Рубежные контрольные работы по курсу «Реакционная способность химических соединений»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Казанский государственный технологический университет

РУБЕЖНЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО КУРСУ
«РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ»

2004

Вариант № 1.

Вопрос №1. Объясните с позиции теории МО образование при электроциклизации транс, транс-гексадиена-2,4: лишь транс-3,4-диметилциклобутена при нагревании и цис-3,4диметилциклобутена при ультрафиолетовом облучении. Что такое конротаторное и дмсротаторное вращение орбиталей? Какой химический процесс называется стереоспецифическим?

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: ацетонитрил; бутен-1; нитробензол.

Вопрос №3. Названные ниже соединения классифицируйте как кислоту или основание в соответствии с теориями Бренстеда и Льюиса: этиламин; хлорид алюминия; хлорид аммония; метанол.

Вопрос №4

За кинетикой реакции разложения вещества следили по изменению оптической плотности (D) раствора во времени. Получены следующие результаты:

t, мин	0	18	57	130	240	337	398
D, нм	2.19	2.06	1.83	1.51	1.20	1.05	0.98

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. Объясните, с чем связано увеличение скорости реакции в присутствии катализатора. Поясните это графически.

Вопрос №6. Приведите постадийную схему межфазного катализа для реакции 2-метил-1-хлорпропана с цианидом калия в присутствии катализатора Старкса.

Вопрос №7.

Используя данные таблицы, в которой приведены константы скорости псевдопервого порядка реакции аминолиза п-нитрофенилацетата при различных температурах, вычислить значения энергии активации данной реакции:

t, oC	104k, c-1
25	0.40
30	0.75
35	0.95
39	1.48
48	3.03
57	7.72

Вопрос №8. Дегидратация с помощью сильных протонных кислот 3,3-диметилбутанола-2 приводит к смеси непредельных углеводородов, в которой основным компонентом является 2,3-диметилбутен-2. Объясните такое течение реакции.

Вопрос №9. В какой последовательности увеличивается количество пара-изомеров в реакциях электрофильного замещения для следующих соединений: этилбензол; толуол; трет-бутил-бензол; изопропилбензол.

Вопрос №10. На примере нитрования нафталина нитрующей смесью покажите, что a-положения в нем более нуклеофильны, чем b-положения. Исходя из этого обоснуйте образование a-нафталинсульфокислоты при сульфировании. Предскажите влияние температуры на соотношение продуктов замещения в a - и b-положения, если известно, что энергия активации при замещении в a-положение меньше, чем при замещении в b-положении.

Вариант № 2.

Вопрос №1. Объясните с позиции теории МО образование при электроциклизации транс, цис-гексадиена-2,4: лишь цис-3,4-диметилциклобутена при нагревании и транс-3,4-диметилциклобутена при ультрафиолетовом облучении. Что такое конротаторное и дисротаторное вращение орбиталей? Какой химический процесс называется стереоспецифическим?

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: окись триметиламина; бензальдегид; трихлорметан.

Вопрос №3. Названные ниже соединения классифицируйте как кислоту или основание в соответствии с теориями Бренстеда и Льюиса: хлорное железо; пропановая кислота; фенол; анилин.

Вопрос №4

При титровании выделяющегося в результате реакции иода тиосульфатом натрия получены следующие результаты:

Время, мин	0	5	10	15	20	25	30	¥
Титр, см3	0	5.8	9.8	12.6	14.5	15.8	16.8	18.8

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. Какие катализаторы обладают индивидуальной и какие групповой специфичностью? Приведите примеры.

Вопрос №6. Напишите стадии, протекающие в органической и водной фазах для алкилирования цианида калия в присутствии бромистого триэтилбензиламмония.

Вопрос №7.

Используя данные таблицы, в которой приведены константы скорости первого порядка реакции разложения вещества при различных температурах, вычислить значения энергии активации:

t, oC	104k, М-1c-1
7	1060
14.8	1580
23.8	2480
30	3750
38.4	4680

Вопрос №8. Чем можно объяснить, что в сопоставимых условиях 1-бромбутан реагирует с С4Н9SNa в 1830 раз быстрее, чем с С4Н9ОNa, а выход дибутилового тиоэфира выше, чем дибутилового эфира?

Вопрос №9. Какие нитрующие агенты используются при нитровании ароматических соединений? Обсудите их достоинства и недостатки.

Вопрос №10. В реакцию с цианид-ионами вводят смесь трех следующих веществ:

Какое из соединений будет вступать в реакцию замещения быстрее всего и какие продукты образуются?

Вариант № 3.

Вопрос №1. Объясните с позиции теории МО образование при электроциклизации цис, цис-гексадиена-2,4: лишь транс-3,4-диметилциклобутена при нагревании и цис-3,4-диметилциклобутена при ультрафиолетовом облучении. Что такое конротаторное и дисротаторное вращение орбиталей? Какой химический процесс называется стереоспецифическим?

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: нитрометан; пропанон; хлорэтановая кислота.

Вопрос №3. Расположите перечисленные ниже карбоновые кислоты в порядке возрастания кислотности: нитроэтановая кислота; хлорэтановая кислота; фенилэтановая кислота; фторэтановая кислота; этановая кислота. Приведите объяснения.

Вопрос №4

За гидролизом этилового эфира нитробензойной кислоты водным раствором гидроксида натрия при 25оС следили путем титрования на различных стадиях реакции гидроксида натрия децимолярным раствором соляной кислоты. Начальные концентрации обоих реагентов 0.01 М, результаты титрования следующие:

Время, с	95	140	222	334	805
Титр, см3	9.3	9	8.5	7.9	6.1

Проверьте, относится ли реакция к первому порядку.

Вопрос №5. Каковы основные положения в мультиплетной теории катализа ? Приведите общую схему рассуждений для следующего уравнения:

Вопрос №6. Что такое краунэфиры? Напишите схему образования активного комплекса

дициклогексил-18-крауна-6 с перманганатом калия, растворимого в органическом растворителе. Что такое «голый анион» и какова его активность?

Вопрос №7.

При 7оС константа скорости первого порядка реакции разложения вещества равна 31.4.10-4 М-1мин–1. Энергия активации реакции 10.24 ккакл/моль. Найти константу скорости при 14.8 оС.

Вопрос №8. Расположите следующие растворители в порядке возрастания скорости гидролиза в них хлористого 2-метил-2-хлорпропана: вода; водный ацетон; водная муравьиная кислота; влажный бензол; водный спирт.

Вопрос №9. Объясните, почему скорость нитрования концентрированной азотной кислотой резко падает при добавлении солей азотной кислоты (например, нитрата калия) и увеличивается при добавлении концентрированной серной кислоты.

Вопрос №10. Раствор 2-метил-2-хлорпропана в концентрированной серной кислоте был насыщен окисью углерода, после чего реакционная смесь была вылита в большой объем воды. Какого строение конечного продукта реакции? Приведите объяснения.

Вариант № 4.

Вопрос №1. Дайте определение, что такое занятая МО (ЗМО), высшая ЗМО (ВЗМО), потенциал ионизации ЗМО. Какие свойства молекулы характеризует потенциал ионизации ВЗМО? Определите донор и акцептор электронов в реакции [4+2] циклоприсоединения между дивинилом и этиленом, если их первые потенциалы ионизации составляют 9.03 и 10.5 эВ. Изобразите молекулярно-орбитальную картину этой реакции.

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: пропин; нитробензол; этаналь.

Вопрос №3. Названные ниже основания расположите в порядке возрастания основных свойств: аммиак; этиламин; диэтиламин; ацетамид,. Приведите объяснения.

Вопрос №4

Скорость гидролиза трет-бутилиодида изучали по изменению электропроводности в ходе реакции. Получены следующие результаты:

t, мин	0	2	4	6	8	10	17	22	28	¥
Электропроводность´ 106, Ом-1м-1	5.5	13	20	26	31	36	46	51.5	56	65

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. На поверхности оксида алюминия имеются активные центры типа кислот Льюиса. и типа кислот Бренстеда. Напишите механизмы изомеризации бутена-2 в бутен-1 (катализатор – кислота Льюиса) и дегидратации этанола (катализатор – кислота Бренстеда).

Вопрос №6. Напишите полную схему реакции алкилирования ацетата калия 1-хлорбутаном в ацетонитриле в присутствии краунэфира.

Вопрос №7.

При 64оС константа скорости первого порядка реакции разложения вещества равна 0.46.10-4 с –1. Энергия активации реакции 80.1 ккакл/моль. Найти константу скорости при 75оС.

Вопрос №8. Какие соединения могут получаться при гидролизе хлористого кротила: а) водным раствором едкого кали; б) водой в ацетоне?

Вопрос №9. При обработке сернокислого анилина олеумом образуется 3-аминобензолсульфокислота. При нагревании той же соли (в сухом виде) до 100-180о происходит замещение во 2- и 4-положения бензольного кольца. Чем объяснить различный результат в этих случаях?

Вопрос №10. Как изменяется скорость нитрования в следующем ряду:

Какова преимущественная ориентация при нитровании этих соединений?

Вариант № 5.

Вопрос №1. Дайте определение, что такое свободная (незанятая) МО (СМО), низшая СМО (НСМО), Электронное сродство СМО. Какие свойства молекулы характеризует электоронное сродствоНСМО? Объясните как в реакциях нуклеофильного типа (присоединение по карбонильной группе и замещение атома кислорода карбонильной группы ) изменяется реакционная способность следующих карбонильных соединений: метаналь, этаналь, пропанон, если электронные сродства их НСМО составляют соответственно: –0.26, -1.19 и –1.54 эВ.

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: диметиловый эфир; окись триметиламина; хлорбензол.

Вопрос №3. Названные ниже соединения расположите в порядке возрастания кислотных свойств: этанол; фенол; вода; этановая кислота. Приведите объяснения.

Вопрос №4

За кинетикой реакции разложения вещества следили по изменению оптической плотности ( раствора во времени. Получены следующие результаты:

t, мин	0	18	57	130	240	337	398
D, нм	0.44	0.41	0.37	0.30	0.24	0.21	0.19

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. Что такое селективность и эффективность катализатора? Какие требования предъявляются к промышленным катализаторам?

Вопрос №6. Каким образом десольватация аниона и размер катиона солей влияют на скорость реакции нуклеофильного замещения? Какая из двух нижеперечисленных реакций протекает быстрее в неполярном растворителе?

Вопрос №7.

Найти значения энергии активации химической реакции, если при повышении температуры с 25 до 35оС скорость процесса возрастает в 2 раза?

Вопрос №8. В каких условиях следует проводить гидролиз бромэтана и 2-бром-2-метилпропана, чтобы получить спирты с наибольшим выходом?

Вопрос №9. При ацилировании толуола хлорангидридом триметилуксусной кислоты в растворе сероуглерода в присутствии хлорида алюминия происходит побочная реакция декарбонилирования хлорангидрида и образование 4-трет-бутилтолуола. Эта побочная реакция протекает тем заметнее, чем больше степень разбавления реакционной смеси. Объясните эти факты.

Вопрос №10. Какие побочные реакции наблюдаются при нитровании ароматических соединений?

Вариант № 6.

Вопрос №1.Дайте определение, что такое занятая МО (ЗМО), высшая ЗМО (ВЗМО), потенциал ионизации ЗМО. Какие свойства молекулы характеризует потенциал ионизации ВЗМО? Объясните как в реакциях электрофильного типа изменятся реакционная способность следующих карбонильных соединений: метаналь, этаналь, пропанон, если их первые потенциалы ионизации составляют 10.80, 10.26, и 9.76 эВ?

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: анилин; диметилсульфоксид; пропанол-1.

Вопрос №3. Расположите перечисленные ниже карбоновые кислоты в порядке возрастания кислотности: уксусная кислота; пропионовая кислота; фенилуксусная кислота; акриловая кислота. Приведите объяснения.

Вопрос №4

За кинетикой реакции разложения вещества следили по изменению оптической плотности ( раствора во времени. Получены следующие результаты:

t, мин	0	6	12	18	24	30	36
D, нм	0.18	0.24	0.31	0.41	0.52	0.68	0.88

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. Чем определяются скорости гетерогенной каталитической реакции, протекающей в кинетической и диффузионной областях (гетерогенный катализ)?

Вопрос №6. Приведете постадийную схему межфазного катализа для реакции получения нитрила гептан-карбоновой (энантовой) кислоты.

Вопрос №7.

Используя данные таблицы, в которой приведены константы скорости первого порядка реакции разложения вещества при различных температурах, вычислить значения энергии активации:

t, oC	104k, c-1
64.3	0.46
67.2	1.11
69.8	2.69
72	7.3
74.6	14.6

Вопрос №8. Для гидролиза бромметана, бромэтана и 2-бромпропана было определено соотношение скоростей реакций 2140 : 170 : 5.По какому механизму проходят эти реакции, каковы условия их проведения?

Вопрос №9. Хлорбензол в присутствии хлорида алюминия обрабатывают избытком 1-хлорпропана. а)Объясните ориентацию в этой реакции; б)Кроме нормальных продуктов алкилирования, получают изомеры, в которых согласно спектральным данным обнаружен атом водорода при третичном алифатическом углероде. Укажите, какие это изомеры и объясните их образование.

Вопрос №10. При взаимодействии этилвинилового эфира с тринитрометаном (нитроформом) HC(NO2)3 образуются два изомерных продукта. Какие продукты образуются в этой реакции? Приведите схему этой реакции.

Вариант № 7.

Вопрос №1. У дивинила и ацетилена имеются по четыре p-МО. Объясните, почему они у ацетилена попарно вырожденные, а у дивинила все имеют разные энергетические уровни? Сравните реакционные способности этих соединений в реакциях электрофильного присоединения АЕ (ННаl; Н2О; Н+), если первые потенциалы ионизации для этих соединений составляют 9.03 и 11.25 эВ.

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: метиламин; ацетонитрил; нитробензол.

Вопрос №3. Величины рКа для бензойной, салициловой, п-гидроксибензойной и 2,6-дигидроксибензойной кислот составляют соответственно 4.20; 2.98; 4.58; 1.30. Предложите объяснения такого различия величин рКа.

Вопрос №4

За кинетикой реакции разложения вещества следили по увеличению оптической плотности (D) продукта реакции во времени. Получены следующие результаты:

t, мин	0	12	24	36	48	60	¥
D, нм	0.21	0.27	0.35	0.45	0.59	0.76	0.90

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. Что называют гетерогенным катализом? Перечислите его основные преимущества и недостатки.

Вопрос №6. Изобразите межфазный каталитический цикл Старкса для реакции:

Вопрос №7.

Используя данные таблицы, в которой приведены константы скорости первого порядка реакции разложения вещества при различных температурах, вычислить значения энергии активации:

t, oC	106k, с-1
183.6	1.44
191.5	2.53
198.6	5.18
207.8	10.2
221	39
235	105
239	177

Вопрос №8. Расположите приведенные ниже растворители в порядке увеличения их способности сольватировать карбокатионы: гексан, диметилсульфоксид. хлороформ, ацетон, диэтиловый эфир.

Вопрос №9. При проведении реакции 2,2-диметилпропанола-1 в сильнокислотной среде с бензолом, взятым в значительном избытке, установлено образование двух продуктов реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце. Какие это продукты и каков механизм этой реакции?

Вопрос №10. Объясните, почему при Е-1-реакции бромидов RCH2C(CH3)2Br в 20%-ном метаноле увеличение объема группы R приводит не только к увеличению скорости процесса, но и к росту относительного содержания продукта отщепления по Гофману. Как изменится вероятность гофмановского отщепления при использовании в качестве растворителя абсолютного этанола?

Вариант № 8.

Вопрос №1. NЭ-МО (Э=О, N) в гидрокси - и аминопроизводных углеводородов. Сравните попарно по основности и нуклеофильности следующие соединения: этанол, фенол и этиламин, анили, если первые потенциалы ионизации для первого ряда соединений составляют 10.94; 11.59 и 8.90; 10.80 эВ. Приведите примеры где эти соединения проявляют основные свойства.

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: бромметан; фосген; пропан.

Вопрос №3. Расположите в ряд по увеличению кислотности следующие кислоты: бензойную; 4-хлор - и 4-бромбензойную; п-толуиловую; 4-нитро - и 4-гидроксибензойную.

Вопрос №4

За кинетикой реакции разложения вещества следили по увеличению оптической плотности (D) продукта реакции во времени. Получены следующие результаты:

t, с	0	18	36	54	72	90	¥
D, нм	0.17	0.22	0.28	0.37	0.48	0.62	0.75

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. Напишите постадийную схему кислотного катализа (гомогенный катализ) в реакции этерификации. Объясните роль протона.

Вопрос №6. Напишите стадии, протекающие в водной фазе, в случае следующего процесса алкилирования:

Вопрос №7.

Используя данные таблицы, в которой приведены константы скорости первого порядка реакции разложения вещества при различных температурах, вычислить значения энергии активации:

t, oC	105k, c-1
25	0.50
30	0.68
35	1.03
39	1.62
48	3.95
57	8.95

Вопрос №8. Дифенилбромметан; 2-бром-2-фенилпропан; 2-бром-2-метилпропан и трифенилбромметан нагревают в водной муравьиной кислоте. Расположите указанные бромиды в порядке увеличения скорости замещения галогена. Ответ поясните.

Вопрос №9. Напишите схему и механизм реакции ацилирования толуола хлористым бензоилом. Приведет ли реакция хлорметана (в присутствии хлорида алюминия) с бензофеноном к тому же продукту, что и предыдущая? Если нет, то какой продукт получается более легко? Обоснуйте ваш ответ.

Вопрос №10. Расположите в ряд по возрастанию вероятности образования продуктов транс-присоединения при взаимодействии с хлором следующие цис-алкены: бутен-2, 1-фенилпропен, 1-анизилпропен.

Вариант № 9.

Вопрос №1. Объясните низкую реакционную способность метана по отношению как к акцепторам. Так и к донорам электронов (первый потенциал ионизации равен 14.72 эВ, а электронное сродство НСМО равно – 17.4 эВ). Как изменяется электронодонорная реакционная способность алканов при переходе от метана к более высшим алканам? При ответе примите во внимание, что потенциалы ионизации ВЗМО метана, этана и ипропана составляют соответственно 14.70; 12.?) и 11.41 эВ.

Вопрос №2. Изобразите формулы Льиюса для следующих соединений: метанол; этанол; кетен.

Вопрос №3. Известно, что фенол и алкилфенолы растворяются в растворах едких щелочах и не растворяются в растворе карбоната натрия. В то же время нитро - и полинитрофенолы способны растворяться не только в карбонате натрия, но и в растворах гидрокарбоната натрия. Предложите объяснения этих фактов. Расположите в ряд по увеличению кислотности следующие соединения: фенол; 4-нитрофенол; 3-нитрофенол; 2,4,6-тринитрофенол; 2,4-динитрофенол.

Вопрос №4

За кинетикой реакции разложения вещества следили по увеличению оптической плотности (D) продукта реакции во времени. Получены следующие результаты:

t, с	0	60	120	180	240	300	¥
D, нм	0.61	0.675	0.725	0.775	0.80	0.825	0.96

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. Какое изменение свободной энергии активации вызывает катализатор и к чему это приводит: к увеличению скорости реакции или смещению равновесия?

Вопрос №6. Покажите роль третичного амина в межфазном катализе реакции образования сложного эфира:

Вопрос №7.

Используя данные таблицы, в которой приведены константы скорости первого порядка реакции разложения вещества при различных температурах, вычислить значения энергии активации:

t, oC	104k, М-1мин-1
7	31.4
14.8	52.1
23.8	90.2
30	133
38.4	199

Вопрос №8. Сравните реакционную способность в реакциях нуклеофильного замещения циклогексилхлорметана и хлористого бензила при различных условиях.

Вопрос №9. Напишите схему и механизм реакции, которая происходит при обработке изобутилбензола бромом при облучении УФ-светом.

Вопрос №10. Хлорид (СН3)2ССlR при R=С2Н5 образует в 80%-ном спирте 34% алкена. Как изменится скорость образования и выход алкена в случае: а) R=СН2СН(СН3)2; б) R=CН2СН(СН3)3?

Вариант № 10.

Вопрос №1. С позиции теории МО объясните анти-перипланарное присоединение молекулы брома к бутену-2, если в качестве акцептора электронов выступает s*Br-Br-МО. Какие стереоизомеры образуются? Объясните региоселективность этого процесса.

Вопрос №2. Изобразите формулы Льюиса для следующих соединений: нитрометан; метановая кислота; бензальдегид.

Вопрос №3. Анилин является более сильным основанием (приблизительно в 2 раза) по сравнению с N, N-диметиланилином. Интересно, что 2,4,6-тринитроанилин гораздо более слабое основание, чем N, N-диметил-2,4,6-тринитроанилин (приблизительно в 40000 раз). Каковы причины такого различия?

Вопрос №4

За кинетикой реакции разложения вещества следили по увеличению оптической плотности (D) продукта реакции во времени. Получены следующие результаты:

t, с	0	6	12	18	24	36	¥
D, нм	0.63	0.70	0.81	0.85	0.885	0.98	1.07

Показать, что реакция относится к первому порядку. Найти период полураспада исходного вещества.

Вопрос №5. Что называют свободной энергией активации? Какие ее значения свидетельствуют о возможности или невозможности реализации реакции?

Вопрос №6. Изобразите межфазный каталитический цикл Старкса для следующей реакции:

Вопрос №7.

Найти значения энергии активации процесса, если при повышении температуры с 25 до 35оС скорость реакции возрастает в 5 раз?

Вопрос №8. Расположите все изомерные хлорбутаны в порядке увеличения их реакционной способности в реакциях SN2.

Вопрос №9. Покажите, что пиридин и пиррол ароматичны. Справедливо ли это в кислой среде? Объясните. Возможно ли осуществление реакции ацилирования этих гетероциклов в кислой среде? В качестве реагента используйте ацетилхлорид, в качестве катализатора – хлорид алюминия.

Вопрос №10. Какую их перечисленных ниже реакций предпочтительнее использовать для синтеза метилизобутилового эфира:

Литература.

1.  Травень химия. В 2-х т. М.: Академкнига, 2004. –727с. и 582с.

2.  , Березин современной органической химии. М.: Высшая школа, 2001. –767с.

3.  , , Трощенко химия. СПб.: Иван Федоров, 2002, -622с.

4.  Шабаров химия. М.: Химия, 2000, -847с.

5.  Задачи и упражнения по органической химии. М,: МГУ, 1971, -298с.

6.  -Л. Пособие для изучающих органическую химию. М.: Мир, 1971, -496с.

7.  , , Семенова основы органической химии. Задачи и упражнения. Л.: Химия. Ленинградское отделение, 1971, -173с.

8.  , Газизов в органическом синтезе. Конспект лекций. Казань: Каз. хим.-техн. ин-т, 1988, -38с.

9.  Вопросы для самоконтроля к самостоятельной работе по курсу «Катализ в органическом синтезе». Казань: Каз. хим.-техн. ин-т, 1988, -20с.