Dwa węglowodory aromatyczne – A i B – mają wzór sumaryczny C8H10. Izomer A w wyniku
reakcji nitrowania tworzy wyłącznie jedną mononitropochodną. Izomer B poddany reakcji
monochlorowania w obecności światła, a następnie – reakcji z wodnym roztworem KOH,
tworzy alkohol drugorzędowy.
43.1. (0–1)
Napisz równanie reakcji mononitrowania związku A – zastosuj wzory półstrukturalne
(grupowe) lub uproszczone związków organicznych. Podaj nazwę systematyczną
produktu mononitrowania związku A.
Równanie reakcji:
Nazwa systematyczna produktu mononitrowania związku A:
43.2. (0–1)
Uzupełnij schemat ciągu przemian prowadzonych od związku B do alkoholu. Związki
organiczne przedstaw za pomocą wzorów półstrukturalnych (grupowych) albo
uproszczonych.
Dehydratacja (odwodnienie) alkoholi – reakcja, w wyniku której, w obecności kwasu,
z alkoholu otrzymuje się alken – przebiega według mechanizmu obejmującego trzy etapy.
Początkowo (etap I) powstaje protonowana forma alkoholu, następnie zachodzą jej powolna
dysocjacja (etap II) z utworzeniem karbokationu oraz szybkie odszczepienie protonu od
sąsiedniego atomu węgla z utworzeniem alkenu (etap III).
Opisany proces można zilustrować schematem:
Wiązanie podwójne w alkenie powstającym podczas dehydratacji, będącym głównym
produktem reakcji, znajduje się często w innym miejscu niż wynikałoby to z położenia grupy
−OH w substracie. Dzieje się tak dlatego, że powstający karbokation ulega przegrupowaniu
polegającemu na przeniesieniu atomu wodoru lub grupy alkilowej od sąsiedniego atomu węgla
z jednoczesnym przemieszczeniem się ładunku dodatniego. Takie przegrupowanie zachodzi
zawsze wtedy, gdy może ono spowodować powstanie trwalszego karbokationu, czyli takiego,
w którym ładunek dodatni znajduje się na atomie węgla o możliwie najwyższej rzędowości.
Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1996.
44.1. (0–1)
Napisz numer tego etapu opisanego mechanizmu dehydratacji alkoholi, który decyduje
o szybkości powstawania alkenu z alkoholu.
44.2. (0–1)
Spośród poniższych wzorów wybierz i podkreśl wzór najtrwalszego karbokationu.
44.3. (0–2)
W wyniku dehydratacji butan‑1‑olu – zachodzącej pod wpływem ogrzewania w obecności
stężonego kwasu fosforowego – powstają trzy izomeryczne alkeny A, B i C o prostym łańcuchu
węglowym. Alkeny B i C są względem siebie izomerami cis–trans.
Napisz wzory alkenów A, B i C. Zastosuj wzór półstrukturalny (grupowy) związku A.
Przedstaw geometrię cząsteczek alkenów B (izomer cis) i C (izomer trans).
alken A
alken B (izomer cis)
alken C (izomer trans)
44.4. (0–1)
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) pierwszorzędowego alkoholu, którego
produktem reakcji dehydratacji jest 2‑metylobut‑2‑en. Uwzględnij, że karbokation
powstający z alkoholu uległ przegrupowaniu polegającemu na przeniesieniu atomu
wodoru.
Aldehydy i ketony, których cząsteczki mają przynajmniej jeden atom wodoru związany
z atomem węgla sąsiadującym z grupą karbonylową (atomem węgla α) ulegają pod wpływem
katalitycznej ilości mocnej zasady reakcji aldolowej. Reakcja przebiega w taki sposób, że
zasada odrywa jon H+ od atomu węgla α związku karbonylowego, a utworzony karboanion
przyłącza się do atomu węgla grupy karbonylowej drugiej cząsteczki aldehydu lub ketonu.
W ostatnim etapie następuje przyłączenie jonu H+ do utworzonego anionu, w wyniku czego
powstaje końcowy produkt.
Zilustrowano to na poniższym schemacie reakcji, w której jako zasadę wykorzystano etanolan
sodu (Et oznacza grupę etylową):
Przykładowo z dwóch cząsteczek etanalu pod wpływem roztworu etanolanu sodu w etanolu
powstaje 3‑hydroksybutanal:
CH3–CHO + CH3–CHO EtONa, EtOH CH3–CHOH–CH2–CHO
W reakcji aldolowej mogą uczestniczyć zarówno cząsteczki tego samego związku
karbonylowego, jak i dwóch różnych związków, z których tylko jeden musi zawierać atom
wodoru związany z atomem węgla α.
Zależnie od budowy reagentów oraz warunków reakcji produkt reakcji aldolowej może ulegać
eliminacji cząsteczki wody, w wyniku czego powstaje albo nienasycony aldehyd, albo keton,
w którym wiązanie podwójne węgiel – węgiel sąsiaduje bezpośrednio z grupą karbonylową,
np.:
CH3–CHOH–CH2–CHO → CH3–CH=CH–CHO + H2O
Taką reakcję, w której powstaje finalnie produkt eliminacji wody z utworzonego początkowo
adduktu, nazywa się kondensacją aldolową.
46.1. (0–1)
W wyniku reakcji aldolowej propanonu (acetonu) z następczą eliminacją wody, czyli w wyniku
kondensacji aldolowej, powstaje związek nazywany zwyczajowo tlenkiem mezytylu.
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) tlenku mezytylu i jego nazwę systematyczną.
Wzór tlenku mezytylu:
Nazwa systematyczna tlenku mezytylu:
46.2. (0–1)
Aldehyd cynamonowy o wzorze:
otrzymuje się w wyniku kondensacji aldolowej dwóch aldehydów A i B, z których tylko aldehyd
B ma atomy wodoru związane z atomem węgla α.
Napisz wzory grupowe (półstrukturalne) aldehydów A i B.
Wzór aldehydu A
Wzór aldehydu B
46.3. (0–1)
Ustal, ile różnych produktów może powstać w wyniku reakcji aldolowej
przeprowadzonej dla równomolowej mieszaniny etanalu i propanalu. Odpowiedź
uzasadnij.
Błękit indygo jest naturalnym barwnikiem, który w końcu XIX w.
zaczęto otrzymywać syntetycznie. W jednej z opracowanych wtedy
metod produkcji tego związku surowcem była pochodna glicyny,
N‑(2‑karboksyfenylo)glicyna (związek I). Ten substrat w pierwszym
etapie syntezy ogrzewano z NaOH, co prowadziło do zamknięcia
pierścienia pięcioczłonowego.
Tę reakcję opisuje schemat:
Etap I
Otrzymaną mieszaninę zakwaszono w celu utworzenia związku II. W drugim etapie syntezy
zachodziła dekarboksylacja związku II oraz pewien proces X, w którym uczestniczył tlen
z powietrza. Reakcje te prowadziły do powstania indyga, zgodnie ze schematem:
Etap II
48.1. (0–1)
Napisz wzór nieorganicznego produktu ubocznego pierwszego etapu syntezy.
48.2. (0–1)
Podaj stosunek molowy tlenu O2 do związku II w reakcji zachodzącej podczas
procesu X.
Agar to substancja żelująca wytwarzana z krasnorostów. W jej skład wchodzi m.in. agaroza
– polisacharyd, który jest polimerem β‑D‑galaktozy i α‑3,6‑anhydro‑L‑galaktozy.
49.1. (0–1)
Wiązanie O-glikozydowe powstaje w wyniku kondensacji dwóch grup –OH należących
do dwóch cząsteczek monosacharydów, przy czym przynajmniej jedna z tych grup związana
była z anomerycznym (półacetalowym) atomem węgla w cząsteczce monosacharydu.
3,6-anhydrogalaktoza powstaje w wyniku kondensacji grup hydroksylowych znajdujących się
przy 3. i 6. atomie węgla cząsteczki galaktozy prowadzącej do oderwania cząsteczki wody.
Na poniższym schemacie budowy fragmentu łańcucha agarozy zakreśl atomy tlenu
uczestniczące w tworzeniu wiązań O‑glikozydowych. Napisz sumaryczny wzór
α-3,6-anhydrogalaktozy.
Wzór sumaryczny α‑3,6‑anhydro‑L‑galaktozy:
49.2. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat tak, aby przedstawiał wzór β‑D‑galaktozy
(β‑D‑galaktopiranozy).
49.3. (0–2)
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych
w każdym nawiasie.
Agar dobrze rozpuszcza się w gorącej wodzie i tworzy (roztwór właściwy / układ koloidalny).
Stygnąc, przyjmuje postać (zolu / żelu). Takie właściwości agaru są możliwe dzięki
oddziaływaniu jego cząsteczek z cząsteczkami wody polegającym na tworzeniu licznych
wiązań (jonowych / kowalencyjnych / wodorowych). Podobne właściwości wykazuje
otrzymywana z kości i skór zwierząt rzeźnych żelatyna, która jest
(białkiem / dekstryną / polisacharydem).
O dwóch pierwiastkach umownie oznaczonych literami X i Z wiadomo, że:
oba przyjmują w związkach chemicznych taki sam maksymalny stopień utlenienia
konfiguracja elektronowa atomu pierwiastka X w stanie wzbudzonym, który powstał
w wyniku przeniesienia jednego z elektronów sparowanych na podpowłokę wyższą
energetycznie i nieobsadzoną, może zostać przedstawiona w postaci zapisu:
w stanie podstawowym atom pierwiastka Z ma łącznie na ostatniej powłoce i na podpowłoce
3d pięć elektronów.
1.1. (0–2)
Wpisz do tabeli symbol pierwiastka X i symbol pierwiastka Z, numer grupy oraz symbol
bloku konfiguracyjnego, do których należy każdy z pierwiastków.
Symbol pierwiastka
Numer grupy
Symbol bloku konfiguracyjnego
pierwiastek X
pierwiastek Z
1.2. (0–1)
Napisz wzór sumaryczny wodorku pierwiastka X oraz maksymalny stopień utlenienia,
jaki przyjmują pierwiastki X i Z w związkach chemicznych.
Wzór sumaryczny wodorku pierwiastka X:
Maksymalny stopień utlenienia, jaki przyjmują pierwiastki X i Z w związkach chemicznych:
1.3. (0–1)
Przedstaw pełną konfigurację elektronową jonu Z2+ w stanie podstawowym. Zastosuj
zapis z uwzględnieniem podpowłok.
Przemysłowa produkcja kwasu azotowego(V) jest procesem kilkuetapowym. Pierwszym
etapem jest katalityczne utlenienie amoniaku tlenem z powietrza do tlenku azotu(II).
W drugim etapie otrzymany tlenek azotu(II) utlenia się do tlenku azotu(IV). Ta reakcja
przebiega zgodnie z poniższym równaniem:
2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)
Powstały tlenek azotu(IV) jest następnie wprowadzany do wody, w wyniku czego powstaje
roztwór kwasu azotowego(V) o stężeniu w zakresie 50%–60% (w procentach masowych).
Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł
nieorganiczny, Warszawa 2013.
Napisz równanie opisanej reakcji tlenku azotu(IV) z wodą, której produktami są kwas
azotowy(V) i tlenek azotu(II). Napisz wzór reduktora i wzór utleniacza.
Przeprowadzono reakcję addycji, w której związek X o wzorze sumarycznym C4H8
przereagował z chlorowodorem w stosunku molowym 1:1. W wyniku opisanej przemiany
powstały dwa związki, z których jeden ma cząsteczki chiralne i występuje w postaci
enancjomerów, a cząsteczki drugiego związku są achiralne.
23.1. (0–1)
Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) obu produktów reakcji związku X
z chlorowodorem.
Wzór związku, którego cząsteczki są chiralne:
Wzór związku, którego cząsteczki są achiralne:
23.2. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat, tak aby przedstawiał budowę obu enancjomerów chiralnego
produktu reakcji związku X z chlorowodorem.
Pewien nienasycony alkohol monowodorotlenowy o wzorze ogólnym CnH2n–1OH jest
pochodną alkenu o prostym (nierozgałęzionym) łańcuchu węglowym. Masa atomów węgla
stanowi 62,07% masy cząsteczki tego alkoholu. W odróżnieniu od nietrwałych enoli, w których
cząsteczkach grupa –OH jest przyłączona do atomu węgla uczestniczącego w wiązaniu
podwójnym, opisany alkohol jest trwały.
Ustal wzór sumaryczny nienasyconego alkoholu monohydroksylowego opisanego
w informacji. Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) tego alkoholu.
Izomeryczne alkany o wzorze C5H12, zależnie od budowy, mogą tworzyć jeden lub kilka
produktów reakcji monobromowania.
25.1. (0–1)
Narysuj wzór półstrukturalny (grupowy) i podaj nazwę systematyczną tego izomeru
o wzorze C5H12, który w reakcji z bromem w obecności światła tworzy tylko jedną
monobromopochodną.
Nazwa systematyczna:
25.2. (0–1)
Napisz równanie reakcji monobromowania izomeru o wzorze C5H12, w którym
podstawieniu ulega atom wodoru przy III-rzędowym atomie węgla. Zastosuj wzory
półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.
