Zagadnienia na egzamin z
chemii organicznej
dla studentów biologii

2010-06-16

UAM Poznań

MJ

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

2

Zadanie 1.
Jakie kąty są pomiędzy zhybrydyzowanymi orbitalami sp, sp

2

i sp

3

?

sp – 180

o

sp

2

- 120

o

sp

3

- 109

o

28’

Zadanie 2.
Wyjaśnić pojęcia: liczba atomowa, masa atomowa, liczba masowa, nukleony, nuklidy, izotopy,
izobary, izotony, moment dipolowy, wiązania chemiczne (jonowe, kowalencyjne, wodorowe); orbitale
atomowe i cząsteczkowe; wiązanie σ, wiązanie π, hybrydyzacja.

liczba atomowa - (Z) (liczba porządkowa) określa, ile protonów znajduje się w jądrze danego atomu. Jest
także równa liczbie elektronów niezjonizowanego atomu.
masa atomowa - liczba określająca, ile razy masa średniego atomu danego pierwiastka (tj. dla naturalnej
mieszaniny izotopów danego pierwiastka) jest większa od pewnej masy wzorcowej: jako masę wzorcową
przyjmuje się 1/12 masy atomu izotopu

12

C

liczba masowa - (A) to wartość opisująca liczbę nukleonów (czyli protonów i neutronów) w jądrze atomu
(nuklidzie) danego izotopu danego pierwiastka.
nukleony - wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu.
nuklidy - jądro atomowe o określonej liczbie nukleonów (protonów i neutronów).
izotopy - nuklidy posiadające tę samą liczbę protonów, a różniące się liczbą neutronów (ta sama liczba
atomowa i różne liczby masowe).
izobary - nuklidy o równej liczbie masowej (tej samej liczbie nukleonów w jądrze), lecz różniące się
ładunkiem (liczbą atomową).
izotony - nuklidy o tej samej liczbie neutronów.
moment dipolowy - iloczyn bezwzględnej wartości ładunku jednego z biegunów i odległości między
biegunami. Miarą niesymetryczności rozmieszczenia ładunku czyli miara polaryzacji wiązania jest moment
dipolowy.
wiązanie jonowe - wiązania jonowe występują w układach złożonych z atomów skrajnie różniących się
elektroujemnością. W czasie powstawania wiązania jonowego atom pierwiastka elektrododatniego oddaje,
a atom pierwiastka elektroujemnego przyłącza elektrony. Tworzą się dwa jony o różnoimiennych ładunkach,
przyciągające się dzięki działaniu sił elektrostatycznych, które w stanie stałym tworzą sieć jonową.
wiązanie kowalencyjne - wiązania atomowe (kowalencyjne) powstają, gdy łączą się z sobą atomy
pierwiastków elektroujemnych o takich samych wartościach elektroujemności.
wiązanie wodorowe - wiązanie wodorowe tworzy się pomiędzy atomem wodoru związanym z atomem o
dużej elektroujemności, a atomem z wolnymi parami elektronowymi.
orbital atomowy - obszar przestrzeni wokółjądrowej w którym prawdopodobieństwo znalezienia elektronu o
określonym zasobie energii jest największe.
orbital cząsteczkowy - jest funkcją, opisującą stan elektronu w cząsteczce, w ramach teorii orbitali
molekularnych. Zwykle przedstawia się go jako kombinację orbitali atomowych - "zwykłych" bądź
zhybrydyzowanych.
wiązanie σ - kowalencyjne wiązanie molekularne powstałe w wyniku nakładania się orbitali atomowych
wzdłuż osi łączącej jądra pierwiastków. Wiązanie tego typu występuje w wiązaniach pojedynczych, oraz
jako składnik wiązań wielokrotnych. Wiązania σ są znacznie silniejsze od wiązań π.
wiązanie π - kowalencyjne wiązanie molekularne powstałe w wyniku nakładania się orbitali atomowych
prostopadle do osi łączącej jądra pierwiastków. Wiązanie tego typu występuje jako składnik wiązań
wielokrotnych (pierwsze wiązanie jest wiązaniem σ, kolejne to wiązania π). Wiązanie pi może obejmować
wiele atomów w cząsteczce (wiązanie zdelokalizowane, np. w związkach aromatycznych). Odznacza się
mniejszą trwałością (w porównaniu z wiązaniami sigma), w szczególności rozpada się pod wpływem
czynników elektrofilowych.
hybrydyzacja - matematyczne przekształcenie funkcji orbitalnych, polegające na "skrzyżowaniu" dwóch lub
więcej orbitali atomowych, na skutek czego powstają nowe orbitale, posiadające inny kształt i energię. W
istocie hybrydyzacja jest operacją matematyczną ułatwiającą skonstruowanie teorii orbitali walencyjnych, a
nie rzeczywistym zjawiskiem fizycznym.

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

3

Zadanie 3.
Wyjaśnić pojęcia: kwasowość, zasadowość, homoliza, heteroliza, stopień dysocjacji, stała dysocjacji,
pKa, pH, iloczyn jonowy wody

kwasowość – jest to zdolność związku do: zakwaszania środowiska (definicja Arrheniusa), dostarczania
kationów wodorowych (definicja Brønsteda-Lowry’ego), przyjmowania pary elektronowej (definicja
Lewisa).
zasadowość - jest to zdolność związku do: oddawania grup OH

-

do środowiska (definicja Arrheniusa),

pobierania kationów wodorowych (definicja Brønsteda-Lowry’ego), oddawania pary elektronowej
(definicja Lewisa).
hemoliza - symetryczne rozerwanie wiązania, w wyniku którego każdy z atomów pary zachowuje jeden
elektron tego wiązania
heteroliza - rozerwanie wiązania kowalencyjnego w cząsteczce związku chemicznego prowadzące do
powstania różnoimiennych jonów (anionu i kationu).
stopień dysocjacji - to stosunek liczby moli cząsteczek danego związku chemicznego, które uległy rozpadowi
na jony do łącznej liczby cząsteczek tego związku, znajdującego się w roztworze, fazie gazowej lub stopie, w
którym zaszło zjawisko dysocjacji elektrolitycznej.
stała dysocjacji - to stała równowagi reakcji dysocjacji czyli rozpadu związków chemicznych na
poszczególne jony, pod wpływem rozpuszczalnika, lub pod wpływem np. działania silnego pola
elektrycznego.
pKa - minus logarytm dziesiętny ze stałej dysocjacji kwasu w danych warunkach. Jest miarą mocy kwasu -
im pKa jest mniejsze, tym moc kwasu jest większa.
pH - minus logarytm stężenia jonów wodorowych (H

+

). (ilościowa skala kwasowości i zasadowości

roztworów wodnych związków chemicznych).
iloczyn jonowy wody - iloczyn równowagowych stężeń jonów oksoniowych (H

3

O

+

) i hydroksylowych (OH

-

).

W temperaturze 25

o

C iloczyn jonowy wody wynosi 10

-14

mol/dm3, Stężenia obu rodzajów jonów w czystej

wodzie są sobie równe i wynoszą 10

-7

mol/dm3. Ponieważ wartość iloczynu jonowego wody pozostaje stała

w stałej temperaturze, wprowadzeniu do roztworu jonów oksoniowych towarzyszy zmniejszenie stężenia
jonów hydroksylowych. Analogicznie - wzrost stężenia jonów hydroksylowych odbywa się kosztem
zmniejszenia stężenia jonów oksoniowych.

Zadanie 4.
Stężenie molowe jonów [H

+

] we krwi w temperaturze 25

o

C wynosi 6.0 x 10

-8

;

a)

czy krew ma charakter zasadowy czy kwaśny;

b)

oblicz stężenie jonów wodorotlenowych we krwi.

a)

pH = −logሾH

ା

ሿ pH = −logሾ6 ∙ 10

ି଼

ሿ ≈ 7,22

odczyn obojętny z bardzo małym przesunięciem w stronę odczynu zasadowego.

b) ሾ

H

ା

ሿ ∙ ሾOH

ି

ሿ = 10

ିଵସ

ሾOH

ି

ሿ =

ଵ଴

షభర

ሾୌ

శ

ሿ

ሾOH

ି

ሿ =

ଵ଴

షభర

଺∙ଵ଴

షఴ

≈ 1,67 ∙ 10

ି଻

Zadanie 5.
Wartość pK

a

jonu anilinowego, C

6

H

5

NH

3

+

, wynosi 4.6. Wyjaśnij, czy anilina jest mocniejszą czy

słabszą zasadą w porównaniu z metyloaminą, CH

3

NH

3

+

, dla której wartość pK

a

w wodzie wynosi 10.6.

Anilina słabszą zasadą w porównaniu z metyloaminą, ponieważ jej pK

a

jest mniejsze (a czym mniejsze pK

a

tym związek jest bardziej kwasowy a mniej zasadowy).

Zadanie 6.
Stała dysocjacji kwasu mrówkowego, HCOOH, wynosi 1.77x10

-4

. Oblicz pK

a

tego kwasu.

pK

ୟ

= −logK

ୟ

pK

ୟ

= − logሺ1,77 ∙ 10

ିସ

ሻ ≈ 3,75

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

4

Zadanie 7.
Który z kwasów w poniższych parach jest mocniejszy?

a)

CH

2

ClCOOH i CHCl

2

COOH

b)

CH

2

FCOOH i CH

2

BrCOOH

c)

CH

2

FCOOH i CH

2

FCH

2

COOH

d)

CH

3

OCH

2

COOH i CH

3

CHClCH

2

COOH

a) CHCl

2

COOH

b) CH

2

FCOOH

c) CH

2

FCOOH

d) CH

3

OCH

2

COOH

Zadanie 8.
Narysuj oraz podaj nazwy alkanów lub cykloalkanów o wzorach:

a)

C

5

H

12

posiadających tylko pierwszorzędowe atomy wodoru;

b)

C

5

H

12

posiadających jeden trzeciorzędowy atom wodoru,

c)

C

5

H

12

posiadających tylko pierwszorzędowe i drugorzędowe atomy wodoru,

d)

C

5

H

10

posiadających jedynie drugorzędowe atomy wodoru

e)

C

6

H

14

posiadających jedynie pierwszorzędowe i trzeciorzędowe atomy wodoru

a)

2,2-dimetylopropan

b)

2-metylobutan

c)

pentan

d)

cyklopentan

e)

2,3-dimetylobutan

Zadanie 9.
Narysuj wzory strukturalne odpowiadające następującym nazwom IUPAC:

a)

2,2-dimetylo-4-propylooktan,

b)

1,3-dibromo-5-metylocykloheksan,

c)

4-chloro-3-etylo-nonanal

d)

7-metylobicyklo[2.2.1]heptan

a)

b)

Br

Br

C

H

3

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

5

c)

d)

Zadanie 10.
Podaj dokładny mechanizm chlorowania metanu.

Cl

2

்,ś௪௜௔௧ł௢

ሱۛۛۛۛۛሮ Cl

⋅

+ Cl

⋅

CH

4

+ Cl

⋅

→ CH

3

⋅

+HCl

CH

3

⋅

+ Cl

2

→ CH

3

Cl + Cl

⋅

Cl

⋅

+ Cl

⋅

→ Cl

2

CH

3

⋅

+ CH

3

⋅

→

CH

3

CH

3

CH

3

+ Cl

⋅

→ CH

3

Cl

Zadanie 11.
Podaj nazwy wszystkich produktów oraz ich względne ilości, które powstały w wyniku reakcji
monobromowania 2,2-dimetylobutanu.

4-bromo-2,2-dimetylobutan

3-bromo-2,2-dimetylobutan

4 − bromo − 2,2 − dimetylobutan

3 − bromo − 2,2 − dimetylobutan

=

liczba H1

୓

liczba H2

୓

∙

reaktywność H1

୓

reaktywność H2

୓

=

12

2

∙

1

82

=

12

164

≈

7%

93%

Zadanie 12.
Narysuj wzory strukturalne:

a)

(E)-2-heksen,

b)

(Z)-3-hepten,

c)

(Z)-3-metylo-2-heksen-5-yn

a)

b)

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

6

c)

Zadanie 13.
Napisz reakcje przyłączania bromu do:

a)

2-metylo-1-butenu

b)

2-metylo-2- butenu

a)

b)

Zadanie 14.
Napisz reakcje przyłączania chlorowodoru do:

a)

2-metylo-1-butenu

b)

2- metylo-2-butenu

a)

b)

Zadanie 15.
Napisz dokładny mechanizm:

a)

reakcji substytucji nukleofilowej chlorku t-butylu w wodzie

b)

reakcji substytucji nukleofilowej chlorku sec-butylowego w metanolu w obecności jonów HS

-

i

omów czynniki wpływające na przebieg reakcji

a)

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

7

b)

Zadanie 16.
Napisz reakcję solwolizy 1-bromo-1,1-dietylopropanu w metanolu w temperaturze 25

o

C; nazwij

otrzymane produkty;

eter (1,1-dietylopropanowo)-metylowy 3-etylopent-2-en

Zadanie 17.
Czy poniżej przedstawione związki - (A) , (B) i (C) - ulegają reakcji substytucji nukleofilowej w
alkoholu etylowym? Jeśli tak, to jakiego typu jest to reakcja: SN

1

czy SN

2

?; jeśli nie ulegają reakcji ,

to dlaczego?

Związki (A) i (B) nie ulegną substytucji nukleofilowej, ponieważ są to związki o rozbudowanej strukturze.
Czynnik nukleofilowy nie może zaatakować węgla przy którym jest chlor („tarcza z innych wiązań”), także
aby powstał karbokation związek musi być płaski.
Związek (C) ulegnie reakcji SN2, ponieważ jest to związek, alifatyczny, pierwszorzędowy.

Zadanie18.
Napisz wzory strukturalne:

a)

2,3,6-trinitrofenolu,

b)

aniliny,

c)

kwasu salicylowego,

d)

2-t-butylo-4-metylo-5-nitrofenolu,

e)

1,2,3-trimetylo-5-etylobenzenu,

f)

kwasu pikrynowego,

g)

2,4,6-trinitrotoluenu

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

OH

O

2

N

NO

2

NO

2

NH

2

OH

COOH

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

O

2

N

OH

CH

3

CH

3

CH

3

C

H

2

C

H

3

OH

NO

2

NO

2

O

2

N

CH

3

NO

2

NO

2

O

2

N

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

8

Zadanie 19.
Oblicz energię rezonansu benzenu korzystając z następujących danych: entalpia hydrogenacji
etenu – 28.6 kcal/mol; entalpia hydrogenacji benzenu -49.8 kcal/mol.

E

ୣ୲ୣ୬୳

= 28,6

kcal

mol

E = 3 ∙ 28,6

kcal

mol

= 85,8

kcal

mol

E

ୖ

= 85,8

kcal

mol

− 49,8

kcal

mol

= 36

kcal

mol

36

kcal

mol

∙ 4,184 = 150,62

kJ

mol

Zadanie 20.
Napisz struktury rezonansowe dla:

a)

fenolu,

b)

aniliny,

c)

nitrobenzenu,

d)

chlorobenzenu

a)

b)

c)

d)

Zadanie 21.
Napisz dokładny mechanizm:

a)

chlorowania benzenu,

b)

nitrowania benzenu,

c)

alkilowania benzenu

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

9

a)

b)

c)

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

10

Zadanie 22.
Podaj sposób otrzymywania:

a)

orto-nitrotoluenu

b)

meta-nitrotoluenu

c)

para-nitrotoluenu

a)

b)

c)

Zadanie 23.
Podaj sposób otrzymywania kwasów – orto, meta i para – nitro benzoesowych.

kwas orto-nitrobenzoesowy

kwas para-nitrobenzoesowy

kwas meta-nitrobenzoesowy

Zadanie 24.
Napisz pięć dowolnych p-fenoli i uszereguj je według malejącej kwasowości.

malejąca kwasowość

CH

3

CH

3

NO

2

NO

2

CH

3

NO

2

CH

3

CH

3

NO

2

CH

3

CH

3

NO

2

COOH

NO

2

CH

3

CH

3

NO

2

COOH

NO

2

NO

2

CH

3

NO

2

COOH

NO

2

OH

NO

2

OH

I

OH

Br

OH

F

OH

CH

3

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

11

Zadanie 25.
Napisz pięć dowolnych ketonów oraz podaj ich nazwy.

butan-2-on

heksano-2,4-dion

keton metylowo-propylowy

keton dietylowy

keton dicykloheksylowy

Zadanie 26.
Napisz dokładny mechanizm reakcji etylometyloketonu z bromkiem fenylomagnezowym. Nazwij
otrzymany produkt.

Zadanie 27.
Napisz dokładny mechanizm kondensacji aldolowej aldehydu octowego. Nazwij otrzymany produkt.

3-hydroksybutanal

Zadanie 28.
Napisz reakcję otrzymywania aldehydu cynamonowego, korzystając z aldehydu benzoesowego i
aldehydu octowego.

Zadanie 29.
Napisz reakcje etylofenyloketonu z:

a)

etyloaminą,

b)

hydroksyloaminą,

c)

hydrazyną

d)

fenylohydrazyną

a)

b)

c)

d)

Zadanie 30.
Napisz dokładny mechanizm reakcji aldehydu octowego z n

Zadanie 31.
Narysuj trzy dowolne ketony alifatyczne zawieraj
narysuj ich formy enolowe.

pentan-2-on

keton dietylowy (pentan-3-on)

heptan-2-on

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla st

Napisz dokładny mechanizm reakcji aldehydu octowego z n-butanolem.

Narysuj trzy dowolne ketony alifatyczne zawierające co najmniej 5 atomów wę

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

12

ce co najmniej 5 atomów węgla, nazwij je oraz

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

13

Zadanie 32.
Podaj podobieństwa i różnice w budowie i właściwościach alkoholi i eterów.

•

rozpuszczalność eterów w wodzie jest porównywalna z rozpuszczalnością alkoholi co jest wynikiem
tworzenia wiązań wodorowych

•

w alkoholach występuje wiązanie wodorowe miedzy O i H , w eterach występuje wiązanie tylko
miedzy H-C przez co etery mają niższe temperatury wrzenia niz. temp. wrzenia izomerycznych
alkoholi

•

alkohole sa polarne a etery sa słabo polarne

Zadanie 33.
Metody otrzymywania kwasów karboksylowych.

- utlenianie alkoholi pierwszorzędowych

RCH2OH

௄ெ௡ை

ర

ሱۛۛۛሮ RCOOH

- utlenianie aldehydów

RCHO

௄ெ௡ை

ర

ሱۛۛۛሮ RCOOH

- reakcja związków Grignara z CO

2

R-X

ெ௚

ሱሮ RMgX

஼ை

మ

ሱሮ RCOOMgX

ு

శ

ሱሮ RCOOH

Zadanie 34.
Napisz reakcje otrzymywania pochodnych kwasów karboksylowych (estry, bezwodniki, amidy,
halogenki kwasowe). Uszereguj pochodne kwasów karboksylowych według malejącej reaktywności.

estry
- z kwasów

RCOOH + ROH

ு

శ

ር

ሮ RCOOR + H

2

O

- z chlorków kwasowych

RCOCl + ROH → RCOOR + HCl

- z bezwodników kwasowych

(RCO)

2

O + ROH → RCOOR +RCOOH

bezwodniki

amidy
- reakcje amoniaku z chlorkami kwasów karboksylowych

halogenki kwasowe

RCOOH + SOCl

2

→ RCOCl + HCl + SO

2

RCOOH + PCl

5

→ RCOCl + HCl + POCl

3

REAKTYWNOŚĆ: halogenki kwasowe > bezwodniki > estry > amidy

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

14

Zadanie 35.
Napisz reakcję alkalicznej hydrolizy glicerydów; mechanizm myjącego działania mydła.

gliceryd

gliceryna

mydło

W procesie oczyszczania problem stanowią tłuszcze i smary, które są składnikami brudu. Sama woda nie
może rozpuścić tych hydrofobowych substancji. Niepolarne końce cząsteczek (hydrofobowe) mydła
rozpuszczają się w kropelkach brudu, a pozostałe karboksylowe końce (hydrofilowe) kierują się w stronę
wody. Tworzy się emulsja i można usunąć brud.

Zadanie 36.
Metody otrzymywania amin.

- redukcja związków nitrowych (otrzymywanie głównie amin aromatycznych)

RNO

2

௉௧,ு

శ

ሱۛۛሮ RNH

2

- reakcja halogenków z amoniakiem lub aminami

NH

3

ோ௑

ሱሮ RNH

2

ோ௑

ሱሮ R

2

NH

ோ௑

ሱሮ R

3

N

- synteza Gabriela

Zadanie 37.
Napisz reakcje pozwalające na rozróżnienie rzędowości amin; test Hinsberga.

aminy pierwszorzędowe

nierozpuszczalny rozpuszczalny nierozpuszczalny
aminy drugorzędowe

nierozpuszczalny

Zadanie 38.
Wyjaśnij, która z amin – cykloheksyloamina czy aminobenzen - jest mocniejszą zasadą.

Mocniejszą zasadą jest cykloheksyloamina. Aminy aromatyczne na wskutek efektu mezomerycznego są
znacznie słabszymi zasadami od odpowiadających im amin alifatycznych (delokalizacja elektronów atomu
azotu grupy aminowej).

UAM Poznań

Zagadnienia na egzamin z chemii organicznej dla studentów biologii

15

Zadanie 39.
Napisz metody otrzymywania alaniny.

Zadanie 40.
Jakie formę posiada glicyna w roztworze o pH = 1, a jaką w roztworze o pH = 14? Wyjaśnij pojęcie
punktu izoelektrycznego.

[pH=1]

[pH=14]

punkt izoelektryczny - jest to takie pH środowiska, przy którym cząsteczka aminokwasu w danych
warunkach jest obojętna, bez względu na to czy jednakowa ilość ładunków dodatnich i ujemnych w
cząsteczce wynika z dysocjacji grup polarnych, czy obecności związanych jonów. W punkcie
izoelektrycznym cząsteczka nie ma zdolności wędrowania w polu elektrycznym (np. podczas elektroforezy).
W roztworze o pH większym od punku izoelektrycznego cząsteczka występuje w formie anionu, a poniżej
punktu izoelektrycznego w formie kationu. W punkcie izoelektrycznym aminokwas tworzy sól wewnętrzną
tzw. jon obojnaczy, wtedy cząsteczka jest najsłabiej rozpuszczalna. Wykorzystuje się to do wytrącenia
aminokwasów z roztworu.

Zadanie 41.
Napisz wzory i nazwij wszystkie zasady purynowe i pirymidynowe wchodzące w skład DNA. Które z
zasad purynowych i pirymidynowych łączą się w pary i dlaczego?

ZASADY PIRYMIDYNOWE

ZASADY PURYNOWE

cytozyna

tymina

guanina

adenina

Adenina łączy się dwoma wiązaniami wodorowym z tyminą, natomiast guanina łączy się z cytozyna trzema
wiązaniami chemicznymi. Utrzymują w ten sposób heliakalną strukturę DNA.

N

N

NH

2

H

O

N

N

O

O

CH

3

H

H

N

N

N

N

N

H

2

H

O

H

N

N

N

N

NH

2

H