UNIVERSITETET I OSLO

Transkript

1 Side 1 UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen (utsatt prøve) i: KJM 1110 Organisk kjemi I Eksamensdag: 18. august 2016 Tid for eksamen: 14:30-18:30 Oppgavesettet er på 4 sider + 3 sider vedlegg Vedlegg: 3 sider med spektroskopiske data og periodesystemet (bakerst i oppgavesettet) Tillatte hjelpemidler: Molekylbyggesett og enkel kalkulator Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Alle 8 oppgaver teller likt. Oppgave 1 a) En aromatisk forbindelse som består av C, H og O og med molekylmasse 178 har 1 H NMRspekteret som er vist nedenfor. Et IR-spektrum av forbindelsen viser en intens absorpsjon ved 1715 cm -1. Hva er strukturen til forbindelsen? Grunngi svaret ved å vise hvordan den foreslåtte strukturen er i overensstemmelse med alle spektroskopiske data.

2 Side 2 Oppgave 2 a) Vi ønsker å gjennomføre disse to flertrinns-syntesene. Angi reagenser og strukturer for mellomprodukter i hvert tilfelle. Reaksjonsmekanismer trengs ikke. b) En mastergradsstudent trengte å lage 2,2-dimetylpentansyre, og bestemte seg for å syntetisere den ved reaksjon mellom 2-klor-2-metylpentan med NaCN, etterfulgt av hydrolyse av produktet. Etter at reaksjonssekvensen var gjennomført, kunne imidlertid ikke noe av det ønskede produktet bli isolert. Hva gikk galt? Oppgave 3 a) Syrestyrkene til forbindelsene A og B er gitt over. I hvilken retning (mot venstre eller mot høyre) vil likevekten under være forskjøvet? Begrunn svaret. b) Forklar hvorfor den ene av forbindelsene A og B en så mye sterkere syre enn den andre. c) En mastergradsstudent utførte Grignardreaksjonen som er vist under. Hun startet med 12,2 g av aldehydet og fikk isolert 7,6 g av produktet, sykloheptyl(syklopentyl)metanol. i) Hva ble utbyttet av alkoholen, regnet i % av teoretisk mulig? ii) Hvorfor er det så viktig å bruke tørr eter som løsemiddel for første trinn? iii) Vil det isolerte produktet være optisk aktivt? Begrunn svaret. Atommasser er gitt i periodesystemet i vedlegget.

3 Side 3 Oppgave 4 a) Angi absolutt konfigurasjon (R eller S) ved de kirale sentrene a og b i askorbinsyre. b) Tegn alle stereoisomerene til askorbinsyre, og angi hvilke som er enantiomerer og diastereomerer til hverandre. c) Tegn en Newman-projeksjon av askorbinsyre i den konformasjonen som er tegnet over, sett langs a-b bindingen. d) Askorbinsyre har en pk a for første syredissosiasjon på 4,2 og er følgelig langt surere enn vanlige alkoholer. Vis hvilket proton i askorbinsyre som forventes å være surest, og forklar hvorfor forbindelsen er såpass sur sammenlignet med alkoholer. Oppgave 5 a) Hvilken av følgende Newman-projeksjoner viser den mest stabile konformasjonen av 2,3- dimetylbutan? b) Hvor mange stereoisomerer finnes det for 1,3,5-trimetylsykloheksan? Tegn alle strukturene. c) Tegn den mest stabile konformasjonen som er mulig for 1,3,5-trimetylsykloheksan. Ta utgangspunkt i alle de mulige isomerene i b). Oppgave 6 a) Hvilken av følgende fire forbindelser gir et 1 H NMR spektrum som kun viser en singlett? Begrunn svaret. 1,1-dibrompropan, 1,2-dibrompropan, 1,3-dibrompropan, 2,2-dibrompropan. b) Hvilken av følgende fire forbindelser gir et 1 H NMR spektrum som kun viser to singletter? Begrunn svaret. CH 3 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 3, CH 3 OCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH, CH 3 OC(CH 3 ) 2 OCH 3, CH 3 OCH 2 CH(CH 3 )OCH 3.

4 c) Tegn en skisse av det forventede 1 H NMR spekteret til 2,3-dimetylbutan. Side 4 d) Behandling av 3-etylpentan-3-ol med HCl fører til konkurrerende eliminasjon og substitusjon, med dannelse av 3-etyl-3-klorpentan og 3-etylpent-2-en. Etter opparbeidelse av reaksjonen og separasjon av de to produktene, hvordan kan du avgjøre hvilket som er hvilket ved hjelp av 1 H NMR-spektroskopi? Oppgave 7 a) Hva mener vi med begrepet «racemisk blanding»? b) Hver av reaksjonene under fører til syrekatalysert addisjon av vann. Hver reaksjon gir to stereoisomere produkter. Tegn strukturene til de to produktene fra reaksjon i), og til de to produktene fra reaksjon ii). c) Det dannes en racemisk produktblanding i kun én av reaksjonene i) og ii). Forklar hvorfor. d) Vis mekanismen for reaksjon i). Bruk elektronparforskyvningspiler. Oppgave 8 a) Gi entydige IUPAC-navn på forbindelsene A-E. b) Hvor mange stereoisomerer finnes det for D?

5 Side 5 1 H NMR kjemiske skift av protoner i forskjellige omgivelser. Dersom protonet er omgitt av flere funksjonelle grupper, vil effektene være omtrent additive (forsterkende). Type proton Referanse 0,0 Kjemisk skift ( ) Alkyl (primær) 0,7-1,3 Alkyl (sekundær) 1,2-1,6 Alkyl (tertiær) 1,4-1,8 Allylisk 1,6-2,2 Metylketon 2,0-2,4 Aromatisk metyl 2,4-2,7 Alkynyl 2,5-3,0 Alkylhalid 2,5-4,0 Alkohol 2,5-5,0 Alkohol, eter 3,3-4,5 Vinylisk 4,5-6,5 Aromatisk 6,5-8,0 Aldehyd 9,7-10,0 Karboksylsyre 11,0-12,0

6 Side 6 Infrarød spektroskopi omtrentlige IR-absorpsjoner. Funksjonell gruppe / bindingstype Absorpsjon cm -1 sp 3 C H sp 2 C H sp C H 3300 C=C aromatisk ring C C alkohol O H karboksylsyre O H (bred) (meget bred) amin N H nitril C N karbonyl C=O (sterk)

7 Side 7 hydrogen 1 H Periodesystemet helium 2 He lithium 3 Li beryllium 4 Be element name atomic number symbol atomic weight boron 5 B carbon 6 C nitrogen 7 N oxygen 8 O fluorine 9 F neon 10 Ne sodium 11 Na magnesium 12 Mg aluminium 13 Al silicon 14 Si phosphorus 15 P sulphur 16 S chlorine 17 Cl argon 18 Ar potassium 19 K calcium 20 Ca scandium 21 Sc titanium 22 Ti vanadium 23 V chromium 24 Cr manganese 25 Mn iron 26 Fe cobalt 27 Co nickel 28 Ni copper 29 Cu zinc 30 Zn gallium 31 Ga germanium 32 Ge arsenic 33 As selenium 34 Se bromine 35 Br krypton 36 Kr rubidium 37 Rb strontium 38 Sr yttrium 39 Y zirconium 40 Zr niobium 41 Nb molybdenum 42 Mo technetium 43 Tc [98] ruthenium 44 Ru rhodium 45 Rh palladium 46 Pd silver 47 Ag cadmium 48 Cd indium 49 In tin 50 Sn antimony 51 Sb tellurium 52 Te iodine 53 I xenon 54 Xe caesium 55 Cs barium 56 Ba lutetium 71 Lu hafnium 72 Hf tantalum 73 Ta tungsten 74 W rhenium 75 Re osmium 76 Os iridium 77 Ir platinum 78 Pt gold 79 Au mercury 80 Hg thallium 81 Tl lead 82 Pb bismuth 83 Bi polonium 84 Po [209] astatine 85 At [210] radon 86 Rn [222] francium 87 Fr [223] radium 88 Ra [226] lawrencium 103 Lr [262] rutherfordium 104 Rf [261] dubnium 105 Db [262] seaborgium 106 Sg [266] bohrium 107 Bh [264] hassium 108 Hs [269] meitnerium 109 Mt [268] darmstadtium 110 Ds [271] roentgenium 111 Rg [272] ununbium 112 Uub [285] lanthanum 57 La cerium 58 Ce praseodymium 59 Pr neodymium 60 Nd promethium 61 Pm [145] samarium 62 Sm europium 63 Eu gadolinium 64 Gd terbium 65 Tb dysprosium 66 Dy holmium 67 Ho erbium 68 Er thulium 69 Tm ytterbium 70 Yb actinium 89 Ac [227] thorium 90 Th protactinium 91 Pa uranium 92 U neptunium 93 Np [237] plutonium 94 Pu [244] americium 95 Am [243] curium 96 Cm [247] berkelium 97 Bk [247] californium 98 Cf [251] einsteinium 99 Es [252] fermium 100 Fm [257] mendelevium 101 Md [258] nobelium 102 No [259]