Opgave 1. Reacties 16 punten

Transcriptie

1 Eindtoets Organische Chemie, 6M1X1 10 april :00 12:00 uur. Bij het begin van elke opgave staat het aantal punten dat te verdienen is. Er zijn in totaal 4 opgaven en 60 punten. Opgave 1. Reacties 16 punten Vervolledig onderstaande reactievergelijkingen van omzettingen I VIII met éénduidige structuren en indien relevant met correcte stereochemie. Geef steeds alleen de structuur van het hoofdproduct. 2 pt per onderdeel I Reactanten II III IV V VI VII VIII

2 Opgave 2. Nucleofiele en elektrofiele substituties 16 punten Methoxybenzeen is een aromatische verbinding, afgeleid van benzeen. Aromatische verbindingen kunnen worden gebromeerd met Br 2 in een elektrofiele aromatische substitutie a. Welke verbinding, methoxybenzeen of benzeen, wordt gemakkelijker gebromeerd? Licht uw antwoord toe. 2 pt Methoxybenzeen wordt gemakkelijker gebromeerd omdat de vrije elektronenparen op het zuurstofatoom door middel van resonantie de elektronendichtheid op de benzeen ring verhogen en dus gevoeliger maken voor elektrofiele aanval. b. Geef met behulp van gebogen pijlen een mechanisme voor de vorming van parabromomethoxybenzeen uit methoxybenzeen en Br 2 in aanwezigheid van FeBr 3 als katalysator 4 pt Eerste stap kan in twee stappen opgeslitst worden (vierkant 1) of in een keer weergegeven worden (vierkant 2). Beide methoden worden goed gerekend. Resonantiestructuren van het intermediair tekenen is in dit onderdeel van de vraag niet nodig om punten te krijgen

3 c. Welke van de drie isomeren van bromomethoxybenzeen, (ortho, meta, of para), wordt het minst gevormd in deze reactie? Licht uw antwoord toe met resonantiestructuren van de intermediairen van de ortho, de meta en de para bromering. Laat zien dat één van de drie intermediairen door minder resonantiestructuren gestabiliseerd wordt dan de andere twee. 4 pt antwoord met AlBr3 ipv FeBr3: Bisphenol A is een uitgangsstof voor bisphenol A diglycidyl ether, dat wordt gebruikt in epoxy lijmen en kunstharsen.

4 d. Geef de chemische structuur van verbinding 1 (met de triviale naam epichloorhydrine ) waarmee dit product gesynthetiseerd kan worden in een S N 2 reactie 3 pt e. Bisphenol A diglycidyl ether reageert met primaire amines. Teken de structuur van product 2 van de reactie van 1 molecuul bisphenol A diglycidyl ether met 2 moleculen cyclohexylamine. Beargumenteer uw antwoord 3 pt Amine valt aan op het minst gehinderde koolstofatoom van het epoxide

5 Opgave 3. Carbonylverbindingen 16 punten Labelen van verbindingen met isotopen is een bekende methode om reactiemechanismen te onderzoeken. In een experiment wordt ongelabeld azijnzuur H 3 C-CO 2 H opgelost in 18 O gelabeld water, H 2 18 O. Met massaspectroscopie wordt waargenomen dat 18 O langzaam in het azijnzuur wordt ingebouwd door uitwisseling met 16 O. a) Geef een mechanisme voor de zuur gekatalyseerde reactie die leidt tot het inbouwen van 1 atoom 18 O in azijnzuur. 3 pt b) Zullen beide zuurstofatomen van azijnzuur vervangen worden door 18 O? Zo ja, zal de reactie voor beide zuurstof atomen even snel verlopen? Licht uw antwoorden toe. 2 pt De twee zuurstofatomen zijn equivalent. Ze worden beide met dezelfde snelheid vervangen Dat is o.a. te zien aan de twee gebogen pijlen (zwart en rood) en de corresponderende producten in de laatste stap van het mechanisme.

6 In de hieronder weergegeven Claisencondensatie reageren twee moleculen ethylacetaat met elkaar onder invloed van base tot een verbinding C 6 H 10 O 3. c) Teken twee resonantiestructuren van het anion dat in de eerste stap van de reactie gevormd wordt door deprotonering van ethylacetaat. 2 pt d) Geef aan welk koolstofatoom in ethylacetaat gevoelig is voor nucleofiele aanval door het anion. 1 pt e) Geef een reactiemechanisme voor de vorming van het product uit de reactanten met gebruik van gebogen pijlen om de electronenbeweging weer te geven. 4 pt f) Bepaal op basis van de brutoformule van het product welk klein molecuul in de nettoreactie geëlimineerd wordt. 1 pt Ethylacetaat = C 4 H 8 O 2. Geëlimineerde fragment is 2 x C 4 H 8 O 2 C 6 H 10 O 3 = C 2 H 6 O. (ethanol) g) Leg zo duidelijk mogelijk uit waarom in het NMR spectrum van het product op de volgende pagina het signaal bij 4.2 ppm uit 4 lijnen bestaat, die bij 3.4 en 2.2 ppm ieder uit 1 lijn, en dat bij 1.3 ppm uit 3 lijnen. 2 pt Het signaal bij 4.2 ppm is afkomstig van de protonen in rood. Die hebben koppeling met drie buren, dus 3+1= 4 lijnen. Het signaal bij 1.3 ppm is afkomstig van de protonen in blauw. Die

7 hebben 2 buurprotonen, dus 2+1= 3 lijnen. De andere protonen in het molecuul hebben geen directe buurprotonen, dus de lijnen worden niet door koppeling opgesplitst. h) Uit hoeveel lijnen bestaat het 13 C-NMR spectrum van het product? 1 pt Er zijn 6 signalen. Omdat ieder koolstofatoom in het molecuul anders is, is het aantal signalen gelijk aan het totaal aantal koolstofatomen 2 C 6 H 10 O Opgave 4. Radicalen 12 punten a. Teken de structuren van de verschillende monobroom substitutieproducten in de radicaalbromering van 2-methylbutaan (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 3 2 pt b. Wat is het hoofdproduct van de monobromering van 2-methylbutaan? 2 pt Het hoofdproduct is 2-bromo-2-methylbutaan omdat dit product gevormd wordt uit het meest stabiele, tertiaire radicaal.

8

9 c. Geef de reactievergelijkingen voor de initiatiestap en de 2 propagatiestappen van de reactie. Maak gebruik van de juiste gebogen pijlen om het mechanisme aan te geven. 2 pt De radicaalchlorering van hetzelfde alkaan is veel minder selectief. De lage selectiviteit van de chlorering kan begrepen worden op basis van het reactiviteit-selectiviteits principe. Hieronder is het energie diagram gegeven voor de vorming van primaire, secundaire en tertiaire alkylradicalen plus HBr uit een alkaan en een broomatoom, een endotherme reactie. d. Teken nu het energiediagram voor de exotherme reactie van een alkaan met een chlooratoom tot primaire, secundaire en tertiaire alkylradicalen en HCl. Toon in het diagram de energieverschillen tussen de drie verschillende radicalen en de energieverschillen tussen de overgangstoestanden om te laten zien waarom de reactie met chloor minder selectief is. 3 pt Onderstaande verbinding kan gebromeerd worden onder invloed van licht in aanwezigheid van N-broomsuccinimide (NBS):

10 e. Wat is het hoofdproduct van deze reactie? Heeft het product stereocentra? Zo ja, wordt dan een racemisch mengsel gevormd of slechts één enantiomeer? 3 pt Het product wordt gevormd vanuit het stabielste (benzylische) radikaal en heeft 1 stereocentrum.