Контрольный работы по органической химии для студентов

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПИЩЕВЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ
Методические указания
2006
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПИЩЕВЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ
Методические указания
Казань 2006
2
УДК 547.2
Составители: доц. В.М.Захаров
доц. Л.Я.Захарова
Контрольные работы по органической химии для студентов пищевых
специальностей: Метод. указания / Казан.гос.технол.ун-т. Сост.:
В.М.Захаров, Л.Я.Захарова. Казань,2006. с.
.
Включены задания для контрольных работ по дисциплине
«Органическая химия». Предназначены для студентов-заочников
обучающихся по специальностям пищевых технологий.
Подготовлены на кафедре «Органическая химия».
Печатаются по решению методической комиссии по циклу
химических дисциплин.
Под редакцией проф. М.Б.Газизова
Рецензенты: проф. В.И.Гаврилов
доц. М.А.Сысоева
3
Данная работа предназначена для студентов факультета пищевых
технологий заочной формы обучения и представляет собой сборник
заданий для контрольных работ, которые студент должен решать
самостоятельно в течение учебного года. Изучение основ органической
химии занимает важное место в подготовке специалиста пищевых
технологий. Значение органической химии определяется прежде всего тем,
что важнейшими составными частями продуктов питания – белками,
жирами и углеводами являются органические вещества и, следовательно,
процессы, происходящие при технологической обработке продуктов реакциями органических соединений. Во-вторых, к числу органических
веществ относят также большинство пищевых добавок, которые в
настоящее время применяются очень широко. Пищевые добавки позволяют
значительно увеличивать сроки хранения продуктов, улучшать их вкус и
придавать им привлекательный внешний вид при уменьшении их
стоимости. Использование пищевых добавок также связано с созданием
новых видов пищи, отвечающей современным представлениям науки о
питании (низкокалорийные продукты, аналоги мясных, молочных и
рыбных продуктов) и совершенствованием технологии получения
традиционных пищевых продуктов.
Дисциплина «Органическая химия» состоит из разделов, которые
имеют различное значение для подготовки специалистов пищевых
технологий. Наиболее важными представляются разделы, посвященные
моно- и полифункциональным производным углеводородов (вопросы № 6
– 9), и менее значимым - раздел «Углеводороды» (вопросы № 1 – 5). В то
же время следует отметить, что изучение органической химии с раздела
«Углеводороды» обусловлено внутренней логикой предмета, поскольку
трансформация углеводородов введением в их молекулы функциональных
групп позволяет получить разнообразные органические соединения. Для
лучшей подготовки студента к изучению дисциплин пищевых технологий в
заданиях в ряде случаев указаны области применения органических
веществ. В приложении приведена классификация пищевых добавок
Европейского Сообщества.
Для облегчения самостоятельной работы и лучшего усвоения
учебного материала для одного из вариантов (вариант 0) приведены ответы
на вопросы.
4
ВАРИАНТ 0
(с решениями)
Вопрос 1. При фотохимическом хлорировании пропана образуется
смесь, состоящая из 57% 2-хлорпропана и 43% 1-хлорпропана.
Аналогичная реакция бромирования приводит к смеси другого состава:
92% 2-бромпропана и 8% 1-бромпропана. Исходя из данных по составу
смесей рассчитайте относительные активности вторичных и первичных СН связей в реакциях хлорирования и бромирования.
Ответ.
Схема реакции фотохимического хлорирования пропана:
ÑÍ 3-ÑÍ 2-ÑÍ
3
+ Ñl2
hv
o
ÑÍ 3-ÑÍ -ÑÍ
3
+
25 C
1-õëî ðï ðî ï àí (43% )
Ñl
ï ðî ï àí
ÑÍ 3-ÑÍ 2-ÑÍ 2Cl
2-õëî ðï ðî ï àí (57% )
î òí . àêòèâí î ñòü âòî ð. ÑH-ñâÿçåé
î òí . àêòèâí î ñòü ï åðâ. ÑH-ñâÿçåé
=
2-õëî ðï ðî ï àí /2
1-õëî ðï ðî ï àí /6
=
57/2
43/6
=
4
1
Для расчета относительной активности С-Н связей нужно принять во
внимание
количество
вторичных
и
первичных
С-Н
связей
(статистический фактор). В молекуле пропана имеется две вторичных
связи и шесть первичных связей, поэтому содержание 2-хлорпропана
следует разделить на 2, а содержание 1-хлорпропана - на 6.
Таким образом, величины относительной активности вторичных и
первичных С-Н связей в реакции фотохимического хлорирования равны 4 :
1.
Аналогичным образом проводится расчет относительной активности
вторичных и первичных С-Н связей в реакции бромирования:
ÑÍ 3-ÑÍ 2-ÑÍ
3
+ Br2
hv
300oC
ÑÍ 3-ÑÍ -ÑÍ
3
+
Br
ï ðî ï àí
ÑÍ 3-ÑÍ 2-ÑÍ 2Br
1-áðî ì ï ðî ï àí (8% )
2-áðî ì ï ðî ï àí (92% )
Величины относительной активности вторичных и первичных С-Н
связей в реакции фотохимического бромирования равны 34,5 : 1.
5
Следовательно,
реакция
бромирования
пропана
протекает
региоселективно. Региоселективная реакция – реакция, в ходе которой
химическим изменениям подвергается преимущественно одно из двух или
нескольких положений молекулы субстрата.
Важно подчеркнуть, что величины относительной активности С-Н
связей в алканах, в том числе при их хлорировании и бромировании, в
значительной мере зависят от условий проведения реакции (температуры и
др.).
Вопрос №2. Напишите уравнения реакции гидробромирования бутена1: а) в отсутствие пероксидов; б) в присутствии пероксидов. Рассмотрите
механизмы. Сформулируйте правило Марковникова и дайте ему
объяснение.
Ответ: а) в отсутствие пероксидов гидробромирование бутена-1
протекает по механизму АЕ:
Ñ2Í 5-ÑÍ =ÑÍ
Ñ2Í 5-ÑÍ =ÑÍ

H
2

H
2
_


Br 
Br 
+
Ñ2Í 5-ÑÍ -ÑÍ
H
- Br
_
2
(âòî ðè÷í û é êàòèî í
óñòî é÷èâåå, ÷åì ï åðâè÷í û é
ÑH3-(CH2)2-CH2)
+
Br
+Br
Ñ2Í 5-ÑÍ -ÑÍ
H
Поскольку реакция преимущественно идет в направлении образования
более устойчивого карбокатиона, то взаимодействие несимметричного
реагента X+-Y- по двойной связи несимметричного алкена
R-ÑÍ =Ñ R'
R"
(где R – R” – водород или алкил) протекает по правилу Марковникова:
катионная часть X+ (обычно Н+) присоединяется к более
гидрогенизированному атому углерода, а анионная часть Y - ко второму,
менее гидрогенизированному ненасыщенному С-атому:
X+
Н
Н
Н
6
Н
Cl
2
Y
Br
Cl
OH
OSO3H
OH
б)гидробромирование бутена-1 в присутствии пероксидов протекает
по механизму AR:
Í
.
.
O
.
2 OH
. Br
Br .. H + OH
Ñ2Í 5-ÑÍ =ÑÍ
.
OH
.
.
2
+ H2O
+ Br
Ñ2Í 5-ÑÍ -ÑÍ 2Br
Поскольку вторичный радикал более устойчив, чем первичный
радикал, то
.
Ñ2Í 5-ÑÍ Br-ÑÍ
.
2
.
Ñ2Í 5-ÑÍ -ÑÍ 2Br + HBr
Ñ2Í 5-ÑÍ -ÑÍ 2Br + Br
реакция идет против правила Марковникова.
Вопрос 3. Установите структурную формулу углеводорода С4Н6, если
он присоединяет 4 атома брома, не реагирует с аммиачным раствором
оксида серебра, а при кипячении с водой в присутствии сульфата
двухвалентной ртути образует бутанон-2.
Ответ: Брутто-формуле С4Н6 могут соответствовать два
углеводорода - алкин и диен, оба их которых в реакции с бромом
присоединяют четыре атома галогена.
О том, что данное вещество является алкином можно заключить на
основании того, что оно вступает в реакцию гидратации в присутствии
солей двухвалентной ртути (реакция Кучерова).
Решить вопрос о положении тройной связи в молекуле позволяет
информация об отсутствии взаимодействия данного алкина с аммиачным
раствором оксида серебра, что исключает из рассмотрения алкин с
концевым положениям тройной связи.
7
Таким образом, данное вещество отвечает формуле - бутин-2 и
вступает в следующие реакции:
+2 Br2
H3Ñ-CBr2-CBr2-CH3
2,2.3.3-òåòðàáðî ì áóòàí
H3Ñ-C C-CH3
áóòèí -2
[Ag(NH3)2]OH
ðåàêöèÿ í å èäåò
H2O
[HgSO4]
H3Ñ-C-CH2-CH3
O
áóòàí î í -2
Вопрос 4. Какими химическими особенностями обладают
сопряженные диены? Предложите химический способ разделения смеси
циклогексадиена -1,3 и циклогексадиена-1,4.
Ответ. Особенности химических свойств диенов с сопряженными
связями:
1)
реакции присоединения (гидрирование; галогенирование;
гидрогалогенирование ) протекают в двух направлениях: 1,2- и 1,4присоединение. Например, реакция бромирования бутадиена-1,3
идет следующим образом:
1,2-ï ðèñî åäèí åí èå
ÑH2Br-CHBr-CH=CH2
H2Ñ=CÍ -CH=CH2 + Br2
1,4-ï ðèñî åäèí åí èå
ÑH2Br-CH=CH-CH2Br
2)
реакцией [2+4]-циклоприсоединения, характерной для
сопряженных диенов, является реакция Дильса-Альдера и
аналогичные ей реакции димеризации. Реакция Дильса-Альдера
протекает в отсутствие катализатора, как правило при нагревании
исходных веществ, которые называют диеном и диенофилом. При
применении активных компонентов реакция идет и при низких
температурах. Примером реакции Дильса-Альдера является
8
взаимодействие бутадиена-1,3 (диен) и акролеина (диенофил) с
образованием циклогексен-3-карбальдегида.
H2Ñ=CÍ -CH=CH2 + H2Ñ=CÍ -CHO
CHO
С учетом перечисленных особенностей химических свойств диенов с
сопряженными связями можно предложить способ химического
разделения смеси циклогексадиена -1,3 и циклогексадиена-1,4, который
заключается в обработке смеси этих веществ эфирным раствором
малеинового ангидрида.
O
+
O
O
O
O
O
Разделение веществ основано на их различной реакционной
способности: циклогексадиен-1,3, как сопряженный диен вступает в
реакцию Дильса-Альдера (малеиновый ангидрид выступает в роли
диенофила), в свою очередь, циклогексадиен-1,4, являясь диеном с
изолированными связями, в эту реакцию не вступает. Таким образом,
циклогексадиен-1,3
дает
кристаллический
аддукт,
который
отфильтровывают от непрореагировавшего циклогексадиена-1,4 и затем
подвергают ретродиеновому распаду при нагревании.
Вопрос 5. Приведите схему получения бензойной кислоты (бензойная
кислота является пищевой добавкой Е210, разрешенной к использованию в
Российской Федерации), в которой в качестве исходных веществ и
реагентов используются только неорганические вещества. Если среди
предложенных
реакций
присутствует
реакция
ароматического
электрофильного замещения, то приведите ее механизм.
Ответ. Бензойную кислоту можно получить из углерода и водорода
следующим образом:
9
700-800oC
C + H2
to
CH4
HÑ CH
ÑH3Cl
òðèì åðèçàöèÿ
[Càêòèâ.]
[AlCl3]
hv Cl2
ÑH3Cl
H 3Ñ
ÑOOH
KMnO4
Механизм реакции электрофильного ароматического замещения:
+ ÑH3 AlCl4+
ÑH3+ AlCl4-
ÑH3
ÑH3
H
H
+
+
H
+
ÑH3
H
AlCl4-
ÑH3
+
AlCl4
ÑH3
-
+
HCl + AlCl3
Вопрос 6. Пищевые добавки Е222 (гидросульфит натрия) и Е228
(гидросульфит калия) используются для предотвращения потемнения
пищевых продуктов, которое начинается с реакции карбонильной группы
открытой формы редуцирующего сахара и амино группы аминокислоты
(белка). Объясните механизм ингибирующего действия гидросульфита
натрия (Е222) на примере модельных соединений: D-глюкозы и глицина.
Ответ. Процесс потемнения пищевых продуктов начинается с
нуклеофильного
присоединения
аминогруппы
аминокислоты
к
альдегидной группе открытой формы D-глюкозы:
10
O
H
N-CH2COOH
H
C
C
OH
OH
HO
+
OH
H2NCH2COOH
HO
-H2O
OH
OH
OH
ÑH2OH
ÑH2OH
D-ãëþ êî çà
ãëþ êî çî ãëèöèí
Хотя
альдогексозы
в
обычных
условиях
не
образуют
гидросульфитные соединения, ввиду малой концентрации открытой
формы, тем не менее ингибирующий эффект гидросульфитных добавок
объясняется именно этой реакцией, которая конкурирует с упомянутой
ранее реакцией образования глюкозоглицина. Таким образом, реакцию
образования гидросульфитного производного открытой формы D-глюкозы
можно представить следующим образом:
O
H
H
HO
C
C
OH
SO3Na
OH
HO
HO
OH
+ NaHSO3
OH
OH
OH
ÑH2OH
ÑH2OH
В качестве обязательного условия ингибирования потемнения
пищевых продуктов следует указать наличие в них воды, так как без нее
невозможно образование реакционноспособной открытой формы
сахарида.
Вопрос 7. Расположите перечисленные ниже карбоновые кислоты в
порядке увеличения кислотности: пропионовая (Е280), муравьиная (Е236),
бензойная (Е210) и уксусная (Е260) кислоты. Эти кислоты являются
11
пищевыми добавками, использование которых разрешено в Российской
Федерации.
Ответ. Согласно теории Бренстеда, кислота – любое вещество,
способное диссоциировать с отщеплением протона (донор протона), а
основание – любое соединение, способное присоединять протон (акцептор
протона).
Мерой силы кислоты Бренстеда является константа ее диссоциации
Ка, определяемая по отношению к воде как к основанию, или
соответствующее значение рКа.
H + A:
H-A
ñî ï ðÿæåí í î å
î ñí î âàí èå
êèñëî òà
B: + H
BH
ñî ï ðÿæåí í àÿ
êèñëî òà
î ñí î âàí èå
H-A
êèñëî òà
+
+
A:
H2O
ñî ï ðÿæåí í î å
î ñí î âàí èå
î ñí î âàí èå
Kð =
[A: ] [H3O]
[H-A] [H2Î ]
H 3O
ñî ï ðÿæåí í àÿ
êèñëî òà
,
Для разбавленных растворов:
Êð[H2Î ]=Êà
Ka =
[A: ]
[H3O]
[H-A]
,
-lgKa =pKa
Положение равновесия а, следовательно и сила кислоты, определяется
разностью свободных энергий (Gо) сопряженного основания и кислоты.
Чем устойчивее сопряженное основание, тем ниже свободная энергия
диссоциации Gо, тем более равновесие смещено вправо, тем сильнее
кислота. Зависимость между значениями Gо и lgKa выражается
уравнением:
12
Gо = -2,303 RT lgKa,
где R = 8,31 . 10-3 кДж/моль, а Т – температура в градусах Кельвина.
При кислотной диссоциации карбоновой кислоты образуется
карбоксилат-анион RCOO-. С точки зрения электронного строения его
представляют как резонансный гибрид двух энергетически эквивалентных
структур.
Резонансная стабилизация карбоксилат-аниона является причиной
того, что карбоновые кислоты являются кислотами средней силы.
R C
..
..
O-H
..
O:
R C
+ H 2O
- H3O
..
..
O
..:
O:
..
R C
O
..:
O
..:
Электроноакцепторные заместители в молекуле карбоновой кислоты,
оттягивающие электроны от карбоксилатного центра и тем самым
стабилизирующие
карбоксилат-анион,
увеличивают
кислотность
карбоновой кислоты. Электронодонорные заместители оказывают
противоположное влияние.
В ряду муравьиная кислота (рКа=3,77)– уксусная кислота (рКа=4,76)–
пропионовая кислота (рКа=4,86) сила кислот будет уменьшаться, что
объясняется возрастанием электронодонорных свойств алкильных групп
(этильная группа обладает более сильными электронодонорными
свойствами, чем метильная).
Поскольку фенильная группа обладает электроноакцепторыми
свойствами (в отличие от метильной), то бензойная кислота (рКа=4,20)
будет являться более сильной кислотой, чем уксусная, поэтому
карбоновые кислоты можно расположить в порядке увеличения
кислотности следующим образом: пропионовая, уксусная, бензойная,
муравьиная кислоты.
13
Вопрос 8. Каким образом в результате реакций диазотирования и
азосочетания может быть синтезирован азокраситель следующего
строения:
HO
O2N
N=N
NO2
Укажите хромофорную и ауксохромную группы этого красителя.
Ответ. Исходным веществом в реакции диазотирования является
2,4-динитроанилин. Нитрит натрия, который используется в этой реакции
в качестве одного из реагентов, является пищевой добавкой Е250, которую
применяют при обработке мяса и мясных продуктов для сохранения
красного цвета. Миоглобин (красный мясной краситель) при
взаимодействии с нитритами образует красный нитрозомиоглобин,
который придает мясным изделиям цвет красного соленого мяса, мало
изменяющегося при кипячении. Реакцию диазотирования (реакция
Грисса) проводят действием азотистой кислотой на водный раствор амина.
Азотистая кислота образуется из ее солей и избытка минеральной
кислоты. Избыток кислоты необходим для стабилизации соли диазония.
Азокрасители (Е102, Е110, Е122, Е124, Е151), являясь
представителями синтетических красителей, обладают значительными
технологическими преимуществами по сравнению с большинством
натуральных красителей. Они дают яркие, легко воспроизводимые цвета и
менее чувствительны к различным видам воздействия, которым
подвергается материал в ходе технологического потока. Синтез
азокрасителей осуществляется по реакции азосочетания. Эта реакция
заключается во взаимодействии солей диазония и фенолов или
жирноароматических аминов. В данном случае реагирующими
веществами являются хлорид 2,4-динитробензолдиазония и нафтол-2:
14
O2N
NH2 + NaNO2 + 2HCl
NO2
2,4-äèí èòðî àí èëèí
+
O2N
N
N
_
Cl + NaCl + 2H2O
NO2
2,4-äèí èòðî áåí çî ëäèàçî í èé õëî ðèä
+
O2N
N
OH
_
N
Cl
+
NO2
í àô òî ë-2
HO
O2N
N=N
+
HCl
NO2
Цвет азокрасителей обусловлен присутствием в их молекуле
хромофорной группы (-N=N-), а также ауксохромной (-ОН) группы,
которая углубляет цвет и способствует связыванию красителя на
окрашиваемом материале.
Вопрос 9. Установите строение вещества С3H7О2N, которое имеет
амфотерные свойства, с метанолом дает С4H9NО2, при нагревании
выделяет аммиак и образует кислоту С3H4О2.
Ответ. В составе рассматриваемого вещества три атома углерода, из
которых один входит в состав карбоксильной группы (реакция с
метанолом). Ответ на вопрос о положении аминогруппы дает реакция
сопровождающаяся выделением аммиака – эта реакция характерна для -
15
аминокислот. Таким образом, изучаемое вещество имеет следующее
строение:
H2N-CH2-CH2-COOH
C3H7O2N
àëàí èí
Реакции -аланина с метанолом и термического дезаминирования:
+ CH3OH
_
H2O
H2N-CH2-CH2-COOCH3
C4H9NO2
H2N-CH2-CH2-COOH
t
_ NH
3
ÑH2=CH-COOH
C3H4O2
Вариант 1
Вопрос 1.
Относительные скорости замещения третичного,
вторичного и первичного атомов водорода при бромировании алканов
составляют 1600 : 82 : 1. Определите содержание изомерных
монобромалканов в продукте реакции бромирования бутана.
Вопрос 2. Напишите уравнение реакции гидробромирования бутена-1
в отсутствие кислорода и перекисей. Разберите механизм. Сформулируйте
правило Марковникова и дайте ему объяснение.
Вопрос 3. Напишите схему синтеза пентина-2 исходя из пропина-1 с
применением комплексов Иоцича.
Вопрос 4. Какие продукты образуются при взаимодействии с 1 молем
бромистого водорода (в отсутствие перекисей и кислорода, при комнатной
температуре) следующих соединений: а) пентадиена-1,4; б) бутадиена-1,3?
Дайте объяснения.
Вопрос 5. Расположите ароматические соединения в ряд по
уменьшению реакционной способности в реакции сульфонирования:
этилбензол, фенол, нитробензол, бромбензол, п-ксилол. Приведите схемы
этих реакций, а для реакции с участием этилбензола рассмотрите также
механизм.
Вопрос 6. В процессе производства маргарина при гидрировании
триацилглицеридов, входящих в состав жидких растительных масел
16
(подсолнечного, хлопкового, рапсового, соевого и других), образуется
продукт называемый саломасом. Представьте реакцию, протекающую при
этом процессе, на примере гидрирования триглицерида олеиновой
кислоты.
Вопрос 7. Получите метилпропионат ацилированием спирта
хлорангидридом, а также ангидридом кислоты. Какое из этих соединений и
почему является более сильным ацилирующим агентом?
Вопрос 8. Напишите схемы синтеза 4-метилпентанона-2, исходя из
ацетоуксусного эфира.
Вопрос 9. При полном гидролизе трипептида образовались две аминокислоты – глицин (Gly) и аланин (Ala). Предложите варианты
строения трипептида.
Вариант 2.
Вопрос 1. При хлорировании алканов (20оС на свету) относительные
скорости замещения третичного, вторичного и первичного атомов
водорода составляют 5 : 3,8 : 1. Используя эти данные рассчитайте
изомерный состав смесей, который образуются при монохлорировании
изобутана.
Вопрос 2. Приведите схему и механизм реакции хлорирования
пропена в следующих условиях: а) в полярном растворителе; б) в газовой
фазе при температуре 500оС.
Вопрос 3. Напишите схему синтеза 4-метилпентина-1 исходя из
ацетилена с применением комплексов Иоцича.
Вопрос 4. Напишите схемы реакций диенового синтеза, применяя в
качестве диена 2,3-диметилбутадиен-1,3, а в качестве диенофила: а)
малеиновый ангидрид; б) акролеин.
Вопрос 5. Расположите ароматические соединения в ряд по
уменьшению реакционной способности в реакции нитрования: этилбензол,
бензойная кислота (пищевая добавка Е210; консервант), мхлорбензолсульфоновая кислота, 3-этил-1-метилбензол. Приведите схемы
этих реакций, а для реакции с участием этилбензола рассмотрите также
механизм.
Вопрос 6. Объясните, почему при кипячении фенола с
бромистоводородной кислотой реакции не происходит, в то время как при
17
кипячении в тех же условиях циклогексанола он с высоким выходом
превращается в бромциклогексан?
Вопрос 7. Карбоновые кислоты применяются в пищевой
промышленности в качестве консервантов и регуляторов кислотности.
Следующие кислоты расположите в ряд по возрастанию скорости
этерификации их метиловым спиртом: а) уксусная (пищевая добавка Е260);
б) триметилуксусная; в) пропионовая (пищевая добавка Е280; используется
в сыроделии и хлебопечении). Дайте объяснение.
Вопрос 8. Напишите схемы синтеза 3-бензилгексанона-2, исходя из
ацетоуксусного эфира
Вопрос
9.
Напишите
формулы
восстанавливающего
и
невосстанавливающего дисахаридов, состоящих из остатков D-глюкозы и
D-галактозы. Приведите реакцию в которой происходит окисление
восстанавливающего дисахарида.
Вариант 3
Вопрос 1. Углеводород состава С8Н18 при хлорировании образует
только одно монохлорпроизводное. Каково строение этого углеводорода?
Напишите схему реакции хлорирования и ее механизм.
Вопрос 2. Предложите схему перехода от 3-метилпентена-1 к 3метилпентену-2. Для последнего соединения напишите схему реакции с
бромистым водородом. Приведите механизм этой реакции?
Вопрос 3. Установите строение вещества с открытой цепью состава
С6Н10, которое не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, а при
нагревании в воде, содержащей сульфат ртути и серную кислоту, образует
смесь гексанона-2 и гексанона-3. Приведите схему этой реакции.
Вопрос 4. Приведите структурную формулу углеводорода с открытой
цепью, имеющего состав С6Н10, который при озонолизе образует смесь
диацетила СН3С(О)-С(О)СН3 и формальдегида (пищевая добавка Е240 –
консервант; применение в Российской Федерации запрещено!)? Приведите
реакцию его озонирования.
Вопрос 5. Расположите ароматические соединения в ряд по
уменьшению реакционной способности в реакции бромирования: бензол;
м-ксилол; м-динитробензол; п-нитроизопропилбензол; м-толуидин.
Приведите схемы этих реакций, а для реакции с участием м-ксилола
рассмотрите также механизм.
18
Вопрос 6. Известно, что третичный бутиловый спирт под действием
концентрированной соляной кислоты легко превращается в 2-хлор-2метилпропан, в то время как нормальный бутиловый спирт в этих условиях
реагирует гораздо медленнее. Объясните причины различного поведения
спиртов.
Вопрос 7. Из ацетилена и неорганических реагентов получите
уксусный ангидрид.
Вопрос 8. Напишите схемы синтеза 2-метилпентановой кислоты
исходя из ацетоуксусного эфира
Вопрос 9. Приведите структурные формулы двух моносахаридов,
которые дают тот же озазон, что и L-манноза.
Вариант 4
Вопрос 1. Напишите реакцию Коновалова для следующих
углеводородов: а) этан; б) н-пентан; в) 2-метилбутан. Какой углеводород
наиболее легко будет подвергаться превращению?
Вопрос 2. Какие соединения образуются в результате окисления
водным раствором перманганата калия при низкой температуре (реакция
Вагнера) следующих веществ: а) гептен-2; б) 2-метилбутен-2; в) 4метилпентен-2; г) 2-метилбутен-1? Приведите схемы реакций.
Вопрос 3. Предложите схему синтеза октина-2 исходя из ацетилена.
Вопрос 4. Напишите структурную формулу углеводорода с открытой
цепью состава С5Н8, при озонолизе которого образуется малоновый
альдегид
(О)НС-СН2-СН(О) и формальдегид. Приведите схему реакции
озонирования.
Вопрос 5. Расположите ароматические соединения в ряд по
уменьшению реакционной способности в реакции ацилирования
хлористым ацетилом: хлорбензол; п-нитротолуол; м-дихлорбензол, отолуиловая кислота. Приведите схемы этих реакций, а для реакции с
участием хлорбензола рассмотрите также механизм.
19
Вопрос 6. Предложите химический путь очистки пентанола-2 от
примеси пентанона-2.
Вопрос 7. Напишите схему синтеза 2-бензилбутановой кислоты
исходя из малонового эфира и соответствующих галогеналканов.
Вопрос 8. Напишите уравнения реакций образования азо-красителя,
если в качестве диазо- и азосоставляющих используются сульфаниловая
кислота и N,N-диметиланилин.
Вопрос 9. В какие гексозы будет превращаться D-галактоза в
слабощелочном растворе?
Вариант 5
Вопрос
1.
Приведите
схему
и
механизм
реакции
сульфонохлорирования бутана.
Вопрос 2. Предложите схему получения 2-хлор-2-метилбутана исходя
из 3-метилбутанола-1 (изоамиловый спирт).
Вопрос 3. Установите строение соединения с открытой цепью состава
С5Н8, которое при исчерпывающем гидрировании образует 2-метилбутан,
при обработке аммиачным раствором оксида серебра дает соединение
состава С5Н7Ag. Напишите эти реакции.
Вопрос 4. Какие соединения образуются при взаимодействии
пентадиена-1,4 с бромом? Приведите реакцию и ее механизм.
Вопрос 5. Объясните, почему скорость нитрования по механизму
электрофильного ароматического замещения при использовании в качестве
реагента концентрированной азотной кислоты резко падает при добавлении
нитратов (например нитрата натрия) и увеличивается при добавлении
концентрированной серной кислоты.
Вопрос 6. Напишите уравнения реакций и объясните механизм
альдольной и кротоновой конденсации бутаналя.
Вопрос 7. Напишите схемы синтеза 2-бензилбутановой кислоты,
используя малоновый эфир и необходимые алкилгалогениды.
Вопрос 8. Напишите уравнения реакций образования красителей, если
в качестве диазо- и азосоставляющих используются м-толуидин и фенол.
Вопрос 9. Установите строение бетаина состава С5Н11О2N, который
встречается в мелассе сахарной свеклы и который не реагирует с
гидроксидом натрия, с хлористоводородной кислотой дает соединение,
отвечающее формуле С5Н12О2NCl. Этот бетаин может быть получен по
20
реакции глицина с иодметаном и по реакции хлоруксусной кислоты с
триметиламином.
Вариант 6
Вопрос 1. Приведите схему и механизм реакции хлорирования 2,3диметилбутана.
Вопрос 2. Напишите реакции озонирования 2-метилгептена-3 и 2метилгептена-2.
Вопрос 3. Установите строение соединения состава С4Н6, которое при
исчерпывающем гидрировании образует бутан, вступает в реакцию
гидратации по Кучерову, но не образует осадка при обработке аммиачным
раствором оксида серебра. Напишите реакции гидрирования и гидратации
этого соединения.
Вопрос 4. Какие продукты образуются при озонолизе полибутадиена,
если полимеризация происходит: а) как 1,2-присоединение; б) как 1,4присоединение? Приведите схемы соответствующих реакций.
Вопрос 5. В какой последовательности увеличивается количество
пара-изомеров в реакциях электрофильного замещения для следующих
соединений: этилбензол, трет-бутилбензол, изо-пропилбензол. толуол?
Для этилбензола напишите схему и механизм реакции хлорирования.
Вопрос 6. Установите строение карбонильного соединения, которое
имеет состав С5Н10О, которое реагирует с гидроксиламином и
гидросульфитом натрия (пищевая добавка Е222 – консервант), дает
реакцию серебряного зеркала, окисляясь в изовалериановую кислоту.
Вопрос 7. Напишите схемы синтеза 2-бензил-3-метилбутановой
кислоты, используя малоновый эфир и необходимые алкилгалогениды.
Вопрос 8. Напишите уравнения реакций образования азокрасителя,
если в качестве диазо- и азосоставляющих использовать сульфаниловую
кислоту и 5-амино-2-гидроксибензойную кислоту.
Вопрос 9. Напишите структурную формулу трипептида глутатиона,
Н-Gly-Cys-Gly-OH
I
SH
который играет важную роль в окислительно-восстановительных
процессах в живых организмах.
21
Вариант 7
Вопрос 1. Три различных алкена при каталитическом гидрировании
образуют 2-метилбутан. Напишите уравнения этих трех реакций и укажите
условия их проведения.
Вопрос 2. Напишите структурные формулы алкенов, озониды которых
при расщеплении водой образуют: а) пропаналь в качестве единственного
продукта; б) метаналь и 2-метилбутаналь.
Вопрос 3. Установите строение соединения состава С6Н10, которое
имеет симметричное строение молекулы, не реагирует с амидом натрия в
жидком аммиаке, при гидратации в присутствии сульфата ртути образует
симметричное карбонильное соединение. Напишите схемы этих реакций.
Вопрос 4. Продукт 1,4-присоединения брома к алкадиену при
озонолизе дает бромацетон BrСН2С(О)СН3. Какое строение имеет
исходный углеводород? Напишите реакцию озонирования.
Вопрос 5. Предложите схему синтеза 4-нитробензойной кислоты
исходя из бензола. Если среди предложенных вами реакций встречаются
реакции электрофильного ароматического замещения, то напишите их
механизмы.
Вопрос 6. Напишите уравнения реакций и объясните механизм
альдольной и кротоновой конденсации пентаналя.
Вопрос 7. Напишите схемы синтеза 2-этилбутандиовой кислоты (этилянтарной кислоты), используя малоновый эфир и необходимые
алкилгалогениды.
Вопрос 8. Определите строение гидроксикислоты состава С4Н8О3, если
ее водный раствор обладает оптической активностью, при взаимодействии
с HCl образует соединение С4H7О2Сl, а при обработке пентахлоридом
фосфора – соединение С4H6ОСl2. Эта кислота может быть получена
циангидриновым синтезом из карбонильного соединения.
Вопрос 9. D-Глюкаровая кислота (сахарная кислота), получаемая
окислением D-глюкозы концентрированной азотной кислотой, подвергаясь
лактонизации образует два различных -лактона. Напишите уравнение
реакции окисления D-глюкозы до D-глюкаровой кислоты и структурные
формулы ее лактонов.
Вариант 8
22
Вопрос 1. Установите строение алкилиодида, который при нагревании
с иодистоводородной кислотой дает изобутан, а с металлическим натрием
образует 2,5-диметилгексан. Приведите схемы реакций.
Вопрос 2. Напишите структурные формулы алкенов, озониды которых
при расщеплении водой образуют: а) пропанон и пропаналь; б) метаналь и
3-метилбутанон-2.
Вопрос 3. Установите строение соединения с открытой цепью состава
С6Н10,
которое
в
результате
последовательной
обработки
эквимолекулярными количествами амида натрия в жидком аммиаке и
бромистого изопропила образует 2,6-диметилгептин-3. Напишите эти
реакции.
Вопрос 4. При добавлении бутадиена-1,3 к раствору тетрацианэтилена
в тетрагидрофуране выделяется бесцветный кристаллический продукт.
Какое предположение можно сделать о его строении? Напишите схему его
образования.
Вопрос 5. Предложите схему синтеза 1-фенил-1-хлорэтана из бензола.
Если одна из предложенных вами реакций является реакцией
электрофильного ароматического замещения, то напишите ее механизм.
Вопрос 6. Напишите уравнения реакций и объясните механизм
альдольной и кротоновой конденсации 3-метилбутаналя.
Вопрос 7. Напишите схемы синтеза 2,3-диметилбутандиовой кислоты
(,’-диметилянтарной), используя малоновый эфир и необходимые
галогеналканы.
Вопрос 8. Определите строение гидроксикислоты состава С4Н8О3, если
она при взаимодействии с этанолом дает С6Н12О3, при нагревании теряет
воду и превращается в С4Н6О2, которая может присоединять бром. При
окислении перманганатом калия гидроксикислота дает уксусную и
щавелевую кислоты.
Вопрос 9. Составьте схему превращения низших альдоз в высшие
(синтез Килиани-Фишера) на примере получения D-рибозы из D-эритрозы.
Вариант 9
Вопрос 1. Какие углеводороды образуются при электролизе смеси
натриевых солей этановой (пищевая добавка Е262 - консервант) и
пропановой (пищевая добавка Е281 – консервант в сыроделии и
23
хлебопечении) кислот? Приведите схемы реакций, происходящих при
электролизе.
Вопрос 2. Соединение C6H14 дает при фотохимическом хлорировании
три различных монохлорида. Один из монохлоридов инертен к
элиминированию. Два других дают один и тот же алкен C6H12 при
нагревании со спиртовым раствором щелочи. Напишите структуры
соединений C6H14, C6H12 и трех монохлоридов.
Вопрос 3. Установите строение соединения с открытой цепью состава
С8Н14, которое в результате исчерпывающего гидрирования образует октан,
а при обработке аммиакатом серебра - C8H13Ag. Напишите схемы
соответствующих реакций.
Вопрос 4. Напишите схему и механизм реакции 1,4- и 1,2присоединения
при
взаимодействии
эквимольных
количеств
хлороводорода и 2,3-диметилбутадиена-1,3.
Вопрос 5. Приведите схему синтеза тримеллитовой кислоты
(бензолтрикарбоновой-1,3,5 кислоты) исходя из соответствующего алкина.
Вопрос 6. Напишите уравнения реакций и объясните механизм
альдольной и кротоновой конденсации бензальдегида с ацетальдегидом.
Вопрос 7. Напишите схемы синтеза 2-метилпентановой кислоты,
используя малоновый эфир и необходимые алкилгалогениды.
Вопрос 8. Определите строение гидроксикислоты состава С8Н8О3, если
она реагирует с одним эквивалентом NaOH, не дает окрашивания с FeCl3,
окисляясь перманганатом калия при нагревании, переходит в терефталевую
кислоту.
Вопрос 9. Сравните рН водных растворов валина и лизина. В каких
формах они существуют в зависимости от рН среды? Что такое
изоэлектрическая точка аминокислоты? В чем сущность разделения
аминокислот методом электрофореза?
Вариант 10
Вопрос 1. Установите строение непредельного углеводорода, который
при гидрировании дает 3-метилпентан, а в результате бромирования
превращается в 2,4-дибром-3-метилпентан. Приведите схемы
соответствующих реакций, а для реакции бромирования механизм.
Вопрос 2. При дегидратации двух изомерных спиртов состава С8Н18О
образуется один и тот же алкен. Окисление последнего перманганатом
24
калия в кислой среде приводит образованию смеси пропанона и
пентановой кислоты. Определите структурные формулы исходных спиртов
и напишите соответствующие реакции.
Вопрос 3. Установите строение соединения состава С7Н12, которое с
аммиакатом серебра образует соединение состава С7Н11Ag, а при
гидратации по Кучерову – 5-метилгексанон-2. Напишите эти реакции.
Вопрос 4. Напишите схему реакции диенового синтеза, используя в
качестве исходных веществ гексадиен-1,3 и малеиновый ангидрид.
Вопрос 5. Приведите схему синтеза фенилнитрометана из бензола.
Если среди предложенных вами реакций встречаются реакции
электрофильного ароматического замещения, то напишите их механизмы.
Вопрос 6. Что происходит с альдегидами, не содержащими атомов
водорода при -углеродном атоме (формальдегидом, триметилуксусным
альдегидом, м-хлорбензальдегидом) в присутствии гидроксида натрия?
Вопрос 7. Напишите схемы синтеза 2-метилгексановой кислоты,
используя малоновый эфир и необходимые галогеналканы.
Вопрос 8. Предложите схему синтеза этилового эфира молочной
кислоты, используя в качестве исходного вещества ацетилен.
Вопрос 9. Установите строение вещества состава С3Н7О2N, которое
обладает амфотерными свойствами, в реакции с азотистой кислотой
выделяет азот, с этанолом дает С5Н11О2N, при нагревании – С6Н10О2N2.
Библиографический список
1. Травень В.Ф. Органическая химия: В 2 т. М.: Академкнига, 2004. –727с.
и 582с.
2. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. М.:
Высш. школа, 2001. –767с.
3. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. СПб.:
Иван Федоров, 2002. -622с.
4. Шабаров Ю.С. Органическая химия. М.: Химия, 2000, -847с.
5. Янковский С.А., Данилова Н.С. Задачи по органической химии. М.:
Колос, 2000. – 327с.
25
6. Пищевая химия/ Под ред. А.П Нечаева. СПб.: ГИОРД, 2003. -632с.
7. Веселовская Т.К. Вопросы и задачи по органической химии. – 2-е
изд. перераб. и доп.- М.: Высш.школа, 1988. - 255с.
8. Кост А.Н., Сагидуллин Р.С., Терентьев А.П. Упражнения и задачи
по органической химии. - М.: Выс.школа, 1974. - 223с.
Приложение.
Органические соединения в качестве пищевых добавок
Органические вещества используются в качестве пищевых добавок
при производстве продуктов питания. В Европейском Сообществе
классифицировано около 300 пищевых добавок. Для гармонизации их
использования производителями разных стран Европейским Советом
разработана рациональная система цифровой кодификации пищевых
добавок с литерой «Е». Она включена в кодекс для пищевых продуктов как
международная цифровая система кодификации пищевых добавок
(International Numbering System – INS). Каждой пищевой добавке присвоен
цифровой трех- или четырехзначный номер (в Европе с предшествующей
ему литерой «Е»).
Индекс «Е» специалисты отождествляют как со словом Европа, так и
с аббревиатурами EG/EV, которые в русском языке начинаются с буквы
«Е», а также отождествляются со словами ebsbar/edible, что в переводе на
русский язык (соответственно с немецкого и английского) означает
«съедобный».
Согласно предложенной системе кодификации пищевые добавки делятся
на группы в соответствии с их назначением.
Таблица. Органические соединения в качестве пищевых добавок
Код
Назначение
Органические вещества используемые в
26
пищевой
добавки
1
Е100 – Е182
пищевой
добавки
качестве пищевых добавок данного
назначения
2
Красители
3
Азосоединения (тартразин – Е102; желтый
«солнечный закат» - Е110; кармуазин –
Е122; пунцовый 4R – Е124; черный
блестящий – Е151); красители
триарилметанового ряда (синий
патентованный V – Е131; синий
блестящий – Е133; зеленый S – 142).
1
2
3
Е200 и далее Консерванты
Карбоновые кислоты, соли карбоновых
кислот (бензойная кислота – Е210; бензоат
натрия – Е211; уксусная кислота – Е260;
ацетат калия – Е261; муравьиная кислота –
Е236; формиат натрия – Е327); дифенил –
Е230.
Е300 и далее Антиоксиданты Производные фенолов (2-трет-бутил-1,4дигидрокисибензол – Е319; 2-трет-бутил4-гидроксианизол – Е320).
Е400 и далее Стабилизаторы Полисахариды морских растений
консистенции
(альгиновая кислота – Е400; соли
альгиновой кислоты – Е401 – Е405; агарагар – Е406)
Е450 и
Эмульгаторы
Целлюлоза – Е460; моно- и
диацилглицерины – Е471 – Е472.
далее, Е1000
Е500 и далее Регуляторы
Карбоновые кислоты, моносахариды
кислотности,
(глюконо-дельта-лактон – Е575)
разрыхлители
Е600 и далее Усилители
Аминокислоты (глутаминовая кислота – Е
вкуса и аромата 620; глицин – Е640).
Е700 – Е800 Запасные
индексы
для
другой
возможной
информации
Е900 и далее Глазирующие
Многоатомные спирты (ксилит – Е967;
агенты,
лактит – Е966); пептиды (аспартам –
улучшители
Е951); дисахариды (сукралоза – 1,6хлеба
дихлор- 1,6-дигидрокси--Dфруктофуранозил-4-хлор-4-гидрокси--D-
27
галактопиранозид – Е955).
28