מתכות מעבר וכימיה אורגנית חנקנית

סוללה מעבירה אלקטרונים דרך חוט. קטליזטור מתכתי משנה מסלול תגובה. סינתזה אורגנית מחברת קבוצות פחמן נבחרות. בכל מקרה, ההצלחה תלויה בזיהוי החלקיקים והתנאים. יחידה זו מקשרת בין מדידות רדוקס, קומפלקסים מתכתיים ומסלולים אורגניים.

דרישות מוקדמות: מספרי חמצון, משוואות מחצית, איזון, אנטרופיה, קבוצות פונקציונליות אורגניות ושיטות אנליטיות ליחידה 4. ערך זה מכסה נושאי Pearson 16–20 ואת תיאוריית ניסויי ליבה 12–16. ליחידת הניסויים המעשיה 6 נדרש הכנה מבוססת מקורות מעשיים. עבודה במעבדה דורשת את ההליך המפוקח והאושר ובדיחת הסיכונים שלו.

תא חצי מכיל זוג חמצון/הפחתה במגע עם אלקטרודה מוליכה. אלקטרודה מתכת יכולה להיות המוצק המגיב. אלקטרודה פלטינה אינרטיה מובילה אלקטרונים כאשר הזוג מכיל רק תמיסות או גז ותמיסה. גשר מלח מאפשר ליונים לנוע ומשלם את המעגל ללא ערבוב ישיר של התמיסות הראשיות. אלקטרונים זורמים דרך החוט, לא דרך הגשר.

פוטנציאל אלקטרודה יחיד אינו ניתן למדידה לבדה. חבר אותו לקטב. האלקטרודה המימנית הסטנדרטית יש גז מימן ב-100 kPa, H⁺ מימי ב-1.00 mol dm⁻³ ופלטינה, ב-298 K. הפוטנציאל הסטנדרטי שלה מוגדר כאפס. הפוטנציאל האלקטרודה הסטנדרטי של זוג אחר הוא הפוטנציאל שלו ביחס לקטב זה בתנאים סטנדרטיים. תמיסות אחרות יש ריכוז 1.00 mol dm⁻³; מוצקים נוזלים טהורים נמצאים במצב הסטנדרטי שלהם.

כתבו את כניסות הטבלה כהפחותות. לדוגמה:

הצמצום החיובי מועדף באנודה של התא הספונטני. אבץ מחומצן באנודה השלילית; Cu²⁺ מצוטם באנודה החיובית. המשוואה הכוללת היא Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu. יש לבטל כמות שווה של אלקטרונים לאחר הכפל במשוואות חצי, אך לעולם לא להכפיל פוטנציאל אלקטרודה במקדם.

תרשים התא הוא Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s). קו יחיד מייצג גבול פאזה; קו כפול מייצג הגשר המלוח. ציין ריכוזים ותנאים לצד התרשים. לתא חצי-תמיסת Fe³⁺/Fe²⁺, כלול Pt(s) כמגע אינרטי. מינים באותה תמיסה מימית נפרדים בפסיק, לא בגבול פאזה נוסף.

במעשי ליבה 12, נקה את משטחי המתכות והשתמש במד-מתח בעל התנגדות גבוהה. ודא זהות אלקטרודות, ריכוז תמיסה, טמפרטורה ומגעים חשמליים טובים. אל תניח שמתח שנמדד קטן מכחיש את הטבלה: תנאים אמיתיים, סדיני חמצון והתנגדות פנימית משפיעים על המדידה.

למעבר יש מגבלות

פוטנציאל תא סטנדרטי חיובי חוזה אפשרות תרמודינמית לתגובה הכוללת הנזכרת בתנאים סטנדרטיים. הוא אינו חוזה קצב תגובה נראה לעין. מחסום פעילה גבוה יכול למנוע שינוי נצפה. ריכוזים שאינם סטנדרטיים יכולים לשנות את פוטנציאלי האלקטרודות ואף את הכיוון החזוי. השווה בין אותם תנאים; אל תתאר בטבלה סטנדרטית ככלל שאינו תלוי בריכוז.

בתגובת תא מוגדרת, $E^\circ_{cell}$ פרופורציונלי לשינוי האנטרופיה הכולל הסטנדרטי שלו. הוא גם קשור ל$\ln K$, כאשר מספר האלקטרונים והטמפרטורה כלולים בפרופורציונליות. כך שהיחס E° חיובי מתאים לאנטרופיה כוללת חיובית ו-K > 1. הפוך את התגובה כדי להחליף את סימן E° ולהפוך את K. שינוי בקנה מידה של המשוואה המוזנתק ישנה את שינוי האנטרופיה ומספר האלקטרונים, אך לא את המתח.

חומר מחנן תורם אלקטרונים ועובר חמצון. הצורה המופחתת של זוג בעל פוטנציאל שלילי מאוד היא בדרך כלל חומר מחנן חזק. חומר מחמצן מקבל אלקטרונים ועובר הפחתה. הצורה המחומצנת של זוג בעל פוטנציאל חיובי מאוד היא בדרך כלל חומר מחמצן חזק. ציין את המינים בפועל, לא רק "את תא החצי".

תגובת פיזור עצמי מחמצנת ומפחיתה אותו אלמנט מאותו מצב חמצון התחלתי. לבדוק זאת, השתמש בהפחותות המובילות אל המצב ההתחלתי ובאותו מצב. אם הפחתת המינים ההתחלתי היא יותר חיובית מההפחתה לתוך אותו מצב, לפיזור העצמי המוצע יש E° חיובי. לדוגמה עבור A³⁺/A²⁺ = +0.80 V ו-A²⁺/A = −0.20 V, פיזור עצמי של A²⁺ ל-A³⁺ ול-A נותן −0.20 − 0.80 = −1.00 V. זה אינו אפשרי בתנאים הסטנדרטיים הללו. דוגמה זו עוסקת ב-A הדמי, ולא בערכים נמדדים עבור מתכת מפורטת.

מנגנון(VII) מחומצן מצוטם מסגול MnO₄⁻ ל- Mn²⁺ כמעט חסר צבע:

ברזל(II) מאבד אלקטרון אחד: Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻. לכן מול one MnO₄⁻ מגיב עם חמישה מולי Fe²⁺. השתמש בחומצה גופריתי דלול. חומצה הידרוכלורית ניתן לחמצון; חומצה ניטריק יכול לחמצן Fe²⁺ לפני הטיפור. כמעט בסוף הטיפור, הוסף מנגן(VII) טיפה אחת תוך ערבוב. הוורוד החלול הראשון הנשאר מראה עודף קטן. אין צורך באינדיקטור נפרד.

דוגמה 25.00 cm³ של Fe²⁺ דורשת 20.00 cm³ של 0.0200 mol dm⁻³ MnO₄⁻:

לגזרן ותיאולפית:

מוסיפים עמלה כאשר תמיסת היודין הופכת לצהובה בהירה. הוספתה ליודין רכוזי עלולה ליצור קומפלקס קשור בחוזקה ולנקודת סיום מעוורת. הצבע הכחול-שחור הסופי נעלם. אם חומר מחמצן אחר משחרר יודין מאיוני יודיד עודפים, יש להשתמש תחילה במשוואתו כדי לקשר את החומר המחמצן ליודין, ולאחר מכן להשתמש ביחס יודין/תיאוסולפט 1:2. אלו שלבים סטיוכיאומטריים שונים.

ניסויי ליבה 13a ו-13b משתמשים בטורקציה חימצון-הצמצום לקביעת ריכוזים. יש לשטוף בירטה עם המטורקנט שלה ומקלחת עם תמיסת הדוגמה. מים שנותרו בבוקר זכוכית אינם משנים את המולים שהועברו על ידי המקלחת. חוסר ודאות בקריאת בירטה של ±0.05 cm³ בקצוות מניב חוסר ודאות גרוע ביותר של טיטר של ±0.10 cm³. עבור 20.00 cm³, חוסר הוודאות באחוזים הוא $(0.10/20.00)100=0.50\%$. יש לכלול חוסר ודאות דילול וציוד אחר כאשר השאלה דורשת את חוסר הוודאות בריכוז הסופי. חזרה על טיטרים תואמים מפחיתה תנודות מקריות; היא אינה מסירה שגיאת ריכוז מערכתית.

תאי דורשים אספקה מתמשכת

תא דלק מייצר חשמל בעוד בדלק וחומר מחמצן נכנסים ממקוץ. עבור מימן וחמצן, המשוואה הכוללת היא 2H₂ + O₂ → 2H₂O.

יש לבטל H⁺ או OH⁻ רק לאחר התאמת האלקטרונים. שני המדיה מניבות את אותו משוואה כוללת. הפעלת תא מימן מייצרת מים, אך ייצור, אחסון והובלת מימן כרוכים בעלות סביבתית. מתנול קל לאחסון כנוזל אך מייצר CO₂. המשוואה הכוללת שלו בתא חמצן היא 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O. יש להשוות את כל מסלולי הייצור והיעילות האנרגטית, ולא רק את פליטות התא.

אלמנט מעבר יוצר לפחות יון יציב אחד עם תת-קליפה d חסרה. סקנדיום יוצר Sc³⁺, שהוא d⁰, ואבץ יוצר Zn²⁺, שהוא d¹⁰. הם אינם עומדים בהגדרה זו. נחושת עומדת בקריטריון כי Cu²⁺ הוא d⁹, גם אם Cu⁺ הוא d¹⁰.

עבור Sc עד Zn, תצורות האטום הניטרלי לאחר [Ar] הן: Sc 3d¹4s²; Ti 3d²4s²; V 3d³4s²; Cr 3d⁵4s¹; Mn 3d⁵4s²; Fe 3d⁶4s²; Co 3d⁷4s²; Ni 3d⁸4s²; Cu 3d¹⁰4s¹; Zn 3d¹⁰4s². כרום ונחושת הן יוצאי דופן לדפוס המילוי הפשוט. כאשר אטומים אלו יוצרים יונים חיוביים, הסירו 4s אלקטרונים לפני 3d אלקטרונים. Fe²⁺ הוא [Ar]3d⁶, לא [Ar]3d⁴4s². אנרגיות 3d ו4s דומות עוזרות להסביר מצבי חמצון משתנים.

ליגנד תורם זוג אלקטרונים בלתי קושר לאיון מתכת, ויוצר קשר קואורדינטיבי. יון קומפלקס מכיל איון מתכת מרכזי המוקף בליגנדים. מספר הקואורדינציה סופר את אטומי התורם הקשורים ישירות למתכת, ולא את מספר מולקולות הליגנדים. שישה ליגנדי מים נותנים [Cu(H₂O)₆]²⁺, מספר קואורדינציה שש. שלושה ליגנדים דו-קושרים של אתאנדיאוט נותנים גם כן מספר קואורדינציה שש.

מים, OH⁻, NH₃ וCl⁻ הם מונו-דנטטיים. אתאן-1,2-דיאמין, שנכתב לעיתים en, הוא בי-דנטטי. EDTA⁴⁻ יכול להיות הেকסא-דנטטי. ליגנדים ניטרליים אינם משנים מטען היון; כל ליגנד אניוני תורם את מטענו. ב-[Fe(CN)₆]³⁻, שישה CN⁻ תורמים −6, ולכן ברזל הוא +3.

שש אזורים זוגי אלקטרונים של ליגנדים דוחים זה את זה ומסודרים סביב המתכת במרחק המקסימלי האפשרי. זה נותן סידור אוקטהדרלי לתארים בעלי קואורדינציה שש. ליגנדי כלור גדולים מעדיפים תארים בעלי קואורדינציה ארבע, כמו טטראהדרלי [CoCl₄]²⁻. חלק מהתארים בעלי קואורדינציה ארבע הם מרובע-מחורץ. ציס-פלטין יש לו שני NH₃ ושני Cl ליגנדים סביב פלטין במישור מרובע. שני ליגנדי הכלור נמצאים בסמוך בצורת cis; מיקום מנוגד מגדיר את צורת trans. ציס-פלטין משמש בטיפול בסרטן כאיזומר cis בודד, ולא כתערובת עם צורת trans. נוסחה בעלת קואורדינציה ארבע לבדה אינה מוכיחה גיאומטריה טטראהדרלית.

צבע והחלפת ליגנדים

Ligands split the d orbitals into different energy levels. Absorbing visible light can promote a d electron between these levels. The remaining transmitted/reflected light produces the observed colour. Changing the metal oxidation state, ligand or coordination number can change the energy gap and colour. A d⁰ or d¹⁰ ion has no suitable d–d transition; this explains many colourless complexes, but does not claim every colour in chemistry is a d–d transition.

החלפת ליגנדים מחליפה ליגנד אחד בשני. חמצן עודף משנה את התא הממימי הכחול בהיר של נחושת(II) לתמיסה כחולה עמוקה:

בתחילה, כמות קטנה של NH₃ פועלת כבסיס ויוצרת משקע הידרוקסיד כחול בהיר. בחמצן עודף NH₃, המשקע מתמוסס כאשר נוצר התא האמין. אל תכנס שתי שלבים אלו כשינוי צבע משקע אחד. חמצן מרוכז עודף נותן [CuCl₄]²⁻ צהוב, לעיתים דרך תערובת ירוקה הנצפת:

עבור קובלט, ורוד [Co(H₂O)₆]²⁺ מחליף עם כלוריד כדי ליצור כחול [CoCl₄]²⁻. הוספת מים מזזה לעבר ורוד; הגדלת ריכוז הכלוריד מעדיפה כחול. יש לציין האם שונה ריכוז המים או הכלוריד לפני ההסבר על האיזון.

החלפת שישה ליגנדי מים בשלושה ליגנדים בי-דנטטיים משחררת שישה מולקולות מים חופשיות תוך שימוש בשלושה ליגנדים חופשיים. העלייה במספר החלקיקים הנעים בחופשיות לעיתים קרובות מעדיפה את התא הכולט דרך אנטרופיה. זה לא פשוט "יותר קשרי קואורדינציה": לשני התארים יכול להיות שישה קשרי מתכת-תורם. בהמוגלובין, Fe²⁺ מוחזק על ידי ליגנד פולי-דנטטי וקושר חמצן באופן הפיך. פחמן חד-חמצני מתחרה בחוזקה על הקישור ומונע הובלת חמצן תקינה. המבנה המפורט של ההם אינו נדרש כאן.

הידרוקסיד מסיר פרוטונים ממים מקושרים, ומייצר משקע הידרוקסיד מומס. משוואה פשוטה היא Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃(s). משוואה לתא מומס:

חמצן קודם לכן מקבל פרוטונים ממים מקושרים; כתבו NH₄⁺ כמוצר. עבור נחושת:

טבלה זו מבדילה בין משקעים ראשוניים לבין התמיסה בחמצן עודף. תצפיות מתייחסות לבדיקות מימיות טריות. חמצון באוויר והחלפת ליגנדים איטית יכולים לשנות צבעים בזמן שהבדיקה עומדת; רשמו את התנאים הללו ולא מאחדים בשקט בין שלבים.

עמודת המשקע ההתחלתית מתאימה לכמויות קטנות של הידרוקסיד או אמוניה במבחנים אלו. עבור מתכת דו-ערבית M, המשוואות המקוצרות הן: M²⁺ + 2OH⁻ → M(OH)₂(s) ו-M²⁺ + 2NH₃ + 2H₂O → M(OH)₂(s) + 2NH₄⁺. כאן M יכול להיות Mn, Fe, Co, Ni, Cu או Zn. עבור Cr³⁺ ו-Fe³⁺, החליפו את המקדמים 2 ב-3 והשתמשו ב-M(OH)₃. נוסחות אלו מתארות את אותה כימיה הסרת פרוטונים כמו משוואות הקומפלקסים המיובלים.

בשלב היתר האמוניה, Co(OH)₂ או Ni(OH)₂ יכולים ליצור [M(NH₃)₆]²⁺ עם ששת NH₃, תוך שחרור של שני OH⁻. אבץ יוצר [Zn(NH₃)₄]²⁺ עם ארבעה NH₃, תוך שחרור של שני OH⁻. עבור נחושת: Cu(OH)₂ + 4NH₃ + 2H₂O ⇌ [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ + 2OH⁻. איזונים אלו מסבירים את ההתמסות באמוניה בכמות מספקת; המידה הנצפית והחמצנת הקובלט הבאה תלויות בתנאים. משקעים של מנגן וברזל לא מתמסים באמוניה בשפע; Cr(OH)₃ מתמס רק לאט במעטפת אמוניה גדולה מאוד, דרך החלפת ליגנד ל-[Cr(NH₃)₆]³⁺. אל תשתמשו בצבע הכחול העמוק של נחושת לכל קומפלקס אמין.

Cr(OH)₃ ו-Zn(OH)₂ אמפוטריים מגיבים עם יתר הידרוקסיד. לדוגמה: Zn(OH)₂(s) + 2OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻. אבץ יוצר גם [Zn(NH₃)₄]²⁺ באמוניה עודפת. "נמס בשני" אינו אומר שהשניים מייצרים אותו קומפלקס. כרום(III) עשוי להיות מיוצג כ-[Cr(OH)₆]³⁻ ביתר הידרוקסיד; עקבו אחרי מקובל המינים שסופק בשאלה.

ונדיום מראה מצבי חמצון רבים בתמיסה חומצית: V(V), צהוב VO₂⁺; V(IV), כחול VO²⁺; V(III), ירוק V³⁺; V(II), סגול V²⁺. אבץ בחומצה מצמצם דרך שלבים אלו. מערבוב צהוב וכחול במהלך שינוי עלול להיראות ירוק; זאת לבדה אינה הוכחה ל-V³⁺ טהור. שלבצו צבע עם תנאי התגובה ונתוני אלקטרודה.

דיכרומט(VI) כתום מחומץ מצומצם ל-Cr³⁺ ירוק. אבץ בחומצה יכול לצמצם אותו further ל-Cr²⁺ כחול; אוויר מחמצן בקלות את Cr²⁺ חזרה. בתמיסה בסיסית, מי חמצן יכול לחמצן את Cr(III) ל-Cr(VI) צהוב. חימוץ עוקב מעודד דיכרומט כתום:

כרום נשאר ב-+6 באיזון זה. זהו איזון חומצה-בסיס, ולא שינוי חמצון-צימצום. בדקו מספרי חמצון לפני שמניחים שכל שינוי צבע מעביר אלקטרונים.

זרזים יכולים לשנות מצב חמצון

בתהליך הקונטקט, V₂O₅ ממריץ חמצון SO₂. מחזור שימושי הוא: V₂O₅ + SO₂ → V₂O₄ + SO₃, ואז 2V₂O₄ + O₂ → 2V₂O₅. הוסיפו את השלבים כדי לבטל את הממריץ ולהחזיר 2SO₂ + O₂ → 2SO₃. על פני הממריצים, התגובה נספחת, מגיעה דרך מסלול בעל אנרגיה נמוכה יותר ונסתירה. לדוגמה: 2CO + 2NO → 2CO₂ + N₂. חסימת פני השטח מפחיתה את האתרים הזמינים.

עבור התגובה המימית של יודי/פרוקסודיסולפט, Fe²⁺/Fe³⁺ מספקת מחזור הומוגני:

חיבור מבטל יוני ברזל. עבור פרמנגנט(VII) מחומץ ואאת'נדיוואט, המוצר Mn²⁺ פועל כאוטוקטליסט. התגובה עשויה להתחיל לאט, להאיץ כאשר Mn²⁺ מצטבר, ולאט שוב כאשר החומרים נצרכים. מעשה מעבדי ליבה 14 מכין קומפלקס מתכת מעבר: לחשב כמות מגבילה ותפוקה תיאורטית, לבודד ולייבש גבישים, ולהבדיל בין אובדן מוצר לבין זיהומים המעלים מזויף את המסה.

בנזן הוא אראן. שישה האורביטלים p שלו חופפים ליצירת מערכת אלקטרונים מרווחת מעל ומתחת למישור פחמן. הקשרים C–C הם בעלי אורך שווה, בין קשר יחיד כפול רגיל. עדות מקרינת X תומכת באורכי קשר שווים. הספקטרום האינפרה-אדום שלו מציג רעידות טבעת ארומטיות וקליטת C–H ארומטית מעל 3000 cm⁻¹. השתמש בנתוני הייחוס הניתנים כדי להשוות את הפסים שלו עם תחזית של אלקן ממוקד; IR לבדו אינו סופר שלושה קשרים כפולים בודדים רגילים. יחד עם אנתלפי הידרוגנציה נמוכה מהצפוי, העדפות אלו סותרות את הדגם של שלושה קשרים כפולים בודדים.

אם קשר כפול בודד אחד נותן אנתלפי הידרוגנציה של −120 kJ mol⁻¹, שלושה צפויה −360. ערך מדוד לדוגמה של בנזן הוא −208, כלומר 152 kJ mol⁻¹ פחות אקסותרמי. לכן, אנתלפי ההתחלתית של בנזן נמוכה מזו של דגם הממוקד. השוואה זו משתמשת בהתייחסות היפותטית; בנזן אינו מתחלף במהירות בין שלושה קשרים כפולים קבועים.

בנזן נוטה להתנגד לתגובת תוספת כי היא תשחרר את הרעיון המרווח. הוא אינו מבהיר מים ברום כמו אלקן בתנאי הבדיקה הרגילים. הוא בעורך בלהבה מעושנת כאשר השריפה אינה מלאה, בגלל אחוז הפחמן הגבוה שלו. תחליף מחליף H תוך שחזור הטבעת המרווחת.

An electrophilic substitution reaction has three essential stages: generate the electrophile, use a ring electron pair to form a C–E bond, then lose H⁺ to restore delocalisation. The intermediate has a positive charge and a ring carbon bonded to both H and E. Draw a curly arrow from the ring electron system to E⁺, then from the C–H bond back into the ring. An arrow starting at H⁺ is not electron flow.

For nitration, HNO₃ + H₂SO₄ → NO₂⁺ + HSO₄⁻ + H₂O generates the nitronium ion. Ring substitution gives nitrobenzene and releases H⁺, regenerating the acid catalyst. For Friedel–Crafts acylation, RCOCl + AlCl₃ → RCO⁺ + AlCl₄⁻; substitution then forms HCl and regenerates AlCl₃. For bromination, the simple electrophile model is Br₂ + FeBr₃ → Br⁺ + FeBr₄⁻. FeBr₄⁻ accepts the released H⁺ to form HBr and regenerate FeBr₃. For alkylation, RCl + AlCl₃ → R⁺ + AlCl₄⁻; AlCl₄⁻ accepts H⁺ to form HCl and regenerate AlCl₃. In each case the ring-attack and ring-restoration electron-pair arrows follow the nitration pattern. These are simplified mechanism models of catalyst-assisted electrophile generation; free ions are not assumed to exist in the original reagent bottle. Sulfonation conditions and products are required here; its detailed mechanism is outside this specification statement.

פנול מגיב הרבה קל יותר עם מים ברומיים, נותן משקע לבן של 2,4,6-טריברומופנול והתבהות ללא נשיא הלוגן. זוג האלקטרונים החסר של חמצן מגדיל את צפיפות האלקטרונים בטבעת באמצעות אינטראקציה עמה. זה מקל על התקפת אלקטרופיל. אל תעבירו את דרישת הממריץ של בנזן לפנול.

אמין נגזר מאמוניה בהחלפת H בקבוצות פחמן. בוטן-1-אמין הוא CH₃CH₂CH₂CH₂NH₂; פנילאמין הוא C₆H₅NH₂. זוג האלקטרונים החסר של חנקן מקבל H⁺, מה שהופך את האמינים לבסיסים ונוקליופילים. RNH₂ + H₂O ⇌ RNH₃⁺ + OH⁻, ו-RNH₂ + HCl → RNH₃⁺Cl⁻. אמינים קטנים נמסים במים באמצעות קישור מימן. מסיסות יורדת באופן כללי ככל שקבוצת הפחמן הלא-קוטבית גדלה.

Aliphatic amines are generally stronger bases than ammonia in the comparisons required here. Alkyl groups increase electron density at nitrogen. Phenylamine is a weaker base because its lone pair interacts with the aromatic ring and is less available to bind H⁺. Basicity is not decided by counting N–H bonds. Hydrogen bonding also raises boiling points compared with similar-sized hydrocarbons.

Excess ethanolic ammonia with a halogenoalkane, heated in a sealed apparatus under the approved procedure, forms a primary amine. Excess ammonia reduces further substitution but does not make it impossible. The amine product can attack more halogenoalkane, giving secondary/tertiary amines and eventually a quaternary ammonium salt. Butylamine can also act as a ligand towards Cu²⁺ through its lone pair.

Reducing a nitrile with LiAlH₄ in dry ether followed by suitable aqueous work-up gives a primary amine. R–C≡N becomes R–CH₂NH₂. The nitrile carbon remains in the chain. Making a nitrile from a halogenoalkane using ethanolic cyanide then reducing it increases the carbon chain by one overall.

Reduce nitrobenzene using tin and concentrated HCl under reflux. The acidic mixture initially contains the phenylammonium salt. Add alkali during work-up to liberate phenylamine. Writing free phenylamine as the only species in the strongly acidic reaction mixture misses this stage.

לאמיד יש חנקן הקשור לפחמן קרבוניל. כלור אתנויל מגיב עם אמין ראשוני ליצירת אמיד מוחלף. CH₃COCl + 2C₄H₉NH₂ → CH₃CONHC₄H₉ + C₄H₉NH₃⁺Cl⁻. מולקולה אחת של אמין יוצרת את האמיד; מולקולה שנייה ניטרלת את HCl. הזוג האלקטרוניים החסר באמיד מקשר למערכת הקרבוניל, ולכן לאמידים בסיסיות הרבה פחות מאמינים. אל תכנה את CH₃CONH₂ כאמין ואל תבלבל בין ה-C=O שלו לבין קטון.

שמות ומבנים מלאים

Use –amine for the amine, –amide for the amide and an amino– prefix with the carboxylic-acid parent for an amino acid. Ethanamine is CH₃CH₂NH₂; ethanamide is CH₃CONH₂; alanine is 2-aminopropanoic acid. A displayed formula includes every atom and bond. A skeletal formula omits carbon labels and their attached hydrogens, but retains nitrogen, oxygen and their attached hydrogens.

דיאזוטציה וצבע

Cold nitrous acid, made from NaNO₂ and dilute acid, reacts with phenylamine below about 10 °C to form a diazonium salt. Keep the mixture cold because these salts are unstable when warmed. Coupling with phenol in alkaline solution produces an azo compound containing –N=N– between aromatic systems. The extended delocalised system absorbs visible light, producing colour. Distinguish making the diazonium ion from the separate coupling step.

חומצה אמינו מכילה גם קבוצות אמין וגם קבוצות חומצה קרבוקסילית. חומצה α-אמינו טיפית היא H₂N–CH(R)–COOH. רובן בעלות פחמן כיראלי מרכזי, אך גליצין יש שני אטומי מימן ואינו כיראלי. במצב מוצק ובתמיסה מימית רבה, העברת פרוטון יוצרת זוויטריון, ⁺H₃N–CH(R)–COO⁻. מטענו הכולל הוא אפס, אך הוא מכיל שתי קבוצות מטענות. זהו לא מולקולה נייטרלית H₂N/COOH.

בחומצה הצורה המרכזית היא ⁺H₃N–CH(R)–COOH. בבסיס היא H₂N–CH(R)–COO⁻. הסבר שינויים על ידי הוספה/הסרת פרוטונים בקבוצה הנכונה. כדי לחקור התנהגות חומצה/בסיס, הוסף חומצה ובסיס בנפרד לדגימות מדודות של חומצה אמינו ועקוב אחר ה-pH עם מד מדוד. כדי לחקור פעילות אופטית, אפס פולרימטר עם הממס, ולאחר מכן מדוד תמיסה שקופה עם אור מונוכרומטי מקוטב מישורי. שלט בריכוז, אורך מסלול, טמפרטורה ואורך גל בהשוואת סיבובים. אננטיומרים טהורים הפוכים מסובבים באותה עוצמה בכיוונים הפוכים בתנאים תואמים. תערובת רצמית היא בעלת סיבוב נטו אפס; גליצין גם הוא לא פעיל, ולכן אפס בלבד אינו מוכיח רצמט.

חיבור קבוצת אמינו לקבוצת קרבוקסיל יוצר אמיד או קשר פפטידי, –C(=O)–NH–, עם איבוד מים. שתי חומצות אמינו שונות יכולות לתת שני דייפפטידים מסודרים; הפכת הסדר שלהן משנה את המולקולה.

A polyamide forms by condensation between suitable diamines and dicarboxylic acids or their acyl chlorides. Nylon-6,6 uses H₂N(CH₂)₆NH₂ and HOOC(CH₂)₄COOH. Its repeat is [–NH(CH₂)₆NHCO(CH₂)₄CO–] with continuing bonds at both ends. Protein chains are polyamides formed from amino acids. Their N–H and C=O groups form hydrogen bonds between chains, affecting strength and melting behaviour.

Poly(propenamide), [–CH₂–CH(CONH₂)–], is an addition polymer. The side group contains an amide, but the backbone forms by opening the C=C bond without elimination of a small molecule. Poly(ethenol), [–CH₂–CH(OH)–], has many hydroxyl groups that hydrogen-bond to water. Its water solubility allows suitable laundry bags or liquid-detergent capsules to dissolve during washing. Distinguish water-soluble polymers from polymers that merely absorb water; formulation and conditions matter.

רגנט גריניאר מיוצר על ידי תגובה של הלוגנואלקן עם מגנזיום בתמיסת אתר יבשה: RX + Mg → RMgX. מים מוסיפים אותו, ויוצרים RH. כלי זכוכית ומומס יבשים הם חשובים כי תגובה זו צורכת את רגנט המיועד לפני שהוא יכול לבנות את שרשרת הפחמן.

עם CO₂ ולאחר עיבוד חומצי, RMgX יוצר RCOOH, מוסיף פחמן אחד. עם מתנאל, הוא יוצר אלכוהול ראשוני; עם אלדהיד אחר, אלכוהול משני; עם קטון, אלכוהול טERTIAרי. קבוצת הפחמן R נקשרת לפחמן הקרבוניל המקורי. החמצן הופך ל-OH במהלך עיבוד חומצי נפרד. ספור כל פחמן משני החומרים ההתחלתיים.

For example ethylmagnesium bromide plus ethanal gives CH₃CH(OH)CH₂CH₃ after work-up: butan-2-ol. Using methanal instead gives propan-1-ol. Adding acid before the carbonyl consumes the Grignard reagent, so the order cannot be reversed.

כאשר משימה דורשת ארבע המרות סינתטיות, מסלול תקף אחד הוא: ברמואתן → אתנול (OH⁻ מימי, חימום) → אתנאל (חמצון מבוקר ודיסטילציה) → בוטן-2-אול (ברומיד מגנזיום אתיל, תוהי יבש, ולאחריו עיבוד חומצי) → בוטן-2-ון (חמצון). בחץ כללי מתחלפת הקבוצה הפונקציונלית של התרכובת האורגנית הראשית. תרכובת גריניאר מוכנה בנפרד. בדקו קבוצה פונקציונלית, מספר פחמנים ותנאים בכל חץ.

ראיות יכולות להגביל מוצר לא מוכר

Use combustion data to determine the empirical formula; combine it with molar mass for the molecular formula. Element tests identify elements, not a unique structure. IR constrains functional groups; mass spectra constrain molecular mass and fragments. Carbon-13 NMR counts distinct carbon environments; proton NMR adds chemical shifts, integration and splitting. Several structures may fit one spectrum. Seek one structure fitting all the observations.

ללא-ידוע יש נוסחה C₃H₆O, ספיגה חזקה של C=O, אות פרוטון בסביבת 9–10 ppm, ובדיקת טולנס חיובית. פרופנאל מתאים לפרוטון האלדעה ולבדיקת החמצון. פרופנון מתאים לנוסחה ול-C=O אך חסר H של אלדעה ומעלה בדרך כלל בדיקת טולנס שלילית. חזו שלושה סביבות פחמן של פרופנאל ואת סביבות הפרוטונים שלו כאלדעה/CH₂/CH₃ לבדיקה נוספת. מעשי ליבה 15 מזהה ללא-ידועים אי-אורגניים ואורגניים באמצעות סדרה מתוכננת של בדיקות בקנה מידה קטן, עם בקרת חיוב ומדגמים נפרדים. השתמשו בבדיקות הצטברות/עודף-תרכובת של יוני מתכת לדגימות אי-אורגניות מתאימות. הימנעו מהוספת כל תרכובת למעך אחד: שינויים מאוחרים עלולים לנבוע מתרכובות קודמות ולא מהללא-ידוע המקורי.

בידוד אינו זהה לתגובה

הרזיה מחממת תערובת ללא איבוד תרכובות מעופפות: הקיטור מתעבה וחוזר. דיסטילציה אוספת רכיב מעופף בנפרד. לעולם אל תסתגרו ציוד הרזיה מחומם. במהלך חילוץ, משפך הפרדה מפריד בין שכבות שאינן מתערבבות. זיהו איזו שכבה מכילה את המוצר בהתבסס על צפיפות הממס והמסיסות; השכבה האורגנית אינה תמיד העליונה. פתחו את משפך ההפרדה לכיוון שלא אנשים.

שטיפות מים מסירות זיהומים המסיסים במים. שטיפות נתרן פוספט מסירות זיהומים חומציים אך משחררות CO₂, ולכן פתחו בזהירות. חומר יבוש אנדרטי מתאים מסיר מים שנותרו מממס אורגני; סינון או הוראה לפני דיסטילציה. דיסטילציה עם קיטור מובילה תרכובת מעופפת שאינה מסיסה במים בכיוון הקיטור בטמפרטורה נמוכה יותר מטמפרטורת הרתיחה הרגילה שלה.

התגבשות מחדש ממיסה מוצר בלתי טהור בכמות מינימלית של ממס חם.קררו להתגבשות; סינו, שטפו בכמות מעטה של ממס קר וייבשו. כמות גדולה מדי של ממס מפחיתה את התפוקה. זיהומים בלתי מסיסים ניתן להסיר באמצעות סינון חם, בעוד שזיהומים מסיסים נשארים בעיקר בתמיסת אם. טווח התמסה צר בסמוך לערך המצופה תומך בטוהר; טווח נמוך ורחב מעיד על זיהומים. עבור טמפרטורת התמסה, השתמשו בדוגמה אבקה יבשה ודקה בצפית וחממו לאט בסמוך לטווח המצופה. רשמו את הטמפרטורות של התחלת ההתמסה והשלמתה. עבור טמפרטורת רתיחה של נוזל, הנחי את כדור הטמפרטורה בפתח הזרוע הצדדית כדי שקיטור המגיע לקונדנסר יעבור אותו. רשמו את הלחץ ואת טמפרטורת הרתיחה היציבה; השוו לערכי ייחוס בלחץ תואם. תערובות יכולות לרתוח בטווח. neither נקודת התמסה nor אחוז התפוקה לבדם אינם מוכיחים זהות.

מעשי ליבה 16 מכין אספירין על ידי אצילציה של חומצה סליצילי עם אנדריד אצטיטי תחת השיטה המאושרת, ולאחר מכן טיהור המוצר המוצק. חשבו תפוקה תיאורטית מהתרכובת המגבילה באמצעות היחס 1:1 חומצה סליצילית/אספירין. אם 1.38 ג' חומצה סליצילית (M = 138 g mol⁻¹) היא הגבילה, $n=1.38/138=0.0100$ מול ו masse תיאורטית של אספירין היא $0.0100\times180=1.80$ ג'. תפוקה יבשה של 1.26 ג' נותנת $(1.26/1.80)100=70.0\%$. גבישים רטובים עלולים לתת תפוקה גבוהה מדי וטווח התמסה מטעה.

1. תא משתמש בזוגות הפחתה +0.54 V ו−0.25 V. נתנו את האלקטרודה החיובית, E°cell, וסיבה אחת מדוע תגובה נבזת עשויה לא להתרחש.
2. אליקוואט של 25.00 cm³ משחרר יוד הדורש 18.00 cm³ של 0.100 mol dm⁻³ תיוסולפט. חשבו מולי יוד. ציינו איזו משוואה נוספת נדרשת למציאת ריכוז המחמצן המקורי.
3. קומפלקס בעל קואורדינציה ארבעה הוא כחול. הסבר מדוע עובדות אלו לבדן אינן מקימות את הגיאומטריה או מצב החמצון של המתכת.
4. Methanal reacts with propylmagnesium bromide, then acid. Identify the alcohol and explain the effect of adding water too early.
5. פולימר בעל קבוצות צד –CONH₂ וסKelet פחמן בלבד. החלטו האם נוכחות קבוצות אמיד מוכיחה פולימרזציה קונדנסציה.

תשובות: 1. ההפחתה +0.54 V היא באלקטרודה החיובית; E°cell = 0.79 V. מחסום פעולה גבוה עשוי לגרום לכך שהתגובה תהיה איטית מדי. תנאים לא סטנדרטיים גם הם מגבילים את התחזית הסטנדרטית. 2. כמות תיוסולפט = 0.100 × 0.01800 = 0.00180 מול; יוד = 0.000900 מול. משוואת המחמצן/יון היוד נותנת את היחס המולרי הנפרד. 3. קומפלקסים בעלי קואורדינציה ארבעה עשויים להיות טטרהדרליים או מרובעים מישוריים; הצבע תלוי גם בליגנד ובקואורדינציה, ולכן נדרשים עדויות נוספות. 4. בוטן-1-אול; מים צורכים את תרכובת הגריניאר ויוצרים פרופן. 5. לא: פולי(פרופנאמיד) נוצר באמצעות תוספה על פני C=C תוך שמירה על קבוצות צד אמיד.