Многостадийный синтез: олимпиадные цепочки
Формулы и якоря
В олимпиадной цепочке часть веществ зашифрована буквами, а подсказки разбросаны по условию: формулы, реагенты, качественные реакции, продукты расщепления.
Как расшифровать цепочку
- Выпишите формулы всех веществ и посчитайте степень ненасыщенности \(\Omega\) (кольца + π-связи).
- Для каждой стрелки найдите разность формул и назовите тип стадии (таблица).
- Найдите «якорь» — вещество, которое определяется однозначно: продукты озонолиза, единственный изомер, качественная реакция, спектр.
- Идите от якоря вперёд и назад и проверяйте каждую гипотезу всеми условиями задачи.
| Изменение формулы | Что произошло |
|---|---|
| \(+\ce{H2O}\) | гидратация алкена или алкина, гидролиз |
| \(-\ce{H2O}\) | дегидратация, конденсация |
| \(+\)HX, \(+\ce{X2}\) | присоединение к кратной связи |
| \(-\)HX | элиминирование |
| \(-2\)H или \(+\)O | окисление спирта или альдегида |
| \(+2\)H | восстановление C=O или C=C |
| \(+\ce{CO2}\) | карбоксилирование реактива Гриньяра |
| \(-\ce{CO2}\) | декарбоксилирование |
Примеры
1. Спирт A (\(\ce{C5H12O}\)) при окислении PCC даёт B (\(\ce{C5H10O}\)) — он не даёт серебряного зеркала, но даёт иодоформ. При дегидратации A образуется главным образом алкен C (\(\ce{C5H10}\)), озонолиз которого даёт ацетон и ацетальдегид. Решение: \(\Omega\)(A) = 0, \(\Omega\)(B) = \(\Omega\)(C) = 1. Якорь — C: по продуктам озонолиза это \(\ce{(CH3)2C=CHCH3}\), 2-метилбут-2-ен. A окисляется в кетон, значит, он вторичный; вторичный спирт \(\ce{C5}\), дающий этот алкен, — 3-метилбутан-2-ол, B — 3-метилбутан-2-он (метилкетон: иодоформ есть).
errorПроверяйте каждую гипотезу всеми условиями
2-Метилбутан-2-ол тоже даёт при дегидратации 2-метилбут-2-ен, но PCC третичный спирт не окисляет — эта гипотеза отпадает.
edit_noteПопробуйте сами
Какова степень ненасыщенности \(\ce{C7H7NO2}\)?
expand_moreПоказать решение
\(\Omega = (14 + 2 + 1 - 7)/2 = 5\): бензольное кольцо (4) и связь N=O нитрогруппы (1) — например, нитротолуол.
Массовые доли и качественные реакции
Когда формулы не даны, их находят по составу, а строение — по качественным реакциям и симметрии.
Как найти вещество по составу и реакциям
- Для \(\ce{C_xH_yO_z}\): \(x : y : z = ω(\text{C})/12 : ω(\text{H})/1 : ω(\text{O})/16\); приведите к целым.
- Если в молекуле один атом галогена (азота, металла): \(M = A/ω\).
- Сверьте с качественными реакциями: серебряное зеркало — альдегид (и формиаты); иодоформ — \(\ce{CH3CO}\) или \(\ce{CH3CH(OH)}\); газ с \(\ce{NaHCO3}\) — кислота; фиолетовое окрашивание с \(\ce{FeCl3}\) — фенол; осадок с аммиачным раствором \(\ce{Ag+}\) или \(\ce{Cu+}\) — концевой алкин; бромная вода обесцвечивается — C=C, C≡C, фенол, анилин.
- Число продуктов монохлорирования и число сигналов в спектре ЯМР говорят о симметрии.
Примеры
1. Монобромалкан с ω(Br) = 58,3 %: \(M = 79{,}9/0{,}583 = 137\) → \(\ce{C4H9Br}\).
2. C 54,5 %, H 9,1 %, O 36,4 %: \(4{,}54 : 9{,}1 : 2{,}28 = 2 : 4 : 1\) → простейшая формула \(\ce{C2H4O}\); при M = 88 г/моль — \(\ce{C4H8O2}\) (этилацетат, бутановая кислота и их изомеры): кратность берут из другого условия.
errorПроверяйте кратность формулы
Простейшая формула \(\ce{CH2O}\) подходит и формальдегиду, и уксусной кислоте (\(\ce{C2H4O2}\)), и глюкозе (\(\ce{C6H12O6}\)). Молярную массу берут из другого условия: плотности пара, объёма газа, массы осадка.
edit_noteПопробуйте сами
Монохлоралкан содержит 38,4 % хлора. Какова его формула?
expand_moreПоказать решение
\(M = 35{,}45/0{,}384 = 92{,}3\) → \(\ce{C4H9Cl}\).
push_pinГлавное
Цепочку решают так: выписывают известные вещества и реагенты, для неизвестных — формулы и степень ненасыщенности \(\Omega = (2n_\text{C} + 2 + n_\text{N} - n_\text{H} - n_\text{Hal})/2\); по разности формул соседних веществ определяют тип стадии (+\(\ce{H2O}\) — гидратация, −\(\ce{H2O}\) — дегидратация, +HBr, −HBr, +O, +\(\ce{CO2}\), −\(\ce{CO2}\)); находят «якорь» — вещество, которое узнаётся однозначно (по продуктам озонолиза, симметрии, качественной реакции, спектру), и идут от него в обе стороны, проверяя каждую гипотезу всеми условиями. Формулу по массовым долям находят отношением ω/A; при одном атоме галогена M = A/ω. Простейшая формула требует проверки кратности.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.