organic chemistry

profilelulsab
chem301apracticehwset1.pdf

 

CHEM  301  A      

HOMEWORK  SET  1    

NAME:            _____________________________    SIGNATURE_______________  

Please  staple  and  hand  in  H/W  sets  IN  CLASS  on  due  date.  

1. Draw  complete  Lewis  Structures  showing  all  bonds,  lone  pairs  for  the   following  molecules.    Label  the  Functional  groups  and  Type  of  Compounds  by   looking  up  Table  3.1  3.2  and  3.3  in  textbook.    Remember  all  carbons  must   have  a  total  of  four  bonds,  oxygen  2  bonds  and  nitrogen  3  bonds.    Provide   answers  in  the  space  provided.    Do  not  attach  sheets  to  any  of  the  HW  Sets.    

a. C2H2   b. HCONH2  

 

c. CH3CHO   d. CH3COCH3  

 

e. CH3OH   f. CH3COOH  

     

g. CH3NH2          

h. CH3COOCH3    

 

 

 

   

2.    Draw  2-­‐3    Lewis  structures  for  each  of  the  following  formula  as  indicated,  and   identify  the  functional  groups  in  each  of  the  structures.    All  structures  must  be   neutral.    What  is  the  hybridization  of  the  hetero  atom  (non  C,  H  atom).    What  are  the   bond  angles  of  the  hetero  atom?  

(i)  C2H6O  (2  structure)  

 

 

    (a)             (b)  

Functional  groups:  (a)______________________    (b)_______________________  

Hybridization:  (a)______________________    (b)_______________________  

Bond  Angles:  (a)______________________    (b)_______________________  

(ii)  C2H4O  (3  structures)  

 

 

 

(a)          (b)         (c)  

Functional  groups:  (a)___________________    (b)_________________  (c)__________  

Hybridization:  (a)_________________  (b)_________________  (c)__________________  

Bond  Angles:  (a)__________________(b)__________________(c)___________________  

3. What  is  the  hybridization  of  the  lone  pair  orbitals  on  the  oxygen   and  nitrogen  atoms  pointed  to  in  the  molecule?    What  is  angle   between  the  lone  pair  and  the  bond?    

4.

O

N

 

5. Draw  4  Constitutional  isomers  possible  for  each  of  the  molecular  formulae  a-­‐ c  below  (don’t  forget  the  cyclic  structures).    Draw  them  in  the  line  diagram   format.  

  a. C3H6O  

 

 

   

 

 

 

 

b. C4H6O  

 

 

 

 

 

 

 

 

  c.    C3H4O  

 

 

 

 

 

 

3.  Draw  the  Expanded  Lewis  structures  for  one  of  the  resonance  structures   with  lines  for  bonds  and  ..  dots  for  lone  pair  electrons.    Calculate  the  formal   charges  on  the  atoms  in  bold  type.    (Hint:  take  off  a  valence  electron  for  positive   charge  and  add  a  valence  e-­‐  for  negative  charge).  FC=?  

 

1. CH2N2                   2. (CH5O)+  

                3.  (C2H5)  +    

 

 

 

4.  (C2  H5)  –    

 

 

 

 

5.  (CH3O )  –    

 

 

 

 

 

  6.  (C2H5N H ) –

  7. (CH6N )  +    

 

 

 

 

8.  CH2O            

 

4.A.    Draw  the  Expanded  Lewis  structures  with  lines  for  all  bonds  and  ..  dots   for  lone  pair  electrons.    Predict  the  geometry  (tetrahedral=Th,  trigonal   planar=TP,  linear),  bond  angles  109.5o  or  120o    or  180o,  and  the  hybridization  of   the  BOLDED  atoms.    All  atoms  MUST  have  octets.    (Hint:  CO  can  be  single  or   double  bond).  Draw  the  expanded  structure  next  to  the  condensed  structure.  

(a)  

 

 

Put  an  X  in  the  correct  box  below  to  indicate  the  answer  

  Geometry  

(Th,                    TP,                        Linear)  

Hybridization  

(sp3,  sp2,  sp)    

Bond  Angle  (o)  

(109.5,  120,  180)  

                 

                 

A  

 

B  

C                    

 

(b)  

 

 

 

  Geometry  

(Th,                            TP,                    Linear)  

Hybridization  

(sp3,                  sp2,                      sp)    

Bond  Angle  (o)  

(109.5,              120,              180)  

                 

                 

D    

E  

F                    

1.!HC=C-CH2-­‐CH=CH-­‐CO-CH3

A B C

2. Cl-CH2-COO-CH3

D E F

c.      

 

 

 

  Geometry  

(Th,                            TP,                    Linear)  

Hybridization  

(sp3,                  sp2,                      sp)    

Bond  Angle  (o)  

(109.5,              120,              180)  

                 

                 

G  

 

H  

I                    

 

  B. Draw  the  orbital  diagrams  showing  the  hybridized  orbitals  and  the  pi   orbitals  for  the  molecules  given  below.    Show  all  hybridized  sigma  and  lone  pair   orbitals  plus  the  pi  orbitals.     a. Ethylene  (CH2CH2),          

              b.  acetylene  (C2H2)                

3.HO-CH2CONHCH2OCH3

H IG

  c. formaldehyde  (HCHO)    

           

   

   

d.  (-­OH)            

    e. (NH4+)              

    f.    (CH3+)  

    5.A.  Draw  arrows  to  show  the  movement  of  non-­‐bonding  and  pi  electrons  during   resonance  between  the  structures  below,  going  from  A  to  B  to  C  to  D  and  back  to   A.    

O N O

O

H

H

C

HH

O N O

O

H

H

C

HH

O N O

O

H

H

HH

O N O

O

H

H

HH

A B

C D

  B.  Draw  at  least  2  Resonance  structures  each  for  the  following  anions.    All   structures  must  be  correct  expanded  Lewis  Structures  showing  lone  pairs   and/or  charges.      Show  the  curved  arrows  leading  to  the  resonance   structures.    

1.                                            -CH2-­‐CH=CH-­‐CHO  

 

 

 

 

 

 

 

 

2.    

O

H2N

H H

O

O

 

 

 

 

              3.  

     

H3C O O

CH3

OO

H

         

6.    Acidity  is  directly  proportional  the  stability  of  the  conjugate  base.  The   conjugate  bases  (A-­‐)  of  acetic  acid  and  phenol  are  given  below.    Write  the  resonance   structures  for  them.    

H3C O

O

H3C O-H

O

O

H

H

H

H

H

O-H

H

H

H

H

H

H+ +

H+ +

 

Why  is  acetic  acid  which  has  a  pKa  of  5,    more  acidic  than  phenol,  pKa  =  10  even   though  the  conjugate  base  of  phenol  has  more  resonance  structures?    

7.  Rank  the  following  according  to  their  polarity  from  lowest  to  highest.    Show   direction  of  net  dipole  for  each  molecule.    Rationalize  your  answer  briefly.  

(1)  CH3Cl  (2)  CH3F    (3)  CF4    (4)  CH2F2  

 

 

 

 

 

 

(2)  CH3CH2OH  (2)  CH3F    (3)  CH3NH2      

 

 

 

 

 

 

3.  CH3CH2COOH  (2)  CH3OH    (3)  CH3OCH3      

 

 

 

 

4.  

O

O

O-

O

1 2 3  

 

 

 

Q8.a.  Draw  the  Newman  projections  for  the  cis  and  trans  1,3  substiruted   cyclohexanes  and  circle  the  most  stable  conformer.    Provide  reasons  for  your  choice.  

H

H

H H

H2C H

HH2C

H

H H

H

CH2H H

CH2

H

H

H H

H2C H H

H2C

H

H

H H

CH2H H

CH2

Larger group equatorial has less 1,3-diaxial steric

Both group equatorial has less 1,3-diaxial steric

Large 1,3-diaxial steric

  Practice  

b.  Draw  the  Newman  projections  for  the  cis  and  trans  1,2  substiruted  cyclohexanes   and  circle  the  most  stable  conformer.    Provide  reasons  for  your  choice.  

c.  Draw  the  Newman  projections  for  the  cis  and  trans  1,4  substiruted  cyclohexanes   and  circle  the  most  stable  conformer.    Provide  reasons  for  your  choice.  

 

 

a. Q9.  .  Draw  the  Newman  projections  for  2-­methylbutane  ,  CH3CH2CH(CH3)2   for  rotation  about  the  C2-­C3  bond,  (C2  carbon  must  be  the  front  carbon)  for   every  60o  rotation.  On  templates  provided  below.   Draw  the  corresponding  energy  graph  of  the  dihedral  angle  (x  axis)    vs  the   increased  steric  energy  (y  axis)  for  the  rotation  around  this  middle  carbon-­‐ carbon  bond  of  2-­‐methylbutane  below.    You  must  calculate  the  energy  of  the   conformers  from  values  provided  in  the  chart.    

 

 

 

 

 

 

b.    Draw  the  conjugate  bases  for  the  following  molecule  in  order  of  deprotonation.  

 

conjugate base 1 conjugate base 2

HO

O

OH

 

c    A.  Draw  the  two  chair  conformations  for  the  compounds  below.    Circle  the  higher   energy  structure.    Give  one  reason  for  your  answer.    

 

 

 

Total  Points  _________/15_______      Good  Luck!