Страница 18 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.70. Приведите систематические названия следующих веществ:

а) В данной молекуле старшей функциональной группой является карбоксильная группа (–COOH), поэтому в основе названия лежит соответствующая карбоновая кислота. Самая длинная углеродная цепь, включающая атом углерода карбоксильной группы, состоит из двух атомов. Следовательно, основа названия — «этановая кислота» (или «уксусная кислота»). Нумерацию цепи начинают с атома углерода карбоксильной группы (C1). У второго атома углерода (C2) находятся два заместителя: гидроксильная группа (–OH) и фенильная группа (–C₆H₅). Заместители перечисляются в алфавитном порядке: «гидрокси-», затем «фенил-». Таким образом, полное систематическое название: 2-гидрокси-2-фенилэтановая кислота.

Ответ: 2-гидрокси-2-фенилэтановая кислота.

б) Это соединение является диальдегидом, так как содержит две альдегидные группы (–CHO), которые являются старшими. Самая длинная углеродная цепь, содержащая обе альдегидные группы, состоит из пяти атомов углерода. Основа названия — «пентандиаль». Нумерацию цепи проводим таким образом, чтобы заместители получили наименьшие возможные номера. При нумерации справа налево аминогруппа (–NH₂) оказывается у третьего атома углерода (C3), а изопропильная группа (–CH(CH₃)₂) — у второго (C2). Этот набор локантов (2, 3) является наименьшим по сравнению с нумерацией слева направо (3, 4). Заместители перечисляются в алфавитном порядке: «амино-», затем «изопропил-». Таким образом, название вещества: 3-амино-2-изопропилпентандиаль.

Ответ: 3-амино-2-изопропилпентандиаль.

в) Старшая функциональная группа в этом соединении — гидроксильная (–OH), следовательно, это спирт (суффикс «-ол»). Необходимо выбрать самую длинную углеродную цепь, которая включает атом углерода, связанный с гидроксильной группой. Такая цепь состоит из шести атомов углерода. Нумерацию начинаем с того конца цепи, к которому ближе старшая группа, то есть с атома углерода, связанного с группой –OH (C1). В цепи присутствует двойная связь между пятым и шестым атомами (C5 и C6), что отражается в названии как «-5-ен-». У четвертого атома углерода (C4) находится заместитель — винильная группа (–CH=CH₂). Полное название формируется следующим образом: 4-винилгекс-5-ен-1-ол.

Ответ: 4-винилгекс-5-ен-1-ол.

г) Это соединение относится к классу хлорангидридов карбоновых кислот, так как содержит функциональную группу –COCl. Эта группа является старшей. Название строится от соответствующей карбоновой кислоты заменой суффикса «-овая кислота» на «-оилхлорид». Самая длинная углеродная цепь, включающая атом углерода карбонильной группы, состоит из пяти атомов. Нумерация цепи начинается с атома углерода группы –COCl (C1). В цепи присутствует тройная связь между четвертым и пятым атомами (C4 и C5), что обозначается суффиксом «-ин-» с указанием положения «-4-». У третьего атома углерода (C3) находится метильный заместитель (–CH₃). Таким образом, название соответствующей кислоты — 3-метилпент-4-иновая кислота, а название хлорангидрида — 3-метилпент-4-иноилхлорид.

Ответ: 3-метилпент-4-иноилхлорид.

1.71. Запишите с использованием органических элементов структурные формулы следующих веществ: а) 2,3-диметилбутан; б) 2-метилпропановая кислота; в) нитробензол; г) 2-фенилэтанол-1; д) 2,2-диметилпропаналь; е) гидроксиметилбензол.

а) 2,3-диметилбутан

В основе названия лежит "бутан", что указывает на главную углеродную цепь, состоящую из четырех атомов углерода. Суффикс "-ан" означает, что все связи в цепи одинарные (это алкан). Приставка "2,3-диметил" говорит о наличии двух метильных групп ($-CH_3$) в качестве заместителей у второго и третьего атомов углерода в основной цепи. Чтобы построить формулу, сначала рисуем цепь из 4-х атомов углерода, нумеруем их, добавляем метильные группы к 2-му и 3-му атому и насыщаем все атомы углерода водородом до валентности четыре.

Ответ: $CH_3-CH(CH_3)-CH(CH_3)-CH_3$

б) 2-метилпропановая кислота

Основа "пропановая кислота" означает, что это карбоновая кислота с цепью из трех атомов углерода. Карбоксильная группа ($-COOH$) по определению находится у первого атома углерода. Приставка "2-метил" указывает на то, что у второго атома углерода в цепи находится метильный заместитель ($-CH_3$).

Ответ: $CH_3-CH(CH_3)-COOH$

в) нитробензол

Название "бензол" указывает на наличие ароматического кольца $C_6H_6$. "Нитро" — это название заместителя, нитрогруппы ($-NO_2$). В молекуле нитробензола один атом водорода в бензольном кольце замещен на нитрогруппу. Так как заместитель всего один, его положение указывать не нужно.

Ответ: $C_6H_5-NO_2$

г) 2-фенилэтанол-1

Основа "этанол-1" указывает на спирт, производное этана (2 атома углерода), с гидроксильной группой ($-OH$) у первого атома углерода. Приставка "2-фенил" означает, что у второго атома углерода находится фенильный заместитель ($-C_6H_5$, бензольное кольцо). Нумерация цепи начинается от атома углерода, связанного с гидроксильной группой.

Ответ: $C_6H_5-CH_2-CH_2-OH$

д) 2,2-диметилпропаналь

Основа "пропаналь" указывает на альдегид с цепью из трех атомов углерода. Альдегидная группа ($-CHO$) всегда находится у первого атома углерода. Приставка "2,2-диметил" означает, что у второго атома углерода находятся два метильных заместителя ($-CH_3$).

Ответ: $(CH_3)_3C-CHO$

е) гидроксиметилбензол

В основе лежит "бензол", то есть ароматическое кольцо. "Гидроксиметил" — это название заместителя, который состоит из метиленовой группы ($-CH_2-$) и связанной с ней гидроксильной группы ($-OH$), то есть $-CH_2OH$. Таким образом, это бензольное кольцо, у которого один атом водорода замещен на гидроксиметильную группу. Это соединение также известно как бензиловый спирт.

Ответ: $C_6H_5-CH_2OH$

1.72. Постройте скелетные структурные формулы по формулам, записанным с помощью органических элементов: $\mathrm{а}) \mathrm{PhMe};$ $\mathrm{б}) \mathrm{i}-\mathrm{PrOH};$ $\mathrm{в}) \mathrm{PhI}{\left(\mathrm{OAc}\right)}_2;$ $\mathrm{г}) \mathrm{AcOt}-\mathrm{Bu};$ $\mathrm{д}) {\mathrm{Ph}}_3\mathrm{CCl};$ $\mathrm{е}) \mathrm{BnOEt};$ $\mathrm{ж}) {\mathrm{Ac}}_2\mathrm{O};$ $\mathrm{з}) \mathrm{PhCOOEt}.$

Для построения скелетных структурных формул необходимо расшифровать общепринятые сокращения для органических групп и элементов.

В данной формуле используются сокращения: Ph — фенильная группа ($C_6H_5-$), которая представляет собой бензольное кольцо, и Me — метильная группа ($-CH_3$). Соединение PhMe — это толуол, где метильная группа присоединена к бензольному кольцу.

Ответ: $C_6H_5-CH_3$

Здесь i-Pr обозначает изопропильную группу ( $(CH_3)_2CH-$ ), а OH — гидроксильную группу. Вместе они образуют изопропиловый спирт, или пропан-2-ол.

Ответ: $CH_3-CH(OH)-CH_3$

В этой формуле Ph — фенильная группа ($C_6H_5-$), I — атом иода, а OAc — ацетоксигруппа ($CH_3COO-$). Молекула представляет собой (диацетоксииодо)бензол, где к атому иода, связанному с фенильной группой, присоединены две ацетоксигруппы.

Ответ: $C_6H_5I(OC(O)CH_3)_2$

Сокращения в этой формуле: Ac — ацетильная группа ($CH_3C(O)-$), O — атом кислорода, образующий сложноэфирную связь, и t-Bu — трет-бутильная группа ($(CH_3)_3C-$). Соединение является сложным эфиром, трет-бутилацетатом.

Ответ: $CH_3C(O)OC(CH_3)_3$

Здесь Ph₃ означает три фенильные группы ($C_6H_5-$), которые присоединены к центральному атому углерода (C), также связанному с атомом хлора (Cl). Это соединение — трифенилметилхлорид (тритилхлорид).

Ответ: $(C_6H_5)_3CCl$

В этой формуле Bn — бензильная группа ($C_6H_5CH_2-$), O — атом кислорода, образующий простую эфирную связь, и Et — этильная группа ($-CH_2CH_3$). Соединение является простым эфиром — бензилэтиловым эфиром.

Ответ: $C_6H_5CH_2OCH_2CH_3$

Формула Ac₂O обозначает ангидрид, образованный двумя ацетильными группами (Ac, $CH_3C(O)-$), соединенными через атом кислорода (O). Это уксусный ангидрид.

Ответ: $CH_3C(O)OC(O)CH_3$

В данной формуле Ph — фенильная группа ($C_6H_5-$), CO — карбонильная группа, O — атом кислорода в сложноэфирной группе, и Et — этильная группа ($-CH_2CH_3$). Соединение представляет собой этиловый эфир бензойной кислоты — этилбензоат.

Ответ: $C_6H_5C(O)OCH_2CH_3$

1.73. Постройте структурные формулы следующих молекул, указывая стерео-химию с помощью клиновидных проекций: а) (R)-2-гидроксибутановая кислота; б) (S)-2-хлор-2-метилпентанол-1; в) (2R,3S)-2,3-дихлоргексаналь; г) (S)-З-метилциклогексанон; д) (2S,4S)-2-бром-4-иодоктанол-1; е) (2R,ЗR)-2,3-дибромбутандиаль; ж) (2R,3S)-2-хлор-3-нитроциклопентанон; з) (2S,3S,4S)-2,3,4-тригидроксипентандиовая кислота.

а) (R)-2-гидроксибутановая кислота.
Это бутановая кислота с гидроксильной группой у второго атома углерода. Стереоцентр находится у атома C2. Для определения конфигурации (R или S) по правилам Кана-Ингольда-Прелога, сначала расставляем старшинство заместителей у хирального центра C2:
1. -OH (гидроксильная группа)
2. -COOH (карбоксильная группа)
3. -CH₂CH₃ (этильная группа)
4. -H (водород)
Для получения R-конфигурации, если смотреть со стороны, противоположной младшему заместителю (-H, направлен от нас, показан штриховой линией), обход остальных заместителей от старшего к младшему (1 → 2 → 3) должен происходить по часовой стрелке.
Ответ:

б) (S)-2-хлор-2-метилпентанол-1.
Основная цепь — пентанол-1, т.е. 5 атомов углерода с -OH группой у C1. У второго атома углерода (C2) находятся заместители -Cl и -CH₃. C2 является стереоцентром.
Старшинство заместителей у C2:
1. -Cl (хлор)
2. -CH₂OH (гидроксиметильная группа)
3. -CH₂CH₂CH₃ (пропильная группа)
4. -CH₃ (метильная группа)
Для S-конфигурации, если младший заместитель (-CH₃) направлен от нас (штриховая линия), обход 1 → 2 → 3 должен происходить против часовой стрелки.
Ответ:

в) (2R,3S)-2,3-дихлоргексаналь.
Основная цепь — гексаналь, 6 атомов углерода с альдегидной группой (-CHO) на конце (C1). У атомов C2 и C3 находятся атомы хлора. Оба этих атома являются стереоцентрами.
Для C2 (R-конфигурация): Старшинство: 1(-Cl), 2(C3), 3(-CHO), 4(-H). С водородом, направленным от нас, обход 1 → 2 → 3 должен быть по часовой стрелке. Это достигается, когда -Cl направлен на нас (клин).
Для C3 (S-конфигурация): Старшинство: 1(-Cl), 2(C2), 3(C4), 4(-H). С водородом, направленным от нас, обход 1 → 2 → 3 должен быть против часовой стрелки. Это достигается, когда -Cl направлен от нас (штриховая линия).
Ответ:

г) (S)-3-метилциклогексанон.
Это циклогексанон (шестичленный цикл с кетогруппой), у которого в положении 3 находится метильная группа. Атом C3 является хиральным.
Старшинство заместителей у C3:
1. C2 (-CH₂-C=O)
2. C4 (-CH₂-CH₂-)
3. -CH₃ (метильная группа)
4. -H (водород)
Для S-конфигурации, с водородом, направленным от нас, обход 1 → 2 → 3 должен быть против часовой стрелки. Это достигается, когда метильная группа также направлена от нас (штриховая линия).
Ответ:

д) (2S,4S)-2-бром-4-иодоктанол-1.
Восьмиуглеродная цепь (октанол-1) с -OH у C1. У C2 находится бром, у C4 — иод. Атомы C2 и C4 являются стереоцентрами.
Для C2 (S-конфигурация): Старшинство: 1(-Br), 2(C3), 3(-CH₂OH), 4(-H). С водородом, направленным от нас, обход 1 → 2 → 3 должен быть против часовой стрелки. Это требует, чтобы бром был направлен от нас (штриховая линия).
Для C4 (S-конфигурация): Старшинство: 1(-I), 2(C3), 3(C5), 4(-H). С водородом, направленным от нас, обход 1 → 2 → 3 должен быть против часовой стрелки. Это требует, чтобы иод был направлен от нас (штриховая линия).
Ответ:

е) (2R,3R)-2,3-дибромбутандиаль.
Четырехуглеродная цепь с альдегидными группами на обоих концах (C1 и C4). У C2 и C3 находятся атомы брома. C2 и C3 — стереоцентры.
Для C2 (R-конфигурация): Старшинство: 1(-Br), 2(C3), 3(-CHO), 4(-H). С водородом от нас, обход 1 → 2 → 3 должен быть по часовой стрелке. Бром должен быть направлен на нас (клин).
Для C3 (R-конфигурация): Старшинство: 1(-Br), 2(C2), 3(-CHO), 4(-H). С водородом от нас, обход 1 → 2 → 3 должен быть по часовой стрелке. Бром должен быть направлен на нас (клин).
Ответ:

ж) (2R,3S)-2-хлор-3-нитроциклопентанон.
Пятичленный цикл с кетогруппой (C1), атомом хлора у C2 и нитрогруппой (-NO₂) у C3. Атомы C2 и C3 являются хиральными.
Для C2 (R-конфигурация): Старшинство: 1(-Cl), 2(C1), 3(C3), 4(-H). С водородом от нас, обход 1 → 2 → 3 по часовой стрелке. Хлор направлен на нас (клин).
Для C3 (S-конфигурация): Старшинство: 1(-NO₂), 2(C2), 3(C4), 4(-H). С водородом от нас, обход 1 → 2 → 3 против часовой стрелки. Нитрогруппа направлена на нас (клин).
Следовательно, оба заместителя (-Cl и -NO₂) находятся по одну сторону от плоскости кольца (цис-положение).
Ответ:

з) (2S,3S,4S)-2,3,4-тригидроксипентандиовая кислота.
Примечание: В названии (2S,3S,4S)-2,3,4-тригидроксипентандиовая кислота содержится ошибка. Молекула пентандиовой кислоты (глутаровой кислоты) `HOOC-CH₂-CH₂-CH₂-COOH` симметрична. При замещении в положениях 2, 3, 4 на гидроксильные группы, группы, присоединенные к атому C3 (а именно `-(S)-CH(OH)COOH` со стороны C2 и `-(S)-CH(OH)COOH` со стороны C4) становятся идентичными, если C2 и C4 имеют одинаковую конфигурацию. Это означает, что C3 не является стереоцентром и ему не может быть присвоен дескриптор S. Наиболее вероятная опечатка в задании — "пентандиовая" кислота вместо "пентановой" кислоты. Решение приведено для (2S,3S,4S)-2,3,4-тригидроксипентановой кислоты `HOOC-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH₃`, где все три центра (C2, C3, C4) являются хиральными.
Для C2, C3 и C4 S-конфигурации, если водороды направить от нас (штриховые линии), обходы по старшинству заместителей должны быть против часовой стрелки. Это достигается, если все три гидроксильные группы также направить от нас.
Ответ: (для исправленной структуры)

1.74. Предложите систематические названия следующих молекул, указав в на-звании абсолютные конфигурации стереоцентров по R/S-номенклатуре:

а) Решение:
1. Определение основной структуры и нумерация. Самая длинная углеродная цепь, содержащая главную функциональную группу (гидроксильную, -OH), состоит из четырех атомов углерода (бутан). Нумерацию цепи начинаем с того конца, к которому ближе гидроксильная группа. Таким образом, атом углерода, связанный с ОН-группой, получает номер 2. Систематическое название без учета стереохимии — бутан-2-ол.
2. Определение абсолютной конфигурации. Атом углерода C2 является стереоцентром (хиральным центром), так как он связан с четырьмя различными заместителями: -OH, -CH₂CH₃, -CH₃ и -H. Для определения конфигурации (R или S) по номенклатуре Кана-Ингольда-Прелога расставим приоритеты (старшинство) заместителей у стереоцентра:
1. -OH (атом кислорода O, Z=8) - высший приоритет.
2. -CH₂CH₃ (этильная группа) - атом C, связанный с другим C.
3. -CH₃ (метильная группа) - атом C, связанный только с H.
4. -H (атом водорода H, Z=1) - низший приоритет.
Младший заместитель (H) не показан, но подразумевается, что он направлен за плоскость чертежа (пунктирная связь), так как старший заместитель (-ОН) направлен на нас (клиновидная связь).
Теперь посмотрим на направление от заместителя с приоритетом 1 к заместителю с приоритетом 3 через заместитель с приоритетом 2: 1(-OH) → 2(-CH₂CH₃) → 3(-CH₃). Движение происходит против часовой стрелки. Следовательно, конфигурация стереоцентра — S.

Ответ: (S)-бутан-2-ол.

б) Решение:
1. Определение основной структуры и нумерация. Основой молекулы является циклогексен. Нумерацию цикла необходимо начать с атомов углерода двойной связи (положения 1 и 2), чтобы заместители (две аминогруппы, -NH₂) получили наименьшие возможные номера. При нумерации от нижнего атома двойной связи по часовой стрелке аминогруппы получают номера 3 и 4. Это дает наименьшие локанты. Таким образом, основа названия — циклогекс-1-ен-3,4-диамин.
2. Определение абсолютной конфигурации. В молекуле два стереоцентра: C3 и C4.
Стереоцентр C3: Заместители: -NH₂, -C4, -C2, -H.
Приоритеты: 1: -NH₂ (атом N, Z=7); 2: -C4 (атом C, связанный с N); 3: -C2 (атом C двойной связи, эквивалентен связи с двумя C); 4: -H.
Аминогруппа направлена на нас (клин), следовательно, атом водорода H (младшая группа) направлен от нас (пунктир). Движение 1 → 2 → 3 происходит по часовой стрелке. Конфигурация — R.
Стереоцентр C4: Заместители: -NH₂, -C3, -C5, -H.
Приоритеты: 1: -NH₂ (N); 2: -C3 (C, связанный с N); 3: -C5 (C, связанный с C); 4: -H.
Аминогруппа направлена от нас (пунктир), следовательно, атом водорода H (младшая группа) направлен на нас (клин). Движение 1 → 2 → 3 происходит против часовой стрелки (S). Так как младший заместитель направлен на нас, конфигурацию следует обратить. Таким образом, конфигурация — R.

Ответ: (3R,4R)-циклогекс-1-ен-3,4-диамин.

в) Решение:
1. Определение основной структуры и нумерация. Молекула представляет собой замещенный оксиран (эпоксид). Старшей функциональной группой является карбоксильная (-COOH), поэтому она определяет нумерацию углеродных атомов цикла. Атом углерода, связанный с -COOH, получает номер 2, а атом, связанный с метильной группой (-CH₃), — номер 3. Основа названия — 3-метилоксиран-2-карбоновая кислота.
2. Определение абсолютной конфигурации. Стереоцентрами являются атомы C2 и C3.
Стереоцентр C2: Заместители: -O- (в цикле), -COOH, -C3, -H.
Приоритеты: 1: -O-; 2: -COOH (C связан с тремя O по правилам); 3: -C3 (C связан с O, C, H); 4: -H.
Карбоксильная группа направлена от нас (пунктир), значит, атом H (младшая группа) направлен на нас (клин). Движение 1 → 2 → 3 идет по часовой стрелке (R). Так как младшая группа направлена на нас, конфигурацию обращаем. Конфигурация — S.
Стереоцентр C3: Заместители: -O- (в цикле), -C2, -CH₃, -H.
Приоритеты: 1: -O-; 2: -C2 (C связан с O, C, H); 3: -CH₃ (C связан с H, H, H); 4: -H.
Метильная группа направлена на нас (клин), значит, атом H (младшая группа) направлен от нас (пунктир). Движение 1 → 2 → 3 идет по часовой стрелке. Конфигурация — R.

Ответ: (2S,3R)-3-метилоксиран-2-карбоновая кислота.

г) Решение:
1. Определение основной структуры и нумерация. Основа — циклопентанон. Атом углерода карбонильной группы получает номер 1. Нумеруем цикл так, чтобы заместители получили наименьшие номера: по часовой стрелке метильная группа (-CH₃) оказывается у C2, а гидроксиметильная (-CH₂OH) — у C3. В названии заместители перечисляются в алфавитном порядке: гидроксиметил, метил. Название: 3-(гидроксиметил)-2-метилциклопентан-1-он.
2. Определение абсолютной конфигурации. Стереоцентры — C2 и C3.
Стереоцентр C2: Заместители: -C1(=O), -C3, -CH₃, -H.
Приоритеты: 1: -C1(=O)-; 2: -C3H(CH₂OH)-; 3: -CH₃; 4: -H.
Метильная группа направлена на нас (клин), H — от нас (пунктир). Движение 1 → 2 → 3 идет по часовой стрелке. Конфигурация — R.
Стереоцентр C3: Заместители: -CH₂OH, -C2, -C4, -H.
Приоритеты: 1: -CH₂OH (C связан с O); 2: -C2 (C связан с C(=O)); 3: -C4 (C связан с C); 4: -H.
Гидроксиметильная группа направлена от нас (пунктир), H — на нас (клин). Движение 1 → 2 → 3 идет по часовой стрелке (R). Так как младшая группа (H) направлена на нас, конфигурацию обращаем. Конфигурация — S.

Ответ: (2R,3S)-3-(гидроксиметил)-2-метилциклопентан-1-он.

д) Решение:
1. Определение основной структуры и нумерация. Это бициклическая система — бицикло[2.2.1]гептан. Старшая группа — кетонная, поэтому она должна получить наименьший возможный номер. Нумерацию начинаем с одного из узловых атомов (C1), который несет гидроксильную группу, и ведем по длинному мостику так, чтобы карбонильная группа получила номер 2. Таким образом, название соединения: 1-гидроксибицикло[2.2.1]гептан-2-он.
2. Определение абсолютной конфигурации. Стереоцентрами являются узловые атомы C1 и C4.
Стереоцентр C1: Заместители: -OH, -C2(=O), -C6, -C7.
Приоритеты: 1: -OH; 2: -C2(=O); 3: -C6 (часть более длинного мостика); 4: -C7 (часть более короткого мостика).
Для определения конфигурации посмотрим на молекулу вдоль связи C1-C7 (младшая группа). Группа -OH (1) будет вверху, группа -C2 (2) — слева, а группа -C6 (3) — справа. Движение 1 → 2 → 3 идет против часовой стрелки. Конфигурация — S.
Стереоцентр C4: Заместители: -C3, -C5, -C7, -H.
Приоритеты: 1: -C3 (соседний с C2(=O)); 2: -C7 (соседний с C1(OH)); 3: -C5 (соседний с C6(CH₂)); 4: -H.
Атом H (младшая группа) находится в эндо-положении, т.е. направлен "вниз" и от наблюдателя. Направление обхода 1 → 2 → 3 (C3 → C7 → C5) идет по часовой стрелке. Конфигурация — R.

Ответ: (1S,4R)-1-гидроксибицикло[2.2.1]гептан-2-он.