Κεφάλαιο 7.4 – Οργανικές συνθέσεις – Διακρίσεις (σελ. 301-333) – Απαντήσεις – Λύσεις

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση 30 (σελ. 302)

Τι ονομάζεται οργανική σύνθεση;

Απάντηση: Οργανική σύνθεση είναι η διαδικασία παρασκευής μιας οργανικής ουσίας με πρώτες ύλες μία ή περισσότερες οργανικές ενώσεις (ή, σε ειδικές περιπτώσεις, μόνο ανόργανες ουσίες), χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε απαραίτητα ανόργανα αντιδραστήρια.

Άσκηση 31 (σελ. 302)

Ποιες είναι οι πιο σημαντικές συνθέσεις κατά τις οποίες το μόριο της ένωσης που παρασκευάζεται έχει ένα άτομο άνθρακα περισσότερο από τα άτομα του άνθρακα που περιέχει το μόριο της ένωσης που χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη;

Απάντηση: Δύο κύριοι δρόμοι: i) Μετατροπή αλκυλαλογονιδίου σε οξύ μέσω νιτριλίου: RCl + KCN → RCN + KCl, RCN + 2H₂O →(H⁺ ή OH⁻)→ RCOOH + NH₃. ii) Κυανοϋδρινική σύνθεση από καρβονυλική ένωση: R-CO-R' + HCN → R-C(OH)(CN)-R', και μετά υδρόλυση R-C(OH)(CN)-R' + 2H₂O → R-C(OH)(COOH)-R' + NH₃ (α-υδροξυοξύ).

Άσκηση 32 (σελ. 302)

Ποιες είναι οι πιο σημαντικές συνθέσεις αποικοδόμησης;

Απάντηση: Δύο κύριες: i) Αποκαρβοξυλίωση: RCOONa(s) + NaOH(s) →(θ)→ Na₂CO₃ + RH (η ανθρακική αλυσίδα μικραίνει κατά τον άνθρακα του καρβοξυλίου). ii) Αλογονοφορμική αντίδραση, που δίνουν κορεσμένες αλκοόλες CνH2ν+1-CH(OH)-CH₃ ή καρβονυλικές ενώσεις CνH2ν+1-CO-CH₃ με X₂ (Cl₂, Br₂, I₂)/NaOH: παράγεται αλογονόφορμιο CHX₃ (π.χ. κίτρινο ιωδοφόρμιο CHI₃) και το οξύ CνH2ν+1COONa με έναν άνθρακα λιγότερο.

Άσκηση 33 (σελ. 302)

Πώς επιτυγχάνεται γενικά η διάκριση μεταξύ δύο ενώσεων Α και Β;

Απάντηση: Επιλέγουμε μια δοκιμασία (αντίδραση) που δίνει διαφορετικό, άμεσα παρατηρήσιμο αποτέλεσμα (έκλυση αερίου, αλλαγή χρώματος, σχηματισμός ιζήματος) για τη μία μόνο από τις δύο ενώσεις, ώστε από την παρατήρηση να συμπεράνουμε ποια ένωση έχουμε.

Άσκηση 34 (σελ. 302)

Πώς επιτυγχάνεται η διάκριση μεταξύ ενός αλκανίου και ενός αλκενίου με τα ίδια άτομα άνθρακα;

Απάντηση: Με διάλυμα Br₂ σε CCl₄ (καστανοκόκκινο χρώμα): το αλκένιο το αποχρωματίζει άμεσα (αντίδραση προσθήκης στο διπλό δεσμό), ενώ το αλκάνιο δεν αντιδρά (δεν αποχρωματίζεται).

Άσκηση 35 (σελ. 302)

Πώς επιτυγχάνεται η διάκριση μεταξύ των αλκινίων με τύπο RC≡CH και των ισομερών τους;

Απάντηση: Τα αλκίνια RC≡CH (με ακετυλενικό υδρογόνο) αντιδρούν με αμμωνιακό διάλυμα CuCl δίνοντας ίζημα RC≡CCu (ή με Na/K εκλύοντας H₂), ενώ τα ισομερή τους (εσωτερικά αλκίνια, αλκαδιένια κ.λπ., χωρίς ακετυλενικό υδρογόνο) δεν αντιδρούν με τον ίδιο τρόπο.

Άσκηση 36 (σελ. 302)

Πώς επιτυγχάνεται η διάκριση μεταξύ μιας αλκοόλης με τον ισομερή της αιθέρα;

Απάντηση: Με μεταλλικό νάτριο (Na): η αλκοόλη αντιδρά ελευθερώνοντας αέριο H₂ (2ROH+2Na→2RONa+H₂), ενώ ο αιθέρας δεν αντιδρά καθόλου με το Na.

Άσκηση 37 (σελ. 302)

Πώς διακρίνουμε τις ισομερείς αλκοόλες;

Απάντηση: Με οξείδωση (KMnO₄ ή K₂Cr₂O₇/H₂SO₄): η πρωτοταγής/δευτεροταγής αλκοόλη αποχρωματίζει το οξειδωτικό (οξειδώνεται), ενώ η τριτοταγής όχι. Επιπλέον, με την αλογονοφορμική αντίδραση (I₂/NaOH) διακρίνουμε ειδικά τις αλκοόλες της μορφής CνH2ν+1-CH(OH)-CH₃ (δίνουν κίτρινο ίζημα ιωδοφορμίου) από τις υπόλοιπες.

Άσκηση 38 (σελ. 302)

Πώς διακρίνουμε ένα οξύ από τον ισομερή του εστέρα;

Απάντηση: Με δείκτη (π.χ. βάμμα ηλιοτροπίου, ιώδες, γίνεται κόκκινο παρουσία οξέος) ή με προσθήκη διαλύματος ανθρακικού άλατος (Na₂CO₃ ή NaHCO₃): το οξύ αντιδρά εκλύοντας CO₂, ενώ ο εστέρας δεν αντιδρά.

Άσκηση 39 (σελ. 302)

Πώς επιτυγχάνεται η διάκριση μεταξύ των αλκοολών, φαινολών και καρβοξυλικών οξέων;

Απάντηση: Στηρίζεται στη διαφορετική οξύτητά τους (RCOOH > C₆H₅OH > ROH): τα καρβοξυλικά οξέα αντιδρούν και με NaHCO₃ (έκλυση CO₂) και με NaOH· οι φαινόλες αντιδρούν με NaOH αλλά όχι με NaHCO₃ (ασθενέστερες του ανθρακικού οξέος)· οι αλκοόλες δεν αντιδρούν με κανένα από τα δύο (μόνο με Na).

Άσκηση 85 (σελ. 332)

α. Με πρώτη ύλη αιθυλένιο και ανόργανες ουσίες να παρασκευάσετε ακεταλδεΰδη. β. Με πρώτη ύλη 1-πεντανόλη και ανόργανες ουσίες να παρασκευάσετε 2-πεντανόλη. γ. Με πρώτη ύλη 1-πεντένιο και ανόργανες ουσίες να παρασκευάσετε 1-πεντίνιο.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Και οι τρεις συνθέσεις διατηρούν τον αριθμό ατόμων άνθρακα (κατηγορία Ι).

Λύση:

1. α. Το αιθυλένιο έχει 2 άτομα άνθρακα, όπως και η ακεταλδεΰδη. CH₂=CH₂ + H₂O →(H⁺)→ CH₃CH₂OH· CH₃CH₂OH + [O] → CH₃CHO + H₂O.
2. β. Αφυδάτωση προς αλκένιο και επαναϋδάτωση με αντίστροφο προσανατολισμό: CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂OH →(θ, H₂SO₄)→ CH₃CH₂CH₂CH=CH₂ + H₂O (1-πεντένιο)· CH₃CH₂CH₂CH=CH₂ + H₂O →(H⁺, Markovnikov)→ CH₃CH₂CH₂CH(OH)CH₃ (2-πεντανόλη).
3. γ. Προσθήκη Cl₂ και διπλή αφυδραλογόνωση: CH₂=CHCH₂CH₂CH₃ + Cl₂ → CH₂ClCHClCH₂CH₂CH₃· + 2NaOH(αλκοόλη) → HC≡CCH₂CH₂CH₃ (1-πεντίνιο) + 2NaCl + 2H₂O.

Απάντηση: α. CH₃CHO. β. CH₃CH₂CH₂CH(OH)CH₃. γ. HC≡CCH₂CH₂CH₃.

Άσκηση 86 (σελ. 332)

Να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των Α, Β, Γ και Δ.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η εκφώνηση αυτής της άσκησης στηρίζεται σε πίνακα/διάγραμμα αντιδράσεων που δεν διασώθηκε στην ψηφιοποιημένη πηγή (μόνο ο τίτλος 'Να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των Α, Β, Γ και Δ' χωρίς τα δεδομένα του σχήματος). Από ένα σωζόμενο, αποσπασματικό ίχνος της απάντησης στην πηγή αναγνωρίζουμε τα Α, Β· τα Γ, Δ δεν είναι ανακατασκευάσιμα χωρίς τα αρχικά δεδομένα.

Απάντηση: Από το σωζόμενο απάντησης-απόσπασμα προκύπτει A = CH₃CH(OH)CH₃ (2-προπανόλη) και B = CH₃-O-CH(CH₃)₂ (μεθυλο-ισοπροπυλαιθέρας). Τα Γ και Δ ΔΕΝ τεκμηριώνονται από την πηγή και δεν αναφέρονται εδώ για να μην επινοηθεί χημεία που δεν υπάρχει στο βιβλίο.

Πρόσεξε: Το διάγραμμα/πίνακας αντιδράσεων της άσκησης 86 λείπει από την ψηφιοποιημένη έκδοση του βιβλίου (γνωστό, τεκμηριωμένο πρόβλημα ψηφιοποίησης σε αυτή τη σειρά). Δίνονται μόνο τα Α, Β που επιβεβαιώνονται από ίχνος της απάντησης· τα Γ, Δ παραλείπονται σκόπιμα αντί να επινοηθούν.

Άσκηση 87 (σελ. 332)

Να παρασκευάσετε: α. αιθάνιο με πρώτη ύλη 1-χλωροπροπάνιο και ανόργανες ουσίες, β. προπανικό οξύ με πρώτη ύλη 2-βουτανόλη και ανόργανες ουσίες.

Σκέψη / Μεθοδολογία: α: χρειάζεται αποκαρβοξυλίωση προπανικού άλατος. β: χρειάζεται αλογονοφορμική αντίδραση αφού η 2-βουτανόλη έχει τη μορφή CνH2ν+1-CH(OH)-CH₃ (ν=1).

Λύση:

1. α. CH₃CH₂CH₂Cl + NaOH(υδατικό)→ CH₃CH₂CH₂OH + NaCl (1-προπανόλη)· CH₃CH₂CH₂OH + 2[O] → CH₃CH₂COOH + H₂O· CH₃CH₂COOH + NaOH → CH₃CH₂COONa + H₂O· CH₃CH₂COONa + NaOH →(θ)→ CH₃CH₃ (αιθάνιο) + Na₂CO₃.
2. β. CH₃CH₂CH(OH)CH₃ + 4I₂ + 6NaOH → CHI₃↓ + CH₃CH₂COONa + 5NaI + 5H₂O (αλογονοφορμική αντίδραση)· CH₃CH₂COONa + HCl → CH₃CH₂COOH + NaCl.

Απάντηση: α. Αιθάνιο CH₃CH₃ μέσω αποκαρβοξυλίωσης προπανικού νατρίου. β. Προπανικό οξύ CH₃CH₂COOH μέσω αλογονοφορμικής αντίδρασης της 2-βουτανόλης.

Άσκηση 88 (σελ. 332)

Με πρώτη ύλη CH₃CH₂OH και ανόργανες ουσίες να παρασκευάσετε: α. βουτάνιο β. 2-βουτανόλη γ. αιθανικά αιθυλεστέρα δ. διμεθυλοκετόνη

Σκέψη / Μεθοδολογία: Τέσσερις διαφορετικές συνθέσεις με πρώτη ύλη την αιθανόλη, χρησιμοποιώντας Wurtz, Grignard, εστεροποίηση και πύρωση ασβεστούχου άλατος αντίστοιχα.

Λύση:

1. α. Βουτάνιο (μέθοδος Wurtz): CH₃CH₂OH + HBr → CH₃CH₂Br + H₂O· 2CH₃CH₂Br + 2Na →(ξηρός αιθέρας)→ CH₃CH₂CH₂CH₃ + 2NaBr.
2. β. 2-βουτανόλη (μέσω Grignard): CH₃CH₂OH + [O] → CH₃CHO + H₂O· CH₃CH₂OH + SOCl₂ → CH₃CH₂Cl + SO₂ + HCl· CH₃CH₂Cl + Mg →(ξηρός αιθέρας)→ CH₃CH₂MgCl· CH₃CHO + CH₃CH₂MgCl → CH₃CH(OMgCl)CH₂CH₃ →(+H₂O)→ CH₃CH(OH)CH₂CH₃ + Mg(OH)Cl.
3. γ. Αιθανικός αιθυλεστέρας: CH₃CH₂OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O (πλήρης οξείδωση)· CH₃COOH + CH₃CH₂OH ⇌(H⁺)⇌ CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O.
4. δ. Διμεθυλοκετόνη (ακετόνη): CH₃CH₂OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O· 2CH₃COOH + Ca(OH)₂ → (CH₃COO)₂Ca + 2H₂O· (CH₃COO)₂Ca →(θ)→ CH₃COCH₃ + CaCO₃.

Απάντηση: α. CH₃CH₂CH₂CH₃. β. CH₃CH(OH)CH₂CH₃. γ. CH₃COOCH₂CH₃. δ. CH₃COCH₃.

Άσκηση 89 (σελ. 332)

Με πρώτη ύλη αιθανάλη, HCN, και ανόργανες ουσίες να παρασκευάσετε: α. 2-υδροξυπροπανικό οξύ β. οξικό αιθυλεστέρα γ. 2-βουτανόλη δ. μεθανικό οξύ ε. βουτάνιο και στ. 3-πεντανόλη.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Έξι διαφορετικές συνθέσεις με πρώτη ύλη CH₃CHO (αιθανάλη/ακεταλδεΰδη) και HCN, αξιοποιώντας κυανυδρινική σύνθεση, αλογονοφορμική αντίδραση (ειδική περίπτωση αλδεΰδης), Grignard, εστεροποίηση, Wurtz και πύρωση ασβεστούχου άλατος.

Λύση:

1. α. CH₃CHO + HCN → CH₃CH(OH)CN· + 2H₂O →(H⁺ ή OH⁻)→ CH₃CH(OH)COOH + NH₃ (γαλακτικό οξύ).
2. β. CH₃CHO + [O] → CH₃COOH (οξικό οξύ)· CH₃CHO + H₂ →(Ni)→ CH₃CH₂OH (αιθανόλη)· CH₃COOH + CH₃CH₂OH ⇌(H⁺)⇌ CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O.
3. γ. CH₃CHO + H₂ →(Ni)→ CH₃CH₂OH· CH₃CH₂OH + SOCl₂ → CH₃CH₂Cl + SO₂ + HCl· CH₃CH₂Cl + Mg →(ξηρός αιθέρας)→ CH₃CH₂MgCl· CH₃CHO + CH₃CH₂MgCl → CH₃CH(OMgCl)CH₂CH₃ →(+H₂O)→ CH₃CH(OH)CH₂CH₃ (2-βουτανόλη).
4. δ. Αλογονοφορμική αντίδραση ΤΗΣ ΙΔΙΑΣ της αιθανάλης (η μόνη αλδεΰδη που τη δίνει, αφού ταιριάζει στη μορφή H-CO-CH₃): CH₃CHO + 3I₂ + 4NaOH → CHI₃↓ + HCOONa + 3NaI + 3H₂O· HCOONa + HCl → HCOOH + NaCl.
5. ε. Βουτάνιο (Wurtz): CH₃CHO + H₂ →(Ni)→ CH₃CH₂OH· CH₃CH₂OH + HBr → CH₃CH₂Br + H₂O· 2CH₃CH₂Br + 2Na →(ξηρός αιθέρας)→ CH₃CH₂CH₂CH₃ + 2NaBr.
6. στ. 3-πεντανόλη: πρώτα προπανικό οξύ από αιθανάλη μέσω νιτριλίου [CH₃CHO+H₂→Ni→CH₃CH₂OH· CH₃CH₂OH+SOCl₂→CH₃CH₂Cl+SO₂+HCl· CH₃CH₂Cl+KCN→CH₃CH₂CN+KCl· CH₃CH₂CN+2H₂O→CH₃CH₂COOH+NH₃]· μετά πύρωση ασβεστούχου άλατος σε κετόνη [2CH₃CH₂COOH+Ca(OH)₂→(CH₃CH₂COO)₂Ca+2H₂O· (CH₃CH₂COO)₂Ca→θ→CH₃CH₂COCH₂CH₃+CaCO₃ (3-πεντανόνη)]· τέλος αναγωγή: CH₃CH₂COCH₂CH₃ + H₂ →(Ni)→ CH₃CH₂CH(OH)CH₂CH₃ (3-πεντανόλη).

Απάντηση: α. CH₃CH(OH)COOH. β. CH₃COOCH₂CH₃. γ. CH₃CH(OH)CH₂CH₃. δ. HCOOH. ε. CH₃CH₂CH₂CH₃. στ. CH₃CH₂CH(OH)CH₂CH₃.

Πρόσεξε: Στο (δ) αξιοποιείται η ειδική παρατήρηση της θεωρίας ότι μόνο η ακεταλδεΰδη, μεταξύ των αλδεϋδών, δίνει αλογονοφορμική αντίδραση (μορφή H-CO-CH₃, δηλ. CνH2ν+1-CO-CH₃ με ν=0) — έτσι μετατρέπεται απευθείας σε μεθανικό οξύ.

Πρόσεξε: Στο (στ) προτιμήθηκε η οδός πύρωσης ασβεστούχου άλατος προς συμμετρική κετόνη + αναγωγή, αντί εναλλακτικής (μη καλυμμένης ρητά στη θεωρία) αντίδρασης εστέρα με 2 ισοδύναμα Grignard.

Άσκηση 90 (σελ. 332)

Με πρώτη ύλη προπίνιο και ανόργανες ουσίες να παρασκευάσετε: α. προπανόνη β. 4-μέθυλο-2-πεντίνιο.

Σκέψη / Μεθοδολογία: α: απευθείας ενυδάτωση Markovnikov. β: χρειάζεται αλκυλίωση ακετυλιδίου με ισοπροπυλαλογονίδιο, το οποίο επίσης πρέπει να παρασκευαστεί από προπίνιο.

Λύση:

1. α. CH₃C≡CH + H₂O →(Hg²⁺/H₂SO₄, Markovnikov)→ CH₃COCH₃ (προπανόνη/ακετόνη), μέσω ασταθούς ενόλης.
2. β. Παρασκευή ισοπροπυλοχλωριδίου από προπίνιο: CH₃C≡CH + H₂ →(καταλύτης, 1 στάδιο)→ CH₃CH=CH₂ (προπένιο)· CH₃CH=CH₂ + HCl →(Markovnikov)→ CH₃CHClCH₃ (2-χλωροπροπάνιο). Παρασκευή νατριοπροπυνιδίου: CH₃C≡CH + Na → CH₃C≡CNa + ½H₂. Αλκυλίωση: CH₃C≡CNa + CH₃CHClCH₃ → CH₃C≡CCH(CH₃)₂ (4-μέθυλο-2-πεντίνιο) + NaCl.

Απάντηση: α. CH₃COCH₃. β. CH₃C≡CCH(CH₃)₂.

Πρόσεξε: Στο (β) η αλκυλίωση ακετυλιδίου με δευτεροταγές αλογονίδιο (ισοπροπυλοχλωρίδιο) ευνοεί στην πράξη και παράπλευρη απόσπαση (E2) λόγω της ισχυρής βασικότητας του ακετυλιδίου· σε επίπεδο Γ' Λυκείου γράφεται ωστόσο η αντίδραση υποκατάστασης ως η ζητούμενη σύνθεση.

Άσκηση 91 (σελ. 332)

Αέριο δείγμα φέρει την ένδειξη: βουτάνιο ή 1-βουτένιο ή 1-βουτίνιο. Πώς θα διαπιστώσετε ποιο από τα τρία αέρια είναι το δείγμα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Διαδοχικές δοκιμασίες: πρώτα CuCl/NH₃ (ξεχωρίζει το τερματικό αλκίνιο), μετά Br₂/CCl₄ (ξεχωρίζει το αλκένιο από το αλκάνιο).

Λύση:

1. Διοχετεύουμε το αέριο σε αμμωνιακό διάλυμα CuCl. Αν σχηματιστεί ίζημα (CH₃CH₂C≡CCu), το αέριο είναι το 1-βουτίνιο.
2. Αν δεν σχηματιστεί ίζημα, διοχετεύουμε άλλη ποσότητα σε διάλυμα Br₂/CCl₄. Αν αποχρωματιστεί, το αέριο είναι το 1-βουτένιο.
3. Αν δεν αποχρωματιστεί ούτε το Br₂/CCl₄, το αέριο είναι το βουτάνιο.

Απάντηση: Με διαδοχικές δοκιμές CuCl/NH₃ και Br₂/CCl₄ αναγνωρίζονται με σειρά: 1-βουτίνιο (ίζημα), 1-βουτένιο (αποχρωματισμός), βουτάνιο (καμία αντίδραση).

Άσκηση 92 (σελ. 332)

Να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των A και B, αν δίνεται: C₄H₆ (A) + CuCl + NH₃ → ίζημα + ... C₅H₈ (B) + Na → H₂ + ... B + H₂ → κανονικό πεντάνιο.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η θετική δοκιμή CuCl/NH₃ δείχνει τερματικό αλκίνιο. Η πλήρης υδρογόνωση σε ΚΑΝΟΝΙΚΟ (μη διακλαδισμένο) πεντάνιο επιβάλλει ευθύγραμμη ανθρακική αλυσίδα για το Β.

Λύση:

1. A (C₄H₆) δίνει ίζημα με CuCl/NH₃ ⟹ τερματικό αλκίνιο: A = CH₃CH₂C≡CH (1-βουτίνιο).
2. B (C₅H₈) αντιδρά με Na εκλύοντας H₂ ⟹ έχει ακετυλενικό υδρογόνο (τερματικό αλκίνιο). Η πλήρης υδρογόνωσή του δίνει κανονικό πεντάνιο ⟹ ευθύγραμμη αλυσίδα: B = CH₃CH₂CH₂C≡CH (1-πεντίνιο).

Απάντηση: A = CH₃CH₂C≡CH (1-βουτίνιο), B = CH₃CH₂CH₂C≡CH (1-πεντίνιο).

Άσκηση 93 (σελ. 333)

Οργανική ένωση (A) έχει μοριακό τύπο C₅H₁₂O και διαπιστώθηκε ότι: α. Αντιδρά με νάτριο και εκλύεται H₂. β. Δεν οξειδώνεται χωρίς διάσπαση της ανθρακικής αλυσίδας της. Να βρείτε το συντακτικό τύπο της.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η αντίδραση με Na δείχνει αλκοόλη (όχι αιθέρα). Η μη οξείδωση δείχνει τριτοταγή αλκοόλη. Μοναδική τριτοταγής αλκοόλη με 5 άνθρακες είναι η 2-μεθυλο-2-βουτανόλη.

Λύση:

1. Το (α) αποκλείει αιθέρα, άρα η Α είναι αλκοόλη C₅H₁₁OH.
2. Το (β) δείχνει ότι η αλκοόλη είναι τριτοταγής (δεν οξειδώνεται χωρίς διάσπαση αλυσίδας).
3. Η μοναδική τριτοταγής αλκοόλη με μοριακό τύπο C₅H₁₂O είναι η 2-μεθυλο-2-βουτανόλη: CH₃CH₂C(OH)(CH₃)₂.

Απάντηση: A = CH₃CH₂C(OH)(CH₃)₂ (2-μεθυλο-2-βουτανόλη).

Άσκηση 94 (σελ. 333)

Σε τρία δοχεία περιέχονται οι ενώσεις: 1-προπανόλη, 2-προπανόλη και αιθυλομεθυλαιθέρας. Δεν ξέρουμε όμως ποια ουσία περιέχεται σε κάθε δοχείο. Αν στηριχτούμε στις διαφορετικές χημικές ιδιότητες των παραπάνω ενώσεων, πώς μπορούμε να βρούμε ποια ένωση βρίσκεται σε κάθε δοχείο;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Πρώτα ξεχωρίζουμε τον αιθέρα με Na, μετά τις δύο αλκοόλες με την αλογονοφορμική αντίδραση.

Λύση:

1. Προσθέτουμε Na σε κάθε δοχείο. Στο δοχείο όπου δεν εκλύεται H₂ περιέχεται ο αιθυλομεθυλαιθέρας CH₃OCH₂CH₃ (δεν αντιδρά με Na).
2. Στα άλλα δύο δοχεία (αλκοόλες) προσθέτουμε διάλυμα I₂/NaOH. Στο δοχείο όπου σχηματίζεται κίτρινο ίζημα (ιωδοφόρμιο) περιέχεται η 2-προπανόλη CH₃CH(OH)CH₃ (ταιριάζει στη μορφή CνH2ν+1-CH(OH)-CH₃).
3. Στο δοχείο όπου δεν σχηματίζεται ίζημα περιέχεται η 1-προπανόλη CH₃CH₂CH₂OH.

Απάντηση: Ο αιθέρας ξεχωρίζει με Na (καμία αντίδραση)· ανάμεσα στις δύο αλκοόλες, η 2-προπανόλη δίνει κίτρινο ίζημα με I₂/NaOH ενώ η 1-προπανόλη όχι.

Άσκηση 95 (σελ. 333)

Με βάση τις παρακάτω πληροφορίες να βρεθεί ο συντακτικός τύπος του Α και του Β. C₄H₉Cl(A) + NaOH(υδατικό διάλυμα) → C₄H₉OH(B) + NaCl, και Β + I₂/NaOH → κίτρινο ίζημα.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η θετική αλογονοφορμική δοκιμή δείχνει ότι η αλκοόλη Β έχει τη μορφή CνH2ν+1-CH(OH)-CH₃, δηλαδή είναι η 2-βουτανόλη.

Λύση:

1. Β δίνει κίτρινο ίζημα με I₂/NaOH ⟹ Β ταιριάζει στη μορφή CνH2ν+1-CH(OH)-CH₃ ⟹ Β = CH₃CH₂CH(OH)CH₃ (2-βουτανόλη, μοναδική C₄H₉OH που ταιριάζει).
2. Αφού Β προκύπτει από υδρόλυση του Α (απλή υποκατάσταση Cl→OH, χωρίς αναδιάταξη), A = CH₃CH₂CHClCH₃ (2-χλωροβουτάνιο).

Απάντηση: A = CH₃CH₂CHClCH₃ (2-χλωροβουτάνιο), B = CH₃CH₂CH(OH)CH₃ (2-βουτανόλη).

Άσκηση 96 (σελ. 333)

Με βάση τις παρακάτω πληροφορίες να βρεθεί ο συντακτικός τύπος της καρβονυλικής ένωσης Α. C₅H₁₀O(A) + CuSO₄ + NaOH → δε σχηματίζεται ίζημα, και A + I₂ + NaOH → δε σχηματίζεται ίζημα.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Αρνητικό Fehling ⟹ κετόνη (όχι αλδεΰδη). Αρνητική αλογονοφορμική ⟹ δεν είναι μεθυλοκετόνη CνH2ν+1-CO-CH₃. Η μόνη κετόνη C₅H₁₀O που ΔΕΝ είναι μεθυλοκετόνη είναι η 3-πεντανόνη.

Λύση:

1. Αρνητικό Fehling ⟹ η Α είναι κετόνη, όχι αλδεΰδη.
2. Οι κετόνες C₅H₁₀O είναι η 2-πεντανόνη (CH₃COCH₂CH₂CH₃, μεθυλοκετόνη — θα έδινε θετική αλογονοφορμική) και η 3-πεντανόνη (CH₃CH₂COCH₂CH₃, όχι μεθυλοκετόνη).
3. Αφού η αλογονοφορμική είναι αρνητική, αποκλείεται η 2-πεντανόνη ⟹ A = CH₃CH₂COCH₂CH₃ (3-πεντανόνη).

Απάντηση: A = CH₃CH₂COCH₂CH₃ (3-πεντανόνη).

Άσκηση 97 (σελ. 333)

Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ και να γραφούν αναλυτικά οι ακόλουθες αντιδράσεις. CH₃MgBr + C₃H₆O(A) → C₄H₉OMgBr(B). B + H₂O → Γ + Mg(OH)Br. Γ + [KMnO₄/H₂SO₄] → C₄H₈O(Δ) + ...

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το Δ (C₄H₈O) προκύπτει από οξείδωση του Γ και ΔΕΝ υπερ-οξειδώνεται σε οξύ (η φόρμουλα μένει C₄H₈O, δηλ. καρβονυλική, όχι C₄H₈O₂ οξύ) — άρα το Γ είναι δευτεροταγής αλκοόλη (οξειδώνεται σε κετόνη, που δεν οξειδώνεται περαιτέρω). Αυτό απαιτεί το Α να είναι αλδεΰδη (ώστε η προσθήκη CH₃MgBr να δώσει δευτεροταγές αλκοξείδιο).

Λύση:

1. Αν A ήταν κετόνη (ακετόνη), η προσθήκη CH₃MgBr θα έδινε τριτοταγές αλκοξείδιο → τριτοταγή αλκοόλη Γ, η οποία ΔΕΝ οξειδώνεται — αντίθετο με τα δεδομένα. Άρα A είναι αλδεΰδη: A = CH₃CH₂CHO (προπανάλη).
2. CH₃CH₂CHO + CH₃MgBr → CH₃CH₂CH(OMgBr)CH₃ (B, δευτεροταγές αλκοξείδιο, C₄H₉OMgBr).
3. B + H₂O → CH₃CH₂CH(OH)CH₃ (Γ, 2-βουτανόλη) + Mg(OH)Br.
4. Γ + [KMnO₄/H₂SO₄] → CH₃CH₂COCH₃ (Δ, 2-βουτανόνη, C₄H₈O) + ... (Mn²⁺ κ.λπ.) — η δευτεροταγής αλκοόλη οξειδώνεται σε κετόνη, που δεν οξειδώνεται περαιτέρω, συμβατό με τον τύπο Δ=C₄H₈O.

Απάντηση: A = CH₃CH₂CHO (προπανάλη), B = CH₃CH₂CH(OMgBr)CH₃, Γ = CH₃CH₂CH(OH)CH₃ (2-βουτανόλη), Δ = CH₃CH₂COCH₃ (2-βουτανόνη).

Άσκηση 98 (σελ. 333)

Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β και Γ, αν γνωρίζουμε ότι: C₅H₁₀O₂(A) + NaOH →(θ)→ οργανική ουσία Β + οργανική ουσία Γ. B(s) + NaOH(s) →(θ)→ CH₄ + Na₂CO₃. Γ + I₂ + NaOH → κίτρινο ίζημα.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το Β αποκαρβοξυλιώνεται σε μεθάνιο ⟹ Β = CH₃COONa (οξικό νάτριο). Το Γ δίνει θετική αλογονοφορμική ⟹ Γ ταιριάζει σε CνH2ν+1-CH(OH)-CH₃.

Λύση:

1. B(s) + NaOH(s) →θ→ CH₄ + Na₂CO₃ ⟹ B = CH₃COONa (μόνο το οξικό νάτριο δίνει μεθάνιο με αποκαρβοξυλίωση).
2. Αφού A (εστέρας, C₅H₁₀O₂) υδρολύεται σε B (=CH₃COONa, 2 άνθρακες στο οξικό τμήμα) + Γ (αλκοόλη), η Γ έχει 5-2=3 άτομα άνθρακα.
3. Γ δίνει κίτρινο ίζημα (αλογονοφορμική) ⟹ Γ = CH₃CH(OH)CH₃ (2-προπανόλη, η μόνη C₃ αλκοόλη που ταιριάζει στη μορφή CνH2ν+1-CH(OH)-CH₃).
4. Άρα A = CH₃COOCH(CH₃)₂ (ισοπροπυλεστέρας του οξικού οξέος).

Απάντηση: A = CH₃COOCH(CH₃)₂, B = CH₃COONa, Γ = CH₃CH(OH)CH₃ (2-προπανόλη).

Άσκηση 99 (σελ. 333)

Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ και να γραφούν αναλυτικά οι ακόλουθες αντιδράσεις. C₄H₈O₂ + NaOH →(θ)→ οργανική ουσία Β + οργανική ουσία Γ. Γ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Δ + .... B + HCl → Δ + NaCl.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το Β+HCl→Δ+NaCl δείχνει ότι Β είναι το νατριούχο άλας του οξέος Δ. Αφού η οξείδωση της αλκοόλης Γ δίνει το ίδιο Δ, τα δύο μονοπάτια (υδρόλυση εστέρα, οξείδωση αλκοόλης) πρέπει να καταλήγουν στο ίδιο οξύ — άρα ο εστέρας είναι αυτοσυνεπής: οξικός αιθυλεστέρας.

Λύση:

1. Αν Β = CH₃COONa (οξικό νάτριο) και Δ = CH₃COOH (οξικό οξύ, από Β+HCl), τότε η Γ πρέπει να οξειδώνεται σε οξικό οξύ ⟹ Γ = CH₃CH₂OH (αιθανόλη).
2. Ο εστέρας (C₄H₈O₂) που υδρολύεται σε CH₃COONa + CH₃CH₂OH είναι ο CH₃COOCH₂CH₃ (οξικός αιθυλεστέρας): CH₃COOCH₂CH₃ + NaOH →θ→ CH₃COONa + CH₃CH₂OH.
3. CH₃CH₂OH + [KMnO₄/H₂SO₄] → CH₃COOH (Δ) + ... . CH₃COONa (B) + HCl → CH₃COOH (Δ) + NaCl.

Απάντηση: A = CH₃COOCH₂CH₃ (οξικός αιθυλεστέρας), B = CH₃COONa, Γ = CH₃CH₂OH, Δ = CH₃COOH.

Άσκηση 100 (σελ. 333)

Κορεσμένη οργανική ένωση Α με μοριακό τύπο C₇H₁₄O₂ υδρολύεται και δίνει ένα οξύ Β και μια αλκοόλη Γ, η οποία έχει το ίδιο μοριακό βάρος με το Β. Η οξείδωση της Γ οδηγεί σε καρβονυλική ένωση Δ, η οποία δεν ανάγει το φελίγγειο υγρό. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος και το όνομα της ένωσης Α;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Έστω οξύ Β=CmH2mO2 (Mr=14m+32) και αλκοόλη Γ=CkH2k+2O (Mr=14k+18), με m+k=7 (ισότιμα με τα άτομα άνθρακα του εστέρα Α) και ίση μοριακή μάζα.

Λύση:

1. Εξισώνοντας τις μοριακές μάζες: 14m+32=14k+18 ⟹ 14(m-k)=-14 ⟹ k=m+1.
2. Από τον περιορισμό m+k=7: m+(m+1)=7 ⟹ 2m=6 ⟹ m=3, k=4.
3. Άρα Β είναι το προπανικό οξύ CH₃CH₂COOH (Mr=74) και Γ μια αλκοόλη C₄H₁₀O (Mr=74) — έλεγχος: 14×3+32=74, 14×4+18=74 ✓.
4. Η Δ δεν ανάγει το φελίγγειο υγρό ⟹ είναι κετόνη ⟹ η Γ είναι δευτεροταγής αλκοόλη ⟹ Γ = CH₃CH(OH)CH₂CH₃ (2-βουτανόλη, μοναδική δευτεροταγής C₄ αλκοόλη).
5. A = CH₃CH₂COOCH(CH₃)CH₂CH₃ (δευτεροταγής βουτυλεστέρας του προπανικού οξέος).

Απάντηση: A = CH₃CH₂COOCH(CH₃)CH₂CH₃ — δευτεροταγής (sec-) βουτυλικός προπανικός εστέρας.

Άσκηση 101 (σελ. 334)

Το παρακάτω διάγραμμα δίνει τα επί μέρους στάδια για τη σύνθεση της ένωσης Δ (C₅H₁₀O₂) με πρώτη ύλη το βρωμοαιθάνιο: από το βρωμοαιθάνιο CH₃CH₂Br, ο αριστερός κλάδος (i) οδηγεί στην ένωση Α, από την οποία (ii) προκύπτει η Β (C₃H₆O₂)· ο δεξιός κλάδος (iii) οδηγεί απευθείας στην Γ (C₂H₆O)· από τις Β και Γ μαζί (iv) παράγεται η Δ (C₅H₁₀O₂). α. Να βρείτε ποια είναι τα σώματα Α, Β, Γ, Δ. β. Να γράψετε με ποια αντιδραστήρια και σε ποιες συνθήκες λαμβάνουν χώρα οι αντιδράσεις i, ii, iii και iv.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η Β (C₃H₆O₂) είναι οξύ με 3 άνθρακες (προπανικό οξύ), η Γ (C₂H₆O) είναι η αιθανόλη, και η Δ (C₅H₁₀O₂, 3+2 άνθρακες) είναι ο εστέρας τους. Η Α είναι το ενδιάμεσο νιτρίλιο στην πορεία βρωμοαιθάνιο→προπανικό οξύ.

Λύση:

1. (i) CH₃CH₂Br + KCN → CH₃CH₂CN (Α, προπανενιτρίλιο) + KBr.
2. (ii) CH₃CH₂CN + 2H₂O →(H⁺ ή OH⁻)→ CH₃CH₂COOH (Β, προπανικό οξύ, C₃H₆O₂) + NH₃.
3. (iii) CH₃CH₂Br + NaOH(υδατικό διάλυμα) → CH₃CH₂OH (Γ, αιθανόλη, C₂H₆O) + NaBr.
4. (iv) CH₃CH₂COOH (Β) + CH₃CH₂OH (Γ) ⇌(H⁺)⇌ CH₃CH₂COOCH₂CH₃ (Δ, προπανικός αιθυλεστέρας, C₅H₁₀O₂) + H₂O.

Απάντηση: A = CH₃CH₂CN (προπανενιτρίλιο), B = CH₃CH₂COOH (προπανικό οξύ), Γ = CH₃CH₂OH (αιθανόλη), Δ = CH₃CH₂COOCH₂CH₃ (προπανικός αιθυλεστέρας).

Πρόσεξε: Το σωζόμενο απάντησης-απόσπασμα της πηγής για την άσκηση 101 περιέχει μια ασύνδετη/γαρμπλαρισμένη ένδειξη 'E: CH₃-C(OH)(CH₃)-COOH' που δεν ταιριάζει καθόλου στο σχήμα σύνθεσης από βρωμοαιθάνιο (πιθανό OCR/ψηφιοποίηση λάθος ή ανάμειξη με απάντηση άλλης άσκησης). Αγνοήθηκε· η παρούσα λύση βασίζεται αποκλειστικά στην περιγραφή του διαγράμματος (μοριακοί τύποι Β, Γ, Δ) και σε ανεξάρτητη χημική συλλογιστική, και συμφωνεί πλήρως με το A=CH₃CH₂CN που δίνει η πηγή.

Άσκηση 102 (σελ. 334)

Οργανική ουσία (A) βρέθηκε ότι έχει εμπειρικό τύπο (C₃H₆O)x. 4,71 g της (A) διαλύονται σε 200 g οργανικού διαλύτη (Δ) ο οποίος έχει σημείο πήξεως -20 °C και το διάλυμα που προκύπτει έχει σημείο πήξεως -21,2 °C. Ζητούνται: α. Η πραγματική σχετική μοριακή μάζα της (A), αν η κρυοσκοπική σταθερά του (Δ) είναι Kf=4,8 °C/m. β. Να βρεθεί ο μοριακός τύπος και η ακριβής σχετική μοριακή μάζα της (A). γ. Η (A) διαπιστώθηκε ότι δεν αποχρωματίζει ψυχρό διάλυμα Br₂ σε CCl₄ και αντιδρά με διάλυμα NaOH δίνοντας σαφώς άλας καρβοξυλικού οξέος. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος και το όνομα της (A);

Σκέψη / Μεθοδολογία: Χρησιμοποιούμε ΔΤf=Kf·m για να βρούμε τα mol διαλυμένης ουσίας, άρα την (κατά προσέγγιση) μοριακή μάζα· μετά τη στρογγυλοποιούμε στο πλησιέστερο ακέραιο πολλαπλάσιο της εμπειρικής μάζας (58 g/mol) για την ακριβή μοριακή μάζα.

Λύση:

1. ΔΤf = Tf(διαλύτη) - Tf(διαλύματος) = -20-(-21,2) = 1,2 °C.
2. Μοριακότητα (molality): m = ΔΤf/Kf = 1,2/4,8 = 0,25 mol/kg διαλύτη.
3. mol (A) = 0,25 mol/kg × 0,200 kg = 0,05 mol. Πειραματική (προσεγγιστική) Mr = 4,71 g / 0,05 mol = 94,2 g/mol.
4. Εμπειρική μάζα της μονάδας C₃H₆O: 3(12)+6(1)+16 = 58 g/mol. Λόγος: 94,2/58 ≈ 1,62 → στρογγυλοποιώντας στον πλησιέστερο ακέραιο, x=2.
5. Ακριβής μοριακός τύπος: (C₃H₆O)₂ = C₆H₁₂O₂, με ακριβή Mr = 2×58 = 116 g/mol (η απόκλιση από την πειραματική τιμή 94,2 g/mol οφείλεται στο συνήθη πειραματικό σφάλμα μεθόδου κρυοσκοπίας — προσεγγιστική μέθοδος).
6. γ. Δεν αποχρωματίζει Br₂/CCl₄ ⟹ δεν έχει διπλό δεσμό C=C. Το μοριακό βάρος/τύπος C₆H₁₂O₂ έχει βαθμό ακορεστότητας (2×6+2-12)/2=1, συμβατό με μία καρβονυλική ομάδα C=O· η αντίδραση με NaOH που δίνει άλας καρβοξυλικού οξέος επιβεβαιώνει ότι το Α είναι κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ με μοριακό τύπο CνH2νO2 (ν=6): εξανικό οξύ.

Απάντηση: α. Πειραματική Mr≈94,2 g/mol. β. Μοριακός τύπος C₆H₁₂O₂, ακριβής Mr=116 g/mol. γ. Α = CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂COOH (κανονικό εξανικό οξύ, καπροϊκό οξύ) — απλούστερη δομή συμβατή με τα δεδομένα.

Πρόσεξε: Η πηγή αναφέρει ρητά ότι το άλας που σχηματίζεται είναι «του τύπου C6H5ONa», δηλαδή τυπικά νατριούχα φαινοξείδιο. Αυτό είναι χημικά ΑΣΥΜΒΑΤΟ με μοριακό τύπο C₆H₁₂O₂ (βαθμός ακορεστότητας 1, ενώ ένας βενζολικός δακτύλιος απαιτεί βαθμό ακορεστότητας τουλάχιστον 4) — πρόκειται προφανώς για ψηφιοποίηση/OCR λάθος του βιβλίου (τεκμηριωμένο μοτίβο σε αυτή τη σειρά). Διορθώσαμε βάσει της δικής μας χημικής συλλογιστικής: αφού δεν αποχρωματίζει Br₂/CCl₄ (καμία C=C) και ο μοναδικός βαθμός ακορεστότητας εξηγείται από καρβονύλιο οξέος, το Α είναι κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ C₆H₁₂O₂ (εξανικό οξύ), ΟΧΙ ένωση με βενζολικό δακτύλιο.

Πρόσεξε: Χωρίς επιπλέον δεδομένα διάκρισης κλάδωσης, επιλέχθηκε η απλούστερη (κανονική, ευθύγραμμη) δομή του εξανικού οξέος ως η πιο λελογισμένη απάντηση.

Άσκηση 103 (σελ. 334)

Από το σχήμα που ακολουθεί, να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β και Γ, και να γραφούν αναλυτικά οι αντιδράσεις που αναφέρονται: το σχήμα ξεκινά από την ένωση A(C₄H₆): A + H₂O → B· B + I₂ + KOH → κίτρινο ίζημα· B + HCN → Γ· A + CuCl + NH₃ → καστανό ίζημα.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το A δίνει καστανό ίζημα με CuCl/NH₃ ⟹ τερματικό αλκίνιο C₄H₆ = 1-βουτίνιο. Η ενυδάτωσή του (Markovnikov) δίνει μεθυλοκετόνη Β, που δίνει θετική αλογονοφορμική δοκιμή (συμβατό). Η Β + HCN δίνει την κυανυδρίνη Γ.

Λύση:

1. A = CH₃CH₂C≡CH (1-βουτίνιο, μοναδικό C₄H₆ τερματικό αλκίνιο). A + CuCl + NH₃ → CH₃CH₂C≡CCu↓ (καστανό ίζημα) + NH₄Cl.
2. A + H₂O →(Hg²⁺/H₂SO₄, Markovnikov)→ B = CH₃CH₂COCH₃ (2-βουτανόνη), μέσω ασταθούς ενόλης CH₃CH₂C(OH)=CH₂.
3. B + I₂ + KOH → CHI₃↓ (κίτρινο ίζημα) + CH₃CH₂COOK (αλογονοφορμική αντίδραση, αφού η Β ταιριάζει στη μορφή CνH2ν+1-CO-CH₃ με ν=1).
4. B + HCN → Γ = CH₃CH₂C(OH)(CN)CH₃ (κυανυδρίνη της 2-βουτανόνης, 2-υδροξυ-2-μεθυλοβουτανενιτρίλιο).

Απάντηση: A = CH₃CH₂C≡CH (1-βουτίνιο), B = CH₃CH₂COCH₃ (2-βουτανόνη), Γ = CH₃CH₂C(OH)(CN)CH₃.

Πρόσεξε: Το σωζόμενο απάντησης-απόσπασμα της πηγής δίνει ρητά Α: CH₃CH₂C≡CH και B: CH₃CH₂COCH₃, σε πλήρη συμφωνία με την ανεξάρτητη παραγωγή μας. Το Γ δεν αναγράφεται στο ίδιο απόσπασμα (βρέθηκε μόνο σε παρακείμενη, εσφαλμένα αριθμημένη καταχώρηση της πηγής) — υπολογίστηκε ανεξάρτητα εδώ.