Etansyre, massespekter og 1H-NMR av ester med C6-alkohol

Del 2, alle hjelpemidler

Etansyre, massespekter og 1H-NMR av ester med C6-alkohol

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Eddiksyre (etansyre) produseres i store mengder, noe til matindustrien, men det meste som utgangsstoff for kjemiske synteser.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Hvordan kan man finne ut om en løsning inneholder bare etanol, en blanding av etanol og etansyre eller bare etansyre?

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Etanol reagerer med kaliumpermanganat i sur løsning og danner etansyre. Bruk oksidasjonstall, og vis at dette er en redoksreaksjon.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Figur 1 viser massespekteret til etansyre. Forklar toppene A, B, C, D og E som er markert i spekteret.

Massespekter for etansyre med relativ intensitet mot m/z fra 10 til 75 og toppene A til E markert i rødt
Figur 1: Massespekter for etansyre med relativ intensitet mot m/z fra 10 til 75 og toppene A til E markert i rødt
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

6,0 g etansyre reagerer med en alkohol i en kondensasjonsreaksjon og gir en ester. Produktet veier 6,12 g, og utbyttet basert på etansyre er 60 %. Tegn strukturen til to mulige alkoholer som etansyre har reagert med.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Etansyre reagerer med en alkohol med seks karbonatomer og gir en ester, slik figur 2 viser. Figur 3 viser 1H-NMR-spekteret til esteren.

  • Forklar hvilke hydrogenatomer som gir singletten ved ppm lik 2.
  • Tegn strukturen til alkoholen etansyren reagerte med på basis av 1H-NMR-spekteret i figur 3.
Strukturformel for esteren CH3COO–C6H13
Figur 2: Strukturformel for esteren CH3COO–C6H13
^1\mathrm{H}-NMR-spekteret til esteren. De røde tallene viser relativt areal/integral. Septett og singlett ved 2 ppm overlapper
Figur 3: ^1\mathrm{H}-NMR-spekteret til esteren. De røde tallene viser relativt areal/integral. Septett og singlett ved 2 ppm overlapper
Fasit

Etansyre gjør løsningen sur, og etanol avfarger surt kaliumpermanganat. Blandingen gir begge utslagene.

Karbonet i alkoholgruppa går fra −1 til +3 (oksidasjon), og mangan går fra +7 til +2 (reduksjon).

A: CH3+, B: CHO+, C: CH3CO+, D: COOH+, E: molekylionet [CH3COOH]+.

M(ester)=102 g/mol, så alkoholen er C3H7OH: propan-1-ol eller propan-2-ol.

Singletten kommer fra de tre hydrogenatomene i acetylgruppa CH3–C(=O)–O–, og alkoholen er 2-etylbutan-1-ol.

LøsningsforslagKI-generert

Etansyre er en svak syre, mens etanol er nøytralt. Etanol er en primær alkohol som lar seg oksidere, mens etansyre allerede er oksidert. Vi bruker derfor to tester.

Test 1: mål pH, eller tilsett en syre-base-indikator som metyloransje (omslag 3,2–4,4). Er etansyre til stede, blir løsningen sur. Vi kan også tilsette natriumhydrogenkarbonat og se etter gassutvikling:

CH3COOH(aq)+HCO3−(aq)→CH3COO−(aq)+H2O(l)+CO2(g)

Test 2: tilsett noen dråper surt kaliumpermanganat. Etanol reduserer MnO4− til Mn2+, og den fiolette fargen forsvinner. Etansyre gir ingen fargeendring.

Resultatene tolkes slik:

  • Bare etanol: nøytral løsning, men permanganatet avfarges.
  • Bare etansyre: sur løsning, og permanganatet beholder fargen.
  • Blanding: sur løsning, og permanganatet avfarges.

Vi bruker de vanlige reglene: hver C–H-binding gir karbonet −1, hver C–O-binding gir +1, og C–C-bindinger gir 0.

I etanol CH3–CH2OH:

CH3:3⋅(−1)=−3CH2OH:2⋅(−1)+1=−1

I etansyre CH3–COOH:

CH3:3⋅(−1)=−3COOH:2+1=+3

Karbonet i alkoholgruppa går fra −1 til +3. Det avgir fire elektroner og blir oksidert. Metylkarbonet er uendret.

I MnO4− har oksygen −2, så mangan har oksidasjonstall +7. I sur løsning blir permanganat redusert til Mn2+ med oksidasjonstall +2 (vedlegget: MnO4−+8H++5e−→Mn2++4H2O, E∘=1,51 V). Mangan tar opp fem elektroner og blir redusert.

Ett grunnstoff øker oksidasjonstallet og et annet minker. Reaksjonen er derfor en redoksreaksjon. Halvreaksjonene balanseres med henholdsvis 5 og 4:

5CH3CH2OH+4MnO4−+12H+→5CH3COOH+4Mn2++11H2O

Etansyre er CH3COOH med molar masse 60 g/mol.

E, m/z=60: molekylionet [CH3COOH]+. Toppen ligger lengst til høyre og gir molar masse 60 g/mol.

D, m/z=45: molekylionet har mistet metylgruppa (15). Igjen står karboksylfragmentet COOH+.

C, m/z=43: molekylionet har mistet OH (17). Vi får acyliumionet CH3CO+. Dette er basetoppen, fordi ionet er stabilisert ved resonans mellom karbon og oksygen.

B, m/z=29: formylionet CHO+, som dannes ved videre oppbryting av karboksyldelen.

A, m/z=15: metylkationet CH3+. Det er den andre halvdelen av bruddet som gir toppen ved 45.

Vi finner først stoffmengden etansyre. M(CH3COOH)=60,05 g/mol:

n(CH3COOH)=6,0 g60,05 g/mol=0,0999 mol

Kondensasjonen gir én ester per etansyre. Utbyttet er 60 %, så

n(ester)=0,60⋅0,0999 mol=0,0599 mol

Produktet veier 6,12 g:

M(ester)=6,12 g0,0599 mol=102 g/mol

Esteren er CH3COO–R. Acetatdelen CH3COO veier 59,0 g/mol, og da er

M(R)=102,1 g/mol−59,0 g/mol=43,1 g/mol

Det passer med C3H7 (43,1 g/mol). Alkoholen er altså C3H7OH med M=60 g/mol, og esteren er C5H10O2. Det finnes to slike alkoholer:

Fullstendig strukturformel for propan-1-ol

Fullstendig strukturformel for propan-2-ol

Integralet under singletten er 3, så signalet kommer fra de tre hydrogenatomene i metylgruppa, CH3–C(=O)–O–. Karbonylkarbonet ved siden av har ingen hydrogenatomer, så det blir ingen kobling og signalet blir en singlett. Vedlegget gir 2,0–2,5 ppm for slike hydrogenatomer, i samsvar med skiftet på 2 ppm.

Esteren CH3COO–C6H13 er C8H16O2 med 16 hydrogenatomer, og integralsummen er 2+1+3+4+6=16. Integralene gir altså antall hydrogenatomer, og de 13 øvrige fordeler seg slik:

  • Dublett ved 4 ppm, 2 H: –O–CH2– (vedlegget: 3,8–4,1 ppm). Dubletten viser én nabo, altså et CH.
  • Septett, 1 H: dette CH-et har seks naboer.
  • Kvintett ved 1,3 ppm, 4 H: to like CH2-grupper med fire naboer hver.
  • Triplett ved 0,9 ppm, 6 H: to like CH3-grupper med to naboer hver.

Da må CH-et bære CH2-gruppa med oksygen og to etylgrupper, seks naboer til sammen, og alkoholen er 2-etylbutan-1-ol, CH3CH2–CH(CH2CH3)–CH2OH:

Fullstendig strukturformel for 2-etylbutan-1-ol

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i kjemi. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2020. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt