CZY MOŻNA POLUBIĆ CHEMIĘ ORGANICZNĄ?

Michał Fedoryński
Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny

Zadanie 1

Wytrząsanie alkoholu t-butylowego (2-metylopropan-2-olu) (CH₃)₃COH z kwasem bromowodorowym jest dogodną metodą syntezy bromku t-butylu (2-bromo-2-metylopropanu). Etapem decydującym o szybkości tej reakcji jest powstawanie karbokationu. Trzeciorzędowy karbokationt-butylowy jest dobrze stabilizowany, a więc tworzy się łatwo. Można oczekiwać, że prowadzona w analogicznych warunkach reakcja butanolu z kwasem bromowodorowym będzie zachodzić znacznie wolniej lub nie zajdzie w ogóle, bowiem karbokationy pierwszorzędowe są gorzej stabilizowane w porównaniu z trzeciorzędowymi. Tymczasem w reakcji butanolu z kwasem bromowodorowym 1-bromobutan (bromek butylu) powstaje z dobrą wydajnością, aczkolwiek proces ten wymaga ogrzewania i dodatku kwasu siarkowego. Jak to objaśnić?

Odpowiedź:

Reakcja ta biegnie według innego mechanizmu. W reakcjach z alkoholami pierwszorzędowymi protonowanie grupy hydroksylowej powoduje, że staje się ona bardzo dobrą grupą opuszczającą i jest podstawiana przez anion bromkowy w reakcji typu S_N2, a proces z udziałem karbokationu ma minimalne znaczenie.

Zadanie 2

Eter t-butylowo metylowy otrzymuje się na skalę przemysłową z 2-metylopropenu i metanolu w reakcji katalizowanej przez kwasy. Można go również otrzymać w reakcji S_N2 alkoholanu z chlorowcoalkanem. Który wariant tej syntezy wybrałbyś: reakcja t-butanolanu sodu z bromkiem metyluczy bromku t-butylu z metanolanem sodu?

Odpowiedź:

Aniony alkoholanowe są mocnymi zasadami i często reakcji podstawienia towarzyszy β-eliminacja. Niesymetryczne etery należy zatem otrzymywać w reakcji pierwszorzędowego chlorowcoalkanu i wyżej rzędowego alkoholu, a nie odwrotnie

Zadanie 3

Narysuj wzory rezonansowe:

a) anionu octanowego

b) anionu cyklopentadienylowego

c) butenonu

d) kationu

Zadanie 4

Estry kwasów karboksylowych otrzymuje się najczęściej w katalizowanej kwasem (np. kwas siarkowy) reakcji kwasu karboksylowego z alkoholem pierwszo- lub drugorzędowym, np.:

Jak zrealizowałbyś tę przemianę nie dysponując żadnym kwasowym katalizatorem?

Odpowiedź:

Estry można otrzymać w reakcji soli kwasu karboksylowego (wytworzonej działaniem słabej zasady, np. wodnego roztworu NaOH, na kwas) z chlorowcoalkanem - jest to reakcja podstawienia S_N2.

Zadanie 5

W 1845 r. Adolph Wilhelm Hermann Kolbe (1818-1884), chemik niemiecki, uczeń Wöhlera, nazywany ojcem syntezy organicznej, dokonał pełnej syntezy kwasu octowego z pierwiastków, tym samym potwierdził tezę Wöhlera, iż związki organiczne mogą powstawać bez udziału organizmów żywych. Znajdź w Internecie dane na temat tej syntezy, nie przejmuj się jeżeli nie wszystkie procesy są zrozumiałe, przyjdzie na to czas.

Zadanie 6

Jakie skojarzenie budzi związek o nazwie: 6-n-butylocykloheptadien-1,4? Jaką nadałbyś mu nazwę zwyczajową?

Odpowiedź:

Nie wiemy jaką nazwę wymyśliłeś, ale SubramanianRanganathan z Indian Institute of Technology w Kanpurze nazwał go “spermane”. Jest to składnik olejku wydzielonego z algi dictyopteris znany także jako dictyopterine C'

Zadanie 7

Znając szereg elektroujemności atomów można domniemywać, że reakcja S_N2 karboanionów z chlorowcoalkanami zajdzie najszybciej w przypadku fluorków alkilowych w porównaniu z chlorkami, bromkami czy jodkami. Cząstkowy ładunek dodatni jest bowiem największy na atomie węgla połączonym z atomem fluoru w cząsteczce fluoroalkanu. W rzeczywistości jest odwrotnie, przy czym fluorki alkilowe są w ogóle nieaktywne w reakcji S_N2. Jak to objaśnić?

Odpowiedź:

Zapomnieliśmy o trwałości wiązania. Nakładanie się chmur elektronowych tworzących wiązanie chemiczne jest najefektywniejsze w przypadku atomów o zbliżonych rozmiarach. Tak więc wiązanie węgiel-fluor (oba atomy znajdują się w tym samym okresie tablicy Mendelejewa) jest najmocniejsze (ma największą energię) i nie ulega rozerwaniu. Występują tu więc dwa przeciwstawne efekty - efekt indukcyjny i energia wiązania.

SŁOWNIK

węglowodory - składają się tylko z atomów węgla i wodoru. Wyróżniamy związki węgla i wodoru połączonych w różny sposób wiązaniami pojedynczymi (tzw. węglowodory nasycone, alkany, np. metan, propan); związki węgla i wodoru zawierające jedno lub więcej wiązanie podwójne węgiel-węgiel (alkeny, np. etylen), związki zawierające wiązanie potrójne węgiel-węgiel (alkiny, np. acetylen), węglowodory aromatyczne (nazwa nie ma nic wspólnego z zapachem!), np. benzen - o nich nie będziemy mówić.

alkohole - związki zawierające grupę OH (grupę hydroksylową), połączoną z podstawnikiem węglowodorowym, np. metanol, CH₃OH.

aldehydy - związki zawierające grupę C=O (karbonylową), połączoną z atomem wodoru i podstawnikiem węglowodorowym, np. etanal (aldehyd octowy)

ketony - związki zawierające grupę karbonylową, połączoną z dwoma podstawnikami węglowodorowymi, np. propanon (aceton), CH₃C(O)CH₃

kwasy karboksylowe i ich pochodne (estry, chlorki kwasowe, bezwodniki kwasowe itp.)

• etery

• siarczki

• aminy

• chlorowcopochodne

Zeszyt ćwiczeń

Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki

2

Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki

---