Методические указания по выполнению домашнего задания по курсу органической химии для студентов специальности “ Экология и промышленная безопасность (стр. 1 из 5)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана»

Хмарцева Л.А., Степанов М.Б., Голубев А.М., Елисеева Н.М.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению домашнего задания по курсу органической химии

для студентов специальности “Экология и промышленная безопасность”

(кафедра Э-9).

2005

В методических указаниях содержатся задачи и примеры решения задач по разделам курса органической химии для студентов специальности “ Экология и промышленная безопасность ”

( кафедра Э-9) 2-ого курса МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Авторы:

Хмарцева Людмила Алексеевна

Степанов Михаил Борисович

Голубев Александр Михайлович

Елисеева Нелли Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемые методические указания по выполнению домашнего задания составлены на основе действующей с 1998-99 учебного года учебной программы по органической химии для студентов специальности “ Экология и промышленная безопасность ” (кафедра Э-9) МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Методические указания содержат задачи, отражающие следующие разделы курса органической химии: свойства и способы получения алифатических углеводородов (алканов, алкенов, алкинов), функциональных производных алифатических углеводородов (спиртов, простых и сложных эфиров, карбонильных соединений и карбоновых кислот, липидов, аминов алифатического ряда), циклоалканов, ароматических углеводородов (аренов), галогенпроизводных бензола, фенолов, ароматических нитросоединений и аминов, гетероциклических соединений, аминокислот, белков, СМС и др.

Предложенные задачи позволяют найти соотношение между структурой вещества и его химическими свойствами, что создает возможность творческого подхода к решению задач и способствует лучшему закреплению материала лекций.

Приведены примеры решения некоторых типов задач.

Каждый студент индивидуально получает вариант из данного пособия.

Сроки выдачи и сдачи домашнего задания устанавливаются в соответствии с учебным планом.

Кроме того, на кафедре химии преподавателями, ведущими данный курс, проводятся консультации по всем теоретическим разделам курса и выполнению домашнего задания.

При выполнении задания рекомендуется использовать следующую литературу:

Основная литература

1. АртеменкоА.И. Органическая химия: Учебник для вузов .- 3-е изд, перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1994

2. Нейланд О.Я. Органическая химия: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа , 1990

3. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2-х кн; Учебник для вузов.- 2-е изд.- М.: Химия, 1996

4. Химическая энциклопедия: в 5 т. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1988-1998.

5. Реутов О.И., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия: в 2 т. – М.: Изд.МГУ, 1999.

6. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. Учебное пособие для вузов. – М.: Высш.шк.,2001

7. Иванов В.Г., Горленко В.А., Гева О.Н.Органическая химия – М.:Мастерство,2003

Дополнительная литература

1. Хмарцева Л.А., Зимин Ю.Б., Горшкова В.М. и др. Под ред. Батюка В.А. Отдельные вопросы физико-химии полимеров. Конспект лекций. - М.: Изд-во МГТУ, 1994

2. Романко О.И., Бадаев Ф.З., Батюк В.А. и др. Структура и физико-химические свойства полимерных материалов: учебное пособие. - М.: Изд-во МГТУ, 1995

Кроме того, на кафедре химии преподавателями, ведущими данный курс, проводятся консультации по всем теоретическим разделам курса и выполнению домашнего задания.

Примеры решения задач

Пример 1.

Напишите уравнения реакций, укажите условия их проведения.

н-С₆H₁₄ →x→C₆H₅NO₂→y→C₆H₂Br₃–NH₃Br→ C₆H₂Br₃–NH₂

Решение.

Пример 2.

Определите структурную формулу соединения, если известно, что оно состоит из 37,7 % углерода, 6,3% водорода и 56,0% хлора (по массе). 6,3г паров этого соединения занимают объем 1,12 л (н.у.). При гидролизе этого соединения образуется вещество, состоящее из углерода, водорода и кислорода, а при восстановлении последнего образуется вторичный спирт.

Решение

Определим число моль, вступившего в реакцию искомого вещества, и его молярную массу: n ( в-ва) = 1,12/22,4 = 0,05 моль; М в-ва = 6,35/0,05= 127 г/моль.

Определим содержание углерода, хлора и водорода в искомом веществе.

Масса хлора равна- m_(Cl) = 127·0,56= 71 г; масса углерода- m_(C) = 127·0,377=48 г; масса водорода – m_(H) = 127·0,063=8 г. Пусть формула в-ва С_хН_yСl_{z ,} тогда: х:y:z=48/12:8/1:71/35,5=4:8:2. Следовательно, брутто- формула вещества C₄H₈Cl₂.

Известно, что гидролизом дигалогеналканов, имеющих два заместителя при одном из средних атомов углерода можно получить кетон, который при восстановлении водородом превращается во вторичный спирт. Нашей брутто-формуле может соответствовать 2,2-дихлорбутан: СH₃CH₂–CHCl₂–CH₃ +2KOH → CH₃CH₂–C– CH₃ + 2KCl+H₂O

2,2-дихлорбутан II

O

Восстановление полученного метилэтилкетона при нагревании в присутствии Ni-катализатора приводит к образованию бутанола-2 (вторичного спирта)

CH₃CH₂– C– CH₃+ Н₂ → CH₃CH₂–СH– CH₃.

II I

О OH

Следовательно, искомое вещество 2,2-дихлорбутан, его структурная формула –

Сl

I

CH₃CH₂–С–CH_3..

I

Cl

Пример 3.

Смесь бутилметилэтиламина, метилдипропиламина и пропилдиэтиламина массой 11,5г обработали избытком соляной кислоты. Определите массу образовавшейся соли.

Решение.

Три амина являются изомерами и имеют одну общую брутто-формулу С₇Н₁₇N , поэтому масса образовавшейся соли не зависит от доли каждого амина в смеси и определяется по уравнению:

С₇Н₁₇N+HCl = С₇Н₁₇NHCl

115 г С₇Н₁₇N - 151,5 г С₇Н₁₇NHCl

11,5г - х г С₇Н₁₇NHCl х = 15,15 г соли.

Пример 4.

Через 50 г смеси бензола, фенола и анилина пропустили ток сухого HCl, при этом выпало 12,95 г осадка. Его отфильтровали, а фильтрат обработали водным раствором NaOH. Верхний органический слой отделили, его масса уменьшилась на 23,5 г. Определите массы веществ в исходной смеси.

Решение.

С сухим НСl реагирует только анилин.

C₆H₅NH₂+ HCl= C₆H₅NH₃Cl↓

Такое же количество анилина (0,1 моль) вступило в реакцию. Тогда масса анилина будет равна

С водным раствором NaOH в оставшейся смеси органических веществ только фенол

C₆H₅OH +NaOH = C₆H₅ONa+ H₂O

Следовательно, масса фенола равна 23,5 г. В верхнем органическом слое остается только бензол, масса которого-

Пример 5.

В трех пробирках находятся растворы глюкозы, фруктозы и уксусной кислоты. Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно определить, в какой из пробирок находится каждое из перечисленных веществ.

Решение.

Присутствие уксусной кислоты может быть установлено добавлением индикатора, например, метилового оранжевого, который в кислой среде имеет красную окраску. Присутствие глюкозы и фруктозы как многоатомных спиртов может быть установлено появлением ярко-синего раствора с Cu(OH)_2:

2 С₆Н₁₂О₆ + Cu(OH)₂ = 2 Н₂О + (С₆Н₁₁О₆)₂Cu

Фруктоза не имеет альдегидной группы, как глюкоза, и не окисляется подобно глюкозе. Так бромная вода в кислой среде, обесцвечиваясь, окисляет до глюконовой кислоты глюкозу, но не фруктозу:

С₆Н₁₂О₆ + Br₂+ Н₂О = С₆Н₁₂О₇ + 2 НBr

В то же время, поскольку в щелочной среде фруктоза частично переходит в глюкозу, то фруктоза дает реакцию «серебряного зеркала».

Пример 5

При сжигании образца азотсодержащего гетероциклического соединения, не содержащего заместителей в кольце, образовалось 1,75 моль СО₂, 0,375 моль Н₂О и 0,75 моль N₂. Установите структуру этого соединения.