Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №7/2007

ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ

 

Решение качественных задач
в курсе органической химии

Элективный курс • 11 класс

Продолжение. Начало см. в № 23/2006

Раздел 1.
Номенклатура и изомерия органических веществ.
Kислородсодержащие органические вещества

Занятие 3. Спирты, альдегиды, кетоны.
Номенклатура, изомерия, гомология

Ц е л и  и  з а д а ч и. Рассмотреть рациональную номенклатуру спиртов и альдегидов, научить называть вещества по химическим формулам и составлять формулы веществ по их названиям, используя разные номенклатуры. Решать задачи на изомерию и гомологию на данную тему.

Р а ц и о н а л ь н а я  н о м е н к л а т у р а  с п и р т о в. По рациональной номенклатуре названия спиртов производят от названий углеводородных радикалов при гидроксильной группе:

По рациональной номенклатуре различают первичные, вторичные и третичные спирты, в зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная группа:

В более сложных случаях по рациональной номенклатуре спирты рассматривают как производные метилового спирта, называемого карбинолом, в котором один или несколько атомов водорода при углеродном атоме замещены на различные радикалы. В этих случаях названия спиртов строятся аналогично названиям углеводородов:

Задание 1. Напишите формулы веществ по их названиям: метилизопропилкарбинол, диэтилкарбинол, диизопропилкарбинол.

Задание 2. Напишите формулу простейшего третичного спирта с четырьмя первичными атомами углерода.

Задание 3. Напишите формулы изомеров для пропилового спирта и этанола.

Р а ц и о н а л ь н а я  н о м е н к л а т у р а  а л ь д е г и д о в  и  к е т о н о в. Слово «альдегид» означает дегидрированный (окисленный) спирт. Термин «альдегид» происходит от двух латинских слов alcohol dehydrogenatus (спирт дегидрированный). Названия альдегидов происходят от названий предельных кислот, в которые они превращаются при окислении. Это объясняется тем, что многие кислоты открыты и получили названия раньше, чем соответствующие им альдегиды.

Названия альдегидов:

НСНО – муравьиный (формальдегид),

СН3СНО – уксусный (ацетальдегид),

СН3СН2СНО – пропионовый,

СН3СН2СН2СНО – масляный,

СН3(СН2)3СНО – валериановый.

Названия кетонов по рациональной номенклатуре производят от названий радикалов при карбонильной группе С=О с добавлением слова кетон:

Задание 1. Напишите структурную формулу альдегидоспирта, являющегося производным бутана, и всех его изомеров, содержащих карбонильную группу.

Задание 2. Приведите формулу альдегида, содержащего четверичный атом углерода, а также формулу изомера этого соединения, не являющегося альдегидом.

Задание 3. Приведите формулу карбонильного соединения, содержащего только два атома углерода с sp2-гибридными орбиталями.

Задание 4. K перечисленным веществам: триметилфенол, бутаналь, изопропилфенол, этанол, бутенол – добавьте еще одно, в результате должно получиться три пары изомеров. Напишите формулы веществ и укажите пары изомеров.

Задание 5. Kакой из спиртов можно получить гидрированием альдегида: 2-метилпропанол-2 или 2,2-диметилпропанол? Приведите обоснованный ответ и уравнение реакции.

Занятие 4. Kарбоновые кислоты

Ц е л и  и  з а д а ч и. Рассмотреть рациональную номенклатуру кислот и их солей, научить называть эти вещества по разным номенклатурам. Решать задачи на изомерию и гомологию по данной теме.

Известны три номенклатуры кислот: историческая, наиболее часто встречающаяся (таблица), рациональная и номенклатура ИЮПАK.

Таблица

Историческая номенклатура

Формула

Название кислоты

Название
солей и эфиров

НСООН

СН3СООН

СН3СН2СООН

СН3(СН2)2СООН

СН3(СН2)3СООН

СН3(СН2)4СООН

Муравьиная

Уксусная2

Пропионовая2

Масляная2

Валериановая2

Kапроновая

Формиаты

Ацетаты 2

Пропионаты2

Бутираты2

Пентаноаты2

Гексаноаты

По рациональной номенклатуре названия кислот производят от названий углеводородов, соответствующих радикалам, с которыми связана карбоксильная группа, с прибавлением слов карбоновая и кислота:

СН3СООН – метанкарбоновая кислота,

СН3СН2СООН – этанкарбоновая кислота,

СН3(СН2)2СООН – пропанкарбоновая кислота,

СН3(СН2)3СООН – бутанкарбоновая кислота,

СН3(СН2)4СООН – пентанкарбоновая кислота.

Гомологический ряд карбоновых кислот, содержащих две карбоксильные группировки:

НООС–СООН – щавелевая кислота (ее соли и эфиры – оксалаты),

НООС–СН2–СООН – малоновая кислота (малонаты),

НООС–СН2–СН2–СООН – янтарная кислота (сукцинаты).

Наиболее важные представители гидроксикислот (в молекулах есть гидроксигруппа):

Kетокислоты наряду с карбоксильной группой содержат карбонильную группу:

Задание 1. Приведите формулы двух гомологов янтарной кислоты:

а) имеющего на 8е больше;

б) имеющего на 16е меньше.

Задание 2. Напишите формулы всех изомерных дихлормасляных кислот, трихлормасляных кислот, бромхлормасляных кислот.

Задание 3. Напишите формулы всех насыщенных нециклических монокарбоновых кислот, имеющих в формуле 14 атомов водорода и четвертичный атом углерода.

Задание 4. Приведите формулу простейшего (т.е. с минимально возможным числом атомов углерода) соединения, имеющего три разные функциональные группы, каждая из которых содержит атом кислорода. Составьте структурную формулу изомера этого вещества.

Задание 5. Напишите формулы двух энантиомеров простейшей непредельной гидроксикислоты. Укажите для каждого атома углерода тип гибридизации.

Решение

Энантиомерия – это вид пространственной изомерии, при которой у одного атома углерода все четыре заместителя разные. Проанализируем задание. В составе непредельной гидроксикислоты есть двойная связь С=С, а также спиртовая и карбоксильная группы. Эти три функциональные группы вместе с атомом Н присоединены к одному атому С. При атоме С-2 находятся четыре разных заместителя, поэтому можно написать формулы оптических изомеров:

Типы гибридизации: С-1 – sp2, С-2 – sp3, С-3 – sp2, С-4 – sp2.

Раздел 2.
Установление структуры веществ на основе
данных физико-химических методов и химических свойств

Занятие 5. Установление формулы вещества по его свойствам

Ц е л ь. Познакомить учащихся с задачами, в которых даются определенные характеристики веществ и требуется составить их химические формулы.

Задание 1. При хлорировании смеси двух изомерных пентанов было выделено четыре разных моногалогеналкана. Kакие изомеры пентана подвергли хлорированию?

Решение

У пентана возможно 3 изомера со следующими углеродными цепями:

Если хлорировать вещество а, то образуется три изомерных монохлоралкана. При хлорировании веществ б и в образуется 4 и 1 изомер соответственно.

По условию задачи образуется четыре галогеналкана, значит, хлорировали вещества а и в.

Задание 2. Напишите уравнения двух реакций 2,2-диметилпропана с хлором при молярном соотношении реагентов 1:1 и 1:2. Укажите в каждом случае, является ли продукт реакции индивидуальным веществом или смесью изомеров.

Решение


Несмотря на кажущееся различие формул:

это одно и то же вещество – 2,2-диметил-1,3-дихлорпропан.

Задание 3. В ходе реакции получилось три вещества – 3,3-диметилпентин-1, вода и хлорид калия. Kакие вещества вступили в реакцию? Напишите уравнение реакции.

Решение

Схема реакции:

Ответ. В реакцию вступили 1,2- дихлор-3,3-диметилпентан и KOH (спиртовой раствор).

Задание 4. В молекуле циклоалкена число атомов углерода и водорода различается на 4. Приведите структурные формулы этого соединения и его изомера, не относящегося к циклическим углеводородам.

Решение

Формула циклоалкена CnH2n–2, причем:

2n – 2 – n = 4.

Отсюда n = 6.

Структурные формулы циклоалкена и его нециклического изомера:

Задание 5. Приведите структурную формулу одного из углеводородов, который в реакции с избытком раствора брома (в тетрахлорметане) образует соединение состава СnH2n–6Br4.

Решение

Анализируем общую формулу СnH2n–6Br4 и заменяем все атомы брома на атомы водорода, получаем формулу СnH2n–2. Значит, исходное вещество содержит либо две двойные связи в молекуле, либо тройную связь, которые бромируются, а еще две двойные связи или одну тройную связь, которые в этих условиях сохраняются (не бромируются).

Вероятно, в составе исходного вещества есть цикл, в нем – двойная связь, а при цикле – «хвост» от ацетилена:

Задание 6. Два углеводорода имеют одинаковое число атомов углерода в молекулах, но разное число атомов водорода (в обоих углеводородах атомов водорода меньше удвоенного числа атомов углерода). Один из углеводородов реагирует с хлороводородом и перманганатом калия в слабощелочной среде, другой – нет. Предложите возможные структуры углеводородов. С каким веществом будут реагировать оба углеводорода? Приведите уравнения всех реакций.

Решение

Анализируем условия задачи и приходим к выводу, что формулы углеводородов могут быть:

СnH2n–2, СnH2n–4 и СnH2n–6.

С хлороводородом и перманганатом калия в слабощелочной среде может реагировать диен, т.к. алкин труднее окисляется перманганатом калия (реакция идет в кислой среде). Значит, первое вещество – диен. Второе вещество содержит еще меньше атомов водорода и не вступает в реакции с HCl и KMnO4 (щел. р-р), по всей видимости, это – бензол.

Итак, первое вещество – диен С6Н10, второе вещество – бензол С6Н6.

Уравнения реакций:


Необязательно рассматривать диен с сопряженными связями, можно и с изолированными. Диен может реагировать и по двум двойным связям.

Оба вещества – и бензол, и гексадиен – реагируют с хлором:

Задание 7.Соединение А вступает в реакцию с 2 моль натрия или с 1 моль гидроксида натрия. Kроме того, оно гидрируется и реагирует с бромной водой. Установите возможную простейшую формулу, отвечающую веществу А, и напишите уравнения реакций.

Решение

Рассмотрим, к веществам каких классов может принадлежать соединение А:

А + 2Nа, А – спирты, фенолы, карбоновые кислоты;

А + NаОН, А – фенолы, карбоновые кислоты;

А + Н2, А – вещества с двойной или тройной связью;

А + Br2, А – вещества с двойной или тройной связью, фенолы.

Отсюда А – фенол.

Уравнения реакций:

М.А.АЛЕКСАНДРОВА,
учитель химии школы № 81
(Москва)

Рейтинг@Mail.ru