Лабораторно-практическое занятие № 12. Контрольная работа по теме «Теоретические основы органической химии» (2ч)

Цель: оценить качество знаний по теме «Теоретические основы органической химии»

Примерный вариант контрольной работы для самоподготовки

1. Назовите соединения по заместительной номенклатуре IUРАС

2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 2-гидрокси-2-фенилэтановой кислоты, о-аминофенола.

3. Какие из приведенных соединений содержат сопряженные фрагменты?

Укажите вид сопряжения. Укажите вид гибридизации орбиталей каждого атома углерода. Изобразите электронное и пространственное строение атома углерода в sр²-гибридизации.

4.Выберите из приведенных структур ароматические: анилин, циклопентадиенид-ион, циклогексанол. Приведите критерии ароматичности и обоснуйте принадлежность выбранных структур к ароматическим.

5. Укажите вид и знак электронных эффектов в следующих соединениях: толуол, нитробензол, анилин, бутен-2-овая кислота. Обозначьте эффекты графически.

6. Выберите соединение, молекула которого хиральна: 2,3 -дигидроксипропаналь или 3-гидроксипропаналь. Напишите формулы стереоизомеров. Назовите их по D,L- и R,S-номенклатуре (с использованием правил преобразования формул Фишера). Дайте определение энантио- и диастереомеров.

7. Дайте определение конформации. Напишите в виде проекций Ньюмена конформации 1,1-дихлорэтана. Приведите их энергетическую кривую.

8.Дайте определение понятия «кислота» по теории Брёнстеда. Сравните кислотность фенола, n-нитрофенола, n-аминофенола, основываясь на стабильности соответствующих анионов. Напишите уравнение реакции образования натриевой соли для наиболее сильной кислоты.

9. Дайте определение понятия «основание» по теории Брёнстеда. Сравните основность в растворе этиламина, диэтиламина, анилина. Напишите уравнение реакции солеобразования для наиболее сильного основания.

 

Глава 2. Углеводороды

 

Лабораторно-практическое занятие № 13. «Предельные углеводороды: строение и свойства» (2ч)

 

Цель: сформировать знания о строении и свойствах предельных углеводородов.

 

Вопросы для обсуждения:

1. Предельные углеводороды, их применение в фармации

2. Реакционные центры предельных углеводородов.

3. Физические свойства предельных углеводородов.

4. Реакции замещения, протекающие с разрывом С-Н связи (галогенирование, нитрование, сульфохлорирование, сульфоокисление).

5. Реакции, протекающие с разрывом С-С и С-Н связей (окисление, термические превращения алканов).

Материалы и примеры для самостоятельного изучения

 

Пример 1. Какой продукт преимущественно образуется в результате реакции бромирования изооктана?

Решение. Насыщенный углеводород изооктан (2,2,4-триметилпентан) принят за стандарт моторного топлива с октано­вым числом 100. Все атомы углерода в этом соединении нахо­дятся в состоянии sp³-гибридизации. В молекуле изооктана имеются только неполярные С—С и малополярные С—Н σ-связи. Это обусловливает участие их в реакциях радикального замещения S_R. Реакционными центрами, как правило, служат пространственно более доступные связи С—Н. Атомы водорода в молекуле изооктана связаны с пер­вичным, вторичным и третичным атомами углерода. Неравно­ценность этих связей определяет региоселективность процесса бромирования: при наличии первичных, вторичных и третич­ных атомов углерода бромирование проходит преимущественно у третичного атома.

Взаимодействие изооктана с бромом по свободнорадикальному механизму можно представить в виде трех стадий:

Инициирование. Происходит гемолитическое расщеп­ление молекулы брома (реагента) на два свободных радикала либо при высокой температуре (термолиз), либо облучении УФ-светом (фотолиз).

Рост цепи. Радикал брома атакует третичный атом угле­рода в молекуле изооктана (субстрата).

Образовавшийся алкильный свободный радикал взаимодей­ствует с молекулой брома, что приводит к появлению продукта реакции замещения — 2-бромо-2,4,4-триметилпентана — и радикала брома.

Стадия роста цепи повторяется многократно. Процесс имеет цепной характер. Достаточно небольшого первоначального количества свободных радикалов, чтобы реакция замещения прошла полностью. В результате в реакционной смеси накап­ливаются свободнорадикальные частицы.

Обрыв цепи. Прекращается цепная реакция за счет соединения между собой любых свободнорадикальных частиц. Одна из реакций осуществляется между третичным алкильным радикалом и радикалом брома.

Таким образом, вследствие региоселективнести процесса бронирования преимущественным продуктом реакции являет­ся 2-бромо-2,4,4-триметилпентан.

Пример 2. В чем отличие химических свойств малых циклов от свойств линейных аналогов и больших цик­лов?

Решение. Э лектронное строение циклопропанов во многом приближается к строению алкенов: кольцо плоское, а большая часть электронной плот­ности вынесена из межатомного пространства во внешнюю часть кольца. Естественно, как и в случае этиленов, это об­легчает атаку атомов углерода кольца электрофильными аген­тами, обеспечивая возможность протекания реакций присоеди­нения.

Высокая напряженность цикла обусловливает легкость разрыва связи С—С, поэтому реакции циклопропанов с элек­трофилами завершаются, как правило, образованием линейных продуктов 1,3-присоединения в отличие от этиленов, дающих продукты 1,2-присоединения без разрыва -связи С—С этиле­нового фрагмента исходного алкена. Однако степень ненасы­щенности циклопропанов заметно ниже, чем у алкенов, и не­которые их реакции протекают так же, как и у алканов:

Четырехчленное кольцо циклобутанов напряжено меньше циклопропановых. Циклобутаны значительно более устойчивы, чем циклопропаны, и не вступают в реакции электрофильного присоединения, но, подо­бно алканам, для них характерны реакции радикального заме­щения. Раскрытие кольца происходит лишь при гидрировании:

Задачи для самостоятельного решения

Номенклатура и изомерия

Задача 13.1. Назовите по систематической (IUPAC) номенклатуре следующие алканы:

Укажите первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

Задача 13.2. Составьте структурные формулы следующих алициклических соединений:

1) циклогексанола;

2) циклогексанона;

3) циклопентанкарбоновой кислоты;

4) циклогексен-3-карбальдегида,

5) 3,3-диметил-4-циклопентилбутанола-2.