Opgaver til A3.4

Opgaverne hører til afsnit A3.4 Kemisk analyse. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave A3.4.1: Test og funktionel gruppe

En kemisk test viser, om et stof har en bestemt funktionel gruppe. Tabellen har syv test fra afsnit A3.4. De to sidste kolonner er tomme.

Test Det ser man, når testen er positiv Testen påviser
dibromvand
Tollens’ test
Fehlings test
DNPH
dichromat i sur opløsning
natron
jern(III)chlorid

Det, man ser, står her i tilfældig rækkefølge:

  • bobler af CO2
  • lilla farve
  • sølvspejl på glasset
  • den gule farve forsvinder
  • rødt bundfald
  • farven skifter fra orange til grøn
  • gult eller orange bundfald

Det, testene påviser, står her i tilfældig rækkefølge:

  • phenol
  • aldehyd eller keton
  • carboxylsyre
  • C=C eller C≡C
  • aldehyd
  • aldehyd, også i reducerende sukker
  • primær eller sekundær alkohol og aldehyd
  1. Udfyld tabellens to tomme kolonner med udtrykkene fra de to lister.
  2. Dibromvand er gult, og dichromat er orange, før testen begynder. Beskriv, hvad du ser ved en positiv test med dibromvand og ved en positiv test med dichromat.
  3. Hvilke af de syv test er positive for et aldehyd?

Alle syv test står i tabellen først i afsnit A3.4. Begynd med de test, du kender fra B-niveau: dibromvand påviser dobbeltbindinger mellem carbonatomer, og natron bobler med carboxylsyrer.

Tre af testene danner noget fast: Tollens’ test giver et sølvspejl, Fehlings test giver et rødt bundfald, og DNPH giver et gult eller orange bundfald. De fire andre test viser sig som en farve, der forsvinder eller skifter, eller som bobler.

Til spørgsmål c: et aldehyd har en carbonylgruppe, og et aldehyd kan oxideres til en carboxylsyre. Find de test, der påviser en carbonylgruppe, og de test, hvor reagenset oxiderer stoffet.

  1. Den udfyldte tabel:
Test Det ser man, når testen er positiv Testen påviser
dibromvand den gule farve forsvinder C=C eller C≡C
Tollens’ test sølvspejl på glasset aldehyd
Fehlings test rødt bundfald aldehyd, også i reducerende sukker
DNPH gult eller orange bundfald aldehyd eller keton
dichromat i sur opløsning farven skifter fra orange til grøn primær eller sekundær alkohol og aldehyd
natron bobler af CO2 carboxylsyre
jern(III)chlorid lilla farve phenol

  1. Ved en positiv test med dibromvand forsvinder den gule farve, og væsken bliver farveløs. Ved en positiv test med dichromat forsvinder den orange farve, og væsken bliver grøn, fordi der dannes chrom(III)ioner.

  2. Fire test er positive for et aldehyd: Tollens’ test (sølvspejl), Fehlings test (rødt bundfald), DNPH (gult eller orange bundfald) og dichromat i sur opløsning (farven skifter fra orange til grøn). DNPH reagerer med carbonylgruppen i aldehydet. I de tre andre test bliver aldehydet oxideret til en carboxylsyre eller til carboxylsyrens ion.

Opgave A3.4.2: Hvad ser man?

Tabellen viser tolv forsøg. I hvert forsøg bliver ét stof testet med ét reagens. Phenol, C6H5OH, er den enkleste phenol: en benzenring med en hydroxygruppe.

Nr. Stof Test
1 pent-2-en, CH3CH=CHCH2CH3 dibromvand
2 pentan, CH3CH2CH2CH2CH3 dibromvand
3 ethanal, CH3CHO Fehlings test
4 butanon, CH3COCH2CH3 Tollens’ test
5 butanon, CH3COCH2CH3 DNPH
6 ethylethanoat, CH3COOCH2CH3 DNPH
7 propansyre, CH3CH2COOH natron
8 phenol, C6H5OH natron
9 phenol, C6H5OH jern(III)chlorid
10 butan-2-ol, CH3CH(OH)CH2CH3 dichromat i sur opløsning
11 2-methylbutan-2-ol, (CH3)2C(OH)CH2CH3 dichromat i sur opløsning
12 ethylamin, CH3CH2NH2, opløst i vand pH-papir
  1. Skriv for hvert af de tolv forsøg, hvad man ser, og om testen er positiv eller negativ.
  2. Butanon og ethylethanoat har begge en C=O. Forklar, hvorfor kun butanon giver bundfald med DNPH.
  3. Propansyre og phenol er begge syrer. Forklar, hvorfor kun propansyre bobler med natron.

Find først den funktionelle gruppe i hvert af de tolv stoffer, og bestem stofklassen: alken, alkan, aldehyd, keton, ester, carboxylsyre, phenol, alkohol eller amin. Slå derefter op i tabellen først i afsnit A3.4, om testen påviser netop den gruppe.

Er testen negativ, ser man ingenting: reagenset beholder den farve, det havde. Dibromvand er gult, dichromat er orange, og jern(III)chlorid er svagt gul.

Butan-2-ol er en sekundær alkohol, og 2-methylbutan-2-ol er en tertiær alkohol.

Du kan begynde forklaringerne sådan: “I ethylethanoat sidder C=O sammen med et oxygenatom i en …” og “Phenol er en meget svagere syre end propansyre, fordi pKs for en phenol er omkring …”

  1. Resultaterne af de tolv forsøg:
Nr. Stof og test Det ser man Testen er
1 pent-2-en og dibromvand den gule farve forsvinder positiv
2 pentan og dibromvand farven bliver ved med at være gul negativ
3 ethanal og Fehlings test den blå væske giver et rødt bundfald positiv
4 butanon og Tollens’ test intet sølvspejl negativ
5 butanon og DNPH gult eller orange bundfald positiv
6 ethylethanoat og DNPH intet bundfald negativ
7 propansyre og natron bobler af CO2 positiv
8 phenol og natron ingen bobler negativ
9 phenol og jern(III)chlorid farven skifter fra svagt gul til lilla positiv
10 butan-2-ol og dichromat farven skifter fra orange til grøn positiv
11 2-methylbutan-2-ol og dichromat farven bliver ved med at være orange negativ
12 ethylamin og pH-papir pH-papiret bliver blåt opløsningen er basisk

Pent-2-en har en C=C, som dibrom adderer til. Pentan har kun enkeltbindinger. Ethanal er et aldehyd, og butanon er en keton. Butan-2-ol er en sekundær alkohol og kan oxideres af dichromat. 2-methylbutan-2-ol er en tertiær alkohol og kan ikke oxideres. Ethylamin er en amin og derfor en base.

  1. I butanon sidder C=O mellem to carbonatomer. Det er carbonylgruppen i en keton, og den reagerer med DNPH. I ethylethanoat sidder C=O sammen med et oxygenatom i en estergruppe, −COO−. DNPH reagerer kun med carbonylgruppen i aldehyder og ketoner, så esteren ethylethanoat giver intet bundfald.

  2. Propansyre er en carboxylsyre, og carboxylsyrer har pKs på 4 til 5. Propansyre afgiver en hydron til hydrogencarbonationen i natron, og der dannes CO2, som bobler op. Phenol er en meget svagere syre med pKs omkring 10. Phenol er for svag en syre til at reagere med natron, så der kommer ingen bobler.

Opgave A3.4.3: Dibromvand og propen

Propen, CH2=CHCH3, er en gas, som bruges til at lave plasten polypropylen. Når propen bobler gennem dibromvand, forsvinder den gule farve.

  1. Opskriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem propen og dibrom. Brug strukturformler.
  2. Angiv reaktionstypen, og begrund svaret ud fra bindingerne i propen og i produktet.
  3. Forklar, hvorfor den gule farve forsvinder.
  4. Propan, CH3CH2CH3, bobler gennem dibromvand. Hvad ser man? Begrund svaret.
  5. Buta-1,3-dien, CH2=CH−CH=CH2, har to dobbeltbindinger. Hvor mange dibrommolekyler kan ét molekyle buta-1,3-dien højst reagere med?

Brug det generelle reaktionsskema for dibromvand i afsnit A3.4: R−CH=CH−R + Br2 → R−CHBr−CHBr−R. I propen sidder dobbeltbindingen mellem carbonatom nr. 1 og carbonatom nr. 2.

Dobbeltbindingen i propen bliver til en enkeltbinding, og de to bromatomer sætter sig på hver sit af de to carbonatomer, der før havde dobbeltbindingen. Methylgruppen, −CH3, er uændret.

Du kan begynde begrundelsen sådan: “Dobbeltbindingen mellem carbonatom nr. 1 og nr. 2 i propen er blevet til …, og hvert af de to carbonatomer har fået …”

Den gule farve i dibromvand skyldes Br2-molekylerne.

  1. Reaktionsskemaet for propen og dibrom:

CH2=CHCH3 + Br2 → CH2BrCHBrCH3

Produktet hedder 1,2-dibrompropan.

  1. Reaktionen er en addition. Dobbeltbindingen mellem carbonatom nr. 1 og nr. 2 i propen er blevet til en enkeltbinding, og hvert af de to carbonatomer har fået et bromatom. De to reaktanter er blevet til ét produkt.

  2. Den gule farve skyldes Br2-molekylerne i dibromvandet. Når dibrom adderer til dobbeltbindingen i propen, bliver Br2 brugt. Produktet 1,2-dibrompropan er farveløst, så farven forsvinder.

  3. Farven bliver ved med at være gul. Propan har kun enkeltbindinger mellem carbonatomerne, så dibrom har ingen dobbeltbinding at addere til. Testen er negativ.

  4. Ét molekyle buta-1,3-dien kan højst reagere med to dibrommolekyler, ét for hver af de to dobbeltbindinger. Produktet er CH2Br−CHBr−CHBr−CH2Br.

Opgave A3.4.4: Tollens’ test med butanal

Butanal, CH3CH2CH2CHO, er et aldehyd. I Tollens’ test giver butanal et sølvspejl på glasset.

  1. Opskriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem butanal og sølvioner i basisk opløsning.
  2. Bestem oxidationstallet for carbonatomet i aldehydgruppen i butanal og for det samme carbonatom i produktet.
  3. Bestem oxidationstallet for sølv før og efter reaktionen.
  4. Vis, at carbonatomet afgiver lige så mange elektroner, som sølvionerne optager.
  5. Butanon, CH3COCH2CH3, giver ikke noget sølvspejl. Forklar hvorfor.

Brug det generelle reaktionsskema for Tollens’ test i afsnit A3.4: R−CHO + 2 Ag+ + 3 OH− → R−COO− + 2 Ag(s) + 2 H2O. I butanal er R gruppen CH3CH2CH2−.

Oxidationstallet for et carbonatom findes ved at tælle bindingerne, som i afsnit A3.3: hver binding til H tæller −1, hver binding til O tæller +1, en dobbeltbinding til O tæller +2, og bindinger til andre carbonatomer tæller 0.

Carbonatomet i aldehydgruppen i butanal har en dobbeltbinding til O, en binding til H og en binding til et carbonatom. I produktet har det samme carbonatom en dobbeltbinding til O, en enkeltbinding til O og en binding til et carbonatom.

Stiger et oxidationstal med 2, har atomet afgivet 2 elektroner.

  1. Reaktionsskemaet for butanal i Tollens’ test:

CH3CH2CH2CHO + 2 Ag+ + 3 OH− → CH3CH2CH2COO− + 2 Ag(s) + 2 H2O

Ladningerne passer: til venstre er ladningen 2 · (+1) + 3 · (−1) = −1, og til højre er den −1.

  1. I butanal har carbonatomet i aldehydgruppen en dobbeltbinding til O (+2), en binding til H (−1) og en binding til et carbonatom (0). Oxidationstallet er +I. I produktet, butanoationen, har carbonatomet en dobbeltbinding til O (+2), en enkeltbinding til O (+1) og en binding til et carbonatom (0). Oxidationstallet er +III.

  2. Sølv har oxidationstallet +I i sølvionen, Ag+, og 0 i frit sølv, Ag(s).

  3. Elektronregnskabet for butanal og sølvionerne:

Atom Oxidationstal før Oxidationstal efter Ændring pr. atom Antal atomer Elektroner i alt
C i aldehydgruppen +I +III stiger 2 1 afgiver 2
Ag +I 0 falder 1 2 optager 2

Carbonatomet i aldehydgruppen afgiver 2 elektroner, og de to sølvioner optager 1 elektron hver. Derfor står der 2 Ag+ i reaktionsskemaet. Butanal bliver oxideret, og sølvionerne bliver reduceret, så reaktionen er en redoxreaktion.

  1. I butanon sidder carbonylgruppen inde i kæden. Carbonatomet i carbonylgruppen har to carbonatomer som naboer og intet hydrogenatom. Det kan ikke få en binding mere til oxygen uden at bryde en binding mellem to carbonatomer, så butanon kan ikke oxideres af sølvionerne. Sølvionerne bliver derfor ikke reduceret til sølv, og der dannes intet sølvspejl.

Opgave A3.4.5: Vælg en test

De to stoffer i hvert par skal skelnes fra hinanden med en kemisk test. Foreslå for hvert par en test, der kan skelne mellem de to stoffer. Begrund valget, og skriv, hvad man ser med hvert af de to stoffer.

  1. propanal, CH3CH2CHO, og propanon, CH3COCH3
  2. propan-1-ol, CH3CH2CH2OH, og 2-methylpropan-2-ol, (CH3)3COH
  3. hex-1-en, CH2=CHCH2CH2CH2CH3, og hexan, CH3CH2CH2CH2CH2CH3
  4. ethansyre, CH3COOH, og ethanol, CH3CH2OH
  5. phenol, C6H5OH, hvor hydroxygruppen sidder på en benzenring, og cyclohexanol, C6H11OH, hvor hydroxygruppen sidder på en ring uden dobbeltbindinger

Brug de fire trin fra afsnit A3.4: find de funktionelle grupper i begge stoffer, find en gruppe, som kun det ene stof har, vælg testen for den gruppe, og skriv, hvad man ser med hvert af de to stoffer.

Stofklasserne i de fem par er:

  • a: propanal er et aldehyd, og propanon er en keton
  • b: propan-1-ol er en primær alkohol, og 2-methylpropan-2-ol er en tertiær alkohol
  • c: hex-1-en er et alken, og hexan er en alkan
  • d: ethansyre er en carboxylsyre, og ethanol er en alkohol
  • e: phenol hører til stofklassen phenoler, og cyclohexanol er en alkohol.

Skriv svaret med denne opbygning: “Testen er … Den påviser … Med propanal ser man …, fordi … Med propanon ser man …, fordi …”

Forslag til en test for hvert af de fem par:

Par Test Det ser man med det første stof Det ser man med det andet stof
a Tollens’ test propanal: sølvspejl propanon: intet sølvspejl
b dichromat i sur opløsning propan-1-ol: farven skifter fra orange til grøn 2-methylpropan-2-ol: farven bliver ved med at være orange
c dibromvand hex-1-en: den gule farve forsvinder hexan: farven bliver ved med at være gul
d natron ethansyre: bobler af CO2 ethanol: ingen bobler
e jern(III)chlorid phenol: lilla farve cyclohexanol: ingen farveændring

  1. Propanal har en aldehydgruppe, som bliver oxideret af sølvionerne i Tollens’ test. Propanon er en keton og kan ikke oxideres på den måde. Fehlings test kan også bruges: propanal giver rødt bundfald, og propanon giver intet. DNPH kan ikke bruges, for propanal og propanon har begge en carbonylgruppe og giver begge gult bundfald.

  2. Propan-1-ol er en primær alkohol og bliver oxideret af dichromat, så der dannes grønne chrom(III)ioner. 2-methylpropan-2-ol er en tertiær alkohol. Carbonatomet med hydroxygruppen har intet hydrogenatom, så 2-methylpropan-2-ol kan ikke oxideres.

  3. Hex-1-en har en dobbeltbinding mellem carbonatom nr. 1 og nr. 2, og dibrom adderer til den. Hexan har kun enkeltbindinger og reagerer ikke med dibromvand.

  4. Ethansyre har en carboxylgruppe og er en syre. Ethansyre reagerer med natron, og der dannes CO2. Ethanol er ikke en syre i vand. pH-papir kan også bruges: det bliver rødt i ethansyre og skifter ikke farve i ethanol.

  5. I phenol sidder hydroxygruppen direkte på benzenringen, og jern(III)ioner giver en lilla farve med phenoler. I cyclohexanol sidder hydroxygruppen på en ring uden dobbeltbindinger. Cyclohexanol er en alkohol og giver ingen farve med jern(III)chlorid.

Opgave A3.4.6: Tre glas uden etiket

Tre glas er mærket 1, 2 og 3. De indeholder pentan-2-ol, pentan-2-on og pentansyre, men ikke i den rækkefølge.

Navn Strukturformel
pentan-2-ol CH3CH(OH)CH2CH2CH3
pentan-2-on CH3COCH2CH2CH3
pentansyre CH3CH2CH2CH2COOH

Fra hvert glas tages tre små prøver. Den første prøve testes med dichromat i sur opløsning, den anden med DNPH og den tredje med natron. Figuren viser de ni reagensglas efter testene.

Figur 1: Resultaterne af de tre test på prøver fra glas 1, glas 2 og glas 3.
  1. Lav en tabel over de ni resultater, og skriv for hvert resultat, om testen er positiv eller negativ.
  2. Bestem, hvilket stof der er i hvert af de tre glas. Begrund svaret for hvert glas.
  3. Prøven fra glas 3 blev grøn med dichromat. Angiv navn og strukturformel for det stof, der blev dannet i prøven.
  4. To af de tre test havde været nok til at finde indholdet af alle tre glas. Forklar hvorfor.

Find først stofklassen for hvert af de tre stoffer: pentan-2-ol er en sekundær alkohol, pentan-2-on er en keton, og pentansyre er en carboxylsyre. Find derefter i tabellen i afsnit A3.4, hvilken af de tre test der er positiv for hver stofklasse.

Dichromat i sur opløsning bliver grøn med en primær eller sekundær alkohol. DNPH giver gult bundfald med en keton. Natron bobler med en carboxylsyre. Hvert af de tre stoffer er altså positivt i netop én af de tre test.

Du kan begynde begrundelsen sådan: “Prøven fra glas 1 giver gult bundfald med DNPH. Det viser, at stoffet har en …”

Til spørgsmål c: en sekundær alkohol bliver oxideret til en keton.

  1. De ni resultater:
Test Glas 1 Glas 2 Glas 3
dichromat i sur opløsning orange: negativ orange: negativ grøn: positiv
DNPH gult bundfald: positiv intet bundfald: negativ intet bundfald: negativ
natron ingen bobler: negativ bobler: positiv ingen bobler: negativ
  1. Glas 1 indeholder pentan-2-on. Prøven giver gult bundfald med DNPH, så stoffet har en carbonylgruppe, og pentan-2-on er den eneste keton blandt de tre stoffer.

Glas 2 indeholder pentansyre. Prøven bobler med natron, så stoffet er en carboxylsyre. Boblerne er CO2.

Glas 3 indeholder pentan-2-ol. Prøven får dichromat til at skifte fra orange til grøn, så stoffet bliver oxideret. Pentan-2-ol er en sekundær alkohol og kan oxideres. Ketonen pentan-2-on og carboxylsyren pentansyre bliver ikke oxideret af dichromat.

  1. Pentan-2-ol er en sekundær alkohol og bliver oxideret til en keton. Der blev dannet pentan-2-on, CH3COCH2CH2CH3. Det er det samme stof, som er i glas 1.

  2. Der er tre glas og tre stoffer. Når to af glassene er fundet med to test, må det sidste glas indeholde det sidste stof. Med DNPH og natron findes fx pentan-2-on i glas 1 og pentansyre i glas 2, og så må glas 3 indeholde pentan-2-ol. Den tredje test er en kontrol.

Opgave A3.4.7: Et ukendt stof med formlen C4H8O

Et ukendt stof har molekylformlen C4H8O. Stoffet giver gult bundfald med DNPH, og stoffet giver sølvspejl i Tollens’ test.

  1. Beregn antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for C4H8O.
  2. Forklar, hvad hver af de to test viser om stoffet.
  3. Forklar, hvorfor stoffet hverken kan have en dobbeltbinding mellem to carbonatomer eller en ring.
  4. To stoffer passer med alle oplysningerne. Tegn strukturformlerne for de to stoffer, og navngiv dem.
  5. Et andet stof med molekylformlen C4H8O giver gult bundfald med DNPH, men intet sølvspejl i Tollens’ test. Tegn strukturformlen, og navngiv stoffet.

Antallet af dobbeltbindingsækvivalenter beregnes med formlen fra afsnit A3.1: DBE = (2 · C + 2 + N − H) / 2. I C4H8O er der 4 carbonatomer, 8 hydrogenatomer og ingen nitrogenatomer. Oxygen tæller ikke med.

DNPH viser en carbonylgruppe, C=O, i et aldehyd eller en keton. Tollens’ test viser, om carbonylgruppen sidder i et aldehyd. En C=O tæller som én dobbeltbindingsækvivalent.

I et aldehyd sidder gruppen −CHO for enden af kæden. De tre andre carbonatomer i C4H8O kan sidde på to måder: i en lige kæde eller med en forgrening.

Du kan begynde forklaringen i spørgsmål c sådan: “Stoffet har én dobbeltbindingsækvivalent, og den er brugt på …”

  1. Antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for C4H8O er

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 4 + 2 + 0 - 8}{2} = 1 \]

Molekylet har én dobbeltbinding eller én ring.

  1. Det gule bundfald med DNPH viser, at stoffet har en carbonylgruppe, C=O. Stoffet er et aldehyd eller en keton. Sølvspejlet i Tollens’ test viser, at stoffet er et aldehyd. Stoffet har altså en aldehydgruppe, −CHO.

  2. Stoffet har én dobbeltbindingsækvivalent, og den er brugt på dobbeltbindingen i aldehydgruppens C=O. Der er derfor ingen dobbeltbindingsækvivalent tilbage til en C=C eller en ring.

  3. De to aldehyder med formlen C4H8O er butanal, CH3CH2CH2CHO, og 2-methylpropanal, (CH3)2CHCHO. De to test kan ikke skelne mellem dem, fordi begge stoffer har en aldehydgruppe.

  4. Stoffet har en carbonylgruppe, men er ikke et aldehyd. Det er en keton. Den eneste keton med formlen C4H8O er butanon, CH3COCH2CH3.

Figuren viser strukturformlerne for butanal, 2-methylpropanal og butanon.

Figur 2: Butanal og 2-methylpropanal er de to aldehyder med formlen C4H8O. Butanon er den eneste keton.

Opgave A3.4.8: Fem flasker

På en hylde står fem flasker, som har mistet deres etiketter. De indeholder butan-1-ol, 2-methylpropan-2-ol, butanal, butanon og butansyre. Du har fire reagenser: natron, DNPH, Tollens’ reagens og dichromat i sur opløsning.

  1. Foreslå en rækkefølge af test, der kan vise, hvad der er i hver af de fem flasker. Skriv for hver test, hvilke flasker du tester, hvad man ser, og hvad det viser.
  2. Forklar, hvorfor dichromat i sur opløsning ikke kan bruges som den eneste test til at finde flasken med butan-1-ol.

Skriv først stofklassen for hvert af de fem stoffer: butan-1-ol er en primær alkohol, 2-methylpropan-2-ol er en tertiær alkohol, butanal er et aldehyd, butanon er en keton, og butansyre er en carboxylsyre. Skriv derefter for hvert stof, hvilke af de fire test der er positive.

Begynd med en test, hvor kun ét af de fem stoffer er positivt. Når en flaske er fundet, skal den ikke testes igen.

Natron er kun positiv for butansyre. DNPH er positiv for butanal og butanon. Tollens’ test er kun positiv for butanal. Dichromat i sur opløsning er positiv for både butan-1-ol og butanal. 2-methylpropan-2-ol er negativ i alle fire test.

  1. En rækkefølge, der virker:
Trin Test Flasker, der testes Det ser man Det viser
1 natron alle fem bobler af CO2 i én flaske flasken indeholder carboxylsyren butansyre
2 DNPH de fire andre gult bundfald i to flasker, intet i to de to med bundfald har en carbonylgruppe: butanal og butanon. De to uden er alkoholerne
3 Tollens’ test de to med gult bundfald sølvspejl i den ene flasken med sølvspejl indeholder aldehydet butanal. Den anden indeholder ketonen butanon
4 dichromat i sur opløsning de to uden bundfald farven skifter fra orange til grøn i den ene flasken med grøn farve indeholder den primære alkohol butan-1-ol. Den anden indeholder den tertiære alkohol 2-methylpropan-2-ol

Andre rækkefølger kan også bruges. Det vigtige er, at butanal er fundet, før de sidste flasker testes med dichromat. 2-methylpropan-2-ol er negativ i alle test og findes som den flaske, der er tilbage.

  1. Dichromat i sur opløsning oxiderer både primære alkoholer og aldehyder. Butan-1-ol bliver oxideret til butanal og videre til butansyre, og butanal bliver oxideret til butansyre. Farven skifter derfor fra orange til grøn i to af de fem flasker, og testen kan ikke vise, hvilken af de to der indeholder butan-1-ol. Derfor skal butanal først findes med DNPH og Tollens’ test.

Opgaver i eksamensstil

Opgaverne ligner delopgaverne i den skriftlige prøve i kemi A. Skriv svarene, som du ville gøre til prøven: med de konkrete atomer, bindinger og grupper, med beregninger med enheder og med en konklusion.

Opgave A3.4.eks.1: Nellike og anis

Eugenol giver nelliker deres duft, og tandlæger bruger stoffet, fordi det bedøver svagt. Anethol giver anis og fennikel deres smag. Figuren viser de to stoffer.

Figur 3: Eugenol fra nelliker og anethol fra anis.
  1. Angiv de funktionelle grupper i eugenol og i anethol, og angiv de stofklasser, grupperne placerer hvert af de to stoffer i.
  2. Foreslå en test, der kan skelne mellem eugenol og anethol. Begrund svaret, og beskriv, hvad man ser med hvert af stofferne.
  3. Forklar, hvorfor dibromvand ikke kan bruges til at skelne mellem eugenol og anethol.
  4. En elev vil vise, at eugenol er en syre, og drysser natron i en prøve af eugenol. Der kommer ingen bobler. Forklar resultatet af testen.

Find først alle oxygenatomer i eugenol og i anethol, og se, hvad de er bundet til: et oxygenatom med et hydrogenatom på er en hydroxygruppe, og et oxygenatom mellem to carbonatomer er en ethergruppe. Find derefter dobbeltbindingerne mellem carbonatomer uden for benzenringen.

Eugenol har en hydroxygruppe, der sidder direkte på benzenringen. Anethol har ingen hydroxygruppe. Find i tabellen i afsnit A3.4 den test, der påviser en hydroxygruppe på en benzenring.

Du kan begynde svarene sådan: “Eugenol er en phenol, fordi hydroxygruppen sidder … Med eugenol ser man … Med anethol ser man …” og “Både eugenol og anethol har en dobbeltbinding mellem to carbonatomer i …”

Til spørgsmål d: sammenlign pKs for en phenol med pKs for en carboxylsyre i afsnit A3.2.

  1. De funktionelle grupper i eugenol og anethol:
Stof Funktionel gruppe Stofklasse
eugenol hydroxygruppe, −OH, på benzenringen phenol
eugenol ethergruppe, −O−CH3, på benzenringen ether
eugenol dobbeltbinding mellem de to yderste carbonatomer i sidekæden alken
anethol ethergruppe, −O−CH3, på benzenringen ether
anethol dobbeltbinding mellem de to carbonatomer i sidekæden nærmest benzenringen alken

Dobbeltbindingerne i benzenringen tæller ikke som alkener.

  1. Testen er jern(III)chlorid, som påviser phenoler. Eugenol har en hydroxygruppe, der sidder direkte på benzenringen, så eugenol er en phenol. Anethol har ingen hydroxygruppe. Oxygenatomet i anethol sidder i en ethergruppe, og en ether reagerer ikke med jern(III)ioner.

Der sættes nogle dråber jern(III)chlorid til en prøve af hvert stof. Med eugenol skifter farven fra svagt gul til en kraftig lilla eller blålig farve. Testen er positiv. Med anethol sker der ingen farveændring, og væsken er stadig svagt gul. Testen er negativ.

Jern(III)chlorid kan altså skelne mellem eugenol og anethol.

  1. Dibromvand bliver affarvet af stoffer med en dobbeltbinding mellem to carbonatomer. Eugenol har en C=C yderst i sidekæden, −CH2−CH=CH2, og anethol har en C=C i sidekæden ved siden af benzenringen, −CH=CH−CH3. Dibrom adderer til dobbeltbindingen i begge stoffer, så den gule farve forsvinder i begge prøver. Eugenol er desuden en phenol, og en phenol kan også affarve dibromvand ved en substitution på benzenringen. Testen er positiv for både eugenol og anethol og kan derfor ikke skelne mellem dem.

  2. Natron bobler med carboxylsyrer. Boblerne er CO2, som dannes, når syren afgiver en hydron til hydrogencarbonationen i natron. Eugenol har ingen carboxylgruppe. Eugenol er en phenol, og en phenol er en meget svagere syre end en carboxylsyre: pKs er omkring 10 for en phenol og 4 til 5 for en carboxylsyre. Eugenol er for svag en syre til at reagere med natron, så der dannes ingen CO2.

Testen viser altså kun, at eugenol ikke er en carboxylsyre. Den viser ikke, at eugenol slet ikke er en syre.

Opgave A3.4.eks.2: Appelsin og kommen

Limonen er det stof, der dufter, når man skræller en appelsin. Carvon giver kommen sin smag. Figuren viser de to stoffer, som har samme carbonskelet.

Figur 4: Limonen fra appelsinskal og carvon fra kommen.
  1. Angiv de funktionelle grupper i limonen og i carvon.
  2. Bestem molekylformlen for limonen, og vis, at antallet af dobbeltbindingsækvivalenter passer med strukturen.
  3. Et glas uden etiket indeholder enten limonen eller carvon. En prøve fra glasset affarver dibromvand, og en anden prøve fra glasset giver orange bundfald med DNPH. Hvilket af stofferne er i glasset? Begrund svaret, og forklar, hvorfor kun den ene af de to test afgør det.
  4. Limonen reagerer med dibrom i overskud. Opskriv reaktionsskemaet med strukturformler, og angiv reaktionstypen.

I en zigzagformel er hvert hjørne og hver ende af en streg et carbonatom, og hvert carbonatom har fire bindinger. De bindinger, der ikke er tegnet, går til hydrogenatomer. Tæl carbonatomerne i limonen først, og tæl derefter hydrogenatomerne på hvert carbonatom.

Limonen har 10 carbonatomer: 6 i ringen, 1 i methylgruppen og 3 i sidegruppen. Både limonen og carvon har to dobbeltbindinger mellem carbonatomer, én i ringen og én i sidegruppen. Carvon har også en C=O i ringen.

Du kan begynde begrundelsen i spørgsmål c sådan: “Det orange bundfald med DNPH viser, at stoffet har en … Dibromvand bliver affarvet af både limonen og carvon, fordi …”

Til spørgsmål d: der er to dobbeltbindinger i limonen, og hver af dem reagerer med ét dibrommolekyle.

  1. Limonen har to dobbeltbindinger mellem carbonatomer. Den ene sidder i ringen, mellem carbonatomet med methylgruppen og dets nabo. Den anden sidder i sidegruppen, hvor det yderste carbonatom er en =CH2-gruppe. Limonen er et alken og har ingen andre funktionelle grupper.

Carvon har de samme to dobbeltbindinger mellem carbonatomer. Carvon har også en carbonylgruppe, C=O, i ringen. Carbonatomet i carbonylgruppen har to carbonatomer som naboer, så carvon er en keton.

  1. Limonen har 10 carbonatomer: 6 i ringen, 1 i methylgruppen og 3 i sidegruppen. Hydrogenatomerne tælles på hvert carbonatom: i ringen er der 8: 1 på hvert af to carbonatomer og 2 på hvert af tre, mens carbonatomet med methylgruppen ikke har nogen. Methylgruppen har 3, og sidegruppen har 5: 2 på CH2-gruppen og 3 på CH3-gruppen. I alt er det 16 hydrogenatomer. Molekylformlen for limonen er C10H16.

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 10 + 2 + 0 - 16}{2} = 3 \]

Strukturen har én ring og to dobbeltbindinger mellem carbonatomer. Det er 3 dobbeltbindingsækvivalenter, så beregningen passer med strukturen.

  1. Glasset indeholder carvon. Det orange bundfald med DNPH viser, at stoffet har en carbonylgruppe i et aldehyd eller en keton. Carvon har en carbonylgruppe i ringen, og limonen har ingen oxygenatomer. Limonen ville ikke give noget bundfald med DNPH.

Dibromvand afgør ikke noget. Både limonen og carvon har to dobbeltbindinger mellem carbonatomer, som dibrom kan addere til, så den gule farve forsvinder med begge stoffer. Det er altså kun testen med DNPH, der viser, at glasset indeholder carvon.

  1. Hver af de to dobbeltbindinger i limonen reagerer med ét dibrommolekyle, så ét limonenmolekyle reagerer med to dibrommolekyler.
Figur 5: Limonen adderer to dibrommolekyler, ét til hver dobbeltbinding.

Reaktionen er en addition. Begge dobbeltbindinger mellem carbonatomer er blevet til enkeltbindinger, og hvert af de fire carbonatomer har fået et bromatom. Produktet har molekylformlen C10H16Br4.

Opgave A3.4.eks.3: Vanilje, der har stået længe

Vanillin er smagsstoffet i vanilje. Når vanilje står længe i luft, bliver lidt af vanillinen omdannet til vanillinsyre. Figuren viser de to stoffer.

Figur 6: Vanillin og vanillinsyre.
  1. Angiv de funktionelle grupper i vanillin og i vanillinsyre.
  2. Forklar, hvorfor jern(III)chlorid ikke kan bruges til at skelne mellem vanillin og vanillinsyre.
  3. Foreslå en test, der kan skelne mellem vanillin og vanillinsyre. Begrund svaret, og beskriv, hvad man ser med hvert af stofferne.
  4. Vanillin giver et sølvspejl i Tollens’ test. Forklar resultatet af testen: angiv reaktionstypen, vis med oxidationstal, hvad der sker med aldehydgruppen og med sølvionerne, og angiv, hvilken gruppe aldehydgruppen bliver til.

Sammenlign vanillin og vanillinsyre gruppe for gruppe. Tre af grupperne er de samme i de to molekyler. Den fjerde gruppe er forskellig, og det er den, en test skal påvise.

Både vanillin og vanillinsyre har en hydroxygruppe direkte på benzenringen og en ethergruppe, −O−CH3. Vanillin har desuden en aldehydgruppe, −CHO, og vanillinsyre har en carboxylgruppe, −COOH.

Du kan begynde svarene sådan: “Jern(III)chlorid påviser phenoler, og både vanillin og vanillinsyre har …” og “Testen er … Med vanillinsyre ser man …, fordi … Med vanillin ser man …, fordi …”

Til spørgsmål d: carbonatomet i aldehydgruppen i vanillin har en dobbeltbinding til O, en binding til H og en binding til et carbonatom i benzenringen.

  1. De funktionelle grupper i vanillin og vanillinsyre:
Stof Funktionel gruppe Stofklasse
vanillin hydroxygruppe, −OH, på benzenringen phenol
vanillin ethergruppe, −O−CH3 ether
vanillin aldehydgruppe, −CHO aldehyd
vanillinsyre hydroxygruppe, −OH, på benzenringen phenol
vanillinsyre ethergruppe, −O−CH3 ether
vanillinsyre carboxylgruppe, −COOH carboxylsyre

  1. Jern(III)chlorid påviser phenoler. Både vanillin og vanillinsyre har en hydroxygruppe, der sidder direkte på benzenringen, så begge stoffer er phenoler. Begge giver derfor en farve med jern(III)chlorid, og testen kan ikke vise, hvilket af de to stoffer en prøve indeholder.

  2. Testen er natron, som påviser carboxylsyrer. Vanillinsyre har en carboxylgruppe, −COOH. Vanillin har ingen carboxylgruppe, men en aldehydgruppe, −CHO.

Der drysses natron i en prøve af hvert stof. Med vanillinsyre kommer der bobler af CO2, fordi carboxylgruppen afgiver en hydron til hydrogencarbonationen. Testen er positiv. Med vanillin kommer der ingen bobler. Vanillin har godt nok en hydroxygruppe på benzenringen, men en phenol er for svag en syre til at reagere med natron. Testen er negativ.

Natron kan altså skelne mellem vanillin og vanillinsyre. Tollens’ test og DNPH kan også bruges, fordi kun vanillin har en aldehydgruppe: vanillin giver sølvspejl i Tollens’ test og gult eller orange bundfald med DNPH, og vanillinsyre giver ingen af delene.

  1. Reaktionen er en redoxreaktion. Aldehydgruppen i vanillin bliver oxideret, og sølvionerne bliver reduceret.

Carbonatomet i aldehydgruppen i vanillin har en dobbeltbinding til O (+2), en binding til H (−1) og en binding til et carbonatom i benzenringen (0). Oxidationstallet er +I. Efter reaktionen har carbonatomet en dobbeltbinding til O (+2), en enkeltbinding til O (+1) og en binding til carbonatomet i benzenringen (0). Oxidationstallet er steget fra +I til +III.

Hver sølvion, Ag+, optager én elektron og bliver til frit sølv, Ag. Oxidationstallet for sølv falder fra +I til 0. Carbonatomet afgiver 2 elektroner, så der bruges 2 sølvioner for hvert vanillinmolekyle. Det frie sølv sætter sig på glasset som et sølvspejl.

Aldehydgruppen, −CHO, bliver til en carboxylatgruppe, −COO−, fordi opløsningen er basisk. Produktet er altså ionen af vanillinsyre.

Opgave A3.4.eks.4: Tre glas med kanelstoffer

Kanelaldehyd giver kanel sin smag. Kanelplanten danner også kanelsyre og kanelalkohol, som har samme carbonskelet som kanelaldehyd. Figuren viser de tre stoffer. Tre glas uden etiket indeholder hver ét af de tre stoffer.

Figur 7: De tre stoffer A, B og C har samme carbonskelet.

En prøve fra det ene af de tre glas giver disse resultater:

Test Det ser man
DNPH intet bundfald
natron ingen bobler
dichromat i sur opløsning farven skifter fra orange til grøn
  1. Angiv de funktionelle grupper i hvert af de tre stoffer A, B og C.
  2. Forklar, hvorfor dibromvand ikke kan bruges til at skelne mellem de tre stoffer.
  3. Argumentér ud fra testresultaterne for, hvilket af stofferne A, B og C der er i glasset.
  4. En elev vil finde glasset med kanelalkohol ved kun at teste de tre glas med dichromat i sur opløsning. Vurdér elevens plan.

De tre stoffer A, B og C har alle en benzenring og en dobbeltbinding mellem to carbonatomer i kæden. Forskellen sidder for enden af kæden. Find den gruppe, der sidder for enden af kæden i hvert af de tre stoffer.

Gå de tre testresultater igennem ét ad gangen, og skriv for hvert resultat, hvilke af stofferne A, B og C det udelukker: “Der kommer intet bundfald med DNPH, så stoffet har ikke en … Det udelukker …”

Til spørgsmål d: dichromat i sur opløsning oxiderer primære og sekundære alkoholer, og dichromat oxiderer også aldehyder. Hvor mange af de tre glas vil blive grønne?

  1. De tre stoffer har alle en dobbeltbinding mellem to carbonatomer i kæden, så de er alle alkener. Benzenringens dobbeltbindinger tæller ikke som alkener. For enden af kæden sidder der en gruppe, som er forskellig i de tre stoffer:
Stof Gruppen for enden af kæden Stofklasse
A, kanelaldehyd aldehydgruppe, −CHO aldehyd
B, kanelsyre carboxylgruppe, −COOH carboxylsyre
C, kanelalkohol hydroxygruppe, −OH, på et carbonatom med ét carbonatom som nabo primær alkohol

  1. Dibromvand bliver affarvet af stoffer med en dobbeltbinding mellem to carbonatomer. Kanelaldehyd, kanelsyre og kanelalkohol har alle den samme dobbeltbinding mellem de to carbonatomer i kæden ved siden af benzenringen. Dibrom adderer til dobbeltbindingen i alle tre stoffer, så den gule farve forsvinder i alle tre glas. Testen giver samme resultat for A, B og C og kan ikke skelne mellem dem.

  2. Der kommer intet bundfald med DNPH. Stoffet har altså ikke en carbonylgruppe i et aldehyd eller en keton. Det udelukker A, kanelaldehyd, som har en aldehydgruppe.

Der kommer ingen bobler med natron. Stoffet er altså ikke en carboxylsyre. Det udelukker B, kanelsyre, som har en carboxylgruppe.

Dichromat skifter fra orange til grøn. Stoffet bliver altså oxideret. Det passer med C, kanelalkohol, som er en primær alkohol: carbonatomet med hydroxygruppen har to hydrogenatomer og kan oxideres.

Glasset indeholder C, kanelalkohol.

  1. Planen kan ikke lade sig gøre. Dichromat i sur opløsning oxiderer den primære alkohol kanelalkohol, hvor carbonatomet i −CH2OH har oxidationstallet −I. Men dichromat oxiderer også aldehydet kanelaldehyd, hvor carbonatomet i −CHO stiger fra +I til +III og bliver til en carboxylgruppe. Farven skifter derfor fra orange til grøn både i glasset med kanelalkohol og i glasset med kanelaldehyd, og eleven kan ikke se, hvilket af de to glas der indeholder kanelalkohol.

Eleven skal bruge en test mere, fx DNPH eller Tollens’ test. Glasset, der bliver grønt med dichromat, men ikke giver bundfald med DNPH og ikke giver sølvspejl i Tollens’ test, indeholder kanelalkohol.

Opgave A3.4.eks.5: Duften af nyslået græs

Når en græsplæne bliver slået, danner de overskårne blade et stof, der dufter af nyslået græs. Stoffet kaldes her stof X. Det består af carbon, hydrogen og oxygen.

En elementaranalyse viser, at stof X indeholder 71,95 % carbon, 12,08 % hydrogen og 15,98 % oxygen, målt i masseprocent. Molarmassen er 100,2 g/mol.

Figuren viser fire stoffer, A, B, C og D, som alle har samme molekylformel som stof X.

Figur 8: Fire stoffer med samme molekylformel som stof X.

Tre prøver af stof X bliver testet:

Test Det ser man
dibromvand den gule farve forsvinder
DNPH intet bundfald
dichromat i sur opløsning farven skifter fra orange til grøn
  1. Bestem den empiriske formel for stof X.
  2. Bestem molekylformlen for stof X, og beregn antallet af dobbeltbindingsækvivalenter.
  3. Argumentér ud fra testresultaterne for, hvilket af stofferne A, B, C og D der er stof X.
  4. Opskriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem stof X og dibrom, og angiv reaktionstypen.

Brug fremgangsmåden fra afsnit A3.1: regn på 100 g af stof X, find stofmængden af carbon, hydrogen og oxygen med n = m / M, og divider de tre stofmængder med den mindste af dem.

I 100 g af stof X er der 71,95 g C, 12,08 g H og 15,98 g O. Molekylformlen findes ved at dividere molarmassen, 100,2 g/mol, med formelmassen for den empiriske formel.

Til spørgsmål c: find først den funktionelle gruppe i hvert af de fire stoffer A, B, C og D. Gå derefter de tre testresultater igennem ét ad gangen, og skriv, hvilke af de fire stoffer hvert resultat udelukker: “Der kommer intet bundfald med DNPH, så stof X har ikke en … Det udelukker …”

  1. I 100 g af stof X er der 71,95 g C, 12,08 g H og 15,98 g O.
C H O
m i g 71,95 12,08 15,98
M i g/mol 12,01 1,008 16,00
n = m / M i mol 5,991 11,984 0,999
n divideret med 0,999 mol 6,00 12,00 1,00

Den mindste stofmængde er 0,999 mol. Divideres de tre stofmængder med den, bliver forholdet 6 : 12 : 1. Den empiriske formel for stof X er C6H12O.

  1. Den empiriske formel C6H12O har formelmassen

\[ M_\mathrm{emp} = \left(6 \cdot 12{,}01 + 12 \cdot 1{,}008 + 16{,}00\right)\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 100{,}2\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

Molarmassen divideres med formelmassen:

\[ \frac{M}{M_\mathrm{emp}} = \frac{100{,}2\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}{100{,}2\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 1{,}00 \]

Molekylformlen er den samme som den empiriske formel. Stof X har molekylformlen C6H12O.

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 6 + 2 + 0 - 12}{2} = 1 \]

Stof X har én dobbeltbinding eller én ring.

  1. Alle fire stoffer har én dobbeltbindingsækvivalent: A har en C=O i en aldehydgruppe, B har en C=O i en keton, C har en ring, og D har en dobbeltbinding mellem to carbonatomer.

Dibromvand bliver affarvet. Stof X har altså en dobbeltbinding mellem to carbonatomer. Det passer kun med D. I A og B er dobbeltbindingen en C=O, og C har kun enkeltbindinger.

Der kommer intet bundfald med DNPH. Stof X har altså ikke en carbonylgruppe i et aldehyd eller en keton. Det udelukker A, som er et aldehyd, og B, som er en keton.

Dichromat skifter fra orange til grøn. Stof X bliver altså oxideret. Det passer med en primær eller sekundær alkohol, altså C eller D. Aldehydet A ville også blive oxideret af dichromat, men A er udelukket af testen med DNPH. D har en hydroxygruppe på det yderste carbonatom i kæden og er en primær alkohol.

Alle tre resultater passer med D, og ingen af de tre andre stoffer passer med dem alle. Stof X er D, hex-3-en-1-ol. Figuren viser cis-formen, som er den, planterne danner. Stoffet kaldes også bladalkohol.

  1. Dibrom adderer til dobbeltbindingen mellem carbonatom nr. 3 og nr. 4 i hex-3-en-1-ol:

CH3CH2CH=CHCH2CH2OH + Br2 → CH3CH2CHBrCHBrCH2CH2OH

Reaktionen er en addition. Dobbeltbindingen mellem de to carbonatomer er blevet til en enkeltbinding, og hvert af de to carbonatomer har fået et bromatom. Hydroxygruppen er uændret.