Principali reazioni organiche

Il propene ($\mathrm{CH_3-CH=CH_2}$) subisce una reazione di addizione elettrofila quando viene trattato con acqua in presenza di acido solforico diluito come catalizzatore, secondo la regola di Markovnikov (il protone si addiziona preferenzialmente al carbonio con il maggior numero di idrogeni).

1. a) Scrivi la formula e il nome del reagente di partenza e del prodotto organico maggioritario ottenuto in questa idratazione.
2. b) Giustifica, motivando la risposta, perché il propan-1-olo non si ottiene come prodotto maggioritario.

Si desidera sintetizzare propanone in laboratorio mediante una sequenza di due stadi a partire dal propene. Nello stadio 1, il propene viene idratato in presenza di acido solforico acquoso secondo la regola di Markovnikov, fornendo un alcol secondario come prodotto maggioritario. Nello stadio 2, tale alcol viene purificato e ossidato con dicromato di potassio in ambiente acido per ottenere propanone.

1. a) Scrivi le equazioni dei due stadi, classificando, motivando la risposta, ciascuna reazione secondo il tipo di processo organico (addizione, sostituzione, eliminazione, ossidoriduzione).
2. b) Se si parte da $84{,}0\,\text{g}$ di propene e lo stadio 1 ha una resa del $75{,}0\,\%$ mentre lo stadio 2 ha una resa del $80{,}0\,\%$, calcola la massa finale di propanone puro ottenuta. Masse atomiche: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$.

Gli alogenuri alchilici possono subire trasformazioni selettive a seconda della natura del reagente e del solvente impiegato.

1. a) Scrivi l'equazione bilanciata della reazione di sostituzione nucleofila tra l'1-bromopropano ($\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2Br}$) e una soluzione acquosa diluita di idrossido di sodio a temperatura moderata, nominando il prodotto organico formato.
2. b) Indica la struttura semisviluppata e il nome del prodotto che si otterrebbe se il propene formato in una reazione secondaria fosse sottoposto a idrogenazione catalitica con $\mathrm{H_2}$ in presenza di nichel.

La combustione completa degli alcoli produce anidride carbonica e vapore acqueo, liberando una notevole quantità di energia termica.

1. a) Scrivi e bilancia con coefficienti stechiometrici interi l'equazione chimica di combustione completa dell'etanolo ($\mathrm{CH_3-CH_2OH}$).
2. b) Calcola il volume di anidride carbonica misurato a $25\,^{\circ}\text{C}$ e $1{,}0\,\text{atm}$ che si sviluppa bruciando completamente $23{,}0\,\text{g}$ di etanolo. Dati: masse atomiche relative: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$; costante dei gas $R = 0{,}082\,\text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

Il comportamento chimico di un alcol primario nei confronti di un agente ossidante energico come il dicromato di potassio in ambiente acido dipende dalle condizioni sperimentali impiegate. Osserva il seguente schema di trasformazione

1. a) Identifica, motivando la risposta, le formule semisviluppate e i nomi sistematici dei prodotti organici $\mathrm{A}$ e $\mathrm{B}$.
2. b) Giustifica perché la distillazione immediata del mezzo permette di isolare selettivamente il composto $\mathrm{A}$, mentre il riflusso prolungato con ossidante in eccesso porta a $\mathrm{B}$.

In un rapporto storico di analisi organica vengono descritti quattro flaconi senza etichetta ($\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ e $\mathrm{D}$), ciascuno dei quali contiene una delle seguenti sostanze liquide pure: propanale, propanone, acido propanoico ed esa-1-ene. Per identificarle sono stati registrati tre saggi chimici indipendenti, che si analizzano come dati senza riprodurli:

1. Aggiunta di una soluzione rossastra di bromo in tetracloruro di carbonio: solo la sostanza $\mathrm{C}$ decolora la soluzione in modo rapido e immediato senza sviluppo di gas.

2. Aggiunta di soluzione acquosa satura di idrogenocarbonato di sodio ($\mathrm{NaHCO_3}$): solo la sostanza $\mathrm{D}$ produce un evidente gorgogliamento effervescente.

3. Saggio con reattivo di Tollens (soluzione ammoniacale di $\mathrm{Ag^+}$): la sostanza $\mathrm{A}$ forma uno specchio d'argento metallico sulle pareti della provetta se scaldata dolcemente, mentre $\mathrm{B}$ non produce alcun cambiamento visibile.

1. a) Assegna, motivando la risposta, ciascuna sostanza alle lettere $\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ e $\mathrm{D}$.
2. b) Scrivi le equazioni chimiche corrispondenti ai saggi positivi descritti per $\mathrm{C}$ e $\mathrm{D}$.

In un reattore chiuso di $1{,}00\,\text{L}$ a temperatura costante di $25\,^{\circ}\text{C}$, si mescolano $2{,}00\,\text{mol}$ di acido acetico (acido etanoico) e $2{,}00\,\text{mol}$ di etanolo in presenza di una quantità catalitica di acido solforico concentrato.

1. a) Scrivi la reazione di esterificazione indicando i nomi dell'estere e del sottoprodotto inorganico formati.
2. b) Sapendo che la costante di equilibrio adimensionale per questa esterificazione in soluzione è $K_c = 4{,}00$ a tale temperatura, calcola la quantità di estere (in moli) presente all'equilibrio e la resa percentuale del processo. Inizialmente non ci sono né estere né acqua. Supponi un mezzo ideale a volume costante preparato con reagenti anidri e, se necessario, un solvente inerte; includi l'acqua formata nell'espressione dell'equilibrio.

L'idrolisi basica o saponificazione dell'acetato di etile, $\mathrm{CH_3-COO-CH_2-CH_3}$, consuma una base forte. a) Scrivi l'equazione molecolare della sua reazione con soluzione acquosa di idrossido di sodio e nomina i due prodotti organici ottenuti, uno dei quali in forma di sale. b) Si trattano $17{,}6\,\mathrm{g}$ di estere con $250\,\mathrm{mL}$ di $\mathrm{NaOH}$ $1{,}00\,\mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1}$. Identifica il reagente limitante e calcola la massa di acetato di sodio isolata se la resa rispetto al massimo stechiometrico è del $85{,}0\,\%$. Dati: masse atomiche relative, C = 12,0; H = 1,0; O = 16,0; Na = 23,0.

Si progetta un percorso di tre stadi consecutivi per sintetizzare acetato di etile a partire dall'etene ($\mathrm{CH_2=CH_2}$):

Stadio 1: Idratazione acida dell'etene per ottenere etanolo con una resa del $80{,}0\,\%$.

Stadio 2: Ossidazione energica a riflusso della metà delle moli di etanolo ottenute nello stadio 1 mediante $\mathrm{KMnO_4/H^+}$ in eccesso fino ad acido acetico, con una resa del $90{,}0\,\%$.

Stadio 3: Condensazione (esterificazione di Fischer) tra l'acido acetico ottenuto nello stadio 2 e l'altra metà dell'etanolo messa da parte dallo stadio 1.

1. a) Scrivi le equazioni dei tre stadi indicando condizioni e catalizzatori abituali.
2. b) Se il processo parte da $112\,\text{g}$ di etene e la resa dell'esterificazione finale (stadio 3) rispetto al reagente limitante è del $70{,}0\,\%$, calcola la massa di acetato di etile ottenuta. Masse atomiche: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$.