Вопрос 3. 4 страница

Задание 18. Химическая связь, строение молекул и пространственная изомерия органических соединений (по разделам стандартов: химическая связь и строение веществ (органических))

Рекомендуемая литература: [1], гл. 29, § 29.3; [2], гл. 13, § 13.1; [4], гл. 13, § 2; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Что представляет собой явление гибридизации атомных орбиталей и почему оно происходит.

1.2. Какова электронно-графическая формула атома углерода в основном и возбужденном состояниях; как обозначаются и простанственно изображаются разные виды гибридизации его атомных орбиталей.

1.3. Какова пространственная направленность гибридизованных орбиталей sp, sp² и sp³ и какие значения имеют валентные углы между ними.

1.4. Как образуются s-связи в молекулах органических соединений, какие орбитали и каким образом перекрываются при их образовании.

1.5. Как образуются p-связи, какие орбитали и каким образом перекрываются при их образовании.

1.6. Какие существуют разновидности кратных связей (в зависимости от вида гибридизации орбиталей атомов углерода, их образующих), каковы различия между их прочностью и поляризуемостью.

1.7. Какова сущность явления сопряжения в органических молекулах, в чем заключается различие между p,p- и p,p-сопряжением. Уметь изобразить в виде схем различные виды сопряжения, возникающие в молекулах органических соединений.

1.8. Как различаются по степени прочности s-, p- и сопряженные связи, и с чем это связано.

1.9. Что представляют собой пространственные изомеры, какие существуют разновидности (типы) пространственных изомеров.

1.10. Каковы признаки строения молекулы органического соединения, указывающие на наличие у него геометрических (цис -, транс -) изомеров; чем геометрические изомеры отличаются друг от друга. Уметь привести примеры таких изомеров.

1.11. Каковы признаки строения молекулы органического соединения, указывающие на наличие у него оптических (зеркальных) изомеров; чем оптические изомеры отличаются друг от друга. Уметь привести примеры таких изомеров.

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

В таблице 3.52 даны структурные формулы органических соединений. Для данного в Вашем варианте соединения:

2.1. Изобразите в структурном виде его функциональные группы.

2.2. Определите его класс и дайте название по систематической номенклатуре.

2.3. Укажите символами (sp, sp², sp³) вид гибридизации атомных орбиталей каждого атома углерода, в том числе и в составе углеродсодержащих функциональных групп.

2.4. Для данной молекулы постройте схемы перекрывания атомных орбиталей (с полным изображением всех орбиталей каждого атома):

– при образовании одной углерод-углеродной одинарной s-связи (по выбору с указанием номеров углеродных атомов);

– кратной связи (s- и p-связей в ней);

– связи углерод – гетероатом (С-Х).

2.5. Укажите пространственную направленность гибридизованных орбиталей при образовании s-связей в схемах, построенных по п. 2.3 (линейная, тригональная, тетраэдрическая), и значения соответствующих валентных углов.

2.6. Для данного вещества изобразите два геометрических и два оптических изомера; объясните, почему эти виды изомерии в данном случае возможны. Укажите, в чем заключается различие между изображенными Вами каждыми двумя изомерами.

Таблица 3.52

Вариант	Соединение	Вариант	Соединение

Продолжение таблицы 3.52

Вариант	Соединение	Вариант	Соединение

Комплексное тестовое задание 13 по теме "Химическая связь, строение молекул и пространственная изомерия органических соединений"

Правильные ответы по п. А приведены в конце пособия в таблице 4.2.

В таблице 3.53 даны органические соединения различных классов.

А. Из набора ответов выберите вещество, которое является структурным изомером исходного соединения.

Б. Определите, к каким классам органических соединений принадлежат исходное вещество и его изомер, изобразите их структурные формулы. Укажите разновидность данной структурной изомерии и признак, по которому Вы это определили. Определите, какие разновидности пространственной изомерии характерны для исходного соединения.

Таблица 3.53 – Тестовое задание 26 (Т-26)

Ва-ри- ант	Исходное соединение	Набор ответов
	СH3CH2CH2CH2OH	СH3CH2CH2OH	СH3CH=CHCH2OH	СH3CH(OH)CH2CH3
	CH3CH2CHO	CH3CH2CH2CHO	CH3C(O)CH3	CH3CH2CH2OH
	C6H5C(O)CH3	CH3-C6H4CHO	C6H5CH2C(O)CH3	CH3-C6H4C(O)CH3
	СН3-С6Н4ОН	С6Н4(ОН)2	СН3-С6Н4СН2ОН	С6Н5СН2ОН
	СН3СН2СН(СН3)СООН	СН3СН(СН3)СООН	СН3СН(СН3)СН2СООН	СН3СН2СН(СН3)СНО
	CH3CH2COOCH3	CH3CH2COOH	CH3COOCH2CH3	CH3COOCH3
	CH3CHClCH2CH3	CH3CH2CH2CH2Cl	CH3CHClCH2CH2Cl	CH3CHClCH3
	CH3-C6H4CHO	CH3-C6H4CH2CHO	C6H11CHO	C6H5C(O)CH3
	СH3CH2OCH2CH3	HOСH2CH2CH2CH3	СH3CH2OCH2CH2CH3	HOСH2CH2CH2CH2OH
	CH3CHNH2CH3	CH3CHNH2CH2CH3	CH3CHNO2CH3	CH3CH2CH2NH2
	СН3СН=СНСООН	СН2=СНСООСН3	СН3СН2СН2СООН	СН3СН=СНСН2СООН
	CH3CCl=CClCH3	CH3CH2CCl=CClCH3	CH3CCl=CHCH2Cl	CH3CHClCHClCH3
	CH3CH2C ^= CH	CH2=CHCH=CH2	CH3CH2C=CH	CH3CH2CH2C ^= CH
	CH3CH=CHCHO	CH2=CHCH2CHO	CH3CH2CH=CHCHO	CH3C ^= CCHO
	CH3CH2CHNO2CH3	CH3CH2CH2CH2NH2	CH3CH2CH2CH2NO2	CH3CH2CH2NO2
	CH3-C6H4COOCH3	CH3-C6H4COOCH2CH3	CH3-C6H4COOH	C6H5COOCH2CH3
	CH3-C6H4CH2OH	CH3-C6H4CH2OCH3	C6H5CH2CH2OH	CH3-C6H4OH
	CH3CH2CHNH2COOH	H2NCH2CH2CH2COOH	CH3CH2CH2CH2NH2	CH3CHNH2COOH
	С6Н5ОCH3	С6Н5СНО	С6Н5СН2ОН	С6Н4(ОН)2
	H2NCH2CH2CH2NH2	H2NCH2CHNH2CH3	H2NCH2CH=CHNH2	CH3CH2CH2NH2
	СН2=СНСН2СООН	СН ^= ССН2СООН	СН2=СНСООН	СН3СН=СНСООН
	CH3-C6H4CH2CH3	CH3-C6H4CH3	C6H5CH2CH2CH3	CH3-C6H10CH2CH3
	CH3CH(CH3)CH2CHO	CH3CH2OCH2CH2CH3	CH3CH2CH(CH3)CHO	CH3CH2CH2CHO
	мета- CH3-C6H4SO3H	CH3-C6H4COOH	C6H5SO3H	пара- CH3-C6H4SO3H
	CH3CH(OH)CH(OH)CH3	HOCH2CH2CH2CH2OH	HOCH2CH(OH)CH3	СH3CH2OCH2CH3
	CH2Br-C6H4CH3	CH2Br-C6H4CH2Br	Br-C6H4CH3	Br-C6H4CH2CH3
	HOCH2CH2COOH	HOCH2CH2CH2COOH	CH3CHOHCOOH	HOCH2CH2OH

Продолжение таблицы 3.53 – Тестовое задание 26 (Т-26)

Ва-ри- ант	Исходное соединение	Набор ответов

	CH3-C6H4CОOH	CH3-C6H4CН2СОOH	C6H5CОOCH3	CH3-C6H10CОOH
	СH3CH=CHCH2SO3H	СH2=CHCH2CH2SO3H	СH3CH=CHSO3H	СH3C ^= CCH2SO3H

	пара -С6Н4(ОН)2	С6Н10(ОН)2	С6Н3(ОН)3	орто -С6Н4(ОН)2
	CH3CH2-C6H4NH2	CH3-C6H4NH2	C6H5CH2CH2NH2	CH3CH2-C6H10NH2
	C2H5OH	CH3C(O)CH3	CH3CHO	CH3OCH3
	НООССН2СН2СООН	НООССН2СООСН3	НООССН2СООН	НООССН=СНСООН
	CH3CH2CH=CHNO2	CH3CH=CHNO2	CH3CH2CH2CH2NO2	CH3CH=CHCH2NO2
	CH2=CHCH2CHO	CH2=CHC(O)CH3	CH2=CHCHO	CH2=CHCH2CH2OH

Задание 19. Химические свойства и химическая идентификация углеводородов (по разделам стандартов: реакционная способность и химическая идентификация веществ (органических); связь химических свойств со структурой молекул; мономеры)

Рекомендуемая литература: [1], гл. 29, § 29.5-29.8; [2], гл. 13, § 13.2; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Что собой представляют углеводороды по химическому составу, на какие ряды по форме углеродной цепи они подразделяются.

1.2. Какие существуют гомологические ряды углеводородов; каковы названия, основоположники и общие формулы этих рядов (для углеводородов гомологические ряды совпадают с классами).

1.3. В чем заключаются принципиальные отличия в строении и свойствах s- и p-связей; как это согласуется с положениями теории химического строения Бутлерова о взаимосвязи строения и свойств веществ. Что представляет собой явление сопряжения в молекулах органических соединений, и в каких случаях оно возможно.

1.4. Какие типы реакций и почему характерны для алканов и циклоалканов (от С₅ и выше), каковы их главные разновидности (определяемые по типу второго реагента). Почему алканы и высшие циклоалканы обладают сходными химическими свойствами.

1.5. Какие типы реакций и почему характерны для непредельных углеводородов, каковы их главные разновидности (определяемые по типу второго реагента).

1.6. Почему алкины проявляют свойства С-Н кислот, а алкены такими свойствами не обладают.

1.7. Какие типы реакций и почему характерны для ароматических колец бензола и его гомологов, каковы их главные разновидности (определяемые по типу второго реагента). Какие специальные условия необходимы для реакций присоединения по бензольному кольцу или его расщепления и почему.

1.8. Что собой представляет автоокисление углеводородов, по какому механизму проходит этот процесс, каков состав его промежуточных и конечных продуктов.

1.9. Какие конкретные химические реакции являются отличительными для углеводородов разных классов и могут быть использованы для их химической идентификации.

1.10. Уметь подтвердить ответы на п.п. 1.4-1.8 уравнениями соответствующих реакций.

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

В таблице 3.54 приведены два исходных углеводорода различных классов, которые для углеводородов совпадают с их гомологическими рядами. Также приведен реагент, который может вступить в реакцию только с одним из данных углеводородов, и поэтому является реактивом именно на это соединение.

Для данных в Вашем варианте углеводородов и реактива выполните следующие задания:

2.1. Приведите структурные формулы и названия исходных углеводородов и реактива, укажите класс реактива. Определите, к какому гомологическому ряду принадлежит каждый из данных Вам углеводородов. Дайте названия этих гомологических рядов и общие гомологические формулы; для каждого данного углеводорода приведите структурную формулу одного из его ближайших гомологов.

2.2. Во всех несимметричных молекулах данных веществ укажите направления смещения электронной плотности, символы и знаки электронных эффектов, возникающие частичные заряды на атомах.

2.3. Определите, какой из углеводородов вступит в реакцию с данным реактивом в указанных условиях, и объясните почему.

2.4. Укажите, какая связь в молекуле углеводорода будет разрываться в ходе его реакции с данным реактивом в указанных условиях, и как на ее разрыв влияют прочность связи и условия проведения процесса.

2.5. Напишите уравнение возможной химической реакции одного из данных углеводородов с данным реактивом (см. примечание). Укажите классы и названия образующихся продуктов. Укажите, имеется ли в этой реакции аналитический сигнал (изменение окраски, рН, степени дисперсности реакционной среды; образование нерастворимых или газообразных продуктов). Может ли эта реакция являться качественной для рассматриваемого класса углеводородов.

2.6. Если в реакцию по п. 2.5 вступает бензол или его гомолог, то объясните, каковы особенности строения и химических свойств его цикла и какова сущность понятий "сопряжение" и "ароматичность".

2.7. Определите, по какому механизму (радикальному или ионному) произойдет разрыв связи в молекулах реагирующих веществ и объясните почему.

2.8. Определите, к какой разновидности относится рассматриваемая реакция (замещение, обмен, присоединение, расщепление) и укажите, какими признаками это подтверждается.

Рядом с уравнением реакции (справа) символически обозначьте ее механизм (S_R, S_E, S_N, A_R, A_E, A_N).

2.9. Изложите современную трактовку правила Марковникова для реакций присоединения и укажите, реализуется ли это правило в Вашей реакции и каким образом.

Примечание: примите во внимание следующее:

а) при ответе на п. 2.5 в реакции с алкинами используйте мольное соотношение углеводород: реактив = 1: 1;

б) молекулы большинства реактивов, данных в таблице 3.54, условно могут быть изображены формулами H-Y и A-X:

В формулах обозначены частичные заряды (d), возникающие на атомах в результате их взаимного влияния в молекуле;

в) в ходе реакций присоединения в молекуле реактива происходит разрыв связей H^d+–Y^d-, и в случаях ионного механизма образуются электрофил (Н⁺) и нуклеофил (Y^-);

г) в реакциях замещения происходит разрыв связи А–Х, и водород в молекуле исходного углеводорода замещается на фрагмент Х.

Таблица 3.54

Ва- ри-ант	Исходные углеводороды	Реактив (особые условия)	Ва- ри- ант	Исходные углеводороды	Реактив (особые условия)
	C3H8, C3H6	HCl		C3H8, C3H6	СH3CH2NH2 (катализ)
	C3H4, C3H6	Cu(OH)2 (в аммиачном растворе)		C6H14, C6H6	сульфохлорирование: SO2, Cl2 (облучение)

Продолжение таблицы 3.54

Ва- ри-ант

Исходные углеводороды

Реактив (особые условия)

Ва- ри- ант

Исходные углеводороды

Реактив (особые условия)

		сульфоокисление: SO2, O2 (облучение)		C2H6, C2H4	O2 (катализатор серебро, нагрев до 350 ^0С)
	C2H4, C2H6	СH3-CH2-OH (катализ)		C3H4, C3H8	CH3-COOH (катализ)
		H2O (катализ)		C6H6, C6H14	разб. HNO3 (нагрев до 140 ^0С)
	C4H10, CH2=CH-CH=CH2	Br2 (раствор, норм. условия)		C2H6, C2H4	NH3 (катализ)
	C3H4, C3H8	HBr			H2 (катализ)
		автоокисление O2 воздуха (норм. условия)		C2H2, C2H6	HCN (катализ)
	C6H14, C6H6	конц. HNO3 в присут. H2SO4, нагрев		C6H6, C6H14	CH3I (катализатор AlCl3)
	С4Н8, С4Н10	HI		C3H4, C3H8	HCN (катализ)
	CH3-C≡C-CH3, CH3-CH2-C≡CH	Ag2О (в аммиачном растворе)			Br2 (катализатор FeBr3)
	CH2=CH-CH=CH2, C4H10	HBr		C4H8, C4H10	(катализ)
	C3H8, C3H6	H2SO4 (норм. условия)		C2H2, C2H6	HCl
	C4H10, C4H8	O + HOH (KMnO4 в слабощел. среде)		C2H2, C2H4	HOH (катализ)
		Br2 (раствор, норм. условия)		C2H2, C2H6	Cl2 (норм. условия)
	C5H12, C5H10	HCN (катализ)			Br2 (иници-ирование)
	C3H4, C3H8	CH3OH (катализ)		C3H8, C3H6	HNO3 (норм. условия)
	C6H14, C6H6	O2 (катализ, 100-110 ^0С)		C3H4, C3H8	СH3NH2 (катализ)

Задание 20. Химические свойства и идентификация производных углеводородов (по разделам стандартов: реакционная способность и химическая идентификация веществ (органических); связь химических свойств со структурой молекул; мономеры)

Дата добавления: 2014-12-26