Tajemniczy związek organiczny

[kadaweryna]

Zadanie. Pewien związek organiczny A, ulegający łatwo reakcjom substytucji, a trudno addycji, poddano działaniu
mieszaniny HNO3 i H2SO4. Otrzymano 4 produkty (B, C, D i E), przy czym trzy z nich były izomerami. Cząsteczki
związku A zawierają atomy dwóch pierwiastków. Z kolei cząsteczki wszystkich czterech produktów zawierały po
6 atomów węgla, jeden atom azotu, dwa atomy tlenu i jeszcze inne atomy. W reakcji A z mieszaniną HNO3 i H2SO4
powstają także dwa związki nieorganiczne F i G. Narysuj wzory strukturalne związków od A do G.

Mam mieszane uczucia co do tego zadania. Mieszanina nitrująca wskazuje na związek aromatyczny, przy czym podana ilość atomów produktu sugeruje, że jest to nitrobenzen. Tylko jakim cudem mogłyby wyjść aż 4 różne produkty? Można by jeszcze sądzić, że nie zareagował on wyłącznie z kwasem azotowym, ale również z H2SO4, ale to wyklucza ilość tlenu w produktach. Poza tym raczej żadna grupa związków nie reaguje jakoś specjalnie z mieszaniną nitrującą. Macie może jakieś pomysły, by ruszyć jakoś te zadanie? Każda, nawet najmniejsza sugestia się przyda.

[Kriiis]

Wydaje mi się, że jedynym sensownym rozwiązaniem jest założenie, iż nitrowaniu uległ deuterobenzen C6H5D (A).

Cząsteczki związku A zawierają atomy dwóch pierwiastków.

Deuter jest izotopem wodoru, więc w deuterobenzen dalej zawiera atomy jedynie dwóch pierwiastków.

Z kolei cząsteczki wszystkich czterech produktów zawierały po 6 atomów węgla, jeden atom azotu, dwa atomy tlenu i jeszcze inne atomy.

Niesprecyzowanie, że zawierają jedynie wodór (zwyczajowo przyjmuje się, że oznacza on tylko 1H) jak dla mnie jest podejrzane, 'innymi atomami' mogą być prot i deuter.

Wtedy

Otrzymano 4 produkty (B, C, D i E), przy czym trzy z nich były izomerami.

B, C, D - o-, m-, p-nitrodeuterobenzen.
Zaś E - nitrobenzen (bo nitrowaniu uległ atom węgla z deuterem).

F/G zaś to H2O i DHO (ciężka woda).

Pozdrawiam.

[kadaweryna]

Na benzen podstawiony izotopami bym chyba prędko nie wpadła, w szkole nigdy nie spotkałam się z takimi przykładami. Twoja propozycja jest bardzo sensowna, dziękuję za pomoc

[pesel]

F/G zaś to H2O i DHO (ciężka woda).

A czy przypadkiem deuter z benzenu nie pojawi się w cząsteczce kwasu siarkowego, a nie w cząsteczce wody?

[Kriiis]

pesel, hmm, wiesz co, nie potrafię mieć pewności w tej kwestii bez danych doświadczalnych. Prawdopodobnie masz rację, a przynajmniej tak by wynikało z intuicyjnej interpretacji mechanizmu reakcji. Jednakże, zasadniczo H2SO4 jest w tej reakcji katalizatorem, który teoretycznie powinien odtworzyć się w takiej samej postaci po zajściu reakcji, toteż wydaje mi się, że na poziomie tego zadania (chyba licealnego?) odpowiedź DHO jest poprawna - na nią też wskazywała intuicyjna interpretacja skróconego zapisu reakcji, zaś w mechanizm niestety nierozsądnie się nie wgłębiłem. Nie chodzi mi jednak o naginanie rzeczywistości, więc nie mam nic na swoją obronę - prawdopodobnie popełniłem błąd, za który z całego serca przepraszam.

[pesel]

Mnie o taki mechanizm chodzi:

\(\displaystyle{ HNO_{3}+H_{2}SO_{4} \to NO_{2}^{+}+H_{2}O+HSO_{4}^{-}}\)

\(\displaystyle{ C_{6}H_{5}D+NO_{2}^{+} \to C_{6}H_{5}NO_{2}+D^{+}}\)

\(\displaystyle{ D^{+}+HSO_{4}^{-} \to DHSO_{4}}\)

I taki to katalizator nam się odtworzył. Aby jeszcze więcej się działo, to ponieważ mamy równowagi dysocjacji w tej poreakcyjnej mieszaninie to deuteron zapewne może się z protonami wymieniać i pewno nie wykluczone, że i w wodzie się znajdzie, ba pewno z niezerowym prawdopodobieństwem i \(\displaystyle{ D_{2}O}\) może powstać ale na szczęście w zadaniu napisali:

W reakcji A z mieszaniną \(\displaystyle{ HNO_{3}}\) i \(\displaystyle{ H_{2}SO_{4}}\)powstają także dwa związki nieorganiczne F i G

Co poniekąd zwalnia nas z tych "poreakcyjnych" rozważań.

[Kriiis]

Rozumiem, co miałeś na myśli, po prostu

katalizator (...) reaguje dalej z wytworzeniem produktu końcowego i odtworzeniem wyjściowego katalizatora

Ja zaś miałem na myśli, że TEORETYCZNIE powinna powstać cząsteczka H2SO4 w niezmienionej postaci, tzn. po prostu kwas siarkowy(VI) z dwóch wodorów 1H, jedej siarki 32S i czterech tlenów 16O (zakładając, że taki skład miała wyjściowa cząsteczka). Oczywiście TEORETYCZNIE, ponieważ teoretycznie tak powinno być w katalizie... Rozumiem także, iż nie obchodzą nas późniejsze reakcje wymiany kationów wodorowych itd.

[pesel]

Wydaje mi się, że jedynym sensownym rozwiązaniem jest założenie, iż nitrowaniu uległ deuterobenzen C6H5D (A).

BTW, wydaje mi się, że warto byłoby sprawdzić czy np:

\(\displaystyle{ 1,3-dideuterobenzen}\)

\(\displaystyle{ 1,3,4,5-tetradeuterobenzen}\)

\(\displaystyle{ 1,2,3,4,5-pentadeuterobenzen}\)

też nie spełniają warunków zadania.

[kadaweryna]

Jako, że poprzednie zadanie jest rozwiązane, to dodaję kolejne, bo chyba nie ma sensu, żeby zakładać nowy temat z kolejnym tajemniczym węglowodorem.

Zadanie. Pewien węglowodór nienasycony A, o masie 138,0 g/mol poddano reakcji ozonolizy otrzymując mieszaninę dwóch produktów – B i C. Otrzymane produkty poddano następnie łagodnemu utlenianiu otrzymując ze związku B nierozgałęziony kwas dikarboksylowy D o masie 118,0 g/mol, natomiast związek C nie ulegał utlenieniu. Wiedząc, że reakcja ozonolizy, przebiega wg poniższego, ogólnego schematu ustal wzór strukturalny węglowodoru A oraz związków B, C i D. Zapisz także – wzorując się na podanym w zadaniu ogólnym schemacie – schemat ozonolizy węglowodoru A.

AU

b6q5w2.jpg (15.25 KiB) Przejrzano 217 razy

Zacznimy może od odkrycia budowy związku D. Skoro jest on nierozgałęziony, to ma ogólną budowę HOOC-CnH2n-COOH. Z jego masy molowej możemy wyliczyć n.

\(\displaystyle{ 2*M_{H}+4*M_{O}+2*M_{C}+14n=138 \Rightarrow n=2}\)
zatem związek D to HOOC-CH2-CH2-COOH.
Związek B jest zatem aldehydem (tylko co, byłby wtedy dialdehydem?). Stąd wnioskujemy, że R1 albo R4 to po prostu H. Związek C skoro nie uległ utlenieniu to musi być ketonem.

No i to by było na tyle, bo jak próbuję coś kombinować z masą związku A to wychodzą mi liczby niepodzielne przez 14, możecie mi troszkę pomóc?

[pesel]

No i to by było na tyle, bo jak próbuję coś kombinować z masą związku A to wychodzą mi liczby niepodzielne przez14

To dobrze, bo \(\displaystyle{ 138}\) słabo dzieli się przez \(\displaystyle{ 14}\):

Pewien węglowodór nienasycony A, o masie 138,0 g/mol

Pewno jakiś dien \(\displaystyle{ C_{10}H_{18}}\).

[kadaweryna]

Tak, to mógłby być w sumie dien, ale w takim razie skąd się wziął z aldehydu kwas dikarboksylowy? W takiej sytuacji poza grupą aldehydową w związku B powinna być druga druga aldehydowa lub grupa hydroksylowa, co wymusza w związku A obecność grupy OH, a co za tym idzie musiałby to być jakiś enol, a w zadaniu jest mowa o węglowodorze nienasyconym.

[pesel]

Sprawdź takie coś:

\(\displaystyle{ R_{1}=R_{4}=-CH_{3}}\)

\(\displaystyle{ R_{2}= -CH_{2}-CH_{2}-CH=C-(CH_{3})_{2}}\)

\(\displaystyle{ R_{3}= -H}\)

Chwyt polega na tym, że "odetną" się po ozonolizie dwie cząsteczki ketonu, ale tego samego (aceton).

[kadaweryna]

Ok, rozumiem, że ma to wszystko wyglądać następująco:

AU

34oc3r6.jpg (15.25 KiB) Przejrzano 217 razy

, wtedy masa molowa związku A się zgadza. No i potem jakby znów ozonoliza wpływa na rozpad związku D tak? Wtedy by odpadł aceton od tego związku i by został związek 4 węglowy. Chyba że aceton się odczepi pod wpływem utleniania, ale wtedy skąd się wezmą 2 grupy karboksylowe w kwasie?

[pesel]

A dlaczego ozonoliza nie ruszyła u Ciebie drugiego podwójnego w dienie?

[kadaweryna]

A, dobra, już rozumiem, bo schemat tam daje te R1, R2, R3, R4, ale to tylko schemat i nie trzeba tego zachowywać. W takim razie jeśli ten schemat ozonolizy jest poprawny to już z resztą sobie poradzę.

AU

n87qg.jpg (15.25 KiB) Przejrzano 217 razy

EDIT: Przesadziłam trochę z ilością węgli, tam w aldehydzie ma być 1 węgiel mniej.