Chemia organiczna. Ćwiczenia dla licealistów 2b - Zdzisław Głowacki

Zdzis³aw G³owacki

Chemia 2b. Æwiczenia z chemii dla licealistów. Chemia organiczna.Zakres podstawowy i rozszerzony

Konsultacje i korekta merytoryczna:

dr Aleksander Kazubski

Pracownia Dydaktyki Chemii, Wydzia³ Chemii, Uniwersytet Miko³aja Kopernika w Toruniu

Redakcja techniczna, opracowanie graficzne, ³amanie i przygotowanie do druku:

Robert Ciechanowski, RC PRO [email protected]

Ilustracja na ok³adce:

Katarzyna Danielewska

Projekt ok³adki:

Miros³aw G³odkowski, Zdzis³aw G³owacki

Korekta:

Iwona Cieœlak

Zeszyty Chemia. Æwiczenia dla licealistów zosta³y opracowane zgodnie z podstaw¹ kszta³cenia

ogólnego dla liceów ogólnokszta³c¹cych i liceów profilowanych w oparciu o standardy wymagañ

egzaminacyjnych. Zeszyty æwiczeñ mog¹ byæ pomocne podczas realizacji dowolnego programu

nauczania chemii dopuszczonego przez MENiS do u¿ytku szkolnego. Forma i zró¿nicowanie za-

dañ dostosowane s¹ do wymogów nowej matury z chemii. Treœci zadañ tak zosta³y opracowane,

¿eby jednoczeœnie rozszerzyæ i uzupe³niæ zakres wiedzy, który zawarty jest w podrêcznikach. Sto-

pieñ trudnoœci æwiczeñ jest zró¿nicowany — nauczyciel bêdzie móg³ je wykorzystywaæ zarówno

w pracy z uczniami œrednimi, jak i uzdolnionymi.

Do ka¿dego zeszytu æwiczeñ zosta³y opracowane poradniki metodyczne dla nauczycieli i uczniów

— zawieraj¹ uwagi metodyczne dotycz¹ce rozwi¹zywania zadañ, bibliografiê wskazan¹

do pog³êbienia danego zagadnienia, Ÿród³a informacji wykorzystywanych w zadaniach. Dla

uczniów samodzielnie przygotowuj¹cych siê do egzaminów poradniki bêd¹ nieocenion¹ pomoc¹.

Seria tych æwiczeñ dedykowana jest zw³aszcza uczniom ambitnym — zamierzaj¹cym zdawaæ eg-

zamin maturalny na poziomie rozszerzonym oraz przygotowuj¹cym siê do studiów na wydzia³ach

medycznych, farmaceutycznych i przyrodniczych.

© Copyright by Oficyna Wydawnicza „Tutor”

Wydanie I. Toruñ 2004

Oficyna Wydawnicza „Tutor”

ul. Piskorskiej 7L, 87-100 Toruñ

tel./fax (0-56) 65-999-55, 65-737-14

ISBN 83-86007-82-6

www.szkolna.pl

Spis treœci

Wstêp 5

Dzia³ I Wêglowodory

Rozdzia³ 71Alkany

Rozdzia³ 412Wêglowodory nienasycone (alkeny, alkiny, dieny i cykloalkeny)

Rozdzia³ 713Wêglowodory aromatyczne i zwi¹zki heterocykliczne

Dzia³ II Jednofunkcyjne i wielofunkcyjne pochodne wêglowodorów

Rozdzia³ 984Fluorowcopochodne (halogenopochodne) wêglowodorów

Rozdzia³ 1065Alkohole i fenole

Rozdzia³ 1446Aldehydy i ketony

Rozdzia³ 1637Kwasy karboksylowe, estry i t³uszcze

Rozdzia³ 2188Zwi¹zki organiczne zawieraj¹ce azot

Rozdzia³ 2479Cukry

Dzia³ III Chemia na co dzieñ

Rozdzia³ 273Chemia na co dzieñ

www.szkolna.pl

10

Treœci poszczególnych zeszytów

Chemia. Æwiczenia dla licealistów

Zeszyt 1a — zakres podstawowy i rozszerzony

1. Budowa atomu

2. Uk³ad okresowy pierwiastków chemicznych

3. Mol, masa molowa i objêtoœæ molowa gazów

Zeszyt 1b — zakres podstawowy i rozszerzony

4. Wi¹zania chemiczne

5. W³aœciwoœci wybranych metali i niemetali

6. Systematyka zwi¹zków nieorganicznych

Zeszyt 2a — zakres podstawowy i rozszerzony

1. Reakcje chemiczne

2. Podstawy obliczeñ chemicznych

3. Roztwory i mieszaniny

4. Reakcje w roztworach wodnych elektrolitów

Zeszyt 2b — zakres podstawowy i rozszerzony

5. Wêglowodory

6. Jednofunkcyjne i wielofunkcyjne pochodne wêglowodorów

7. Chemia na co dzieñ

Zeszyt 3a — zakres rozszerzony

1. Energetyka chemiczna

2. Kinetyka i równowaga chemiczna

3. Kwasy, zasady i zwi¹zki kompleksowe

4. Elektrochemia

Zeszyt 3b — zakres rozszerzony

5. Mechanizmy reakcji chemicznych

6. Chemia zwi¹zków naturalnych

7. Elementy biochemii

8. Metody badania struktury materii

Chemia.Zestawy zadañ egzaminacyjnych przygotowuj¹cych do nowej matury

Ksi¹¿ka zawiera propozycje próbnych arkuszy egzaminacyjnych do egzaminu matu-

ralnego z chemii wraz z rozwi¹zaniami i modelami oceniania.

www.szkolna.pl

Wstêp

Reforma systemu edukacji stworzy³a nauczycielom i szko³om mo¿liwoœci reali-

zowania ró¿norodnych programów nauczania. Wspólnym punktem odniesienia dla

wszystkich programów nauczania, na bazie których powstaj¹ zestawy podrêczni-

ków szkolnych, s¹ centralnie opracowywane podstawy programowe kszta³cenia

ogólnego dla liceów ogólnokszta³c¹cych, liceów profilowanych i techników oraz

standardy wymagañ egzaminacyjnych. Na tej wspólnej bazie programowej opraco-

wany zosta³ zestaw zeszytów æwiczeñ Chemia. Æwiczenia dla licealistów.

Zeszyt 2b poœwiêcony jest tematyce zwi¹zanej z szeroko pojêt¹ chemi¹ orga-

niczn¹. Treœci te s¹ szczególnie wa¿ne dla uczniów zamierzaj¹cych podj¹æ studia

przyrodnicze, a w szczególnoœci studia medyczne, farmaceutyczne, rolnicze lub kie-

runki z zakresu biologii, biotechnologii albo biochemii. Wiedza z zakresu chemii or-

ganicznej — chemii zwi¹zków naturalnych jest baz¹ tych dyscyplin.

Celem autora by³o przygotowanie takiej pomocy dydaktycznej, która u³atwi³aby

uczniowi przyswojenie i utrwalenie wiedzy oraz problematyki chemicznej w trak-

cie wykonywania zró¿nicowanych zadañ i æwiczeñ oraz mog³aby zast¹piæ tradycyj-

ny zeszyt do chemii. Wielokrotnie ju¿ wskazywano na fakt, ¿e uczeñ najwiêcej wia-

domoœci przyswaja sobie w trakcie wykonywania konkretnych zadañ.

Wa¿n¹ zalet¹ korzystania z zeszytów æwiczeñ jest oszczêdnoœæ czasu, zarówno

tego, który by³by potrzebny nauczycielowi na lekcjach do przedstawienia treœci æwi-

czeñ, jak i tego poœwiêconego na ich opracowanie w domu. Zeszyt æwiczeñ mo¿e

byæ tak¿e wykorzystywany jako zeszyt do przedmiotu chemia. W tym celu czêœæ

miejsca poœwiêcono na Notatki z lekcji. Miejsca tego nie jest za wiele, ale w obec-

nych czasach, kiedy podrêczniki s¹ zape³nione aktualn¹ wiedz¹, dostêp do informa-

cji poprzez Internet i œrodki masowego przekazu jest nieograniczony — tworzenie

d³ugich notatek lekcyjnych jest trwonieniem cennego czasu.

Prezentowane zeszyty æwiczeñ mog¹ byæ pomocne podczas realizacji dowolne-

go programu nauczania chemii dopuszczonego przez MENiS do u¿ytku szkolnego.

Zadania form¹ i treœci¹ dostosowane s¹ do wymogów nowej matury z chemii. Za-

mieszczone ró¿norodne æwiczenia maj¹ uczyæ rozwi¹zywania problemów chemicz-

www.szkolna.pl

nych, krótkiego definiowania stosowanych pojêæ, wyszukiwania informacji, opraco-

wywania i graficznego przedstawiania danych, wyci¹gania wniosków z opisów

przemian chemicznych, analizowania tekstów popularnonaukowych itp. Stopieñ

trudnoœci æwiczeñ jest zró¿nicowany — nauczyciel bêdzie móg³ je wykorzystywaæ

tak¿e w pracy z uczniami uzdolnionymi. Niektóre zadania wymagaj¹ce szerszej

wiedzy oznaczono symbolem J.

Zestaw sk³ada siê z czterech modu³ów. Dwa pierwsze przeznaczone s¹ dla

uczniów realizuj¹cych program kszta³cenia podstawowego. Trzeci zawiera tematy-

kê programu rozszerzonego, niemniej niektóre tematy powinny byæ, zdaniem auto-

ra, omawiane tak¿e w trakcie realizacji zakresu podstawowego. Czwarty modu³ to

Zestawy zadañ egzaminacyjnych przygotowuj¹cych do nowej matury.Do ka¿dego zeszytu æwiczeñ zosta³y opracowane poradniki metodyczne dla na-

uczycieli i uczniów — zawieraj¹ one odpowiedzi oraz uwagi dotycz¹ce rozwi¹zy-

wania zadañ, bibliografiê wskazan¹ do pog³êbienia danego zagadnienia oraz Ÿród³a

informacji wykorzystywanych w zadaniach. Dla uczniów samodzielnie przygoto-

wuj¹cych siê do egzaminu maturalnego na poziomie podstawowym lub rozszerzo-

nym bêdzie to nieoceniona pomoc.

Informacja o autorze

Zdzis³aw G³owacki — jest doktorem nauk chemicznych, absolwentem Politechniki

Gdañskiej. Studiowa³ fizykê i chemiê, w latach 1982–1993 pracowa³ w Katedrze Che-

mii Organicznej PG. By³ nauczycielem i wyk³adowc¹ w Medycznym Studium Zawo-

dowym oraz adiunktem na Wydziale Chemii UMK w Toruniu. Jest autorem kilkunastu

prac naukowych z zakresu zastosowañ NMR do oznaczania sk³adu enancjomeryczne-

go zwi¹zków organicznych. Wyda³ dwie ksi¹¿ki Po naszej stronie lustra. Z³amana sy-metria wszechœwiata oraz Chemiczna dialektyka. Testy egzaminacyjne z chemii dlagimnazjalistów. Od 1991 roku jest dyrektorem, nauczycielem i wydawc¹ w Studium

Oœwiatowym „Tutor” w Toruniu — m.in. prowadzi zajêcia dla licealistów przygoto-

wuj¹cych siê do egzaminów na studia medyczne.

www.szkolna.pl

6 Chemia 2b. Æwiczenia dla licealistów

Rozdzia³

Alkany

Zadanie 1.1.

W drugiej po³owie XIX wieku chemicy poznali sk³ad metanu (CH4). Wiedzieli, ¿e ist-

nieje zawsze tylko jedna pochodna o wzorze CH3X oraz tylko jedna pochodna o wzo-

rze CH2X2. Na podstawie tych informacji Jakub Henryk van’t Hoff (przysz³y pierw-

szy laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii) opisa³ przestrzenn¹ budowê tych

zwi¹zków. Wska¿ na podstawie tych informacji, która z ni¿ej przedstawionych figur

opisuje budowê pochodnych metanu oraz wyka¿, ¿e w przypadku dwóch innych

struktur musia³oby istnieæ wiêcej pochodnych (narysuj je).

www.szkolna.pl

1

Dzi

a³

I

Rozdzia³

Wêglowodory aromatycznei zwi¹zki heterocykliczne

Struktura benzenu, charakter aromatyczny i teoria rezonansu

Benzen jest znany ju¿ od 1825 roku. Zosta³ odkryty przez Faradaya w cylindrach,

w których przechowywa³ on acetylen, lub jak twierdz¹ inni, w przewodach londyñ-

skiej gazowej sieci oœwietleniowej. Od tego czasu jego w³aœciwoœci chemiczne i fi-

zyczne by³y przedmiotem bardzo wielu badañ. Dopiero jednak w latach trzydzie-

stych XX wieku ugruntowa³a siê teoria opisuj¹ca strukturê tego zwi¹zku.

Benzen ma wzór sumaryczny C6H6, w wyniku podstawienia jednego z atomów wê-

gla mo¿na otrzymaæ zawsze tylko jeden produkt C6H5Y. Oznacza to, ¿e wszystkie ato-

my wodoru musz¹ byæ równocenne. Za odkrywcê, wspó³czeœnie znanej i akceptowa-

nej, pierœcieniowej struktury benzenu uwa¿any jest niemiecki chemik August

Kekulé. Istotnym i nowatorskim podejœciem Kekulégo by³o zaproponowanie struktu-

ry dynamicznej, w której nastêpowa³o ci¹g³e przemieszczanie siê podwójnych

wi¹zañ. Pozwoli³o to wyjaœniæ m.in., dlaczego nie istniej¹ dwa izomeryczne 1,2-di-

bromobenzeny (por. rys. 3.1.). Zak³adaj¹c równocenoœæ wszystkich wi¹zañ i wszyst-

kich atomów wêgla w benzenie, Kekulé, w podrêczniku wydanym w roku 1867, prze-

widywa³ istnienie trzech izomerów benzenu podstawionych w pozycjach 1,2; 1,3

oraz 1,4. Potwierdzi³ to przypuszczenie, w latach 1869–1874, Wilhelm Körner, jego

uczeñ, który nazwa³ te izomery odpowiednio orto, meta i para.

Friedrich August Kekulé von Stradonitz w roku 1858 wysun¹³ hipotezê ³añcuchowej

budowy zwi¹zków organicznych oraz czterowi¹zalnoœci atomów wêgla. Teoria ta

równolegle zosta³a przedstawiona przez A.S. Coupera. W roku 1865 Kekulé zapro-

ponowa³ pierœcieniow¹ strukturê benzenu, która to mia³a mu siê przyœniæ. Drzemi¹c

w omnibusie lub — w innej wersji — w fotelu nad podrêcznikiem, mia³ widzieæ

www.szkolna.pl

3

Dzi

a³

I

Pełną ofertę znajdziesz na www.tutor.edu.pl

CHEMIA. Ćwiczenia dla licealistówZdzisław Głowacki

Ćwiczenia i zadania z chemii zawarte w kolejnych częściach tejserii wydawniczej zostały opracowane zgodnie z podstawąkształcenia ogólnego dla szkół ponadgimnazjalnych. Mogąbyć one pomocne podczas realizacji dowolnego programunauczania chemii dopuszczonego do użytku szkolnego.Niektóre zadania zawierają treści interdyscyplinarne – pro-blemy typowo chemiczne połączone są z fizyką, biologią czyz matematyką. Ma to na celu rozszerzenie i uzupełnienie wie-dzy, która jest przedstawiana w podręcznikach szkolnych.Zróżnicowane, w formie i w treści, ćwiczenia uczą rozwią

Chemia. Ćwiczenia dla licealistów zywania problemów chemicznych, krótkiego definiowaniastosowanych pojęć, wyszukiwania informacji, opracowywaniai graficznego przedstawiania danych, wyciągania wnioskówz opisów przemian chemicznych, analizowania tekstów popu-larnonaukowych itp. Stopień trudności ćwiczeń jest zróżni-cowany – nauczyciel będzie mógł je wykorzystywać w pracyz uczniami liceum a także przygotowując gimnazjalistów doudziału w konkursach chemicznych.

Do każdej części ćwiczeń został opracowany poradnik dla nau-czyciela, który zawiera rozwiązania zadań i problemów orazkomentarze do zagadnień będących treścią pytań.

Wszystkie części ćwiczeńwraz z poradnikami sądoskonałą pomocą dlauczniów samodzielnieprzygotowujących się dozmagań konkursowychw gimnazjum i dla licea-listów powtarzającychzagadnienia z chemiiprzed sprawdzianami i doegzaminu maturalnego.

Część 1

1. Budowa atomu2. Układ okresowy pierwiastków chemicznych3. Mol, masa molowa i objętość molowa gazów4. Wiązania chemiczne5. Właściwości wybranych metali i niemetali6. Systematyka związków nieorganicznych7. Chemia w Internecie

Część 2b – Chemia organiczna

1. Alkany

2. Węglowodory nienasycone (alkeny, alkiny,dieny i cykloalkeny)

3. Węglowodory aromatyczne i związkiheterocykliczne

4. Fluorowcopochodne (halogenopochodne)węglowodorów

5. Alkohole i fenole

6. Aldehydy i ketony

7. Kwasy karboksylowe, estry i tłuszcze

8. Związki organiczne zawierające azot

9. Cukry

10. Chemia na co dzień

Część 2a – zakres podstawowy i rozszerzony

1. Reakcje chemiczne

2. Podstawy obliczeń chemicznych

3. Roztwory i mieszaniny

4. Reakcje w roztworach wodnych elektrolitów

Treści zestawów ćwiczeń

Zdzisław Głowacki

! ! !

ucz

nió

w a

mbitnyc

hka

ndyd

atów

na

studia

med

yczn

eucz

estn

ików

konku

rsów

chem

iczn

ych

Ćw

icze

nia

z c

hem

ii r

eko

mendow

ane d

la:

skacz¹ce atomy, wyobra¿a³ je sobie jako ruchliwe ma³pki, które w pewnym momen-

cie chwyci³y siê za rêce i nogi, tworz¹c zamkniêty pierœcieñ. Inni znawcy snów

twierdz¹, ¿e Kekulé mia³ œniæ wê¿a zjadaj¹cego swój ogon. Uroboros, w¹¿ po¿e-

raj¹cy w³asny ogon, by³ znany ju¿ w pismach sumeryjskich, œredniowieczni alchemi-

cy traktowali go jako symbol rtêci; uwa¿ano go tak¿e za symbol wszystkich proce-

sów cyklicznych. Skrupulatni historycy stwierdzili jednak, ¿e rzeczywistoœæ by³a

bardziej prozaiczna. Cztery lata wczeœniej, w roku 1861, ma³o znany chemik wiede-

ñski, Johann Loschmidt, zaproponowa³ szeœcioatomowy pierœcieñ wêglowy jako

strukturê benzenu. Zosta³o to opublikowane w ma³o dostêpnym prywatnym wydaw-

nictwie i niektórzy historycy twierdz¹, ¿e Kekulé wiedzia³ o strukturze proponowa-

nej przez Loschmidta. Ka¿de prze³omowe odkrycie ma wielu ojców, do b³êdnych teo-

rii nikt siê nie przyznaje.

Powa¿n¹ wad¹ struktury zaproponowanej przez Kekulégo by³o to, ¿e nie potrafi³a

wyjaœniæ chemicznego zachowania benzenu. Benzen, mimo niew¹tpliwie nienasyco-

nego charakteru, nie ulega typowym dla zwi¹zków nienasyconych reakcjom addycji

do podwójnego wi¹zania. Zamiast tego ³atwo ulega licznym reakcjom substytucji

elektrofilowej: nitrowaniu, sulfonowaniu, halogenowaniu w obecnoœci ¿elaza.

Pomys³ Kekulégo, zapisywania zmiennego po³o¿enia podwójnych wi¹zañ w struktu-

rze benzenu, zosta³ rozwiniêty na pocz¹tku lat trzydziestych XX wieku przez angiel-

skiego chemika Christophera Ingolda. Wprowadzi³ on pojêcie mezomerii (z greckie-

go mesos — miêdzy i meros — czêœæ), jako okreœlenie zjawiska wystêpowania

www.szkolna.pl


X

Y

X

Y

J. Dewar, 1867 A. Claus, 1867 A. Landenburg, 1869

HH

H H

HH

d

a

b

c

f

ed

a b c

f

e

A. Kekulé, 1865 A. Kekulé, 1866

A. Kekulé, 1872

Rys. 3.1. Proponowane struktury cz¹steczki benzenu

cz¹steczki w formie poœredniej pomiêdzy wzorami granicznymi. Równowagê pomiê-

dzy strukturami granicznymi zwyk³o siê zapisywaæ z wykorzystaniem pojedynczej

strza³ki z dwoma grotami (symbol ten wprowadzi³ do zapisu chemicznego Eistert

w 1936 roku).

Pojêcie mezomerii zosta³o rozszerzone przez Linusa C. Paulinga w teoriê rezonansu che-

micznego. By³o to konsekwencj¹ wprowadzenia do opisu wi¹zañ chemicznych funkcji

falowych. W rezultacie struktury mezomeryczne mo¿na zast¹piæ ich superpozycj¹, czyli

hybryd¹, która powstanie w przypadku na³o¿enia na siebie form granicznych.

Ukoronowaniem teoretycznych opisów benzenu by³a regu³a Ericha Hückela z Insty-

tutu Fizyki Teoretycznej w Stuttgarcie, opublikowana w 1931 roku. W myœl tej

regu³y, wywiedzionej z obliczeñ kwantowomechanicznych, w uk³adach cyklicznych

zawieraj¹cych 4n+2 zdelokalizowanych elektronów ð nastêpuje podwy¿szenie

trwa³oœci cz¹steczki. Benzen posiadaj¹cy szeœæ takich elektronów (n = 1) nale¿y do

najwa¿niejszych przedstawicieli tych zwi¹zków, okreœlanych mianem zwi¹zków aro-

matycznych.

Trwa³oœæ pierœcienia benzenowegoWyj¹tkowej trwa³oœci pierœcienia benzenowego mo¿emy dowieœæ na podstawie po-

równania energii hydrogenacji w szeregu cykloheksen, cykloheksadien i „cyklohek-

satrien” oraz benzen.

Mo¿na by³oby oczekiwaæ, dodaj¹c œrednie energie hydrogenacji przypadaj¹ce na jed-

no wi¹zanie podwójne w cykloheksenie i cykloheksadienie, ¿e w wyniku uwodornie-

nia 1 mola cykloheksatrienu wydzieli siê ok. 360 kJ na sposób ciep³a. Wartoœæ ekspe-

rymentalnie wyznaczona jest znacznie ni¿sza i wynosi ok. 208 kJ. Oznacza to, ¿e

benzen jest o 152 kJ/mol trwalszy od hipotetycznego cykloheksatrienu. Energia na-

zywana jest energi¹ rezonansu, jest ona przyczyn¹ szczególnych w³aœciwoœci cz¹ste-

czek benzenu, charakteryzuj¹cych cz¹steczki aromatyczne. Przede wszystkim

wszystkie przemiany, które niszczy³yby sekstet elektronowy, prowadzi³yby do po-

wstania mniej trwa³ego, niearomatycznego produktu. St¹d wynika biernoœæ benzenu

www.szkolna.pl

Wêglowodory aromatyczne i zwi¹zki heterocykliczne 73

Rys. 3.2. Mezomeryczne struktury benzenu

w reakcjach addycji, które prowadzi³yby do utraty aromatycznego charakteru pro-

duktu. W reakcjach substytucji sekstet elektronowy pozostaje nienaruszony.

Pojêcie „aromatycznoœci” zosta³o wprowadzone przez Kekulégo i mia³o okreœlaæ po-

chodne benzenu. Erlenmeyer okreœla³ jako aromatyczne te zwi¹zki, które w³aœciwo-

œciami by³y podobne do pochodnych benzenu. Niezwyk³e w³aœciwoœci zwi¹zków

www.szkolna.pl


benzen

naftalen

Rys. 3.3. Formy mezomeryczne i struktury rezonansowe

120

120

240

120

360

120

cykloheksan

cykloheksen

cykloheksadien

cykloheksatrien

208 kJ/mol

69 kJ/mol

ener

gia

[kJ/

mol]

energia na jednowi¹zanie

energia ca³kowita

Rys. 3.4. Zmiany ca³kowitej energii hydrogenacji w szeregu cykloheksen, cykloheksadien,

„cykloheksatrien” i benzen oraz w przeliczeniu na jedno podwójne wi¹zanie

aromatycznych by³y bodŸcem do szerokich badañ. Stwierdzono, ¿e nie wszystkie cy-

kliczne, nienasycone zwi¹zki wykazuj¹ w³aœciwoœci aromatyczne.

Regu³a przedstawiona przez Hückela by³a dalszym stymulatorem do poszukiwañ

zwi¹zków o charakterze aromatycznym. Zgodnie z t¹ regu³¹ p³askie, cykliczne

uk³ady zawieraj¹ce 2, 6, 10, 14, 18, 22, ... (4n+2) ð elektronów s¹ aromatyczne. Do

zwi¹zków aromatycznych mo¿na wiêc zaliczyæ uk³ady wielopierœcieniowe: naftalen

i antracen, aniony i kationy (anion cyklopentadienylowy i kation cykloheptatrienylo-

wy) oraz cykliczne zwi¹zki zawieraj¹ce heteroatomy: piran, furan, pirymidynê i pu-

rynê. Najwiêkszym uk³adem aromatycznym (22 zdelokalizowane w pierœcieniu elek-

trony ð) wystêpuj¹cym w przyrodzie jest ugrupowanie porfirynowe, bêd¹ce

zasadnicz¹ czêœci¹ chlorofilu i hemu. „Dziura” w œrodku pierœcienia jest na tyle

du¿a, ¿e mo¿e pomieœciæ kation magnezu w przypadku chlorofilu lub kation ¿elaza

w przypadku hemu. To s¹ tylko nieliczne przyk³ady z olbrzymiej rzeszy znanych

zwi¹zków aromatycznych.

Zadanie 3.1.

a) Uzupe³nij tekst.

Co w takim razie odró¿nia benzen i zwi¹zki aromatyczne od zwi¹zków niearoma-

tycznych?

Cz¹steczka benzenu jest , p³askim szeœciok¹tem. D³ugoœci

wi¹zañ C-C s¹ i wynosz¹ 0,139 nm. Dla porównania typowe

wi¹zanie podwójne ma d³ugoœæ 0,134 nm, a pojedyncze 0,153 nm. Jest to wiêc

d³ugoœæ poœrednia pomiêdzy wi¹zaniem pojedynczym a podwójnym. Poniewa¿

na jedno wi¹zanie przypada œrednio 1,5 , mo¿na w tym

www.szkolna.pl


cyklooktatetraen

Rys. 3.5. Ju¿ w 1911 roku Willstätter wykaza³ silnie

nienasycony charakter cyklooktatetraenu

przypadku mówiæ o wi¹zaniu pó³torakrotnym. Wszystkie atomy wêgla w pierœ-

cieniu maj¹ jednakow¹ hybrydyzacjê sp2. eletronowy znajduje siê na

nak³adaj¹cych siê wzajemnie orbitalach atomowych typu p. Delokalizacja elek-

tronów ð nad i pod p³aszczyzn¹ pierœcienia powoduje zwiêkszenie

cz¹steczki. Jednoczeœnie du¿a gêstoœæ elektronowa w tych miejscach zwiêksza

podatnoœæ cz¹steczki na przy³¹czenie reagenta,

st¹d zwi¹zki ³atwo ulegaj¹ substytucji elektrofilowej. Natomiast nie tworz¹ produk-

tów z uwagi na koniecznoœæ zniszczenia struktury sekstetu.

Zgodnie z regu³¹ Hückla sekstet elektronowy jest wyró¿nionym uk³adem, na-

daj¹cym zwi¹zkowi charakter aromatyczny. Dla „magicznych” liczb elektronów

2, 6, 10, ... (4n+2), zysk energetyczny wynikaj¹cy z ich jest

najwiêkszy.

Benzen jest dodatkowo uprzywilejowan¹ cz¹steczk¹ — k¹ty w szeœciok¹cie s¹

równe 120°; jest to wiêc k¹t, jaki wystêpuje pomiêdzy wi¹zaniami atomów o hy-

brydyzacji . W innych uk³adach cyklicznych: czworok¹tach, piê-

ciok¹tach, siedmiok¹tach i dalszych k¹ty pomiêdzy wi¹zaniami musz¹ byæ inne,

co dodatkowo zmniejsza trwa³oœæ tych zwi¹zków.

Jak zatem mo¿na najproœciej i najw³aœciwiej opisaæ zwi¹zki aromatyczne?

Zwi¹zki aromatyczne, pomimo ¿e maj¹ charakter zwi¹zków nienasyconych, nie

ulegaj¹ reakcjom , natomiast ³atwo ulegaj¹ reakcjom substytu-

cji elektrofilowej.

S¹ to zwi¹zki o i cyklicznej strukturze posiadaj¹ce 4n+2 ð

elektronów na zdelokalizowanych orbitalach. Cz¹steczkê tak¹ mó¿na zapisaæ za

www.szkolna.pl


www.szkolna.pl www.tutor.torun.pl

Magiczna chemia. Zagadnienia z chemii nie tylko

dla olimpijczyków – gimnazjalistów

i licealistów – to obszerny wybór zagad-

nień i zadań dla uczniów zamierzających

szerzej poznać chemię. Intencją autora

było wypełnienie luki występującej po-

między chemią szkolną a wiedzą chemi-

czną niezbędną do udziału w konkursach

i w olimpiadzie chemicznej oraz do podjęcia

studiów obejmujących przedmioty przy-

rodnicze, takie jak: chemia, biochemia, far-

macja czy medycyna.

W kolejnych rozdziałach można znaleźć

zagadnienia i zadania obejmujące takie tematy,

jak: powstawanie pierwiastków we Wszech-

świecie, izomeria i analiza konformacyjna,

aktywność optyczna związków chemicznych i ich

biomolekularna homochiralność czy aromaty-

czność węglowodorów. W odrębnym rozdziale

przedstawiono osiągnięcia chemików uhonoro-

wane nagrodami Nobla. Są tu też zadania, których

treść jest oparta na historycznie ważnych odkry-

ciach chemicznych. Uczeń znajdzie tu różne teorie

budowy i działania kwasów i zasad oraz soli i roztwo-

rów buforowych. Całość książki zamyka kilka anegdot

o chemikach. Do większości pytań, zadań i problemów

dołączono odpowiedzi i komentarze. Na końcu autor

zamieścił zestawienie książek, po które powinien sięg-

nąć każdy ciekawy otaczającego go świata uczeń, nie

tylko ten interesujący się chemią.

Autor książek – – jest doktorem nauk chemicznych,

absolwentem Politechniki Gdańskiej. Studiował fizykę i chemię. W la-

tach 1982-93 pracował w Katedrze Chemii Organicznej PG. Był

nauczycielem i wykładowcą w Medycznym Studium Zawodowym

w Toruniu oraz adiunktem na Wydziale Chemii UMK. Od 1991 roku jest

dyrektorem Studium Oświatowego „Tutor” w Toruniu – m.in. prowadzi

zajęcia dla licealistów przygotowujących się do egzaminów na studia

medyczne. W 1993 roku założył Oficynę Wydawniczą „Tutor” –

wydawnictwo o profilu edukacyjnym, nakładem którego ukazało się

kilkadziesiąt tytułów.

Zdzisław Głowacki

OficynaWydawnicza

Jest autorem kilkunastu prac

naukowych z zakresu zastosowań NMR do

oznaczania składu enancjomerycznego związków organicznych

oraz książek, m.in.

oraz

i cyklu zbiorów zadań

. Jest współautorem książek:

i .

Interesuje się szeroko pojętymi dyscyplinami matematyczno-

-przyrodniczymi. Wypoczywa w wiejskim domku – pracując w ogro-

dzie. Jego hobby to geograficzne i historyczne wędrówki śladami

przodków.

Po naszej stronie lustra. Złamana symetria Wszech-świata Chemiczna dialektyka. Testy egzaminacyjne z chemii dlagimnazjalistów Chemia. Ćwiczenia dla licealis-tów Odlotowa matematyka. Zadania dlanajmłodszych olimpijczyków – uczniów szkół podstawowych i gim-nazjów Pewniaki. Próbne egzaminy gimnazjalne

ul. Warszawska 14/2, 87-100 Toruń, tel./fax 56 65-999-55, tel. kom. 603-929-227

pomoc¹ struktur . D³ugoœci wi¹zañ w uk³adzie aroma-

tycznym s¹ uœrednione. Energie tworzenia, spalania czy hydrogenacji cz¹steczki

aromatycznej s¹ znacznie w porównaniu do wartoœci przewidy-

wanych dla jej klasycznego odpowiednika. Jeszcze jedna w³aœciwoœæ jest charak-

terystyczna dla uk³adu aromatycznego. Otó¿ w pierœcieniu ð-elektronowym zew-

nêtrzne pole mo¿e wzbudzaæ ruch elektronów (pr¹d ko³owy). Chemicy widz¹ ten

efekt na widmach magnetycznego rezonansu j¹drowego.

b) W tekœcie wymieniono zwi¹zki aromatyczne, które mo¿na zakwalifikowaæ do ró¿-nych grup, np. do zwi¹zków pierœcieniowych, jonów, zwi¹zków heterocyklicz-nych. Wybierz z ka¿dej z tych grup po dwóch przedstawicieli i opisz ich w tabeliwg wzoru:

Zwi¹zek Nazwa Wzór

aromatycznywielopierœcieniowy

naftalen

www.szkolna.pl


Zadanie 3.2.

Uzupe³nij tabelê:

Cz¹steczka/wi¹zanie

wêgiel–wêgiel

Krotnoœæ

wi¹zania

Energia

dysocjacji

D³ugoœæ wi¹zania

[nm]

etan pojedyncze

benzen pó³torakrotne

eten

etyn

Zadanie 3.3.

a) Pierœcieñ benzenu ma nastêpuj¹c¹ strukturê przestrzenn¹:

A. strukturê krzes³a z wi¹zaniami na przemian pojedynczymi i podwójnymi

B. strukturê koperty z uœrednionymi pó³torakrotnymi wi¹zaniami

C. p³aski pierœcieñ szeœciok¹tny, w którym wystêpuj¹ zdelokalizowane wi¹za-nia ð

D. p³aski pierœcieñ szeœciok¹tny tylko z pojedynczymi wi¹zaniami miêdzy ato-mami wêgla

b) Budowê dwóch struktur granicznych benzenu wed³ug Kekulégo mo¿na wyjaœniæza pomoc¹:

A. mezomerii B. metamerii

C. izomerii optycznej D. tautomerii

c) Homologiem benzenu jest:

A. naftalen B. fenantren

C. etylobenzen D. antracen

www.szkolna.pl


d) Moment dipolowy cz¹steczki benzenu jest równy zeru, poniewa¿:

A. wszystkie wi¹zania w cz¹steczce benzenu s¹ atomowe, a ich moment dipolo-wy jest równy zeru

B. wszystkie wi¹zania w cz¹steczce benzenu s¹ równej d³ugoœci

C. wszystkie wi¹zania w cz¹steczce benzenu s¹ wi¹zaniami ó, a elektrony ð ule-gaj¹ delokalizacji

D. dziêki symetrii cz¹steczki benzenu suma momentów dipolowych bardzos³abo spolaryzowanych wi¹zañ wêgiel–wodór wynosi zero

Zadanie 3.4.

a) Otocz pojedynczym ko³em wêglowodory aromatyczne. Natomiast podwójnymko³em wêglowodory aromatyczne posiadaj¹ce moment dipolowy ró¿ny od zera.

b) Spoœród przedstawionych poni¿ej wzorów strukturalnych cz¹steczek, zwi¹zkamiaromatycznymi s¹:

A. IV, V i VI B. II i IV C. III, V i VI D. III, IV i V

www.szkolna.pl


Cl

Cl Cl

ClCl

NH2H2N

OHCH CH2 3

CH3

I

IV

II

V

III

VI

c) Narysuj wzory strukturalne czterech homologów benzenu o wzorze sumarycz-nym C8H10.

d) Podaj 5 kolejnych liczb wynikaj¹cych z regu³y Hückela. Narysuj wzory przyk³ad-owych zwi¹zków aromatycznych, które posiadaj¹ takie liczby sprzê¿onychz sob¹ elektronów.

Zadanie 3.5.

a) Podaj, jakie w³aœciwoœci fizyczne posiada benzen. Porównaj je z w³aœciwoœciamiwody i heksanu.

www.szkolna.pl


b) Jakie reakcje chemiczne pozwol¹ odró¿niæ benzen od cykloheksanu i cykloheksenu?

c) Zapisz równania reakcji spalania cykloheksanu i benzenu.J Odszukaj w tablicach chemicznych entalpie tworzenia substratów i produktówi na tej podstawie oblicz, jaki jest efekt energetyczny obu tych procesów.

Substytucja elektrofilowa w pierœcieniu aromatycznym

Chemiczn¹ w³aœciwoœci¹ wyró¿niaj¹c¹ zwi¹zki aromatyczne z grupy zwi¹zków nie-nasyconych jest ³atwoœæ, z jak¹ te zwi¹zki ulegaj¹ reakcjom substytucji elektrofilo-wej. P³aszczyzna pierœcienia benzenowego otoczona z obu stron chmur¹ elektronówð stanowi dobr¹ tarczê dla odczynników elektrofilowych, tzn. takich, które maj¹ zama³o elektronów.

www.szkolna.pl


C CC H

H H

CH

Rys. 3.1. Chmura elektronów ð nad i pod p³aszczyzn¹ jest do-godnym celem dla czynników elektrofilowych

Do typowych reakcji substytucji elektrofilowej nale¿¹ reakcje zachodz¹ce w uk³a-dach aromatycznych i nale¿y tu przede wszystkim wymieniæ:

a) nitrowanie

elektrofilowym czynnikiem w tej reakcji jest kation nitroniowy powstaj¹cy w re-akcji kwasu azotowego(V) z siarkowym(VI)

b) sulfonowanie

czynnikiem elektrofilowym w reakcji sulfonowania jest trójtlenek siarki SO3, po-siadaj¹cy deficyt elektronów — a wiêc mimo braku ³adunku jest elektrofilem

c) halogenowanie

zachodzi w obecnoœci ¿elaza lub trójchlorku ¿elaza (kwasu Lewisa), czynnikiemelektrofilowym jest dodatni jon halogenkowy

www.szkolna.pl


H O NO

OH SO2 4 HSO4 + H O2O ON

+-

NO2 H+

+ +

++ +

NO2

SO3+

SO H3

SO3 S OO

Odeficyt elektronów

(brak oktetu wokól siarki)

+ ++ -

+ H (FeCl H4 + FeCl HCl)3 +Cl+

Cl

+-

Cl2 FeCl Cl4 +Fe

Cl

Cl

Cl+

deficyt elektronów

d) alkilowanie i acylowanie metod¹ Friedla-Craftsa

czynnikiem elektrofilowym jest karbokation powstaj¹cy w wyniku reakcji kwasuLewisa — np. AlCl3 z halogenkiem alkilu

W reakcjach substytucji elektrofilowej zachodz¹cych dla benzenu i jego pochod-nych interesuj¹ chemika zawsze dwa aspekty. Po pierwsze, jaka jest wzglêdna reak-tywnoœæ pierœcienia w danej reakcji w odniesieniu do innych pochodnych lub dobenzenu. Po drugie, w którym miejscu nast¹pi substytucja w przypadku ju¿ podstawio-nego pierœcienia: w pozycji orto, meta czy para do obecnego ju¿ podstawnika.

Tabela 3.1.

Klasyfikacja podstawników ze wzglêdu na reaktywnoœæ i efekt kieruj¹cy

w reakcjach substytucji elektrofilowej w uk³adach aromatycznych

Podstawniki aktywuj¹ce

kieruj¹ce w pozycje orto, para

Podstawniki dezaktywuj¹ce

kieruj¹ce w pozycje meta

Silnie aktywuj¹ce -NO2

-NH2 (-NHR, -NHR2) -COOH (-COOR)

-OH -SO3H

-CHO, -COR

Œrednio aktywuj¹ce

-OCH3 (-OC2H5 itd.)

S³abo aktywuj¹ce

-C6H5Podstawniki dezaktywuj¹ce

kieruj¹ce w pozycje orto, para

-CH3 (-C2H5 itd.) -F, -Cl, -Br, -I

www.szkolna.pl


++ -+R + + H

R

(AlCl + H4 AlCl + HCl)3

+-

RCl + AlCl3 AlCl + R4

W ponad stuletniej historii badañ uk³adów aromatycznych dok³adnie poznano me-chanizmy rz¹dz¹ce substytucj¹ elektrofilow¹. W przypadku monopodstawionychpochodnych benzenu efekty podstawnika mo¿na sklasyfikowaæ w dwóch wymienio-nych kategoriach. Poprzez okreœlenie ich wp³ywu na reaktywnoœæ uk³adu aromatyczne-go i okreœlenie wp³ywu na pozycje i selektywnoœæ podstawienia. W tych kategoriachpodstawniki mo¿na zaliczyæ do podstawników aktywuj¹cych i dezaktywuj¹cych orazdo kieruj¹cych w pozycjê orto i para lub w pozycjê meta. Klasyfikacjê niektórych pod-stawników przedstawiono w tabeli 3.1.

Efekt kieruj¹cy podstawnika oznacza, ¿e w wyniku reakcji powstaj¹ produkty o wiêk-szej zawartoœci preferowanych izomerów. Rzadko kiedy jest to ca³kowicie selektyw-ne podstawienie. Przyk³adowe dane doœwiadczalne dla reakcji substytucji w toluenieprzedstawia tabela 3.2.

Tabela 3.2.

Orientacja reakcji substytucji w toluenie

ReakcjaWydajnoœæ produktu [%]

orto meta para

Nitrowanie 58 4 38

Sulfonowanie 32 6 62

Bromowanie 33 — 67

Zadanie 3.6.

a) Podkreœl te reakcje, które s¹ charakterystyczne dla zwi¹zków aromatycznych.

nitrowanie bromowanie wobec FeBr3

reakcja z wod¹ bromow¹ reakcja z wod¹ wapienn¹

alkilowanie sulfonowanie

odbarwianie KMnO4 reakcja z FeCl3

b) Produktami chlorowania chlorobenzenu w obecnoœci opi³ków ¿elaza g³ównie s¹nastêpuj¹ce izomery dichlorobenzenu:

A. tylko izomery meta B. mieszanina izomerów orto i para

C. mieszanina izomerów orto i meta D. mieszanina izomerów meta i para

www.szkolna.pl


c) Otocz kó³kiem g³ówne produkty mononitrowania bromobenzenu.

d) W wyniku chlorowania jednego z izomerów C8H10 (homologu benzenu) wobecsoli ¿elaza powsta³ tylko jeden izomer o wzorze C8H9Cl. Który to by³ izomer? Na-rysuj jego wzór oraz podaj nazwê.

e) Podaj wzór strukturalny i nazwê izomeru o wzorze C8H10 (homologu benzenu),dla którego istnieje najwiêcej monochloropochodnych o wzorze C8H9Cl.

Zadanie 3.7.

a) Obecnoœæ wi¹zañ zdelokalizowanych w cz¹steczce benzenu, zawieraj¹cych sek-stet elektronowy, sprzyja reakcjom przebiegaj¹cym wed³ug mechanizmu:

A. substytucji elektrofilowej B. substytucji nukleofilowej

C. addycji elektrofilowej D. addycji nukleofilowej

www.szkolna.pl


Br

NO2

Br

O N2

BrO N2

b) Mechanizm nitrowania benzenu najlepiej przedstawia równanie:

A. C6H6 + HNO3H SO2 4

¾ ®¾¾ C6H5NO2 + H2O

B. C6H6 + NO2+

¾ ®¾ C6H5NO2 + H+

C. C6H6 + H++ NO3

-¾ ®¾ C6H5NO2 + H2O

D. C6H6 + HNO3 + H2SO4 ¾ ®¾ C6H5NO2 + H2O + H++ HSO4

-

c) Wska¿ równanie reakcji, która nie przebiega wed³ug mechanizmu substytucjielektrofilowej:

A. C6H6 + Br2FeBr3

¾ ®¾¾ C6H5Br + HBr

B. C6H6 + CH3Cl AlCl3¾ ®¾¾ C6H5CH3 + HCl

C. C6H6 + 3Cl2UV

¾ ®¾ C6H6Cl6

D. C6H6 + HNO3H SO2 4

¾ ®¾¾ C6H5NO2 + H2O

Zadanie 3.8.

Uzupe³nij tabelê, wpisuj¹c odpowiednio g³ówne produkty reakcji substytucji elektro-filowej zachodz¹cej w pierœcieniu aromatycznym substratu.

Substrat Reakcja Produkty

toluen nitrowanie

nitrobenzen chlorowanie

kwas benzoesowy nitrowanie

www.szkolna.pl


Zadanie 7.40.

a) Narysuj fragment ³añcucha, jaki mo¿na otrzymaæ w wyniku polikondensacjicz¹steczek kwasu mlekowego.

b) Jak¹ nazw¹ okreœla siê polimery, które tworz¹ produkty polikondensacji hydroksy-kwasów (lub kwasów dikarboksylowych z alkoholami dihydroksylowymi)?

c) Narysuj wzory pó³strukturalne laktonów, które mog¹ powstaæ w wynikuwewn¹trzcz¹steczkowej estryfikacji w przypadku kwasu 4-hydroksybutanowegoi kwasu 5-hydroksypentanowego.

Zadanie 7.41.J

a) Wpisz do tabeli wzory pó³strukturalne oraz wartoœci sta³ych kwasowoœci dla poda-nych kwasów. Napisz, w jaki sposób budowa tych kwasów wp³ywa na ich moc.

www.szkolna.pl

Kwasy karboksylowe, estry i t³uszcze 203

Kwas Wzory pó³strukturalne Wartoœæ Ka

octowy

mlekowy

benzoesowy

para-hydroksybenzoesowy

meta-hydroksybenzoesowy

orto-hydroksybenzoesowy

Wnioski:

b) Zaznacz (:) zdania prawdziwe, dotycz¹ce wp³ywu grupy hydroksylowej na mochydroksykwasu aromatycznego:

9 grupa -OH w po³o¿eniu meta „wyci¹ga” elektrony z pierœcienia i na skutekefektu indukcyjnego powoduje zwiêkszenie kwasowoœci

9 grupa -OH w po³o¿eniu para uwalnia elektrony i na skutek efektu rezonan-sowego powoduje zmniejszenie kwasowoœci

www.szkolna.pl


9 grupa -OH w po³o¿eniu orto wp³ywa na zwiêkszenie kwasowoœci hydroksy-kwasu, niezale¿nie od sk³onnoœci do przyci¹gania lub uwalniania elektronów

9 grupa -OH w po³o¿eniu para „wyci¹ga” elektrony i na skutek efektu induk-cyjnego powoduje zwiêkszenie kwasowoœci

c) Najwiêksz¹ moc wykazuje kwas:

A. para-hydroksybenzoesowy

B. meta-hydroksybenzoesowy

C. orto-hydroksybenzoesowy

D. kwasy orto- i para-hydroksybenzoesowe, poniewa¿ maj¹ zbli¿on¹ wartoœæsta³ej dysocjacji

E. kwasy meta- i para-hydroksybenzoesowe, poniewa¿ maj¹ zbli¿on¹ wartoœæsta³ej dysocjacji

Chiralnoœæ

Zadanie 7.42.

a) Chiralnoœæ to zjawisko polegaj¹ce na:

A. identycznoœci przedmiotu z jego odbiciem lustrzanym

B. tworzeniu zwi¹zków bêd¹cych odbiciem lustrzanym innych zwi¹zków

C. nieidentycznoœci przedmiotu z jego odbiciem lustrzanym

D. wystêpowaniu osi i p³aszczyzny symetrii w badanym przedmiocie

b) Izomeria optyczna polega na:

A. wystêpowaniu cz¹steczek zwi¹zków chemicznych w dwóch nieidentycz-nych odmianach bêd¹cych odbiciami lustrzanymi

www.szkolna.pl


B. wystêpowaniu cz¹steczek zwi¹zków w dwóch identycznych odmianachbêd¹cych odbiciami lustrzanymi

C. wystêpowaniu cz¹steczek zwi¹zków w dwóch lub wiêcej nieidentycznychodmianach niebêd¹cych odbiciami lustrzanymi

D. wystêpowaniu cz¹steczek zwi¹zków w czterech odmianach posiadaj¹cychoœ symetrii

c) Cz¹steczka jest optycznie czynna, je¿eli:

A. posiada co najmniej jeden atom wêgla o hybrydyzacji sp3

B. atom wêgla tworzy cztery pojedyncze wi¹zania

C. atom wêgla tworzy cztery wi¹zania ó z czterema ró¿nymi podstawnikami

D. w cz¹steczce nie wystêpuje centrum symetrii i p³aszczyzna symetrii

d) Parê zwi¹zków optycznie czynnych, bêd¹cych wzglêdem siebie odbiciem lustrza-nym, nazywamy:

A. epimerami

B. racematami

C. enancjomerami

D. diastereoizomerami

e) Czynnoœæ optyczna zwi¹zków chiralnych polega na:

A. skrêcaniu p³aszczyzny polaryzacji œwiat³a liniowo spolaryzowanego

B. przemianie œwiat³a bia³ego w œwiat³o monochromatyczne

C. rozszczepieniu œwiat³a bia³ego na promieniowanie o ró¿nej d³ugoœci fali iró¿nej barwie

D. polaryzacji œwiat³a monochromatycznego

www.szkolna.pl


Zadanie 7.43.

Otocz kó³kiem te obiekty, które s¹ chiralne.

Zadanie 7.44.

Narysuj z prawej strony „cz¹steczki” model jej izomeru optycznego.

Zadanie 7.45.

a) Przestrzenne rozmieszczenie podstawników wokó³ tetraedrycznego atomu wêglanazywamy:

A. koordynacj¹ B. konfiguracj¹ C. konstytucj¹ D. konformacj¹

www.szkolna.pl


NAPIS

piramida szeœcian

korkoci¹gzegarek

but

kieliszek

kula

b) Atom wêgla po³¹czony z czterema ró¿nymi podstawnikami, decyduj¹cy o czynno-œci optycznej zwi¹zku, nazywamy:

A. asymetrycznym atomem wêgla B. centrum chiralnoœci

C. tetraedrycznym atomem wêgla D. stereochemicznym atomem wêgla

c) Na podanych ni¿ej wzorach pó³strukturalnych zaznacz na czerwono asymetrycz-ne atomy wêgla.

Zadanie 7.46.

a) Podaj zasady, zgodnie z jakimi nale¿y narysowaæ wzór rzutowy Fischera cz¹stecz-ki chiralnej.

www.szkolna.pl


CH3 CH3

CH3 ClC CH H

C H2 5 C H2 5 CH3CH3

CH3 ClCC

C H2 5C H2 5

CH3CH3

Br Br

CC

C H2 5C H2 5H2C

H2C

CH3

C

H

CH3 C

OH

H

COOH

b) Dla podanych przestrzennych wzorów cz¹steczek narysuj obok ich p³askie wzoryrzutowe Fischera.

c) Na podstawie wzorów rzutowych Fischera narysuj wzory przestrzenne podanychcz¹steczek.

d) Czy otrzymamy wzór zwi¹zku o takiej samej konfiguracji, je¿eli jednokrotnie do-konamy zamiany miejscami podstawników we wzorze rzutowym Fischera — takjak to zrobiono na rysunku?

www.szkolna.pl


CH3

CH3CH2

HO

COOH

CH3

CH3CH2

H

CHO

CH3

CH3

CH3

CH2

H

HHO

C

C

COOH

HOOC

CH3 CH3

H HHO

COOH

HOOC

OH

e) Czy otrzymamy wzór zwi¹zku o takiej samej konfiguracji, je¿eli dwukrotnie doko-namy zamiany miejscami dowolnych podstawników we wzorze rzutowym Fische-ra — tak jak np. to zrobiono na rysunku?

f) Czy wzór otrzymany w wyniku obrotu wzoru rzutowego Fischera danej cz¹stecz-ki chiralnej o k¹t 90° nadal bêdzie przedstawia³ tê sam¹ cz¹steczkê?

Zadanie 7.47.

Kwas winowy, C4O6H6, nale¿y do grupy hydroksykwasów dikarboksylowych. Zewzoru cz¹steczki przedstawionej poni¿ej wynika, ¿e ma ona dwa asymetryczne ato-my wêgla. S¹ to atomy wêgla o hybrydyzacji sp3, zwi¹zane z czterema ró¿nymi pod-stawnikami.

Obecnoœæ dwóch asymetrycznych atomów wêgla powoduje, ¿e kwas winowy mo¿eposiadaæ maksymalnie cztery ró¿ne stereoizomery, czyli dwie pary enancjomerów.Przedstawione s¹ one na rysunku 7.2.

W przypadku kwasu winowego, z uwagi na powtarzaj¹ce siê podstawniki na obu ato-mach wêgla, mo¿emy powróciæ do analogii z d³oñmi. Stereoizomer I to dwie d³onielewe, jego lustrzane odbicie II to dwie d³onie prawe. Stereoizomer III to d³onie: pra-wa i lewa — jego lustrzany obraz IV to tak¿e d³oñ lewa i prawa, tyle tylko, ¿e odwró-

www.szkolna.pl


CH3

HHO

COOH

CH3

HHOOC

OH CH3

HHOOC

OH

CH

CH

HO

HO

COOH

COOH

Rys. 7.1. Kwas winowy

www.szkolna.pl


C C

C C

COOH COOH

COOH COOH

HO H

H HO

H OH

OH H

C C

C C

COOH COOH

COOH COOH

HO

HO

H

H

H

H

OH

OH

C C

C C

HOOC HOOC

HOOC HOOC

OH OH

OH

OH

H

S

S – S S – RR – R R – S

S R S

R

R

SR

H

H

H

C C

C C

COOH COOH

COOH COOH

HO HO

HO

HO

H H

H

H

S

I

I

II

II

Slewa

lewa

prawa

prawa

R

R

III

III

IV

IV

R

Slewa

lewa

forma mezo

prawa

prawa

R

S

Rys. 7.2. Kwasy winowe. Stereoizomery optycznie aktywne (S, S) i (R, R) oraz forma mezoi ich dwurêczne odpowiedniki. S i R s¹ symbolami oznaczaj¹cymi w sposób systema-tyczny konfiguracjê danego atomu wêgla.

Chemia organiczna. Ćwiczenia dla licealistów 2b - Zdzisław Głowacki

Documents