Autorskie zadania typu maturalnego

Zadanie 1

Dalsze podstawianie elektrofilowe benzenu dipodstawionego będzie uzależnione od efektów addytywnych dwóch różnych grup.

1. Jeśli wpływ kierujący obu grup wzmacnia się wzajemnie, to powstaje jeden produkt substytucji elektrofilowej.

2. Jeśli wpływy kierujące dwóch grup są sobie przeciwne, silniejsza grupa aktywująca wywiera wpływ dominujący, ale często tworzą się mieszaniny produktów. Na przykład w wyniku bromowania p-metylofenolu otrzymujemy przede wszystkim 2-brom-4-metylofenol, ponieważ grupa hydroksylowa jest silniejszym aktywatorem niż grupa metylowa. (...)

Poniżej przedstawiono klasyfikację podstawników zgodnie z wywieranym przez nie wpływem na substytucję elektrofilową.

3. Podstawienie trzeciej grupy zachodzi rzadko między dwiema grupami w związku meta-dipodstawionym, ponieważ miejsce ewentualnego podstawienia jest sterycznie zbyt zasłonięte. Z tego powodu pochodne aromatyczne z trzema sąsiadującymi podstawnikami w pierścieniu muszą być otrzymywane według innej strategii, na przykład na drodze substytucji orto-dipodstawionych pochodnych.

^{źródło:J. McMurry, "Chemia organiczna", tom 3, PWN, Wydanie IV, Warszawa 2020}

Uzupełnij poniższe schematy reakcji.

Zadanie 2

Pewien związek X o wzorze sumarycznym C₇H₇NO₂, który jest pochodną benzenu poddano reakcji bromowania w obecności katalizatora FeBr₃. W wyniku tej reakcji powstała tylko jedna monobromopochodna.

Podaj nazwę związku X oraz monobromopochodnej powstałej w wyniku opisanej reakcji.

Zadanie 3

Pierścień benzenowy pomimo swojego nienasycenia, jest nieaktywny w stosunku do silnych czynników utleniających, takich jak KMnO₄ i Na₂Cr₂O₇, czyli substancji powodujących rozszczepienie wiązania węgiel-węgiel alkenu. Okazuje się jednak, że obecność pierścienia aromatycznego wywiera bardzo istotny wpływ na przyłączone do niego grupy alkilowe. Alkilowe łańcuchy boczne są chętnie atakowane przez czynniki utleniające i ulegają one przekształceniu w grupy karboksylowe, -COOH. Sumaryczny efekt utleniania łańcucha bocznego stanowi przemiana alkilobenzenu w kwas benzoesowy, Ar-R → Ar-COOH.(...)

Mechanizm utleniania łańcucha bocznego jest złożony i wiąże się z atakiem na wiązania C-H w położeniu sąsiadującym z pierścieniem aromatycznym. Tworzy się pośredni rodnik benzylowy. tert-butylobenzen nie ma benzylowych atomów wodoru i dlatego jest nieaktywny.

^{źródło:J. McMurry, "Chemia organiczna", tom 3, PWN, Wydanie IV, Warszawa 2020}

Napisz wzory organicznych produktów, które można uzyskać w wyniku reakcji z wodnym roztworem KMnO₄ następujących związków:

Zadanie 4

Reguła 4n+2 przewiduje właściwości aromatyczne także dla pierścieni zawierających 2 elektrony π (n=0). Wobec nieistnienia pierścieni dwuczłonowych nasuwa się pytanie w jakich pierścieniach i pod jakim warunkiem możliwa jest delokalizacja dwóch elektronów π na cały pierścień. Odpowiedź na to pytanie przynosi analiza budowy elektronowej obojętnych cząsteczek cyklopropenu oraz kationów i anionów, jakie mogą się z nich utworzyć.

W cyklopropenie wiązanie podwójne musi być zdelokalizowane, ponieważ trzeci atom węgla jest w stanie hybrydyzacji sp3 i nie posiada wolnego orbitalu p, mogącego uczestniczyć w powstawaniu orbitalu molekularnego obejmującego całą cząsteczkę. dodatkowy orbital p pojawia się jednak w kationie cyklopropenylowym i może nakładać się z sąsiednimi orbitalami p tworząc pierścieniowy orbital molekularny, podobnie jak ma to miejsce w cząsteczce benzenu. Różnica polega na tym, że delokalizacji ulegają tylko dwa elektrony i że cała cząsteczka ma ładunek dodatni.

Poniżej przedstawiono struktury graniczne, które pokazują, że ładunek dodatni w kationie cyklopropenylowym jest rozproszony równomiernie na wszystkie trzy atomy węgla.

^{źródło: P. Mastalerz, Chemia organiczna, PWN, Warszawa 1986}

Określ, czy cyklohepta-1,3,5-trien (tropyliden) oraz kation tropyliowy mają właściwości aromatyczne. 

Zadanie 5

Z powodu małej reaktywności fluorowcopochodnych arylowych reakcje Friedela i Craftsa oraz Wurtza i Fittiga nie nadają się do wytwarzania wiązań pomiędzy pierścieniami aromatycznymi, np. do syntezy bifenylu. Do syntez takich stosuje się m. in, reakcje Ulmanna. Substratami tej reakcji są jodopochodne arylowe, a kondensacja przebiega pod wpływem miedzi.

^{źródło: P. Mastalerz, Chemia organiczna, PWN, Warszawa 1986}

Poniżej przedstawiono wzór perylenu.

Napisz wzór organicznego substratu, który pozwoli na otrzymanie tego związku za pomocą reakcji Ulmanna.