Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня я хочу вспомнить не самый распространенный в последнее время способ нахождения молекулярной формулы вещества по данным о продуктах ОВ-реакции. Чаще всего в качестве таковой используется окисление искомого вещества перманганатом калия в разных средах. Такие задачи, в принципе, решаются традиционно. Находятся количества вещества заданных продуктов и по ним восстанавливается уравнение со всеми коэффициентами и формулами исходных веществ. Стадия установления молекулярной формулы окисленного органического вещества может быть произведена разными способами (через привязку к электронному балансу или на основе закона сохранения масс).
Итак:
Задача 1.
Решение.
1. Составим схему окисления вещества водным раствором KMnO4:
Как можно предположить на основании схемы, молекула неизвестного вещества X содержит бензольное кольцо и углеродсодержащие заместители в 1 и 4 положениях.
2. Найдем количества вещества элементов, входящих в молекулу искомого соединения X:
а) n(C8H4O4K2)=7,26/242=0,03 моль. Применительно к 1 молю вещества Х n1(C8H4O4K2 )=n(C8H4O4K2)/n(Х)=0,03/0,03=1моль
б) n( K2СО3)=8,28/138=0,06 моль
Поскольку углерод, "ушедший" из боковых цепей, перешел в K2СО3, можно утверждать, что n ("ушедш".С )= 0,06 моль. Применительно к 1 молю вещества Х
n1("ушедш"С )=n ("ушедш".С )/n(Х)=0,06/0,03=2 моль
Т.е. изначально, в веществе Х, в положениях 1,4 содержалось по 2 атома С.
3. Заместителями в положениях 1,4 могут быть как углеводородные радикалы различной степени насыщенности, так и кислородсодержащие частицы. Для идентификации этих заместителей восстановим уравнение реакции по данным анализа:
а) n(MnO2)=17,4/87=0,2 моль. Применительно к 1 молю вещества Х n1(MnO2)=n(MnO2)/n(C8H4O4K2)=0,2/0,03=6,67 моль
n(КОН) 1,12/56=0,02 моль. Применительно к 1 молю вещества n1(КОН)=n(КОН)/n(C8H4O4K2)=0,02/0,03=0,667моль
Подставив в схему уравнения полученные значения , получим:
В данной схеме имеются следующие неизвестные моменты: не уравнены KMnO4 и вода, не определен состав радикалов. Чтобы ответить на эти вопросы, произведем ряд преобразований со схемой. Для этого умножим все известные коэффициенты на 3 и на основе закона сохранения массы полностью восстановим структуру неизвестного соединения и уравнение реакции:
Задача 2.
Решение.
Задачи 1 и 2 идентичны по своему содержанию. Соответственно, их решения также имеют много общего, а именно - пп.1 и 2. Единственным отличием является то, что заместители в молекуле неизвестного вещества находятся в 1 и 2 -положении. Решение задачи будет начато с п. 3.:
.......
3. Для идентификации заместителей в положениях 1 и 2 восстановим уравнение реакции по данным анализа:
а) n(MnO2)=19,14/87=0,22 моль. Применительно к 1 молю вещества Х n1(MnO2)=n(MnO2)/n(C8H4O4K2)=0,22/0,03=7,33 моль
n(КОН)= 2,24/56=0,04 моль. Применительно к 1 молю вещества n1(КОН)=n(КОН)/n(C8H4O4K2)=0,04/0,03=1,33моль
Подставив в схему уравнения полученные значения , получим:
В данной схеме имеются следующие неизвестные моменты: не уравнены KMnO4 и вода, не определен состав радикалов. Чтобы ответить на эти вопросы, произведем ряд преобразований со схемой. Для этого умножим все известные коэффициенты на 3 и на основе закона сохранения массы, а на основе того, что в молекуле окисляемого вещества нет первичных атомов углерода, полностью восстановим уравнение реакции:
Т.о, структура искомого вещества -
Задача 3.
Решение.
1. Составим схему окисления вещества кислым раствором KMnO4:
2. Найдем количества вещества элементов, входящих в основные продукты реакции:
а) n(С)=n(СО2)=4,48/22,4=0,2 моль. Применительно к 1 молю вещества Х n1(С )=n(С)/n(Х)=0,2/0,1=2 моль
б) n( MnSO4)=36,24/151=0,24 моль
Применительно к 1 молю вещества Х
n1(MnSO4)=n( MnSO4)/n(Х)=0,24/0,1=2,4 моль
в)n(К2SO4)=20,88/174=0,12 моль
Применительно к 1 молю вещества Х
n1(К2SO4)=n( К2SO4)/n(Х)=0,12/0,1=1,2 моль
3. Восстановим уравнение реакции по данным анализа:
а)Подставив в схему уравнения полученные значения , получим:
б)В данной схеме имеются следующие неизвестные моменты: не уравнены KMnO4, H2SO4, Н2О, не определен состав вещества. Чтобы ответить на эти вопросы, произведем ряд преобразований со схемой. Для этого умножим все известные коэффициенты на 5 и на основе закона сохранения массы полностью восстановим структуру неизвестного соединения и уравнение реакции:
Окисленное вещество - этилен.
3. Уравнение окисление ближайшего гомолога этена водным раствором перманганата:
Задача 4.
Решение.
1. Составим схему окисления вещества водным раствором KMnO4:
2. Найдем количества вещества для продуктов реакции:
n(К2СО3)=46/138=0,33 моль.
n(КНСО3)=66,7/100=0,67 моль.
n( Mn O2)=116/87=1,33 моль
3. Восстановим уравнение реакции по данным анализа:
а)Подставив в схему уравнения полученные значения , получим:
б)В данной схеме имеются следующие неизвестные моменты: не уравнены KMnO4, Н2О, не определен состав вещества. Чтобы ответить на эти вопросы, произведем ряд преобразований со схемой. Для этого умножим все известные коэффициенты на 3 и на основе закона сохранения массы полностью восстановим структуру неизвестного соединения и уравнение реакции:
Окисленное вещество - формальдегид.
4. Уравнение окисление ближайшего гомолога метаналя кислым раствором перманганата:
Кстати, информация для заинтересованных: в рамках моего вебинарного курса по решению 35 задачи ( прошло уже 5 вебинаров) в ближайшее время планируется вебинар по нахождению молекулярных и структурных формул аминокислот, пептидов и соединений. Подборка задач для этого вебинара уже составлена и включает в себя как задачи из пробников и сборников -2021 , так и задачи от Маршановой с соавт, Крестинина, Кузьменко с соавт, из пособия ФДП РГМУ под редакцией проф Теплова и т.д.
Всего доброго!