Download
1 / 6
190 likes | 823 Views
-1-. Seminár z CH 21 (41. , 42. vyuč. hod.). CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA. Pracovný list 16. ATÓMY UHLÍKA V MOLEKULÁCH ORGANICKÝCH ZLÚČENÍN. Organická chémia I. z. z. a. c. 1. Aký je rozdiel medzi väzbou σ a väzbou π ?. b. z. z. CHÉMIA.
E N D
-1- Seminár z CH 21 (41. , 42. vyuč. hod.) CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA Pracovný list 16 ATÓMY UHLÍKA V MOLEKULÁCH ORGANICKÝCH ZLÚČENÍN Organická chémia I z z a c 1. Aký je rozdiel medzi väzbou σ a väzbou π ? b z z CHÉMIA 2. Pomocou uvedenej rámčekovej schémy určte: a) či je väzba medzi atómami v danej molekule, jednoduchá alebo násobná, b) koľko neväzbových elektrónových párov sa nachádza v molekule, c) napíšte jej elektrónový štruktúrny vzorec . Prekrytie orbitalov pri vzniku väzby σ Prekrytie orbitalov pri vzniku väzby π PRE 2.ROČNÍK GYMNÁZIÍ Otázky a úlohy CH4 1H1s1 ↓ H2O 1H 1s1 ↓ ↑ ↑ ↑↑ 6C * [2He] 2s22p2 CH4 ↑↓ ↑↓ ↑↑ 8O [2He] 2s22p4 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 17Cl [10Ne]3s23p5 1H 1s1 ↓ ↓ ↓ 1H 1s1 ↓ 1H 1s1 1H 1s1 ↓ 1H 1s1 Väzby v molekule CH4 sú ....................................; Počet neväzbových párov je ..................... ; Elektrónový štruktúrny vzorec je: Väzby v molekule H2O sú ....................................; Počet neväzbových párov je ..................... ; Elektrónový štruktúrny vzorec je: H C H H H NH3 HCl 1H 1s1 ↓ Model molekuly CH4 ↑↓ ↑↑↑ 7N [2He] 2s22p3 1H 1s1 ↓ ↓ 1H 1s1 H2O Väzby v molekule NH3 sú ....................................; Počet neväzbových párov je ..................... ; Elektrónový štruktúrny vzorec je: Väzby v molekule HCl sú ....................................; Počet neväzbových párov je ..................... ; Elektrónový štruktúrny vzorec je: O H H V šesťdesiatych rokoch minulého storočia zaviedol ruský vedec A. M. Butlerov do organickej chémie pojem chemická štruktúra, čo dnes znamená KONŠTITÚCIA. 3.Racionálne vzorce a, b, c , d , e prepíšte tak, že vyznačíte uhlíky, vodíky a väzby medzi nimi. Model molekuly H2O CH3 / NH3 d) e) a) b) c) 4. Zatrieďte podľa príslušnej schémy rozdelenia uhľovodíkov a tabuľky 1 nasledujúce látky: CH3Cl, C4H10, CH3–NH2, C6H5–OH , C6H5–NO2, CH3CHO, RCOOH, R–O–R, CH3–OH , R–NH–R , N CH2CH3 | H3C H H H CH3CHCHCH3 C=O | H3C CH3 Model molekuly NH3 ROZDELENIE UHĽOVODÍKOV PREHĽAD CHARAKTERISTICKÝCH SKUPÍN derivátov uhľovodíkov Tabuľka 1 nasýtené – alkány Charakteristické skupiny Deriváty uhľovodíkov Charakteristické skupiny acyklické − (alifatické) Deriváty uhľovodíkov HCl nenasýtené – alkény; – diény, triény až polyény – alkíny Halogénderiváty -F, -Cl, -Br, -I Nitroderiváty -NO2 Amíny primárne -NH2 sekundárne >NH terciárne >N– alkoholy a fenoly -OH (Hydroxyderiváty) Étery R–O– Karbonylové zlúčeniny Aldehydy Ketóny Karboxylové -COOH kyseliny Deriváty karboxylových kyselín Halogenidy kyselín –CO-X Anhydridy R-CO-O-CO-R Estery R-CO-O-R O Uhľovodíky − nasýtené (cykloalkány) C alicyklické − aromatické cyklické − H nenasýtené (cykloalkény) H Cl C O Model molekuly HCl
-2- Seminár z CH 21 (41. , 42. vyuč. hod.) CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA Pracovný list 16 Atómy uhlíka v molekulách organických zlúčenín Organická chémia I 5. Doplňte chýbajúce pojmy. Väzbovosť, ako už viete, vyplýva z elektrónovej konfigurácie atómov prvkov. CHÉMIA Uveďte, ktoré z nasledujúcich uhľovodíkov patria medzi alifatické uhľovodíky a) alkány b) alkény, c)alkadiény, d) alkíny ? ................... .................... ......................... ........................ PRE 2.ROČNÍK GYMNÁZIÍ ׀ Otázky a úlohy ─Cl , ׀ ׀ 1) 2) 3) ׀ ׀ ׀ ─N─, ─C─ , ─O─, ─H ׀ ׀ ׀ ׀ CH2=C=CH2 , CH2=CH2 , CH2=CH–CH2–CH3 , CH3–CC–CH3 , HCCH , CH3–CH2–CH3 , ─S─, ׀ 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) δ- O δ+ H Uveďte, ktoré z nasledujúcich uhľovodíkov patria medzi: a) alicyklické b) aromatické ? δ+ δ- CH3OI O─ H -I efekt 1) 2) ........................................ .......................................... kat. δ+ δ+ δ− δ− CH3NH2 CH3 Cl -H2 -Iefekt -Iefekt → ← 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) Rozhodnite, medzi ktoré typy základných reakcií patria : b) (CH3)3C-OH + HCl (CH3)3C-Cl + H2O a) HCCH + H2O H2C=CH-OH CH3CHO ..................... ..................... ..................... CH3 +I Etén c) +M ..................... ..................... CH3–CH–CH2–CH3 CH3–CH–CH2–CH3 NH2 -I CH3 CH3 Metylová skupina poskytuje väzbový elektrónový pár, ide o +I efekt Rozhodnite, ktoré z častíc patria medzi radikálové, nukleofilné alebo elektrofilné: CH3, OH–, NH3, Cl+, SO3H+, Br, CH3O–, CH3OH, NO2+ , H2O CH3 CH3 CH3CH─CHCH3 −M Br Br NO2 d) CH3CH=CHCH3 + Br2 -I Doplňte schémy : a) adície CH2=CH2 + H2O ... b) adície CH2=CH2 + Br2 ... c) eliminácie CH3-CH2-CH2–Cl ... + HCl d) substitúcie CH3-CH2 -CH2-CH2–I + CH3O– Na+ ... + ... e) substitúcie CH3CH2CH2CH2CH2CH3 + Br2 ... + ... f) prešmyku CH2 = CH – OH ... Etén reagujes brómom. Po zavedení eténu (vľavo) sa bróm hneď odfarbuje (vpravo) Elektronegatívnejší atóm kyslíka priťahuje k sebe obidva väzbové elektrónové páry. Spôsobuje –I efekt. δ+ CH3C CH2CH3 CH=CH2 CH2CH3 CH=CH2 +I efekt Hexán po zohriatí reaguje s brómom. Uvoľnený bromovodík sfarbí mokrý indikátorový papierik na červeno. CH3 CH3 H3C C O H
-1- Seminár z CH 21 (41. , 42. vyuč. hod.) CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA Pracovný list 17 ALIFATICKÉ A ALICYKLICKÉ UHĽOVODÍKY Organická chémia I ROZDELENIE UHĽOVODÍKOV nasýtené – alkány acyklické − (alifatické) nenasýtené – alkény; – diény, triény až polyény – alkíny nasýtené (cykloalkány) 1. Doplňte chýbajúce pojmy. CHÉMIA alicyklické − aromatické cyklické − nenasýtené (cykloalkény) Uveďte názvy a vzorce týchto uhľovodíkov. PRE 2.ROČNÍK GYMNÁZIÍ 1 2 3 4 5 6 6 5 4 3 2 1 Otázky a úlohy CH3–CH2–CH2–C≡C–CH3 CH2=CH–CH2–CH2–CH2–CH3 CH3–CH2–CH2–CH–C–CH3 a) ........................................... b) ................................ c) ............................... d) ..................................................... CH3–CH2–C–––C–CH2–CH3 || CH2 || CH2 CH3 / CH3 / ―CH=CH2 CH3 CH3 e) .................... f) .......................... g) ............................... h) ..................... ch) ...................... 4-etyl-2,2,3-trimetylheptán buta-1,3-dién but-1-ín vinylcyklopropán Metán je hlavnou zložkou paliva – zemného plynu i) ............................................. j) ................................ k) ............................... l) ................................... Pre alkány a cykloalkány sú charakteristické radikálové substitučné reakcie. Na uvedenom príklade charakterizujte príslušný reakčný mechanizmus (iniciácie, propagácie a terminácie). a) Cl – Cl 2 Cl b) Cl+ CH4 CH3 + HCl , CH3 + Cl2 CH3-Cl + Cl c) CH3 + Cl CH3-Cl Iniciácia je vznik .............................. ; propagácia je vznik ...................... a ........................... ; terminácia je ........................... . Propán-butánový turistický varič CH3 CH3 CH3 (iónov, produktov, radikálov) CH2CH3 (iónov, produktov, radikálov) (pokračovanie deja; ukončenie deja) Nádrž na autogas v automobile Doplňte produkt reakcie propénu s chlorovodíkom . Uplatňuje sa tu * Markovnikovovo pravidlo? (Pozn.: * Pri nesymetrických alkénoch v dôsledku + I –efektu sa kladná časť činidla naviaže na uhlík s väčším počtom vodíkov.) δ- δ+ Etén CH3 CH = CH2 δ+ δ− CH3–CH=CH2 + H–Cl ............................. +I efekt + – CH3 CH – CH2 +I efekt cis-izomér Vysvetlite, čiexistujú cis-, trans- izoméry but-1-énu a pent-2-énu. H3C H H H H CH2–CH3 CH2–CH3 H ................... ................... C = C C = C C = C (áno, nie) H H H C = C (áno, nie) Modelystereoizomérov but-2-énu H H H H H • Napíšte vzorec a názov produktu, ktorý vznikne pri adícii brómu na etén. • CH2=CH2 + Br2 … • Napíšte vzorec produktu, ktorý vznikne pri katalytickej • hydrogenácii but-2-énu: ................................... • Acetylidy kovov napr.HCCAg, HCCCu sú výbušné. • (CC)Ca sa používa na prípravu acetylénu rozkladom s vodou. • Doplňte produkty reakcie: (CC)Ca + 2 H2O ....................... + ....................... CH ≡ CH Etén reagujes brómom. Po zavedení eténu (vľavo) sa bróm hneď odfarbuje (vpravo) trans-izomér Etén vzniká pri dozrievaní ovocia a používa sa na urýchlenie jeho dozrievania Uhľovodíky − Acetylén odfarbí roztok KMnO4 Acetylénový zvárací agregát
-2- Seminár z CH 21 (41. , 42. vyuč. hod.) CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA Alifatické a alicyklické uhľovodíky Pracovný list 17 Organická chémia I metán bután benzín parafín Pozorovanie plameňa (zľava: metán, bután, benzín, parafín) 2. Doplňte chýbajúce pojmy. CHÉMIA Alkány do troch uhlíkových atómov v molekule neprejavujú (reťazovú) izomériu. Uhľovodíky C4H10 existujú už dva. Obidve zlúčeniny sa odlišujú svojimi vlastnosťami. Počet konštitučných izomérov alkánov rýchlo stúpa so vzrastajúcim počtom uhlíkových atómov v ich molekulách. Alkány s C5 sú 3, alkánov C10 už 75 a alkánov C20 dokonca 366 319. PRE 2.ROČNÍK GYMNÁZIÍ Otázky a úlohy CH3–CH2–CH2–CH–C–CH2–CH3 Uveďte názvy izomérov pentánu. Model izomérov pentánu C5H12 CH3–C–CH3 CH3CH2CH2CH2 CH3 CH3–CH–CH2–CH3 Model izomérov butánu C4H10 ............................ ...................................... ............................. Uveďte sumárny vzorec a názov uhľovodíka, ktorého konštitučný vzorec je: ............................................. .......................................................................... CH3–CH2–CH2–CH3 t.t. -135°C; t.v. 0°C O priestorovom usporiadaní atómov v molekulách metánu sme už hovorili. Pripomeňme si ho obrázkom 12, str. 54 v učeb. Všetky väzby C–H uzatvárajú navzájom ten istý uhol, a to 109°28´. Pri štúdiu fyzikálnych vlastností etánu sa zistilo, že v jeho molekulách môže nastať okolo väzby C–C rotácia, a tým vznikne rozdielne priestorové usporiadanie jeho molekúl – konformácia ........................................ (obr. a) a konformácia ................................................(obr. b, str. 83 v učeb.). Podobné úvahy ako pre etán platia i pre ďalšie alkány. metylpropán (izobután) t.t. -159°C ; t.v. -12°C Modely konformácií molekúl etánu CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 c Konformácie cyklohexánu –.....................................(obr. c) a.............................................(obr. d). Modely konformácií molekuly cyklohexánu a b CH3–CH–CH3 Cu (meď) CH3 Alkány a cykloalkány, podobne ako ostatné uhľovodíky a mnohé ďalšie organické zlúčeniny v nadbytku vzdušného kyslíka sa oxidujú na oxid uhličitý a vodu, pričom sa uvoľňuje energia. Oxidácia uhľovodíkov (horenie) má veľký význam ako zdroj energie (vykurovanie, pohon motorov). Pri nedostatku kyslíka nastáva len čiastočná oxidácia a medzi produktmi horenia je aj jedovatý oxid uhoľnatý, prípadne i sadze. Kontrolovanou katalytickou oxidáciou uhľovodíkov vzdušným kyslíkom sa pripravujeviacero dôležitých organických zlúčenín, ako sú alkoholy, karbonylové zlúčeniny a karboxylové kyseliny. Beilsteinova skúška ako dôkaz organických halogénderivátov CHCl3 Metán je bezfarebný plyn. Je hlavnou súčasťou zemného plynu. Využíva sa ako chemická surovina na výrobu syntézneho plynu (t.j. zmesi CO + H2), vodíka, acetylénu, sadzí a chlorovaných derivátov metánu. Zmes metánu so vzduchom po zapálení vybuchuje – nebezpečenstvo v baniach. V prírode vzniká rozkladom celulózy (bahenný plyn), nachádza sa v bioplyne, kde vzniká enzymatickým rozkladom z poľnohospodárskych a mestských odpadov. Etán , propán a butánsú plyny, ktoré sprevádzajú metán v zemnom plyne. Zmes propánu a butánu sa používa ako palivo do varičov. Zmes pentánov a hexánov je podstatou petroléteru, ktorý sa v laboratóriu používa ako rozpúšťadlo. Cyklohexán je kvapalina, ktorá sa získava z ropných frakcií. Je surovinou na výrobu plastov. Dehydrogenáciou vzniká benzén. d CH3CH2CH2CH2CH2CH2Br Dôkaz vodíka, ktorý je v produkte horenia ako .................................. je zarosenie stien nádoby. Dôkaz uhlíka, ktorý je v produkte horenia ako ............................... .............................. je v zmene číreho roztoku hydroxidu vápenatého, ktorý reakciou s oxidom uhličitým utvára bielu zrazeninu uhličitanu vápenatého. Reakciu zapíšte chemickou rovnicou: ............................ + Ca(OH)2 ............................. + H2O . Vysvetlite princíp horenia sviečky. Horenie sviečky z parafínu: C23H48 + 35 O2 → 23 CO2 +24H2O
-1- Seminár z CH 21 (41. , 42. vyuč. hod.) CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA Pracovný list 18 AROMATICKÉ UHĽOVODÍKY – ARÉNY Organická chémia I Aromatické uhľovodíky - arény – sú cyklické uhľovodíky s konjugovaným systémom väzieb π. V molekulách arénov, ktoré sú rovinné, v skutočnosti sa nestriedajú jednoduché a dvojité väzby, ale elektróny πdvojitých väzieb sú rovnomerne rozložené nad a pod rovinou, v ktorej sa nachádzajú atómy tvoriace kruh. Rozloženie elektrónov πalebo ich delokalizáciaspôsobuje aromatickým uhľovodíkom mimoriadnu stálosť. Zlúčeniny, ktoré majú delokalizovanéelektróny π, sú energeticky chudobnejšie, ako by boli zlúčeniny s molekulami, ktoré majú elektróny lokalizované v jednoduchých a dvojitých väzbách. Rozdiel energií týchto zlúčenín sa volá delokalizačná energia. 1. Doplňte chýbajúce pojmy. CHÉMIA PRE 2.ROČNÍK GYMNÁZIÍ Otázky a úlohy Prearény sú charakteristické substitučné reakcie, pri ktorých sa zachováva ich aromatický charakter. Označujú sa ako elektrofilné substitúcie (SE) a umožňuje ich elektrónový πsystém. Príkladom substitúcie je nitrácia benzénu.Uskutočňuje sa nitračnou zmesou, je to zmes kyseliny dusičnej a sírovej. Pri reakcii sa nahrádza vodík (protón H+ ) v molekule benzénu nitroskupinou (nitróniovým katiónom NO2+ ) a vzniká nitrobenzén. π elektróny 3 H2 Medzi elektrofilné substitúcie arénov, okrem nitrácie, patrí halogenácia, napr. chlorácia alebo bromácia, ďalej sulfonácia, alkylácia a acylácia. Niekoľko príkladov substitučných reakcií na benzéne znázorňuje schéma: Doplňte v schéme názov príslušného deja. Pt ......................... .................... π elektróny 20. Rozloženie šiestich elektrónov π v molekulebenzénu (6 elektrónov π utvára prstence nad a pod rovinou kruhu) HNO3 Pri substitúciách benzénu do prvého stupňa je jedno, ktorý z vodíkov molekuly benzénu sa substituuje, lebo vzniká ten istý produkt. benzénsulfónová kyselina (Dej:....................) Br2 H2SO4 brómbenzén (Dej:..........................) Cl FeBr3 CH3 CH3 Cl CH3 Cl CH3CH2Cl SO3H + H2O CH3 CH2CH3 + HCl NO2 Br + HBr CO–CH3 + HCl NO2 NO2 NO2 Cl Cl benzén Keď reakcia prebieha ďalej a vzniká disubstituovaný produkt, potom môže druhý substituent voči prvému sa viazať na tri rozličné polohy. To, kde tento druhý substituent vstupuje, nie je náhodné, ale závisí od charakteru prvého substituenta(substituenta, ktorý sa nachádza na benzénovom jadre). Tak skupiny ako –NO2, –SO3H alebo –COOH, orientujú vstup druhého substituenta do polohy m- (preto ich nazývame m-orientujúce), skupiny, ako sú alkyly, –OH, –NH2 alebo halogény, orientujú vstup druhého substituenta do polohy o- a p- (preto sa nazývajú o-, p- orientujúce). CH3COCl Cl AlCl3 AlCl3 Uhlie etylbenzén (Dej:....................) acetylbenzén (Dej:.......................) NO2 NO2 HNO3 , H2SO4 HNO3 , H2SO4 HNO3 , H2SO4 benzén ................. O2N ........... .................... ........................ – H2O – H2O – H2O Ropa + + ........... 2-nitrotoluén (50%) 4-nitrotoluén (40%) 3-nitrotoluén (10%) Už sme spomenuli, že arény sa nesprávajú ako nenasýtené uhľovodíky a bežne neposkytujú adičné reakcie. Výnimku však možno vynútiť účinkom katalyzátorov, tepla alebo ultrafialového žiarenia. Tak benzén sa môže kataly- ticky hydrogenovať na cyklohexán, alebo môže adovať chlór pri zvýšenej teplote a ultrafialovom žiarení na 1,2,3,4,5,6-hexachlórcyklohexán. V obidvoch prípadoch sú to radikálové adície. 3 Cl2 UV žiarenie .............. 1,2,3,4,5,6-hexachlórcyklohexán
-2- Seminár z CH 21 (41. , 42. vyuč. hod.) CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA Aromatické uhľovodíky – arény Pracovný list 18 Organická chémia I 2. Doplňte chýbajúce pojmy. CHÉMIA Významné sú aj oxidácie arénov, najmä ich postranných reťazcov, ktoré sa pritom menia zvyčajne na karboxylové kyseliny. Tak z toluénu vzniká kyselina benzoová. PRE 2.ROČNÍK GYMNÁZIÍ Otázky a úlohy Nitrácia aromatických uhľovodíkov je (SE ) ................................. ............................. . Vodík na aromatickom kruhu sa nahradí elektrofilnou časticou ...................... . Xylény poznáme tri; o-xylén (t.v. 144°C) sa používa na výrobu ftalanhydridu, p-xylén (t.v. 138°C) sa používa na výrobu kyseliny tereftalovej. V obidvoch prípadoch je to ......................... metylových skupín na skupiny karboxylové. Koksárenský plyn Uhlie Uhlie ako surovina – premena na koks, decht, amoniak a koksárenský plyn (svietiplyn) Uhlie Ropa Zemný plyn o-xylén ............................ (oxidácia, redukcia) Koksárenský plyn Naftalén je .............................. látka (t.t. 80,4°C, t.v. 218°C), prítomná v hojnom množstve v čiernouhoľnom dechte. Naftalén je surovina, ktorá sa používa pri výrobe najrôznejších organických zlúčenín, kyseliny ftalovej a rozličných farbív. NO2 (plynná, kvapalná, pevná) H „Suchá destilácia“ čierneho uhlia H C H CH3 C C C C CH3 CH3 CH3 H C H COOH CH3 CH3 CH3 Studená voda ............................ 1- nitronaftalén H Roztok amoniaku 3. Doplňte chýbajúce údaje: NO2 HNO3 , H2SO4 HNO3 , H2SO4 Decht ( O ) a) KMnO4 (ox.) Čiernouhoľný decht Priemyselná výroba arénov pyrolýzou uhlia sa v súčasnosti nahrádza výrobou z ropy. Vzorec: ............................ (obsahuje viac ako 300 dôležitých zlúčenín – benzén, naftalén,…) b) HCl CH=CH2 Vzorec: ............................ c) 6 H ............ kyselina benzoová CH3 Dej: ............................
