Р. Моррисон, Р. Бойд - Органическая химия (1125875), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Это находит свое отражение в эмпирической формуле. Но это еще ие все. Молекула метана, например, в соответствии с ее эмпирической формулой может содержать один атом углерода и четыре атома водорода, или два атома углерода и восемь атомов водорода, или любое другое число, кратное СНа.
Необходимо определить молекулярную формулу — формулу, покизогвиюи(ую иснгииное число разлинньж атолгов в молекула. Для установления молекулярной формулы необходимо определить молекулярный вес. Из курса общей химии известно несколько методов определения. Поскольку рассматриваемые соединения представпяют собой летучие жидкости, то лучше использовать метод определения плотности пара (метод Дюма или метод Мейера). Измеряется объем известного количества газа при определенных температуре и данленни и нз этих данных рассчитывается вес газа, занимающего объем 22,4 л прн нормальных условиях 1О 'С и 760 мм рт. ст.
(10,13 10' Па)1; этот вес н является молекулярным весом. Например, найдено, что 0.309 г метана занимают 488 мл при 23'С н 737 мм рт. ст. (9,83 1Ое Па). При нормальных условиях 0,309 г будут занимать объем 273 737 273+23 Х 760 Х 488= 436 мл и вес 22 400 мл метана будет 22400 — Х 0,309=15,9 г 436 2 ~ Метан Определение показывает, что молекулярный вес метана составляет около 16,9.
Из возможных молекулярных формул формула СНо (молекулярный вес 16,04) ближе к истине, чем С,Н, (молекулярный вес 32,08) или любая другая. В данном случае эмпирическая и молекулярная формулы совпадают. Рассмотрим другой пример: этан имеет эмпирическую формулу СН,. Определение плотности пара дает молекулярный вес около 30. Из возможных молекулярных формул единственно правильной должна быть С,На, молекулярный вес 30,07. Определение молекулярного веса криоскопическим методом описано в равд. 10.23, а масс-спектпометрическим методом — наиболее точным нз всех известных методов — в равд. 13.2.
Задача 2.7. Количественный элементный аназвз дал вмпнрнческую формулу СН. Найдено, что 0,265 г этого соедннення заннмают объем 105 мл прв 99'С н 733 мм рт. ст. (9,77.10о Па). Определвте: а) молекулярный вес, б) молекулярную формулу в в) правнльный молекулярный вес. задача 2.8.
Прн сожженнн 5,17 мг образца соединения образовалось 10,32 мг двуокнсн углерода н 4,23 мг воды. 0,156 г этого соедннення занимают обьем 53 мл прн 100 'С н 760 мм рт. ст. (1О,!3.10" Па). Какова молекулярная формула этого соедннення? ЗАЛА ЧоУ 1. Рассчитайте процентный состав соединений А, Б я В на основаннн следующих данных элементною аналяза: Взс образца. мг Воо НзО, за' Ве~".Аапг, мг А 4,37 2,48 Б 5,95 2,39 7,55 В 4,02 3,7! Вес СОз.
мг 15,02 13,97 9,!4 2. Каков процентный состав следующих соеднненнй: а) СзН,С! в) С,Н„Оз Д) СНО)Ч б) Сз))оО г) СоНзОзХзз е] СоНзМС! 3. Рассчитайте эмпнрнческне формулы соеднненнй, еглн нзвестен нх процентный состав. а) 85 бом С. 14 4%Н г) 29,8% С, 6,3% Н, 44,0%о С1 б) 92.2зго С, 7,8% Н д) 48,7оА С, 13,6% Н.
37.8% )Ч в) 40.0% С, 6,7% Н е) 25,2% С, 2,8% Н, 49,6% С1 Помните, что кнслород непосредственно не определяется. 4. Качественный аналнз пааааерана, одного нз алкалондов оппума, показал наличие Углерода, водорода н азота. Количественный аналнз привел к следующим данным; 70,8% С, 6,2% Н н 4,!% Х. Рассчитайте эмпнрнческую формулу папанернна.
5. Ммпалоаый оранжгаый, кнслотно-основной индикатор, представляет натриевую соль кислоты, которая содержат углеапод, водород, азот, серу и кислород. Количественный анализ дал 51,4% углерода, 4,3,4 водорода, 12,8% азота, 9,8% серы н 7,0% яатрня. Какова змпнрнческая формула метнлового оранжевого? 6.
Сожжение 6,5! мг соедннення дало 20,47 мг двуокнсн углерода н 8,36 мг воды. Пря 100 'С н 760 ым рт. ст. (10,13.10' Па) 0,284 г соедннення занимают объем 100 мл. Рассчнтайте: а) процентный состав, б) змпнрнческую формулу н в) молекулярную формулу соединения. 7. Аналнз жидкого соединения дал 40,0% углерода н 6,7% водорода. Прн 200'С н 760 мм рт. ст. (! 0,13.!0" Па) 10 мг соедннення заннмают объем 6,47 мл. Какова молекулярная формула соеднненннз 8.
Соединение с той же эмпнрнческой формулой, что н в задаче 7, представляет собой гаэ прн комнатной температуре; 1О мг его заннмают объем 8,15 мл прн 25'С н 760 мм рт. ст. (10,13.10о Па). Какова его молекулярная формула? 9. Анализ индиго, важного красителя, дает следующие цифры: 73,3% углерода, 3,8% водорода н !0,7% азота.
Определенне молекулярного веса дало велячнну в пределах 250 — 275. Какова молекулярная формула индиго? 10. Аналнз газа дал следующие результаты: 82,7% углерода н 17,3% водорода. Стеклянная бомба, наполненная газом пря 22'С н 739 мм рт. ст. (9,85 10' Па), весит 195,10 г. Вес эвакуированного сосуда равен !94,52 г; сосуд, наполненный водой, весит 444,50 г. Рассчитайте молекулярную формулу соедннання.
м ~ 2 11. Гормон инсулин содержит 3,4э4 серы. а) Каков минимальный молекулярный вес инсулина? 5) Молекулярный вес инсулина равен 5743; сколько атомов серы, по всей вероятности, имеется в молекуле? 12. Рассчитайте ЬН следующих реаицнй: а — г) Н + Х вЂ” ь 2НХ, где Х = Р. С1, Вг, 1; д) СЗНэ + Вга э' Сз!4эВг + НВг е) СэНзСНз+ Вгэ — ь СзНзснэВг+ НВг, ж) НэС СНСНз+ Вгэ — ь НэС=СНСНэВг+ НВг.
з) Реакции (д), (е) и (ж) протекают по свободиораднкальиому механизму, как и галогеннрование метана. Рассчитайте 3Н каждой стадии в этих трех реакциях. 13. Возможный механизм хлорирования метана включает следующие стадии: [1) С1а — ь 2С1 ° (2) С1 ° + СНэ — 1- СНзС1 + Н. (3) Н- + С)э — ъ НС! -1- С!- и затем (2), (3), (2), (3) и т. д. а) Рассчитайте пй каждой стадии. 5) Почему этот механизм кажется менее вероятным, чем принятый и приведенный в равд.
2.12? (дополнительные данные, свидетельствующие против этого альтернативного механизма, будут даны в равд. 79-) 14. а) Свободные метильные радикалы реагируют с метаном по следующей схеме: СНз + СН4 — э- а~~+ Снэ» (1) Исходя из данных ярочиостей связей, участнующих в реакции„покажите, почему происходит написанная выше реакции, а не реакция (2)? С?4* + СН~ — э СН,— СН, + Н. (2) б) Реакция (1) имеет Е,„, равную 13 ккал (54,43 10э Дж). В равд. 2.12 она была приведена как возможная (но йе дающая результата) на основании вероятности столкновений. Насколько вероятна реакция (1) в смеси СНэ и С1з (50: 50)? (См.
равд. 2.22 и 2.20.) 15. Бронирование метана замедляется при добавлении довольно большого количества НВг. а] Предложите возможное объяснение этому фанту (см. равд. 2.19). б) Объясните, почему НС! ие влияет таким же образом на хлорирование? в) Любая реакция замедляется по мере расходования реагентов и уменьшения их концентрации. Как объяснить тот факт, что бронирование метана ззмедляегся очень сильно — сильнее, чем, например, хлорирозаиие метана? 16. Смесь Нэ и С1 не реагирует в темноте при комнатной температуре. При высокик температурах или при освещении светом (с длиной полны, поглощаемой хлором) происходит бурная реакция и образуется НС1.
Фотохимическая реакция приводит к образованию миллиона молекул НС1 иа каждый поглощенный фотон, Присутствие небольшого количества кислорода сильно замедляет реакцикь а) Предложите возможный механизм длЯ обьаснеииа этих фактов. б) Объасиите, почемУ смесь Нэ и 1з не ведет сиба так же (иодистый водород на самом деле образуется, но по другому механизму). 17. Ток паров тетраметилсвиица (Снз)аРЬ пропускают через кварцевую трубку, нагреваемую в одном месте; в месте нагревания появляется металлическое зеркало и из трубки выделяется газ — этан.
Трубку нагревают ближе металлического зеркала свинца, продолжая пропускать тетраметилсвииец; з месте нагревания появляется новое зеркало, з старое зеркало исчезает и из трубки выходит тетраметилсвинец, Подобные эксперименты, проведенные Пзиетом в Берлинском университете, считают первым доказэтельстаомсущестаозания короткоживущих свободных радикалов, аналогичных метилу. а) Как эти экспериментальные результаты можно объяснить с точки зрении образования промежуточных свободных радикалоз? б) Чем дальше от металлического зеркала нагревалась труб к а, тем медленнее исчезало старое зеркало. Объясните. Стереохимиа.
1 8.1. Стереохимия и стереоизомерия В основе органической химии как науки лежит связь между строением молекул и их свойствами. Область химии, изучающая пространсгпвенновстроение молекул, называется стереохнмией (от греческого слова Мегеоз — пространственный). Одним из аспектов стереохнмии является стюреоизомерия. Напомним, что изомерами называются различные соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу. Изомеры, отличающиеся друг от друга только расположением атомов в пространстве (но имеющие один и тот же порядок связи атомов), называются стереонзомерами.
Существуют пары стереоизомеров, настолько мало отличающиеся по строению н, следовательно, по свойствам, что из всех физических свойств у них различно только одно, которое можно измерить специальным прибором, с помощью поляризованного света. Использование этих стереоизомеров— один из наиболее чувствительных методов изучения механизмов органических реакций.
Обычно для исследования берут одннизэтих нзомеров,ионе потому, что он отличается от обычных соединений в стереохимическом отношении; использование такого изомера позволяет обнаружить то, что нельзя увидеть на обычных соединениях. Несмотря на большое сходство, один изомер нз пары стереонзомеров может служить питательной средойдлябактерий, обладать свойствами антибиотика или сильного стимулятора сердечной деятельности, в то время как второй кзомер неактивен. В настоящей главе показано, как предсказать существование таких изомеров, называемых энантиомерами, как изобразить их и обозначить и, в общем анде,как сравннватьнхсвойства.
В следующих главах используется весь материал,приведенныйвэтойглаве, но постепенно от обсуждения вопроса, чтбпредсгавляюгсобойэтнстереоизомеры, мы перейдем к тому, как они образуются, как ведутсебяв химических реакциях и как их можно использовать. В равд. 5.5 и 5.6 н гл. 7 рассматривается другой тип стереоизомеров— диастервомеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
