21_10-Cycloalkanes (Раздаточный материал (методички) по органической химии)

53

ВВЕДЕНИЕ

Выпуск 7 из серии сборников в “Учебно-методическом пособии по общему курсу органической химии” включает задачи и упражнения с решениями по синтезу и свойствам трех-, четырех-, пяти-, шести-, семи- и восьмичленных карбоциклов.

Задачи и упражнения по карбоциклам можно разделить на несколько разделов. Это упражнения непосредственно на синтез самого скелета карбоциклов, задачи на химические свойства этих веществ и задачи, в которых карбоциклы используются как модели для органических реакций. Химия карбоциклов является очень важным разделом органической химии, так как карбоциклические фрагменты часто присутствуют в молекулах, встречающихся в живой природе. Малые циклы в природе встречаются достаточно редко, однако одним из фрагментов природных веществ пиретринов является хризантемовая кислота, которая содержит циклопропановое кольцо. В состав молекулы полового аттрактанта хлопкового долгоносика – феромона грандизола – входит циклобутановое кольцо. Пяти- и шестичленные циклы являются фрагментами одного из важнейших классов биологически активных веществ – стероидов. К стероидам относятся соединения, содержащие четыре кольца с тремя сочленениями (три циклогексановых и одно циклопентановое). Стероид холестерин содержится практически во всех живых организмах. Нарушение холестеринового обмена является одной из причин атеросклероза и мочекаменной болезни. Холестерин вырабатывается в печени, организм получает его также из потребляемой пищи.

Биологической активностью обладают и многие природные соединения, содержащие в молекулах семи- и восьмичленные циклы, например, вибсанин Е и поитедиол.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Какой из двух 1,2-диметилциклопропанов более стабилен и почему?

2. Предложите синтез циклопропана, исходя из хлористого аллила.

3. Расшифруйте приведенную ниже схему. Далее из синтезированного соединения С получите (1-фенилциклопропил)амин (D).

4. Спироалканы – это бициклические соединения, имеющие только один общий для двух циклов атом углерода. Низшие члены ряда спироалканов обладают высокой энергией напряжения. Так, спиро[2,2]пентан (А) имеет энергию напряжения 63 ккал/моль, однако, может быть синтезирован с помощью обычных методов органического синтеза. Исходя из уксусного и муравьиного альдегидов, получите спиро[2.2]пентан (А), если известно, что промежуточным продуктом превращения является пентаэритрит, С(СН₂ОН)₄.

5. Укажите реагенты необходимые для осуществления следующих превращений.

6. Получите 7,7-диметилбицикло[4.1.0]гептан (А), исходя из циклогексена, иодистого метила и других необходимых реагентов.

7. Напишите схему синтеза циклопропана А из диазометана, уксусной кислоты и необходимого изомерного 2-бутена. Используйте реакцию циклопропанирования ([1+2]-циклоприсоединения) с участием диазокетона.

8. Исходя из 1-фенилэтанола, получите фенилциклопропан, используя любые необходимые реагенты.

9. Укажите условия для превращения по Симмонсу-Смиту для приведенных ниже реакций.

10. Из бензола, пропан-1-ола, иодистого метилена и других необходимых реагентов по реакции Симмонса-Смита получите стереоизомеры 1-метил-2-фенилциклопропана.

11. Имея в распоряжении стирол, хлоргидрат этилового эфира аминоуксусной кислоты и другие необходимые реагенты, получите этиловый эфир 2-фенилциклопропанкарбоновой кислоты (А).

12. Получите циклопропилбромид, исходя из малонового эфира, 1,2-дибромэтана и других необходимых реагентов.

13. Приведите продукты реакции циклопропана с

A) HBr / H₂O

B) Cl₂ / FeCl₃

C) H₂ / Ni / 80^oC

D) Br₂ / h

E) 1. BuLi / гексан / -30^oC, 2. MeC(O)CMe₃, 3. H₃O⁺

14. Напишите продукты следующих реакций.

15. Для соединение Х в спектре ЯМР ¹H наблюдаются только 2 синглета. При его восстановлении (H₂ / Pd/C) получен цис-1,2-диметилциклопропан. Какова структура соединения Х?

16. Исходя из бензальдегида, получите 2,3-дифенилциклопроп-2-ен-1-он (А). Используйте бензоиновую конденсацию, окисление дигидразона бензила (дибензоила) и циклопропанирование дифенилацетилена.

17. Объясните величины рK_a, найденные для циклопропана (рK_a ~ 40) и циклопропена (рK_a ~ 60).

18. Какие из приведенных ниже соединений хиральны?

19. Имеет ли 1-метил-3-хлорциклобутан асимметрические атомы углерода? Сколько стереоизомеров имеет это соединение? Каковы эти стереоизомеры?

20. Нарисуйте структуру хирального изомера 1,2-дихлорциклобутана.

21. Приведите формулы всех изомеров с молекулярной формулой С₆Н₁₂, которые содержат циклобутановое кольцо. Укажите в их ряду: 1) цис- и транс-изомеры, 2) хиральные соединения, 3) ахиральные соединения, 4) мезо-соединения, 5) энантиомеры, 7) диастереомеры.

22. Ипользуя 1-бром-3-хлорпропан, малоновый эфир, 1,3-дитиан и другие необходимые реагенты, получите циклобутилметанол (А) и циклобутанол (В).

23. Предложите методы синтеза циклопропанона и циклобутанона из ацетона и диазометана.

24. Из циклобутанкарбоновой кислоты получите первичный амин – (циклобутилметил)амин (А). Какие продукты образуются при обработке амина А раствором азотистой кислоты.

25. Осуществите синтез (дейтерометил)циклобутана (А) и монодейтероциклобутана (В), использовав в качестве исходного соединения циклобутанкарбоновую кислоту.

26. Расшифруйте цепочку превращений.

27. Исходя из циклобутанона, получите спирокетон А.

28. Нарисуйте структуры всех стереоизомеров 1,2-диметилциклопентана и 1,3-диметилциклопентана.

29. Содержит ли 1-метил-2-хлорциклопентан асимметрические атомы углерода? Нарисуйте стереоизомеры 1-метил-2-хлорциклопентана.

30. Из адипиновой кислоты и циклопропилбромида получите циклопропилиден-циклопентан (А).

31. Напишите структуры продуктов А и В приведенной ниже реакции.

32. Из диэтилового эфира адипиновой кислоты, метанола и других необходимых реагентов получите этиловый эфир 1-метил-2-оксоциклопентанкарбоновой кислоты (А) и превратите его в 3-метилциклопентан-1,2-дион (В). Используйте конденсацию Дикмана, метилирование -кетоэфира, получение 1,2-дикетона окислением кетона SeO₂.

33. Исходя из диэфира А, получите кетон В.

34. Синтезируйте индан-1-он (А), имея в распоряжении бензальдегид и малоновую кислоту. Используйте конденсацию Кневенагеля.

35. Укажите структуру соединения В (С₇Н₁₀О₂).

36. Приведите схему образования циклогексанона из аминоспирта А.

37. Из циклогексанона, метилиодида и других необходимых реагентов получите 1,3-диметилциклогексан (А) (без учета стереохимии). Для цис- и транс-1,3-диметилциклогексанов приведите кресловидные конформации и в каждой паре укажите более устойчивую конформацию. Может ли цис-1,3-диметилциклогексан существовать в оптически активной форме?

38. Соединения А и В являются

А) Структурными изомерами

B) Аналогами

С) Энантиомерами

D) Диастереомерами

39. Соединения А и В являются

А) Аналогами

B) Структурными изомерами

С) Конформерами

D) Геометрическими изомерами

40. Пары изомеров A,B и C,D являются

А) Структурными изомерами

B) Геометрическими изомерами

С) Резонансными структурами

D) Конформационными изомерами

Е) Другое

41. Какая из трех молекул А–С хиральна?

42. Как относятся друг к другу пары соединений А,В и C,D? Укажите R,S-конфигурацию асимметрических центров.

43. Нарисуйте две возможные кресловидные конформации для цис-1-изопропил-2-этилциклогексана и транс-1-метил-4-этилциклогексана. Отметьте каждый заместитель как аксиальный (а) или экваториальный (е). Укажите, какой из конформеров в каждой паре более стабилен.

44. Нарисуйте наиболее стабильную конформацию цис-1-изопропил-3-метил-циклогексана, используя кресловидную конформацию и проекцию Ньюмена.

45. Нарисуйте обе пары кресловидных конформаций как для цис-, так и транс-1-бром-2-этилциклогексана. Укажите, какая из них в каждой паре более стабильна. Напишите продукты Е2-элиминирования для оптически чистых изомеров цис- и транс-1-бром-2-этилциклогексана. Укажите, какой из этих продуктов будет оптически активен. Напишите реакции Е2-элиминирования с использованием конформационных формул, используя любой из энантиомеров.

46. Какой из циклогексенов B, C или D образуется в качестве основного продукта. при обработке метилатом натрия дейтерированного бромциклогексана А. Ответ аргументируйте с использованием конформационных формул в форме кресла (конформационный анализ). Изобразите стереохимию переходного состояния реакции.

47. Обработка спиртовой щелочью бромида А приводит к образованию алкена В в качестве основного продукта. Каково строение этого алкена и как он образуется? Изобразите стереохимию переходного состояния реакции, используя конформационные формулы в форме кресла.