Orgaanilise keemia 11. klassi õpiku küsimuste vastused (1. osa) (1)

Orgaanilise keemia õpiku küsimuste vastused I osa
1. SÜSINIKU KEEMIA (LK 24)
3. Tasapinnaline struktuurivalem Ruumiline struktuurivalem H H H H H H C O H C C C O H C C H H H H H H H H
4. a) b) OH c) Cl
5. H H a) b) H c) H H H C H H H H H C H H H OH H H C H C C C H H C C H H H C C C C C C C H H Cl C C H H H H H H H H H C C H C H H H H H H
H H H H C H H H H 7. a) b) H C C C C C C H H H H H H C H H H
1 2. ALKAANID
2.1. Alkaanid ja nende nimetused (lk 29)
2. a) n- pentaan , b) 2-metüülheksaan, c) 2,3-dimetüülheksaan, d) 4-etüül-2,3,5,5-tetrametüülheptaan, e) 1,3-dimetüültsükloheksaan, f) 3-etüül-4-isopropüüloktaan ehk 3-etüül-4-(1-metüületüül) oktaan
3. a) b) c) d)
H H H H H H H H H H C HH H H C H HH C HH H H C H H C H C H H H H C C C H H C C C C C H C C C C H C C H HH C H H H H H H C H H H H H H H C C H C H H C C H H H H H H C H C H H H H
4. a) isopropüül- = 1-metüületüül- b) isobutüül- = 2-metüülpropüül- c) tert -butüül- 1,1-dimetüületüül-
2.2.­2.3. Isomeeria ja alkaanide esindajad (lk 34)
1. Ainete omadustest ja omaduste liigitamisest on juttu lk 32. Keedusool , suhkur ja vedelgaas on juhuslikud näited, võite neile lisada teisigi tuntud aineid.
Küsimuste näiteid Kas vedelgaas on individuaalne ühend või ainete segu? Aga keedusool ja suhkur?
Küsimusi füüsikaliste omaduste kohta 1. Milline on nende ainete agregaatolek toatemperatuuril? 2. Milline on nende ainete värvus? 3. Milline on nende ainete sulamistemperatuur ? 4. Kas neid on võimalik sulatada ilma lagunemiseta?
Küsimusi keemiliste omaduste kohta 1. Kui hästi või halvasti nad lahustuvad vees? 2. Kas nad reageerivad veega?
Küsimusi füsioloogiliste omaduste kohta 1. Milline on nende ainete maitse ja lõhn? 2. Kas nad võivad olla inimese organismile kahjulikud või isegi mürgised?
2 2. Heksaani isomeerid : a) n- heksaan, b) 2-metüülpentaan, c) 3-metüülpentaan, d) 2,2-dimetüülbutaan, e) 2,3-dimetüülbutaan.
a) b) c) d) e)
Märkus: tsükloheksaan ei ole heksaani isomeer ! Miks?
4. Täielik põlemine: CH4 + 2O2 ® CO2 + 2H2O Osalisel põlemisel võib tekkida mitmesuguseid saadusi, mis erinevad süsiniku oksüdatsiooni- astme poolest, nt 2CH4 + 3O2 ® 2CO + 4H2O, aga ka 2CH4 + O2 ® 2CH3OH või CH4 + O2 ® HCHO + H2O jne.
5. Metaanis on süsinik redutseerunud kõige enam võimalikust, ta oksüdatsiooniaste on seal ­IV. Mistahes alkoholis on vähemalt üks süsiniku aatomitest osaliselt oksüdeerunud. Järelikult? Aga arvutame ka etanooli süsinike keskmise oksüdatsiooniastme (vt ka lk 21): Vesiniku o-a I H H Hapniku o-a [­1 + (­1) = ­2], seega ­II 1. Süsiniku o-a [­1 + (­1) +1 = ­1], seega ­I H C C O H 2. Süsiniku o-a [­1 + (­1) + (­1) = ­3], seega ­III H H Süsiniku keskmine o-a [ (­3) + (­1) ] / 2 = ­2, seega ­II
6. Oletame, et köögi põrandapind on 6 m2, nii nagu see on paljudes vanemates korterelamutes. Ruumide standardkõrguse 2,5 m korral on köögi ruumala 15 m3. Metaani plahvatusohtliku segu alumine piir on 5% (vt lk 23), seega siis võiks enam-vähem (5% × 15 m 3 ) ohutult lekkida kuni = 0,75 m 3 (750 dm 3 ) gaasi. 100% Hoiatus ! See arvutus on tehtud köögi koguruumala suhtes. Lekkiva kraani juures moodustub plahvatusohtlik gaasisegu varem, kui kogu köök gaasiseguga täitub.
2.4. Alkaanide omadused (lk 41)
1. Radikaali määratlus on toodud lk 37. Eristage reaktsioone, mis võivad toimuda radikaalide endaga (nt rekombinatsioon ehk omavaheline ühinemine molekuliks) ja reaktsioone, mis kulge- vad radikaalide tekkimise ja nende edasise reageerimise teel. Viimastest on juttu lk 38­40.
3 2. Radikaalil on paardumata elektron ja seetõttu on ta kõrge energiaga ebastabiilne osake. Radikaal püüab selle elektroniga luua elektronipaari kas teise radikaali paardumata elektroniga või ühe elektroniga elektronipaarist, mis moodustab keemilist sidet mingis teises osakeses. Mõlemal juhul tekib madalama energiaga osake, millel pole paardumata elektroni.
3. Alkaani halogeenimine on summaarse võrrandi järgi asendusreaktsioon . Reaktsiooni mehhanismi, s.t protsessi kulgemise täpse kirjelduse alusel on see ahelreaktsioon . Arvutades süsiniku oksüdatsiooniastmed lähteainetes ja saadustes , leiame, et see on alkaani oksüdeerimise reaktsioon .
4. Esiteks peab halogeeni molekul lagunema radikaalideks. Siis peaks halogeeni radikaal ründama süsiniku aatomit, et tõrjuda välja ( asendada ) vesiniku radikaal, kuid halogeeni radikaal ei saa rünnata süsiniku aatomit kui reaktsioonitsentrit, sest see on varjatud vesiniku aatomite poolt. Seepärast on kõige kättesaadavamaks reaktsioonitsentriks hoopis vesiniku aatom , mille radikaal ,,ära võtab". Nüüd on süsiniku aatomil radikaaltsenter (paardumata elektron) ja see reageerib lõpuks ühe halogeeni molekuliga (vt skeemi lk 39­40).
5. Vaatleme siin sidemete katkemisi ja moodustumisi ainult reaktsiooni summaarse võrrandi alusel, sest tegelikult on need protsessid üpris keerulised ja kulgevad hulga vaheastmete kaudu. a) on katkenud 4 süsinik­ vesinik -sidet ja moodustunud 2 vesiniku molekuli; b) on katkenud 2 süsinik­vesinik-sidet, teine teise süsiniku juures, ja moodustus üks vesiniku molekul ; c) on katkenud 2 süsinik­vesinik-sidet pentaani ahela otsmiste süsinike juures ja need süsinikud on omavahel uue sideme moodustanud. Saaduseks on ka üks vesiniku molekul. d) CH3 CH CH2 CH3 CH3 CH CH2
H CH3 H
6. CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CH2 · + · CH2 CH3
· CH3 CH CH2 · CH3 CH CH2 · + CH3 CH3 H · CH2 CH3
CH3 CH CH2
7. Metaani halogeenimisel (kloorimisel) on paratamatuks vaheühendiks metüülradikaal ·CH3, mis peaks edasi reageerima kloori molekuliga (vt skeemi lk 39­40), kuid radikaalid võivad ka omavahel ühineda ja nii tekib kahest metüülradikaalist püsiv etaani molekul. Kui palju seda soovimatut kõrvalsaadust tekib, sõltub suurel määral reaktsioonitingimustest, nt kõrgemal rõhul moodustub etaani rohkem.
4 8. Otsustamiseks arvutage süsiniku keskmised oksüdatsiooniastmed reaktsioonivõrrandite mõlemal poolel! Veel lihtsam on endale teadvustada, et vesiniku eraldumine molekulist on selle aine suhtes oksüdeerumine (pöördprotsess s.t vesiniku liitumine on ju redutseerumine!).
9. Vt täiendavat selgitust lk 38. Loomulikult reageerib kiiremini hargnenud süsinikahelaga 2-metüülpropaan.
10. Cl CH3 CH2 CH CH3 + Cl 2 CH3 CH2 C CH3 + HCl CH3 CH3
Arvestage, et see siin on põhimõtteline võrrand. Võimalike kõrvalsaadustega tegeleb nt järgmine ülesanne.
11. Põhiline reaktsioon oleks järgmine: CH3 CH2 CH3 + Cl 2 CH3 CH CH3 + HCl Cl
Selle kõrval kulgeb üsnagi märgatavalt reaktsioon esimese süsiniku juures: CH3 CH2 CH3 + Cl 2 CH3 CH2 CH2 Cl + HCl
Radikaalid, mis vahepeal moodustuvad, võivad anda selliseid reaktsioone (kõrvalsaadusi): · · CH3 CH CH3 + CH3 CH CH3 CH3 CH CH CH3 CH3 CH3
· · CH3 CH CH3 + CH3 CH2 CH2 CH3 CH CH2 CH2 CH3 CH3
· · CH3 CH2 CH2 + CH3 CH2 CH2 CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3
Peale selle võivad süsinikradikaalid disproportsioneeruda, nt · · CH3 CH CH3 + CH3 CH CH3 CH3 CH CH2 + CH3 CH2 CH3
Kui võtta arvesse ka võimalikku dihalogeenimist (vt lk 40), on selge, et radikaalreaktsioonidega tootmisprotsessid ei ole kunagi väga hea saagisega, s.t oodatud sihtprodukti (selles näites 2-kloropropaani) ei teki 100% ulatuses lähteaine suhtes. Sellegipoolest kasutatakse radikaal- reaktsioone tööstuslikus tootmises laialdaselt.
5 3. HALOGEENIÜHENDID (LK 66­67)
1. 1) jodotsüklopropaan; 2) 2-kloro-2-metüülpropaan; 3) 1-bromo-2-metüülpropaan; 4) 2-fluoropropaan
2. 1) 1,1-dibromobutaan; 2) 1,2-dibromobutaan; 3) 2,2-dibromobutaan; 5) 1,3-dibromobutaan; 6) 1,4-dibromobutaan; 7) 1,1-dibromo-2-metüülpropaan; 8) 1,2-dibromo-2-metüülpropaan; 9) 1,3-dibromo-2-metüülpropaan
+ - + - + - + - 3. CH3 CH2 I + 4. Elektrofiil omastab elektrone
Radikaal ühineb elektroniga ­ Nukleofiil loovutab elektrone
+ 2+ H :NH3 BCl3 Hg 5. elektrofiil nukleofiil elektrofiil elektrofiil ·· ·· :OH ­ CH3 NH2 CH3 CH 2 O:­ CH3 O CH3 nukleofiil nukleofiil nukleofiil nukleofiil
+ - + - + - + + - 6. a) CH3 CH2 CH2 Br b) CH3 CH2 O H c) Cl CH2 CH2 CH2 Cl
+ + - + + - d) CH3 C H e) CH3 CH2 S CH3 f) CH3 NH2 O -
6 7. See on näidis kolme järgneva ülesande lahendamiseks.
+ - + - 8. CH3O­ Na+ + CH3CH2CH2 I CH3 O CH2 CH2 CH3 + Na+ I ­ Ründav osake Lahkuv rühm Lahkunud osake
+ - + - 9. K+ CN­ + CH3 CH2 CH2 CH2 Br CH3 CH2 CH2 CH2 CN + K+ Br­ Ründav osake Lahkuv rühm Lahkunud osake
+ - + - 10. H+ Cl­ + CH3 CH2 CH2 OPCl 2 CH3 CH2 CH2 Cl + ­OPCl 2
Ründav osake Lahkuv rühm Lahkunud osake + ­OPCl H + 2 HOPCl 2
Selgitus : kloriidioon (Cl­) on suhteliselt nõrk nukleofiil, aga anioon ­OPCl2 on veelgi nõrgem, kuna nukleofiilsus selles osakeses on hajutatud kahe tugevalt elektronegatiivse kloori aatomi vahel.
11. Sest tetraklorometaanis on süsinik kõrgeimas oksüdatsiooniastmes (IV) ehk rohkem oksüdeeru- da pole enam võimalik.
7 4. ALKOHOLID (LK 82­83)
2. H H H H H OH H C C C C C H CH3 CH2 CH2 CH CH3 H H H OH H OH
3. a) butaan -1-ool (n- butanool ) b) butaan-2-ool (sec-butanool) CH3 CH2 CH2 CH2 OH CH3 CH2 CH CH3 OH
c) 2-metüülpropaan-1-ool (isobutanool) d) 2-metüülpropaan-2-ool (tert-butanool) CH3 CH3 CH CH2 OH CH3 C OH CH3 CH3
4. Rajage põhjendus alkoholide võimele moodustada omavahelisi vesiniksidemeid, mis puudub alküülhalogeniididel.
5. a) CH3CH2OH kt° 78 °C, CH3OCH3 kt° ­23 °C b) (CH3)2CHCH2OH kt° 131 °C, (CH3)2CHOCH3 32 °C Kuna isomeeride molekulmassid on võrdsed, ei peaks nende keemistemperatuurid palju erinema, kuid alkoholide molekulid on omavahel seotud vesiniksidemetega, mistõttu nende keemis-temperatuurid on umbes sada kraadi (!) kõrgemad kui vastavatel eetritel.
6. CH3 CH2 CH2 O H H H O O CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3
7. H O H H H O O H H CH3 O H
8 8. Mentool ja kolesterool on mõlemad küll alkoholid, kuid tuleb tähele panna nende süsivesinikosa erinevat suurust. Seepärast on nende sulamistemperatuurid vastavalt 43 °C ja 149 °C. Mentool lahustub vees suhteliselt vähe, kuid lahustub hästi alkoholis. Kolesterool ei lahustu vees ega alkoholis. Küll aga lahustuvad mõlemad mittepolaarsetes lahustites nagu eeter , süsivesinikud jt.
9. Etüleenglükool ehk etaan -1,2-diool ja glütserool ehk propaan -1,2,3-triool on mitmehüdroksüül- sed alkoholid, mis võimaldab neil moodustada arvukalt vesiniksidemeid vee molekulidega ja seetõttu seguneda veega (lahustuda) igas vahekorras.
10. Glütserool ja äädikhape segunevad veega igas vahekorras, seepärast kihti ei moodusta. Tsükloheksaan ning bensiin on süsivesinikud, seega veest kergemad ja asuvad ülemises kihis. Tetraklorometaan ( = 1,595 g/cm3) on veest raskem.
11. Etanool lahustub vees. Heksaan ( = 0,66 g/cm3) moodustab pärast veega segamist ülemise kihi, aga dikloroetaan ( = 1,257g/cm3) koguneb anuma põhja.
12. a) umbes 6 g eetrit ja b) umbes 8,5 g vett.
13. Kvalitatiivset hinnangut on kerge teha: mida väiksem on osaliselt oksüdeerunud süsiniku (­ CH2OH ) osakaal molekulis, seda suurem on alkoholi kütteväärtus kaaluühiku kohta. Selles võib veenduda keskmiste oksüdatsiooniastmete arvutamise abil.
14. Vein ja eriti õlu sisaldavad peale alkoholi vähesel määral ka muid toitaineid. Üksnes alkoholi alusel tehtud energeetilise väärtuse arvutus annab ligikaudselt: õlu 540 kJ, kuiv vein 1180 kJ, viski 4600 kJ. Piima toiteväärtus (0,5 l 2,5 %-lise rasvasisaldusega piima) on vastavalt 1140 kJ.
15. Lihtne hinnang annab 0,29 promilli .
16. Võrdleme elektronstruktuuri hapniku aatomi juures:
CH3 CH2 O H CH3 CH2 O­
17. a) CH3 CH CH3 + KOH CH3 CH CH3 + KCl I OH Br OH b) + NaOH + NaBr
c) Cl CH2 CH2 CH2 CH2 Cl + 2NaOH HO CH2 CH2 CH2 CH2 OH + 2NaCl
9 18. Vesi toimib alkoholaadile nii nagu hape soolale : CH3--CH2--ONa + H2O ® CH3--CH2--OH + NaOH
19. Vt ka eelmist ülesannet. CH3--CH2--ONa + H2O ® CH3--CH2--OH + NaOH
CH3--CH2--ONa + H2O + CO2 ® CH3--CH2--OH + NaHCO3
20. Omadus Alkoholid Eetrid Happelisus nõrk puudub Lahustuvus vees tänu vesiniksidemetele hea vähene Nukleofiilsus/ aluselisus väike väike väga püsiv, seepärast asendus- väga püsiv, seepärast asendus- reaktsioon süsiniku juures reaktsioon süsiniku juures C­O-side (­OH-rühma asendamine) (­OCH3-rühma asendamine) toimub vaid erijuhtudel toimub vaid erijuhtudel.
21. Metüülalkoholi ja isobutüülalkoholi vahelisel reaktsioonil võivad tekkida järgmised eetrid: CH3 CH3 a) CH3 OH + CH CH2 OH CH3 O CH2 CH + H2 O CH3 CH3
b) CH3 OH + CH3 OH CH3 O CH3 + H2 O
CH3 CH3 CH3 CH3 c) CH CH2 OH + CH CH2 OH CH CH2 O CH2 CH + H2 O CH3 CH3 CH3 CH3
Mittesümmeetrilise eetri valmistamiseks on parim lahendus alkoholaadi ja halogenoalkaani vaheline reaktsioon, näiteks: CH3 CH3 CH3 ONa + CH CH2 Cl CH3 O CH2 CH + NaCl, CH3 CH3
Näites toodud ainete valik on põhjendatud sellega, et a) bromiidid ja jodiidid on palju kallimad b) metüülhalogeniidid (see oleks siis variant CH3Hal + (CH3)2CHCH2ONa) on gaasilised või liiga lenduvad ja seepärast ei võimalda reaktsiooni soojendamise abil kiirendada.
10 23. 1 kg CH3NO2 ruumala on 878,73 cm3. Sellise koguse nitrometaani põlemisel eraldub 12 MJ energiat. Järelikult 3500 cm3 CH3NO2 põlemisel eraldub 36,91 MJ energiat. 3500 cm3 CH3NO2 mass on 3, 076 kg ning moolide arv 50,43 mol.
2CH3NO2 + 1,5O2 ® N2 + 2CO2 + 3H2O
50,43 mol CH3NO2 põletamiseks kulub 37,82 mol O2 ehk 847,17 dm3 O2 ehk 4236,12 dm3 õhku sekundis. 1 kg C8H18 ruumala on 1420,45 cm3. Sellise koguse oktaani põlemisel eraldub 42 MJ energiat. Järelikult 36,91 MJ energia eraldumiseks on vaja põletada 1248 ,37 cm3 ehk 878,85 g ehk 7,71 mol oktaani. C8H18 + 12,5O2 ® 8CO2 + 9H2O
7,71 mol oktaani põletamiseks kulub 96,38 mol O2 ehk 2158,91 dm3 O2 ehk 10794,55 dm3 õhku sekundis. Sama energiahulga saamiseks on alkaani kütuse kogus küll väiksem (1248 cm3 ja 3500 cm3), kuid õhu tarbimise erinevus suurem (10 795 dm3 ja 4236 dm3). Tekib puhttehniline probleem: kuidas üldse nii suurt õhu hulka peaaegu momentaalselt põle- miskambrisse sisse suruda. Ja siis keemia natuke aitab!
11 5. AMIINID (LK 90)
+ 1. a) CH3 CH2 NH2 + HCl CH3 CH2 NH2 · Cl­
+ b) CH3 CH2 NH2 + CH3 COOH CH3 CH2 NH3 · ­OOC CH3
+ c) CH3 CH2 CH NH2 + H2 SO 4 CH3 CH2 CH NH3 · HSO4 ­ CH3 CH3
2. CH3 + H N CH3 H
3. CH3--CH2--CH2--CH2--Br + NH3 ® CH3--CH2--CH2--CH2--NH3+ · Br­
CH3--CH2--CH2--CH2--NH3+ · Br + NaOH ® CH3--CH2--CH2--CH2--NH2 + H2O + NaBr ­
4. Nukleofiilid on a, b ja d, näiteks CH3 CH3 + NH + CH3 CH2 CH2 Br N CH2 CH2 CH3 · Br­ CH3 CH3
CH3 CH3 + CH3 N + HCl CH3 N H · Cl ­ CH3 CH3
Osakesed c ja e ei saa olla nukleofiilideks, sest kõik lämmastiku elektronipaarid on neis seotud.
5. CH3 CH2 H CH2 CH3 N H N CH3 CH2 CH2 CH3
6. CH3CH2OCH2CH3 kt° on 35 °C, (CH3CH2)2NH kt° on 55 °C ja CH3CH2CH2CH2OH on 118 °C. Eetri molekulid ei moodusta omavahel vesiniksidemeid. Vesiniksidemed amiini molekulide vahel (vt eelmine ülesanne) ei ole väga tugevad (miks?), küll on aga vesiniksidemed tugevad alkoholis.
12 6. KÜLLASTUMATA ÜHENDID (LK 104­105)
1. -sideme kohta lugege lk 15 ning - sidemest lk 92­93. Pöörake tähelepanu nende sidemete geomeetriale, s.t nende ruumilisele ehitusele. Teoreetilises plaanis on ehk tähtsam, et neis sidemetes osalevad erineva energiaga elektronid. Kuna -sideme elektronid on kõrgema energiaga, ei ole see side nii püsiv kui -side.
2. Küllastumatus on väga vana nimetus, mis tähistab alkaanide ja alküünide võimet liita vesinikku, halogeeni jt aineid sel viisil, et kaksik- või kolmiksideme asemele jääb süsinike vahele tavaline (ja tugevam) -side.
3. Mittepolaarne kovalentne side.
5.
trans-isomeer cis-isomeer
6. Arvutage süsinike oksüdatsiooniastmed mõlemal võrrandi poolel. Vajaduse korral vt eeskuju lk 21. Näeme, et süsiniku oksüdatsiooniaste kasvas (­II)-lt (­I)-le, seega on see oksüdeerimis- reaktsioon. CH2 CH2 + Cl 2 Cl CH2 CH2 Cl
7. Valime näiteks tsüklopentaani saamise n-pentaanist:
+ H2
Need kaks ainet ei saa olla isomeerid, kuna nende atomaarne koostis on erinev. Vesiniku eraldumine molekulist on alati oksüdeerumisprotsess. Selles võid veenduda kui arvutate kummagi ühendi keskmise oksüdatsiooniastme (need on vastavalt ­2,4 ja ­2).
8. A. Üldisem reaktsioonitüüp on liitumisreaktsioon. B. Alkeenide reaktsioonid algavad elektrofiilse osakese või tsentri rünnakuga ühele süsinikule. C. Küllastumata ühenditega reageerivad vesinik, halogeenid, vesinikhalogeniidid , vesi ja hapnik.
13 9. 1) CH3 CH CH2 + H2 CH3 CH2 CH3
2) CH3 CH CH2 + Cl 2 CH3 CH CH2 Cl Cl 3) CH3 CH CH2 + HCl CH3 CH CH3 Cl 4) CH3 CH CH2 + H 2O CH3 CH CH3 OH 5) CH3 CH CH2 + O2 CH3 CHO + HCHO
10. HC CH + 2Br2 Br CH CH Br Br Br HC CH + 2HBr Br CH CH3 Br
11. ­II ­II ­III ­I H2 C CH2 + H2 O CH3 CH2 OH Keskmine ­II Keskmine ­II
Näeme, et hapniku sisestamine orgaanilise aine molekuli ei ole mitte alati oksüdeerimine.
12. OH OH [O] [O] CH3 C CH CH3 CH3 C CH CH3 CH3 C O + O C CH3 CH3 CH3 CH3 H
13. OH CH3 C CH2 + Cl 2 + H2 O CH3 C CH2 Cl + HCl CH3 CH3
1-kloro-2-metüülpropaan-2-ool
OH CH3 C CH2 + HCl + H2 O CH3 C CH3 + HCl CH3 CH3
2-metüülpropaan-2-ool
14 14. CH3 CH3 CH3 + I­ C CH2 + I2 C CH2 I C CH2 I CH3 CH3 CH3 I
CH3 C CH2 I CH3 OH
Kaaliumjodiidi lisamisega tõuseb lahuses jodiidioonide kontsentratsioon, millega suureneb dijodoühendi moodustumisele viiva reaktsiooni osakaal (vee kontsentratsioon jääb ju samaks).
15. CH3 CH CH CH2 CH2 CH3 + HI CH3 CH CH2 CH2 CH2 CH3 ning I CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3 I
16. Br CH3 C C CH2 CH2 CH3 + 2HBr CH3 C CH2 CH2 CH2 CH3 ning Br Br CH3 CH2 C CH2 CH2 CH3 Br
18. ­
­ ­­
­­
OH ­­ ­­ ­­
­­
A- vitamiin Limoneen ­ ­­
OH ­ ­ ­ OH ­­
­­
Pineen Geraniool Mentool
15 7. AREENID (LK 117­118)
1. a) 1,4- diklorobenseen ; b) 2-nitrotolueen; c) trifenüülmetaan; d) 3-klorotolueen; e) fenüülmetanool; f) 4-nitropüridiin; g) aminobenseen ( aniliin ); h) 2,5-diklorofuraan
2. NO 2 COOH Cl
H2 N HOOC N H2 N NO 2
3. A. Orgaaniline aine, mille molekulis on üks või mitu aromaatset tuuma. B. Tasandiline suletud tsükkel ning ühtne -elektronidest koosnev elektronpilv . C. Aromaatne tsükkel on nukleofiilne reaktsioonitsenter. Tema reageerimine algab elektrofiili ühinemisega.
4. VIGA! ,,Vaata tabel lk 222", peab olema ,,II osa lk 99" Fenüülalaniin, Trüptofaan, Türosiin, Histidiin.
5. Ühe asendajaga naftaleenil on kaks isomeeri, asendajaga asendis 1 või 2 (tähistatakse ka kui - ja -isomeeridena). Kahe ühesuguse asendajaga on näiteks
1,4-dimetüülnaftaleen 2,6-dimetüülnaftaleen 1,8-dimetüülnaftaleen
6. a) tsükloheksaan, b) bensoehape
7. Heksaan ei reageeri broomiga tavatingimustes. Hekseen liidab broomi kergesti, isegi vesilahu- sest (nn broomiveega reageerides). Benseen reageerib broomiga vaid soojendamisel katalüsaato- ri juuresolekul.
8. Br + kat + HBr Br 2
NO 2 9. H 2 SO4 + HNO 3 + H2 O
16 10. Klorometüülbenseenis on asendus külgahelas. Seda saab teostada nii nagu alkaanide halo - geenimisel, s.t kõrgel temperatuuril ja soovitavalt ultraviolettkiirgust kasutades. t°, hn Cl + Cl 2 + HCl
4-klorometüülbenseeni tuleb valmistada elektrofiilse asendusreaktsiooni teel, kasutades katalüsaatorit, nt alumiinium - või raud(III)kloriidi. Temperatuur ei pea nii kõrge olema ja soovitavalt võiks reaktsiooninõud valguse eest varjata. kat + Cl 2 + HCl Cl
+ + 11. a) CH2 CH CH3 + H3 O CH3 CH CH3 + H2 O või + + b) CH3 CH CH3 + H3 O CH3 CH CH3 + 2H 2 O OH
ja edasi reageerib katioon (elektrofiil): CH3 CH + CH3 + + CH3 CH CH3 + H
12. Nikotiin on amiin. Kui muuta nikotiin ammooniumisoolaks, on ta vees lahustuv ning muust taimsest massist kergesti eraldatav.
+ ­ N + HCl NH ·Cl N N
Niisiis tuleb tubakat happega töödelda ja segu filtreerida . Filtraadile leelise lisamise abil võib ni- kotiini soola muuta vees lahustumatuks amiiniks ja sel viisil nikotiin eraldada.
+ ­ NH ·Cl + NaOH N + NaCl + H2 O N N
17 13. ,, Agent Orange" oli preparaatide 2,4D ja 2,4,5T butüülestrite lahus. Viimast neist toodetakse väga lihtsa skeemi järgi: Cl Cl Cl ONa + NaOH + HCl Cl Cl Cl Cl
Cl ONa Cl OCH 2 COOC 4 H9 + ClCH 2 COOC 4 H9 + NaCl Cl Cl Cl Cl 2,4,5-triklorofenoksüetaanhappe butüülester
Kahjuks kulgeb ka kõrvalreaktsioon, mille tulemusena tekib üks dioksiinidest: Cl ONa Cl Cl Cl O Cl + + 2 NaCl Cl Cl NaO Cl Cl O Cl
,,Agent Orange" sisaldas dioksiine 3,83 g/m3.
Olgu märgitud, et kõik need reaktsioonid on nukleofiilsed asendused. Nukleofiilne asendus aro- maatses tuumas ei ole väga tüüpiline aromaatsete ühendite reaktsioon, seepärast ei ole neid meie õpikus käsitletud, kuid nagu ülaltoodust näha, leiavad nad ka tööstuslikku kasutamist.
18 7.5. Fenoolid ja aromaatsed amiinid (lk 125­126)
1. a) eeter b) fenool c) alkohol d) alkohol
2. Kresoolid: OH OH OH
2-metüülfenool 3-metüülfenool 4-metüülfenool
Resortsiine: OH OH OH OH
OH OH OH OH 1,3-dihüdroksübenseen 2-metüül- 4-metüül- 5-metüül- -1,3-dihüdroksü- -1,3-dihüdroksü- -1,3-dihüdroksü- benseen benseen benseen
OH OH OH
OH OH OH
2,5-dimetüül- 4,5-dimetüül- 4,6-dimetüül- -1,3-dihüdroksübenseen -1,3-dihüdroksübenseen -1,3-dihüdroksübenseen
3. Fenooli kt° on 182 °C ja tolueenil 111 °C. Tolueen on lihtsalt süsivesinik, aga fenooli molekulid on omavahel vesiniksidemetega seotud sarnaselt vee või alkoholidega .
4. Delokalisatsiooniks nimetatakse kas - ja -sidemete omavahelist ühtlustumist või laengu (elekt- ronipaari) jaotumist -sidemete osavõtul. Delokalisatsioon stabiliseerib ühendit või osakest (ioo- ni, radikaali), seetõttu on nt benseen küllalt raskesti oksüdeeritav, fenool palju tugevam hape kui alkohol ja aniliin omakorda nõrgem alus kui alküülamiinid. Meenutame siinkohal ka fenoo- lide ja aromaatsete amiinide lihtsat bromeerimist ja teisi asendusreaktsioone võrdluses asenda- mata benseeniga.
19 ­ + ­ + 5. a) CH3 CH2 O Na + OH CH3 CH2 OH + O Na
Tasakaalulises segus on etoksiid- ja fenoksiidioon ning naatriumioon, kuid tasakaal on tugevasti nihutatud fenoksiidiooni suunas. ­ + b) O Na + CH3 OH
Alkohol on sedavõrd nõrk hape, et alkoholaati praktiliselt ei teki. + ­ + ­ c) CH3 CH2 NH2 + NH3 · Cl CH3 CH2 NH3 · Cl + NH2
Tasakaalulises segus on fenüülammoonium- ja etüülammooniumioon ning kloriidioon, kuid tasakaal on tugevasti nihutatud etüülammooniumkloriidi suunas.
Br 6. OH + 3Br2 Br OH + 3HBr
Br
Br
NH2 + 3Br2 Br NH2 + 3HBr
Br
7. OH + HNO3 OH + H2 O
NO 2
OH + HNO3 O2 N OH + H2 O
8. See on türosiin. Kuna fenoolid nitreeruvad kergesti, siis türosiini fenoolne rühm nitreerub läm- mastikhappe toimel ning värvib materjali kollaseks.
20 9. A. Kloori nukleofiilne asendamine aromaatses tuumas läheb väga raskesti, küll aga kergelt alifaatse süsiniku juures.
Cl CH2 Cl + NaOH HO CH2 Cl + NaCl
B. Benseenituum oksüdeerub väga raskesti, küll aga alifaatsed külgahelad (alküülrühmad). CH3 COOH [O]
CH3 COOH
C. Samal põhjusel, mis eelmises näites. COOH [O] + 2CO2 COOH
D. Alküülamiinid on palju tugevamad alused võrreldes aromaatsete amiinidega. ­ + NH2 CH2 CH2 NH2 + HCl Cl · NH 3 CH2 CH2 NH2
10. Sest nad oksüdeeruvad õhuhapniku toimel. Seda näeme nende värvuse muutumisest õhu käes seismisel . Konkreetseid võrrandeid on raske anda, sest protsessid on keerulised. Igatahes moo- dustuvad muuhulgas ka kondensatsioonisaadused (tsüklite ühinemisega), mis on värvilised.
11. Aniliin on nõrk alus ja seetõttu on tema vesiniksidemed veega väga nõrgad, sellest siis ka vähene lahustuvus vees. Soolhappes moodustub aniliini sool (aniliiniumkloriid), mis lahustub vees hästi.
14. Antioksüdantide ülesanne on võtta endale õhuhapniku rünnak ning sel viisil hoida toiduainet või muud materjali oksüdeerumise eest (toiduainet rääsumise eest). Seega on nad eelkõige redutseerijad . Võiks eristada 1) väävliühendeid E220­E228, mis lihtsalt oksüdeeruvad kõrgema oksüdatsiooniastmega väävli ühenditeks; 2) kergesti oksüdeeruvaid askorbiinhappe (C-vitamiini) derivaate E300­E304, E315, E316; 3) küllastumata ühendeid, mis seovad hapniku oma kaksiksidemete abil E306­E309; 4) fenoolseid ühendeid, mis püüavad radikaale oma aromaatse tuumaga E320, E321, E310­E312.
15. Koniin ei ole aromaatne ühend, vaid on tsükliline alküülamiin ja seepärast tugev alus. CH2 CH2 CH3 CH2 CH2 CH3 a) + HCl + ­ NH NH2 · Cl
CH2 CH2 CH3 CH2 CH2 CH3 b) NaOH + Br CH2 CH2 CH2 CH3 + NaBr + H2 O NH N CH2 CH2 CH2 CH3
21