{"id":"chemia-2018-maj-matura-rozszerzona/zad/24","paper_id":"chemia-2018-maj-matura-rozszerzona","number":"24","points":1,"ptype":"closed","subject":"chemia","category":"matura","year":2018,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 24. (0-1)\nNa przebieg reakcji propenu z bromowodorem ma wpływ obecność nadtlenków\nw mieszaninie reakcyjnej, co zilustrowano na poniższym schemacie.\n3\n3\n3\n3\n3\n2\n3\n2\n3\n2\n2\nCH\nCH\nCH\nCH\nCHBr\nCH\nCH\nCH\nCH\nHBr\nCH\nCH\nCH Br\nCH\nCH\nCH Br\n⊕\nNa podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985.\nUzupełnij poniższe zdania - wybierz i podkreśl jedno określenie spośród podanych\nw nawiasie.\nGdy w środowisku reakcji nie ma nadtlenków, bromowodór przyłącza się do propenu\n(niezgodnie / zgodnie) z regułą Markownikowa. Ta addycja przebiega poprzez tworzenie\ndrobin z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla. Jest to addycja\n(rodnikowa / nukleofilowa / elektrofilowa) do podwójnego wiązania węgiel - węgiel.\nMCH_1R\nGdy w środowisku reakcji są obecne nadtlenki, addycja jest (niezgodna / zgodna) z regułą\nMarkownikowa. W tej reakcji przejściowo tworzy się (karbokation pierwszorzędowy /\nkarbokation drugorzędowy / rodnik pierwszorzędowy / rodnik drugorzędowy).\nInformacja do zadań 25.-27.\nW poniższej tabeli zestawiono informacje na temat cząsteczek trzech węglowodorów\no prostych (nierozgałęzionych) łańcuchach węglowych.\nWęglowodór\nLiczba atomów węgla\no danej hybrydyzacji\nDodatkowe informacje\nsp\nsp2\nsp3\nA\n0\n4\n0\nbrak\nB\n0\n2\n2\nwystępuje w postaci izomerów cis i trans\nC\n2\n0\n2\ndwa atomy węgla w cząsteczce nie są\nzwiązane z atomami wodoru","answer":null,"answer_text":"Zadanie 24. (0-1)\nII. Rozumowanie\ni zastosowanie nabytej\nwiedzy do rozwiązywania\nproblemów.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n9. Węglowodory. Zdający:\n9.3) ustala rzędowość atomów węgla w cząsteczce […];\n9.4) […] wykazuje się rozumieniem pojęć: […] izomeria;\n9.8) […] przewiduje produkty reakcji przyłączenia cząsteczek\nniesymetrycznych do niesymetrycznych alkenów na\npodstawie reguły Markownikowa (produkty główne\ni uboczne);\n9.11) wyjaśnia na prostych przykładach mechanizmy reakcji\n[…] addycji […].\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawne uzupełnienie zdań.\n0 p. - za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.\nPoprawna odpowiedź\nGdy w środowisku reakcji nie ma nadtlenków, bromowodór przyłącza się do propenu\n(niezgodnie / zgodnie) z regułą Markownikowa. Ta addycja przebiega poprzez tworzenie\ndrobin z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla. Jest to addycja\n(rodnikowa / nukleofilowa / elektrofilowa) do podwójnego wiązania węgiel - węgiel.\nGdy w środowisku reakcji są obecne nadtlenki, addycja jest (niezgodna / zgodna) z regułą\nMarkownikowa.\nW\ntej\nreakcji\nprzejściowo\ntworzy\nsię\n(karbokation\npierwszorzędowy / karbokation\ndrugorzędowy / rodnik\npierwszorzędowy / rodnik\ndrugorzędowy).","solution":"## Poprawna odpowiedź:\n\n**Zdanie 1:** Gdy w środowisku reakcji nie ma nadtlenków, bromowodór przyłączy się do propenu **zgodnie** z regułą Markownikowa. Ta addycja przebiega poprzez tworzenie drobin z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla. Jest to addycja **elektrofilowa** do podwójnego wiązania węgiel-węgiel.\n\n**Zdanie 2:** Gdy w środowisku reakcji są obecne nadtlenki, addycja jest **niezgodna** z regułą Markownikowa. W tej reakcji przejściowo tworzy się **rodnik drugorzędowy**.\n\n## Sposób 1 - analiza mechanizmów na podstawie budowy przejściowych drobin\n\n### Zdanie 1 - bez nadtlenków: addycja elektrofilowa (mechanizm jonowy)\n\nPropenowi:\n\n\\[\\ce{CH2=CH-CH3}\\]\n\nodpowiada niesymetrycznie podstawione alkeny. Brak nadtlenków → mechanizm **elektrofilowy** (AE).\n\n**Krok 1 - atak elektrofila \\(\\ce{H+}\\):**\n\nCząsteczka \\(\\ce{HBr}\\) dostarcza proton \\(\\ce{H+}\\) jako elektrofil. Atakuje on wiązanie \\(\\pi\\).\n\nZgodnie z **regułą Markownikowa**: H przyłącza się do węgla z **większą liczbą atomów H** (tu C1 = \\(\\ce{=CH2}\\), ma 2H), a \\(\\ce{Br-}\\) - do bardziej podstawionego (C2).\n\n**Krok 2 - tworzenie karbokationu:**\n\n\\[\\ce{H+ + CH2=CH-CH3 -> [CH3-\\overset{+}{C}H-CH3]}\\]\n\nPowstaje **karbokation drugorzędowy** (izopropylowy) - ładunek \\(+\\) na C2. Jest stabilniejszy niż pierwszorzędowy (karbokation na C1).\n\n**Krok 3 - atak nukleofila \\(\\ce{Br-}\\):**\n\n\\[\\ce{[CH3-\\overset{+}{C}H-CH3] + Br- -> CH3-CHBr-CH3}\\]\n\nProdukt: **2-bromopropan** - zgodny z regułą Markownikowa. Addycja jest **elektrofilowa** (inicjuje ją elektrofil \\(\\ce{H+}\\)).\n\n### Zdanie 2 - z nadtlenkami: addycja rodnikowa (mechanizm rodnikowy)\n\nNadtlenki (\\(\\ce{ROOR}\\)) inicjują łańcuch rodnikowy - dostarczają rodnik \\(\\ce{Br•}\\) zamiast \\(\\ce{H+}\\).\n\n**Krok 1 - atak rodnika \\(\\ce{Br•}\\):**\n\nRodnik \\(\\ce{Br•}\\) jest elektrycznie obojętny i atakuje wiązanie \\(\\pi\\), dążąc do utworzenia **najbardziej trwałego rodnika pośredniego**.\n\n\\[\\ce{Br• + CH2=CH-CH3 -> BrCH2-\\overset{•}{C}H-CH3}\\]\n\nBr• przyłącza się do **C1** (terminalnego \\(\\ce{=CH2}\\)) → na C2 powstaje **rodnik drugorzędowy** (C2 sąsiaduje z \\(\\ce{CH3}\\) i \\(\\ce{CH2Br}\\)) - **bardziej trwały** niż pierwszorzędowy.\n\nGdyby Br• zaatakował C2:\n\n\\[\\ce{Br• + CH2=CH-CH3 -> \\overset{•}{C}H2-CHBr-CH3}\\]\n\n→ rodnik pierwszorzędowy na C1 - **mniej trwały** → ta droga jest pomijana.\n\n**Krok 2 - abstrakcja H z \\(\\ce{HBr}\\):**\n\n\\[\\ce{BrCH2-\\overset{•}{C}H-CH3 + HBr -> BrCH2-CH2-CH3 + Br•}\\]\n\nProdukt: **1-bromopropan** - Br na C1, a nie na C2 jak nakazuje reguła Markownikowa → addycja **niezgodna** z regułą Markownikowa (efekt Karascha).\n\n## Sposób 2 - weryfikacja przez trwałość drobin przejściowych\n\nOba mechanizmy wybierają **ścieżkę przez trwalszą drobinę pośrednią**:\n\n| Warunki | Drobina pośrednia | Przyłączenie Br | Trwalsza drobina | Produkt |\n| Bez nadtlenków (jonowy) | Karbokation | do C2 | **2°** karbokation (C2) stabilniejszy niż 1° (C1) | 2-bromopropan |\n| Z nadtlenkami (rodnikowy) | Rodnik | do C1 | **2°** rodnik (C2) stabilniejszy niż 1° (C1) | 1-bromopropan |\n\nW obu przypadkach drobiną przejściową z wyższą trwałością jest ta **drugorzędowa** - ale jej rodzaj jest różny: karbokation vs rodnik. Stąd produkty są różne (wręcz odwrotne pod względem miejsca przyłączenia Br).\n\n## Wzory z karty CKE\n\nW tym zadaniu nie używamy konkretnych wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość:\n- reguły Markownikowa (budowa bardziej trwałego karbokationu/rodnika)\n- definicji węgla 1°, 2°, 3° oraz odpowiadających karbokationów i rodników\n\n> 📖 Znajomość trwałości karbokationów i rodników (2° > 1°) to wiedza z podręcznika, nie z karty CKE. Na egzaminie maturzysta korzysta z niej \"z głowy\".\n\n## Dlaczego inne odpowiedzi są błędne\n\n**Zdanie 1:**\n\n| Wariant | Błąd |\n| **niezgodnie** | Błąd: bez nadtlenków działa mechanizm jonowy, H+ tworzy **stabilniejszy karbokation 2°** → Br ląduje na C2 → to jest właśnie reguła Markownikowa |\n| **rodnikowa** | Błąd: rodniki wymagają inicjatorów (nadtlenkówlub światła UV); bez nadtlenków brak źródła rodników |\n| **nukleofilowa** | Błąd: addycja nukleofilowa do alkenu nie zachodzi w tych warunkach; atakujący jest elektrofil (H+), nie nukleofil |\n\n**Zdanie 2:**\n\n| Wariant | Błąd |\n| **zgodna** z r. Markownikowa | Błąd: w mechanizmie rodnikowym atakuje Br•, nie H+; Br trafia na C1 (terminalny), czyli **odwrotnie** niż w r. Markownikowa |\n| **karbokation pierwszorzędowy** | Błąd: karbokation tworzy się tylko w mechanizmie jonowym (bez nadtlenków); tu są rodniki |\n| **karbokation drugorzędowy** | Błąd: j.w. - z nadtlenkami nie ma karbokationów |\n| **rodnik pierwszorzędowy** | Błąd: Br• atakuje C1, tworząc rodnik na C2, który jest **drugorzędowy** (C2 ma dwa sąsiednie C) |\n\n## Typowe pułapki i uwagi\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Łatwo pomylić, GDZIE ląduje Br w obu mechanizmach. Zapamiętaj: w obu przypadkach wybierany jest **bardziej trwały** pośrednik (2° > 1°), ale:\n> - w mechanizmie jonowym karbokation 2° tworzy się na C2 → Br na C2 → zgodnie z Markownikowem\n> - w mechanizmie rodnikowym rodnik 2° tworzy się na C2, ale Br jest już przy C1 → Br na C1 → niezgodnie z Markownikowem\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie mylić rodzaju drobiny z jej rzędowością. Zadanie pyta o **rodnik** (z nadtlenkami), nie karbokation. Rodnik jest elektryczne obojętny - nie ma ładunku, ma niesparowany elektron.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Addycja elektrofilowa ≠ addycja rodnikowa. Słowo \"elektrofilowa\" odnosi się do **rodzaju atakującej drobiny** (tu elektrofil = \\(\\ce{H+}\\)), nie do charakteru produktu.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n- 1 p. - za poprawne uzupelnienie zdan: bez nadtlenkow addycja HBr do propenu zgodnie z regula Markownikowa, mechanizm elektrofilowy (karbokation); z nadtlenkami addycja niezgodna z regula Markownikowa, przejsciowo rodnik drugorzedowy.\n- 0 p. - za odpowiedz niepelna lub bledna albo brak odpowiedzi.","image":"img/chemia-2018-maj-matura-rozszerzona/zad-24.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":14,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2018 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 24. (0-1)
Na przebieg reakcji propenu z bromowodorem ma wpływ obecność nadtlenków
w mieszaninie reakcyjnej, co zilustrowano na poniższym schemacie.
3
3
3
3
3
2
3
2
3
2
2
CH
CH
CH
CH
CHBr
CH
CH
CH
CH
HBr
CH
CH
CH Br
CH
CH
CH Br
⊕
Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985.
Uzupełnij poniższe zdania - wybierz i podkreśl jedno określenie spośród podanych
w nawiasie.
Gdy w środowisku reakcji nie ma nadtlenków, bromowodór przyłącza się do propenu
(niezgodnie / zgodnie) z regułą Markownikowa. Ta addycja przebiega poprzez tworzenie
drobin z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla. Jest to addycja
(rodnikowa / nukleofilowa / elektrofilowa) do podwójnego wiązania węgiel - węgiel.
MCH_1R
Gdy w środowisku reakcji są obecne nadtlenki, addycja jest (niezgodna / zgodna) z regułą
Markownikowa. W tej reakcji przejściowo tworzy się (karbokation pierwszorzędowy /
karbokation drugorzędowy / rodnik pierwszorzędowy / rodnik drugorzędowy).
Informacja do zadań 25.-27.
W poniższej tabeli zestawiono informacje na temat cząsteczek trzech węglowodorów
o prostych (nierozgałęzionych) łańcuchach węglowych.
Węglowodór
Liczba atomów węgla
o danej hybrydyzacji
Dodatkowe informacje
sp
sp2
sp3
A
0
4
0
brak
B
0
2
2
występuje w postaci izomerów cis i trans
C
2
0
2
dwa atomy węgla w cząsteczce nie są
związane z atomami wodoru

","answer_text_html":"

Zadanie 24. (0-1)
II. Rozumowanie
i zastosowanie nabytej
wiedzy do rozwiązywania
problemów.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n
  1. Węglowodory. Zdający:
\n

9.3) ustala rzędowość atomów węgla w cząsteczce […];
9.4) […] wykazuje się rozumieniem pojęć: […] izomeria;
9.8) […] przewiduje produkty reakcji przyłączenia cząsteczek
niesymetrycznych do niesymetrycznych alkenów na
podstawie reguły Markownikowa (produkty główne
i uboczne);
9.11) wyjaśnia na prostych przykładach mechanizmy reakcji
[…] addycji […].
Schemat punktowania
1 p. - za poprawne uzupełnienie zdań.
0 p. - za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Gdy w środowisku reakcji nie ma nadtlenków, bromowodór przyłącza się do propenu
(niezgodnie / zgodnie) z regułą Markownikowa. Ta addycja przebiega poprzez tworzenie
drobin z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla. Jest to addycja
(rodnikowa / nukleofilowa / elektrofilowa) do podwójnego wiązania węgiel - węgiel.
Gdy w środowisku reakcji są obecne nadtlenki, addycja jest (niezgodna / zgodna) z regułą
Markownikowa.
W
tej
reakcji
przejściowo
tworzy
się
(karbokation
pierwszorzędowy / karbokation
drugorzędowy / rodnik
pierwszorzędowy / rodnik
drugorzędowy).

","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź:

\n

Zdanie 1: Gdy w środowisku reakcji nie ma nadtlenków, bromowodór przyłączy się do propenu zgodnie z regułą Markownikowa. Ta addycja przebiega poprzez tworzenie drobin z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla. Jest to addycja elektrofilowa do podwójnego wiązania węgiel-węgiel.

\n

Zdanie 2: Gdy w środowisku reakcji są obecne nadtlenki, addycja jest niezgodna z regułą Markownikowa. W tej reakcji przejściowo tworzy się rodnik drugorzędowy.

\n

Sposób 1 - analiza mechanizmów na podstawie budowy przejściowych drobin

\n
Zdanie 1 - bez nadtlenków: addycja elektrofilowa (mechanizm jonowy)
\n

Propenowi:

\n
\\ceCH2=CH−CH3
\n

odpowiada niesymetrycznie podstawione alkeny. Brak nadtlenków → mechanizm elektrofilowy (AE).

\n

Krok 1 - atak elektrofila \\ceH+:

\n

Cząsteczka \\ceHBr dostarcza proton \\ceH+ jako elektrofil. Atakuje on wiązanie π.

\n

Zgodnie z regułą Markownikowa: H przyłącza się do węgla z większą liczbą atomów H (tu C1 = \\ce=CH2, ma 2H), a \\ceBr− - do bardziej podstawionego (C2).

\n

Krok 2 - tworzenie karbokationu:

\n
\\ceH++CH2=CH−CH3−>[CH3−C+H−CH3]
\n

Powstaje karbokation drugorzędowy (izopropylowy) - ładunek + na C2. Jest stabilniejszy niż pierwszorzędowy (karbokation na C1).

\n

Krok 3 - atak nukleofila \\ceBr−:

\n
\\ce[CH3−C+H−CH3]+Br−−>CH3−CHBr−CH3
\n

Produkt: 2-bromopropan - zgodny z regułą Markownikowa. Addycja jest elektrofilowa (inicjuje ją elektrofil \\ceH+).

\n
Zdanie 2 - z nadtlenkami: addycja rodnikowa (mechanizm rodnikowy)
\n

Nadtlenki (\\ceROOR) inicjują łańcuch rodnikowy - dostarczają rodnik \\ceBr• zamiast \\ceH+.

\n

Krok 1 - atak rodnika \\ceBr•:

\n

Rodnik \\ceBr• jest elektrycznie obojętny i atakuje wiązanie π, dążąc do utworzenia najbardziej trwałego rodnika pośredniego.

\n
\\ceBr•+CH2=CH−CH3−>BrCH2−C•H−CH3
\n

Br• przyłącza się do C1 (terminalnego \\ce=CH2) → na C2 powstaje rodnik drugorzędowy (C2 sąsiaduje z \\ceCH3 i \\ceCH2Br) - bardziej trwały niż pierwszorzędowy.

\n

Gdyby Br• zaatakował C2:

\n
\\ceBr•+CH2=CH−CH3−>C•H2−CHBr−CH3
\n

→ rodnik pierwszorzędowy na C1 - mniej trwały → ta droga jest pomijana.

\n

Krok 2 - abstrakcja H z \\ceHBr:

\n
\\ceBrCH2−C•H−CH3+HBr−>BrCH2−CH2−CH3+Br•
\n

Produkt: 1-bromopropan - Br na C1, a nie na C2 jak nakazuje reguła Markownikowa → addycja niezgodna z regułą Markownikowa (efekt Karascha).

\n

Sposób 2 - weryfikacja przez trwałość drobin przejściowych

\n

Oba mechanizmy wybierają ścieżkę przez trwalszą drobinę pośrednią:

\n

| Warunki | Drobina pośrednia | Przyłączenie Br | Trwalsza drobina | Produkt |
| Bez nadtlenków (jonowy) | Karbokation | do C2 | 2° karbokation (C2) stabilniejszy niż 1° (C1) | 2-bromopropan |
| Z nadtlenkami (rodnikowy) | Rodnik | do C1 | 2° rodnik (C2) stabilniejszy niż 1° (C1) | 1-bromopropan |

\n

W obu przypadkach drobiną przejściową z wyższą trwałością jest ta drugorzędowa - ale jej rodzaj jest różny: karbokation vs rodnik. Stąd produkty są różne (wręcz odwrotne pod względem miejsca przyłączenia Br).

\n

Wzory z karty CKE

\n

W tym zadaniu nie używamy konkretnych wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość:

\n\n
📖 Znajomość trwałości karbokationów i rodników (2° > 1°) to wiedza z podręcznika, nie z karty CKE. Na egzaminie maturzysta korzysta z niej "z głowy".
\n

Dlaczego inne odpowiedzi są błędne

\n

Zdanie 1:

\n

| Wariant | Błąd |
| niezgodnie | Błąd: bez nadtlenków działa mechanizm jonowy, H+ tworzy stabilniejszy karbokation 2° → Br ląduje na C2 → to jest właśnie reguła Markownikowa |
| rodnikowa | Błąd: rodniki wymagają inicjatorów (nadtlenkówlub światła UV); bez nadtlenków brak źródła rodników |
| nukleofilowa | Błąd: addycja nukleofilowa do alkenu nie zachodzi w tych warunkach; atakujący jest elektrofil (H+), nie nukleofil |

\n

Zdanie 2:

\n

| Wariant | Błąd |
| zgodna z r. Markownikowa | Błąd: w mechanizmie rodnikowym atakuje Br•, nie H+; Br trafia na C1 (terminalny), czyli odwrotnie niż w r. Markownikowa |
| karbokation pierwszorzędowy | Błąd: karbokation tworzy się tylko w mechanizmie jonowym (bez nadtlenków); tu są rodniki |
| karbokation drugorzędowy | Błąd: j.w. - z nadtlenkami nie ma karbokationów |
| rodnik pierwszorzędowy | Błąd: Br• atakuje C1, tworząc rodnik na C2, który jest drugorzędowy (C2 ma dwa sąsiednie C) |

\n

Typowe pułapki i uwagi

\n
⚠️ Uwaga: Łatwo pomylić, GDZIE ląduje Br w obu mechanizmach. Zapamiętaj: w obu przypadkach wybierany jest bardziej trwały pośrednik (2° > 1°), ale:
- w mechanizmie jonowym karbokation 2° tworzy się na C2 → Br na C2 → zgodnie z Markownikowem
- w mechanizmie rodnikowym rodnik 2° tworzy się na C2, ale Br jest już przy C1 → Br na C1 → niezgodnie z Markownikowem
\n
⚠️ Uwaga: Nie mylić rodzaju drobiny z jej rzędowością. Zadanie pyta o rodnik (z nadtlenkami), nie karbokation. Rodnik jest elektryczne obojętny - nie ma ładunku, ma niesparowany elektron.
\n
⚠️ Uwaga: Addycja elektrofilowa ≠ addycja rodnikowa. Słowo "elektrofilowa" odnosi się do rodzaju atakującej drobiny (tu elektrofil = \\ceH+), nie do charakteru produktu.
\n

Schemat oceniania CKE

\n"}]}