA W YDAW NICZA POLITECHNIKI W ARSZAW SK IEJD aniela Buza Aleksandra wilZadaniaz chemii organicznej z rozwi zaniamiOFICYNA WYDAWNICZA POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJWARSZAWA 2006 OpiniodawcaEwa Bialecka-Florja czyk5 b}9oOpracowanie redakcyjne Teresa Wo niakProjekt ok adki Katarzyna Potka skaSk ad komputerowy Joanna B a ejewska Copyright by Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003 Utw r w ca o ci ani we fragmentach nie mo e by powielany ani rozpowszechniany za pomoc urz dze elektronicznych, mechanicznych, kopiuj cych, nagrywaj cych i innych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskichISBN 83-7207-654-5 Ksi garnia internetowa Oficyny Wydawniczej PW tel. 0-22 234-75-03, fax 0-22 234-70-60, e-mail: Wydawnicza PW, ul. Polna 50, 00-644 Warszawa. Wydanie II popr. Zam. nr 122/2006C j{ o H i i l [ 02^03 SPIS TRE 5 Skr ty, symbole i nazwy reagent 6Cz pierwsza zadania1.]

2 Alkany i 72. W glowodory nienasycone (alkeny, alkiny, dieny).. 153. W glowodory aromatyczne (areny) .. 284. Fluorowcozwi zki .. 405. Zwi zki 526. 557. Hydroksyzwi zki (alkohole i fenole) .. 658. Etery i 759. Aldehydy i 8110. Kwasy karboksylowe oraz ich pochodne (chlorki, estry, bezwodniki, amidy, nitryle) .. 9311. Synteza i reakcje zwi zk w p-dikarbonylowych oraz a, P-nienasyconych zwi zk w karbonylowych .. 10212. Aminy .. 11013. Zadania dodatkowe .. 118Cz druga rozwi zania zada 1. Alkany i 1252. W glowodory nienasycone (alkeny, alkiny, dieny).. 1413. W glowodory aromatyczne (areny) .. 1684. Fluorowcozwi zki ..2005. Zwi zki Hydroksyzwi zki (alkohole i fenole) ..2618. Etery i Aldehydy i Kwasy karboksylowe oraz ich pochodne (chlorki, estry, bezwodniki, amidy, nitryle) .. 32011. Synteza i reakcje zwi zk w p-dikarbonylowych oraz a, /3-nienasyconych zwi zk w karbonylowych ..33512. Aminy ..35413. Zadania dodatkowe.

3 371. o - - - 'jOPRZEDMOWAS krypt pt. Zadania z chemii organicznej z rozwi zaniami jest przeznaczony przede wszystkim dla student w Wydzia u Chemicznego Politechniki Warszawskiej, kierunek Technologia Chemiczna. Zakres materia u jest dostosowany do obecnie obowi zuj cego programu przed miotu Chemia Organiczna B (kurs podstawowy), realizowanego przez pracownik w Zak adu chemii organicznej . Zaj cia z tego przedmiotu obejmuj wyk ad, wiczenia audytoryjne oraz laboratorium preparatyki zwi zk w organicznych. Opanowanie materia u zawartego w skrypcie powinno umo liwi zaliczenie wicze audytoryjnych oraz wydatnie u atwi zdanie egzaminu. Z pewno ci b dzie r wnie pomocne przy zaliczaniu sprawdzian w przewidzianych progra mem skrypt mo e by r wnie przydatny dla student w kierunku Biotechnologia (cho nie ma w nim zada z chemii zwi zk w naturalnych) oraz dla student w innych wydzia w, kt rych program zawiera przedmiot Chemia Organiczna (np.)

4 Wydzia u In ynierii Chemicznej i Procesowej).Stosowane w skrypcie nazwy zwi zk w organicznych s zgodne z regu ami nazewnictwa systematycznego, kt re zosta y opracowane przez Komisj Nomenklaturow PTChem i wydane drukiem przez PWN (1978-1981) jako Nomenklatura zwi zk w organicznych , cz ci A, B, C, D i opracowywaniu tre ci niniejszego skryptu korzystano z nast puj cych podr cznik w akademickich:1. Morrison, Boyd, Chemia Organiczna, PWN, Warszawa, 1985 (t umaczenie wyda nia III).2. Vollhardt, Organie Chemistry, Freeman & Co., New York, Solomons, Organic Chemistry, J. Wiley & Sons Inc., New York wyd. VI, J. McMurry, Chemia Organiczna, PWN, Warszawa, 2000 (t umaczenie wyd. IV).Ponadto w rozdziale 13 korzystano z przyk ad w podanych w monografii Groutasa, Organie Reaction Mechanisms, J. Wiley & Sons Inc., New York, ankom i Kolegom z Zak adu chemii organicznej dzi kuj za yczliw i inspiruj c atmosfer , a w szczeg lno ci dr.

5 Hab. Przemys awowi Szczeci skiemu, prof. nzw. PW oraz dr. hab. Wojciechowi Sasowi za liczne konsultacje i lnie serdeczne podzi kowania kieruj do Pana dr. hab. Micha a Fedory skiego, kt ry zechcia przeczyta maszynopis skryptu, wykonuj c bardzo wnikliw korekt tekstu oraz wnosz c wiele cennych uwag i sugestii koniec wyra am moje uznanie m odej Wsp autorce Oli za to, e zgodzi a si bra udzia w tym przedsi wzi Buza5 SKR TY, SYMBOLE I NAZWY REAGENT WA c g rupa acetylow a C H3C ( 0 ) Bu g rupa b utylow a C H3(C H2 ) 3 tert-Bu g rupa /ert-b u ty lo w a (C H 3)3C E t g rupa ety lo w a C H3C H2 k atalizator L indlara P d /C a C 03 + P b(A cO) 2 + ch inolinaM e g rupa m etylow a C H3 M C P B A kw as m -chloroperoksybenzoesow yo dczynnik C ollinsa C r 0 3, 2 Py, C H2C12o dczynnik Jo n esa C r 0 3, H2S 0 4, H20 , acetonPh g rupa fenylow a C6H5 Py p iry d y n a C5H 5NP C C C r 0 3, Py, HC1, C H2C12 (chlorochrom ian pirydyniow y)T H F tetrahydrofuranT H P tetrahydropiranD IB A L -H (lub D IB A L ) w odorek d iizobutyloglinow y [(/-B u)]

6 2A1H]6 ALKANY I CYKLOALKANYZ adanie nazwy systematyczne nast puj cych zwi zk w:C H ,C H3 Ia) c h3c h2c h c h c h2c h3 c h3V b ) c h3c h c h2c h c h2c h2c h3 c h3 c h2c h2c h3c h2c h3 I C) C H3C H2C H C H G H G H2C (C H3 ) 3h 3c c h2c h3c h3Id) (C H3)2C H C H C H C H2C H (C H3 ) 2 c h2c h3c h3Ie) (C H3)3C C H2C H C H2C H C H2C H3c h2c h2c h3c h2c h3I0 C H3C H2C H C H C (C H3 ) 3 C H (C H3 ) 2c h3I(C H 3)2C H c h2 c h2c h3 c h3"I I I Ig) (C H3)2C H C H C H2C H C H2C C H2C C H2C H3 h) C H3C H2C H C H C H C H2C (C H3 ) 3c h3c h2c h2 (C H 3)2CH c h2c h3 c h3c h2 c h2c h2c h2c h3i) c h3c h c h2c h c h2c h2c h2c h3 c h3 c h c h2c h3c h3Ij) C H3C H2C H C H C H C H2C (C H3 ) 3c h3c h2 c h2c h2c h3c h3N arysuj w zory strukturalne oraz podaj nazw y system atyczne grup alkilow ych, kt rych nazw y zw yczajow e s p odane poni ej:a) izopropyl, ^ c) sec-butyl, e) izopentyl,\ i b ) izobutyl, sjd ) rert-butyl, f) Zadanie arysuj w zory strukturalne w glow odor w o nast puj cych nazw ach system a tycznych:f) 2,3-dim etylo-4-propyloheptan,g) 4 -(l,l-d im e ty lo e ty lo )h e p ta n ,h) 5-( 1,2-dim ety lopropylo)-2-m ety lononan,i) 3-etylo-2-m etyloheksan, j) 5-( 1,2,2-trim etylopropylo) ) 3,4-dim etylooktan,b) 4 -etylo-2,2-dim etylooktan,c) 3-etylo-4,4-dim etyloheptan,d) 2 ,3 ,5 -trim etylo-4-propyloheptan,e) 4 -etylo-2-m etyloheksan,Zadanie a podstaw ie poni szych nazw narysuj w zory strukturalne, a nast pnie spraw d , czy podane tu nazw y s zgodne z regu am i IU PA C.

7 W przypadku stw ierdzenia b du, podaj nazw y w a ciw e:a) 2-m etylo-3-propylopentan,b) 2 ,3 ,4-trim etylo-4-butyloheptan,c) 4 -tert-butylo-5 -izopropyloheksan,d) 4 -(2-etylobutylo)dekan,e) 2,4,4-trim etylopentan,f) 4-sec-butyloheptan,g) 3 -ety lo-2,4,4-trim etyloheptan,h) 3 -(l,l-d im e ty lo e ty lo )h e p ta n ,i) 7 -b u ty lo -6 ,8 -d im ety lo -5 -(l,l-d im ety lo p ro p y lo )-9 -ety lo u n d ek an , j) 4 arysuj w zory strukturalne oraz podaj nazw y system atyczne w szystkich izo m erycznych alkan w o w zorach sum arycznych: a) C6H1 4 (5 izom er w ),b) C7Hi 6 (9 izom er w ).Zadanie nazw y system atyczne w ym ienionych grup alkilow ych oraz okre l je ja k o pierw szo-, drugo- lub trzeciorz dow e:C H ,Ia) C H3C H2C H C H 2- b)C H3C H C H2C H 2- c )C H3C H C H - I I IC H3 c h3 c h3c h3 c h3I Id)C H3C H2C H C H 2- e )C H3C H2C H C H - f) C H3C H , C -I I IC H2C H3 c h3 c h2c h3 Zadanie ska pierw szorz dow e, drugorz dow e, trzeciorz dow e i czw artorz dow e atom y w gla na podanych w zorach:l 2 C *a) c h3c h2c h c h2c h3C H ,c h3, J 2d) c h3c c h2c h3 Ic h3 AZadanie 3c c h3 2 2 \U l <b) c h3c h2c h2c c h c h2c h3I O) A ^c h c h3''c ) H2C ' h22 2 't CH CHCU CHH2C \ ^ChH3C / ^ C H3^ -i2c h3c h3 , J /C) c h3c c h3 Ic h3 Podaj przyk ady alkan w , kt re spe niaj nast puj ce kryteria.

8 A) alkan, kt ry m a tylko pierw szorz dow e atom y w gla,b) alkan, kt ry m a dw a trzeciorz dow e atom y w gla, a nie m a w og le dru- gorz dow ych,c) alkan, kt ry m a je d e n czw artorz dow y i jed en drug rz dow y atom w gla. N arysuj ich w zory jak i spos b m o na otrzym a butan, w ychodz c kolejno z ka dego z poni ej podanych substrat w oraz stosuj c inne niezb dne reagenty:a) brom ek etylu, c) brom ek butylu (1-brom obutan),b) brom ek propylu (1-brom opropan), d) b u apisz schem aty poszczeg lnych \i Zadanie t ry z poni ej podanych alkan w m o na otrzym a stosuj c reakcj W urtza:c) 2,3-dim etylobutan,N apisz r w nania tych reakcji oraz w yja nij nieskuteczno tej m etody syntezy w p o zosta ych aproponuj w szystkie m o liw e sposoby w ykonania syntezy pentanu z w yko rzystaniem zw i zk w m iedzioorganicznych (dialkilom iedzian w litu).Zadanie lkan A o w zorze sum arycznym C6H1 4 m o na otrzym a przez redukcj cy n kiem i kw asem solnym (Zn + H +) tylko z dw ch r nych chloroalkan w B i Bj (C6H1 3C1) lub przez u w odornienie (H 2, Pt) tylko dw ch r nych alken w C i (C6H 12).

9 Podaj budow i nazw y system atyczne: alkanu A , chlork w alk ilo w ych B i Bj oraz alken w C i Cj; napisz schem aty w ym ienionych lkan o w zorze sum arycznym C6H1 4 m o na otrzym a przez redukcj (Zn + H +) z pi ciu r nych chlork w alkilow ych (C6H1 3C1). Podaj w z r alk a nu i w zory chlork w alkilow ych oraz ich nazw y system w zory strukturalne brakuj cych reagent w ( A - F ) w ka dej z p o n i szych syntez:a) butan,b) 2-m etylobutan,d) heptan,e) oktan?a) A + C H3C H2C H 2 Brd) (C H3C H 2)2 CuLi + D10 Zadanie arysuj w zory strukturalne alkan w lub cykloalkan w o podanym w zorze sum arycznym spe niaj cych nast puj ce kryteria:a) w glow od r C gH 18, kt ry m a je d y n ie pierw szorz dow e* 1 atom y w odoru,b) w glow od r C6H 12, kt ry m a tylko drugorz dow e atom y w odoru,c) w glow od r C6H 12, kt ry m a tylko pierw szorz dow e i drugorz dow e ato m y w odoru,d) w glow od r C gH 14, kt ry m a 12 drugorz dow ych i 2 trzeciorz dow e ato m y w nazw y system atyczne nast puj cych cykloalkan w (pom ijaj c budow przestrzenn ):Zadanie arysuj w zory i podaj nazw y w szystkich izom er w strukturalnych cy k lo alk a n w o w zorze sum arycznym C6H 12.

10 K t re spo r d tych zw i zk w w ykazuj izom eri cis/trans? N arysuj w zory tych stereoizom er w . K t re spo r d nich s zw i zkam i chiralnym i? N arysuj w zory enancjom er w .C H2C H3 ClC H3N arysuj w zory strukturalne zw i zk w o poni szych nazw ach:a) bicyklo[ ]oktan,c) bicyklo[ ]dekan,b) bicyklo[ ]heptan,d) b icy k lo [ ]heptan,Termin pierwszorz dowy atom wodoru oznacza atom wodoru zwi zany z pierwszorz do- wym atomem w gla ) bicyklo[ ]nonan, f) 2-chlorobicyklo[ ]heptan,g) 7 -m etylobicyklo[ ]heptan, h) 3,8-dim etylobicyklo[ ]nonan,i) 2-m etylobicyklo[ ]non-3-en, j) 3,4-dim etylobicyklo[ ]dec-3-en,k) 3-m etyIobicyklo[ ]deka-3,8-dien, 1) b icy k lo [4 .4 .0 ]d ec-l(6 )-en .Zadanie nazw y system atyczne zw i zk w bicyklicznych, kt rych w zory podano ni ej:a)d) ) H 3Ch3cC H ,C H3C H 2-C H ,Zadanie uguj c si w zoram i rzutow ym i N ew m an a i bior c pod uw ag obr t w ok w i zania C 2 ,C3 narysuj w szystkie konform acje naprzem ianleg e i n ap rze ciw leg e dla:a) butanu,b) 2-m etylobutanu,c) 2,3-dim la butanu w ska konform acj antyperiplanarn , antyklinaln , synklinaln i synperip lan am.