{"id":"chemia-2025-maj-matura-rozszerzona/zad/28","paper_id":"chemia-2025-maj-matura-rozszerzona","number":"28","points":2,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2025,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 28.\nW jednej z metod syntezy 𝛼-aminokwasów pierwszym etapem jest reakcja kwasu\nkarboksylowego z bromem. W obecności fosforu i w odpowiednich warunkach jeden\nz atomów wodoru przy atomie węgla 𝛼 w cząsteczce kwasu jest zastępowany przez\natom bromu. W drugim etapie, pod działaniem stężonego wodnego roztworu amoniaku,\nnastępuje wymiana atomu bromu na grupę aminową. W efekcie powstaje sól amonowa\nodpowiedniego aminokwasu.\nPrzeprowadzono ciąg przemian, w wyniku których z kwasu propanowego (propionowego)\npowstał związek B.\nkwas propanowy\nzwiązek A\nzwiązek B\nBr2, P\nreakcja 1.\nnadmiar NH3 (aq)\nreakcja 2.","answer":null,"answer_text":null,"solution":"Odpowiedź: **28.1. Reakcja 1 — bromowanie alfa kwasu propanowego (HVZ)**: $$\\text{CH}_3-\\text{CH}_2-\\text{COOH} + \\text{Br}_2 \\xrightarrow{P} \\text{CH}_3-\\text{CHBr}-\\text{COOH} + \\text{HBr}$$ Produkt **A** = kwas 2-bromopropanowy = α-bromopropionowy. **Mechanizm HVZ**: - P + Br₂ → PBr₃ (in situ). - PBr₃ + RCOOH → RCOBr (bromek acylu) + HX (sprzężenie). - Bromek acylu enolizuje + atak α C → α-Br. - Hydroliza → α-bromokwas. **28.2. Reakcja 2 — zamiana Br na NH₂ + zobojętnianie**: Stosunek **1 A : 3 NH₃** wskazuje na **3 funkcje** amoniaku: 1. **Substytucja nukleofilowa** Br → NH₂ (1 NH₃ używane jako nukleofil). 2. **Zobojętnianie powstałego HBr** (1 NH₃ + HBr → NH₄Br). 3. **Zobojętnianie kwasowej grupy -COOH** w aminokwasie (1 NH₃ + R-COOH → R-COO⁻ NH₄⁺). **Równanie jonowe skrócone**: $$\\text{CH}_3-\\text{CHBr-COOH} + 3\\,\\text{NH}_3 \\rightarrow \\text{CH}_3-\\text{CH(NH}_2\\text{)-COO}^- + 2\\,\\text{NH}_4^+ + \\text{Br}^-$$ Produkt **B** (sól amonowa) zawiera: - **Anion alaniny** CH₃-CH(NH₂)-COO⁻. - **2 kationy NH₄⁺** (z 2 mol NH₃ + 2 H⁺). - **Anion Br⁻**. **Bilans**: - C: 3 = 3 ✓. - N: 3 = 1 (alanin-) + 2 (NH₄⁺) = 3 ✓. - O: 2 = 2 ✓. - Br: 1 = 1 ✓. - H: 5 + 9 = 14 (lewa) = 6 + 8 = 14 (prawa) ✓. - Ładunek: 0 = -1 + 2 + (-1) = 0 ✓. **Produkt B** = sól amonowa **alaniny** (jest to alaninian dwuamonowo-bromkowy mieszany).\n\nStrona arkusza CKE z trescia zadania\n\nKlucz pojęciowy — reakcja HVZ (Hella-Volharda-Zelinskiego)\n\nHVZ = klasyczna metoda bromowania (chlorowania) α-pozycji kwasów karboksylowych.\n\nWarunki:\n- Br₂ (lub Cl₂).\n- Katalizator: fosfor czerwony (P) lub PBr₃ (in situ).\n- Brak światła (NIE jest to rodnikowe).\n\nMechanizm (selektywne na α):\n1. P + Br₂ → PBr₃.\n2. R-COOH + PBr₃ → R-COBr (bromek acylu) + HOPBr₂.\n3. Bromek acylu enolizuje łatwiej niż kwas (C=O sąsiednie aktywuje α C-H).\n4. Enol + Br₂ → α-Br-RCOBr.\n5. Hydroliza (lub wymiana z RCOOH) → α-Br-RCOOH + HBr.\n\nWynik: selektywnie 1 H na α C zastąpiony przez Br.\n\nKlucz pojęciowy — synteza Gabriela vs HVZ + NH₃\n\nSynteza Gabriela (klasyczna) i HVZ + NH₃ (tu w zadaniu) — obie dają α-aminokwasy z α-halogenokwasów.\n\nHVZ + NH₃ (w zadaniu):\n- α-Br-RCOOH + NH₃ (nadmiar) → α-NH₂-RCOOH + HBr.\n- Mechanizm: SN2 — NH₃ atakuje C-Br, Br⁻ odchodzi.\n\nWymaga nadmiaru NH₃ by:\n- Zapobiec wielokrotnemu alkilowaniu (R-NH₂ jest nadal nukleofilem, może reagować z innym R-Br).\n- Zobojętnić HBr + COOH (sól amonowa).\n\nMechanizm szczegółowy\n\nReakcja 1 — bromowanie HVZ kwasu propanowego:\n\nCH₃CH₂COOH + Br₂ → (P, kat.) → CH₃CHBrCOOH (kwas 2-bromopropanowy) + HBr.\n\nCzerwony fosfor aktywuje brom + sam ulega bromowaniu (PBr₃) → następuje bromowanie α-pozycji kwasu.\n\nReakcja 2 — SN2 + neutralizacja w nadmiarze NH₃:\n\nKrok A — SN2 substytucja:\nCH₃CHBrCOOH + NH₃ → CH₃CH(NH₃⁺)COOH + Br⁻.\n\nKrok B — neutralizacja powstałej grupy NH₃⁺ przez kolejny NH₃:\nCH₃CH(NH₃⁺)COOH + NH₃ → CH₃CH(NH₂)COOH + NH₄⁺.\n\n(Lub: alanina w formie obojnaczej zwitterion: CH₃CH(NH₃⁺)COO⁻.)\n\nKrok C — neutralizacja grupy -COOH alaniny przez kolejny NH₃:\nCH₃CH(NH₂)COOH + NH₃ → CH₃CH(NH₂)COO⁻ + NH₄⁺.\n\nSumarycznie: 1 mol A + 3 mol NH₃ → 1 mol alanin-anionu + 2 mol NH₄⁺ + 1 mol Br⁻.\n\nMechanizm: produkt B\n\nProdukt B = sól amonowa alaniny (alanina = CH₃-CH(NH₂)-COOH).\n\nW roztworze (po reakcji 2) obecne są:\n- Aniony alaninowe (CH₃-CH(NH₂)-COO⁻).\n- 2 mole NH₄⁺ (kationy).\n- Br⁻ (anion).\n\nTo mieszana sól amonowa: alaninian + bromek amonu razem w jednym roztworze.\n\nKlucz pojęciowy — alanina\n\nCecha | Wartość\nWzór | CH₃-CH(NH₂)-COOH\nNazwa | Kwas 2-aminopropanowy (α-alanina)\nKlasa | α-aminokwas (NH₂ na C sąsiednim z COOH)\nChiralność | Tak (C2 = 4 różne grupy)\nForma naturalna | L-alanina (S)\nRola biologiczna | Aminokwas białkowy, niezbędny w syntezie białek\npI (punkt izoelektryczny) | ~6,0\n\nPunktacja CKE\n\n- 28.1. 1 pkt — równanie cząsteczkowe z α-bromowaniem.\n- 28.2. 1 pkt — równanie jonowe z poprawnym bilansem 1:3.\n- Suma: 2 pkt.\n\nPo co to umieć\n\nSynteza HVZ-Strecker-Gabriel → klasyczne metody otrzymywania aminokwasów:\n- Strecker (1850): RCHO + NH₃ + HCN → α-aminonitryl → α-aminokwas. Najstarsza i wciąż używana.\n- Gabriel: ftalimid → α-NH₂-RCOOH. Bardziej selektywna.\n- HVZ + NH₃: prosta, ale daje racemat (R/S w stosunku 1:1).\n\nAminokwasy w przemyśle:\n- 20 aminokwasów białkowych + ~150 innych w przyrodzie.\n- Glutaminian sodu (MSG) — wzmacniacz smaku (E621), produkcja milionów ton.\n- Lizyna, metionina — dodatki do paszy zwierząt (~3 mln ton/rok każda).\n- Aspartam = ester metylowy dipeptydu Asp-Phe — słodzik (E951).\n\nSynteza farmaceutyczna:\n- α-aminokwasy = surowce do peptydów i białek terapeutycznych.\n- Insulina rekombinowana, erytropoetyna (EPO), przeciwciała monoklonalne — wszystko z aminokwasów.\n\nMieszanina racemiczna w HVZ + NH₃:\n- Atom α C ma 4 różne grupy (po reakcji) → chiralny.\n- SN2 zachodzi z obu stron → 50% R + 50% S.\n- W farmacji często tylko jeden enancjomer jest aktywny → potrzeba rozdziału (chromatografia chiralna, krystalizacja diastereomerów).\n\nNaturalne aminokwasy = wszystkie L (poza glicyną, niechiralną). Bakterie produkują aminokwasy enzymatycznie ze stereospecyficznością.\n\nTypowy błąd: Pułapka 28.1 — bromowanie nie pozycji α. Klucz: HVZ reakcja **selektywnie bromuje α C** (z grupy karboksylowej). NIE β, γ. Pozycja α = sąsiadująca z COOH. Pułapka 28.2 — pominięcie zobojętniania. Stosunek 1:3 NH₃ obejmuje **3 zastosowania amoniaku**: substytucja, neutralizacja HBr, neutralizacja COOH. Sumaryczne równanie musi to uwzględniać. Pułapka 28.2 — pisanie cząsteczkowo zamiast jonowo. Zadanie wyraźnie pyta o **formę jonową** (rozkład soli na jony).","image":"img/chemia-2025-maj-matura-rozszerzona/zad-28.webp","solution_image":null,"topics":"chemia organiczna, synteza aminokwasów, alanina, HVZ, bromowanie alfa, kwas propanowy","page_from":32,"source":"maturaonline","answer_source":null,"answer_text_source":null,"solution_source":"maturaonline","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2025 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"<p>Zadanie 28.<br>W jednej z metod syntezy 𝛼-aminokwasów pierwszym etapem jest reakcja kwasu<br>karboksylowego z bromem. W obecności fosforu i w odpowiednich warunkach jeden<br>z atomów wodoru przy atomie węgla 𝛼 w cząsteczce kwasu jest zastępowany przez<br>atom bromu. W drugim etapie, pod działaniem stężonego wodnego roztworu amoniaku,<br>następuje wymiana atomu bromu na grupę aminową. W efekcie powstaje sól amonowa<br>odpowiedniego aminokwasu.<br>Przeprowadzono ciąg przemian, w wyniku których z kwasu propanowego (propionowego)<br>powstał związek B.<br>kwas propanowy<br>związek A<br>związek B<br>Br2, P<br>reakcja 1.<br>nadmiar NH3 (aq)<br>reakcja 2.</p>","solutions":[{"source":"maturaonline","label":"matura-online.pl","kind":"text","html":"<p>Odpowiedź: <strong>28.1. Reakcja 1 — bromowanie alfa kwasu propanowego (HVZ)</strong>: $$\\text{CH}_3-\\text{CH}_2-\\text{COOH} + \\text{Br}_2 \\xrightarrow{P} \\text{CH}_3-\\text{CHBr}-\\text{COOH} + \\text{HBr}$$ Produkt <strong>A</strong> = kwas 2-bromopropanowy = α-bromopropionowy. <strong>Mechanizm HVZ</strong>: - P + Br₂ → PBr₃ (in situ). - PBr₃ + RCOOH → RCOBr (bromek acylu) + HX (sprzężenie). - Bromek acylu enolizuje + atak α C → α-Br. - Hydroliza → α-bromokwas. <strong>28.2. Reakcja 2 — zamiana Br na NH₂ + zobojętnianie</strong>: Stosunek <strong>1 A : 3 NH₃</strong> wskazuje na <strong>3 funkcje</strong> amoniaku: 1. <strong>Substytucja nukleofilowa</strong> Br → NH₂ (1 NH₃ używane jako nukleofil). 2. <strong>Zobojętnianie powstałego HBr</strong> (1 NH₃ + HBr → NH₄Br). 3. <strong>Zobojętnianie kwasowej grupy -COOH</strong> w aminokwasie (1 NH₃ + R-COOH → R-COO⁻ NH₄⁺). <strong>Równanie jonowe skrócone</strong>: $$\\text{CH}_3-\\text{CHBr-COOH} + 3\\,\\text{NH}_3 \\rightarrow \\text{CH}_3-\\text{CH(NH}_2\\text{)-COO}^- + 2\\,\\text{NH}_4^+ + \\text{Br}^-$$ Produkt <strong>B</strong> (sól amonowa) zawiera: - <strong>Anion alaniny</strong> CH₃-CH(NH₂)-COO⁻. - <strong>2 kationy NH₄⁺</strong> (z 2 mol NH₃ + 2 H⁺). - <strong>Anion Br⁻</strong>. <strong>Bilans</strong>: - C: 3 = 3 ✓. - N: 3 = 1 (alanin-) + 2 (NH₄⁺) = 3 ✓. - O: 2 = 2 ✓. - Br: 1 = 1 ✓. - H: 5 + 9 = 14 (lewa) = 6 + 8 = 14 (prawa) ✓. - Ładunek: 0 = -1 + 2 + (-1) = 0 ✓. <strong>Produkt B</strong> = sól amonowa <strong>alaniny</strong> (jest to alaninian dwuamonowo-bromkowy mieszany).</p>\n<p>Strona arkusza CKE z trescia zadania</p>\n<p>Klucz pojęciowy — reakcja HVZ (Hella-Volharda-Zelinskiego)</p>\n<p>HVZ = klasyczna metoda bromowania (chlorowania) α-pozycji kwasów karboksylowych.</p>\n<p>Warunki:</p>\n<ul><li>Br₂ (lub Cl₂).</li><li>Katalizator: fosfor czerwony (P) lub PBr₃ (in situ).</li><li>Brak światła (NIE jest to rodnikowe).</li></ul>\n<p>Mechanizm (selektywne na α):</p>\n<ol><li>P + Br₂ → PBr₃.</li><li>R-COOH + PBr₃ → R-COBr (bromek acylu) + HOPBr₂.</li><li>Bromek acylu enolizuje łatwiej niż kwas (C=O sąsiednie aktywuje α C-H).</li><li>Enol + Br₂ → α-Br-RCOBr.</li><li>Hydroliza (lub wymiana z RCOOH) → α-Br-RCOOH + HBr.</li></ol>\n<p>Wynik: selektywnie 1 H na α C zastąpiony przez Br.</p>\n<p>Klucz pojęciowy — synteza Gabriela vs HVZ + NH₃</p>\n<p>Synteza Gabriela (klasyczna) i HVZ + NH₃ (tu w zadaniu) — obie dają α-aminokwasy z α-halogenokwasów.</p>\n<p>HVZ + NH₃ (w zadaniu):</p>\n<ul><li>α-Br-RCOOH + NH₃ (nadmiar) → α-NH₂-RCOOH + HBr.</li><li>Mechanizm: SN2 — NH₃ atakuje C-Br, Br⁻ odchodzi.</li></ul>\n<p>Wymaga nadmiaru NH₃ by:</p>\n<ul><li>Zapobiec wielokrotnemu alkilowaniu (R-NH₂ jest nadal nukleofilem, może reagować z innym R-Br).</li><li>Zobojętnić HBr + COOH (sól amonowa).</li></ul>\n<p>Mechanizm szczegółowy</p>\n<p>Reakcja 1 — bromowanie HVZ kwasu propanowego:</p>\n<p>CH₃CH₂COOH + Br₂ → (P, kat.) → CH₃CHBrCOOH (kwas 2-bromopropanowy) + HBr.</p>\n<p>Czerwony fosfor aktywuje brom + sam ulega bromowaniu (PBr₃) → następuje bromowanie α-pozycji kwasu.</p>\n<p>Reakcja 2 — SN2 + neutralizacja w nadmiarze NH₃:</p>\n<p>Krok A — SN2 substytucja:<br>CH₃CHBrCOOH + NH₃ → CH₃CH(NH₃⁺)COOH + Br⁻.</p>\n<p>Krok B — neutralizacja powstałej grupy NH₃⁺ przez kolejny NH₃:<br>CH₃CH(NH₃⁺)COOH + NH₃ → CH₃CH(NH₂)COOH + NH₄⁺.</p>\n<p>(Lub: alanina w formie obojnaczej zwitterion: CH₃CH(NH₃⁺)COO⁻.)</p>\n<p>Krok C — neutralizacja grupy -COOH alaniny przez kolejny NH₃:<br>CH₃CH(NH₂)COOH + NH₃ → CH₃CH(NH₂)COO⁻ + NH₄⁺.</p>\n<p>Sumarycznie: 1 mol A + 3 mol NH₃ → 1 mol alanin-anionu + 2 mol NH₄⁺ + 1 mol Br⁻.</p>\n<p>Mechanizm: produkt B</p>\n<p>Produkt B = sól amonowa alaniny (alanina = CH₃-CH(NH₂)-COOH).</p>\n<p>W roztworze (po reakcji 2) obecne są:</p>\n<ul><li>Aniony alaninowe (CH₃-CH(NH₂)-COO⁻).</li><li>2 mole NH₄⁺ (kationy).</li><li>Br⁻ (anion).</li></ul>\n<p>To mieszana sól amonowa: alaninian + bromek amonu razem w jednym roztworze.</p>\n<p>Klucz pojęciowy — alanina</p>\n<p>Cecha | Wartość<br>Wzór | CH₃-CH(NH₂)-COOH<br>Nazwa | Kwas 2-aminopropanowy (α-alanina)<br>Klasa | α-aminokwas (NH₂ na C sąsiednim z COOH)<br>Chiralność | Tak (C2 = 4 różne grupy)<br>Forma naturalna | L-alanina (S)<br>Rola biologiczna | Aminokwas białkowy, niezbędny w syntezie białek<br>pI (punkt izoelektryczny) | ~6,0</p>\n<p>Punktacja CKE</p>\n<ul><li>28.1. 1 pkt — równanie cząsteczkowe z α-bromowaniem.</li><li>28.2. 1 pkt — równanie jonowe z poprawnym bilansem 1:3.</li><li>Suma: 2 pkt.</li></ul>\n<p>Po co to umieć</p>\n<p>Synteza HVZ-Strecker-Gabriel → klasyczne metody otrzymywania aminokwasów:</p>\n<ul><li>Strecker (1850): RCHO + NH₃ + HCN → α-aminonitryl → α-aminokwas. Najstarsza i wciąż używana.</li><li>Gabriel: ftalimid → α-NH₂-RCOOH. Bardziej selektywna.</li><li>HVZ + NH₃: prosta, ale daje racemat (R/S w stosunku 1:1).</li></ul>\n<p>Aminokwasy w przemyśle:</p>\n<ul><li>20 aminokwasów białkowych + ~150 innych w przyrodzie.</li><li>Glutaminian sodu (MSG) — wzmacniacz smaku (E621), produkcja milionów ton.</li><li>Lizyna, metionina — dodatki do paszy zwierząt (~3 mln ton/rok każda).</li><li>Aspartam = ester metylowy dipeptydu Asp-Phe — słodzik (E951).</li></ul>\n<p>Synteza farmaceutyczna:</p>\n<ul><li>α-aminokwasy = surowce do peptydów i białek terapeutycznych.</li><li>Insulina rekombinowana, erytropoetyna (EPO), przeciwciała monoklonalne — wszystko z aminokwasów.</li></ul>\n<p>Mieszanina racemiczna w HVZ + NH₃:</p>\n<ul><li>Atom α C ma 4 różne grupy (po reakcji) → chiralny.</li><li>SN2 zachodzi z obu stron → 50% R + 50% S.</li><li>W farmacji często tylko jeden enancjomer jest aktywny → potrzeba rozdziału (chromatografia chiralna, krystalizacja diastereomerów).</li></ul>\n<p>Naturalne aminokwasy = wszystkie L (poza glicyną, niechiralną). Bakterie produkują aminokwasy enzymatycznie ze stereospecyficznością.</p>\n<p>Typowy błąd: Pułapka 28.1 — bromowanie nie pozycji α. Klucz: HVZ reakcja <strong>selektywnie bromuje α C</strong> (z grupy karboksylowej). NIE β, γ. Pozycja α = sąsiadująca z COOH. Pułapka 28.2 — pominięcie zobojętniania. Stosunek 1:3 NH₃ obejmuje <strong>3 zastosowania amoniaku</strong>: substytucja, neutralizacja HBr, neutralizacja COOH. Sumaryczne równanie musi to uwzględniać. Pułapka 28.2 — pisanie cząsteczkowo zamiast jonowo. Zadanie wyraźnie pyta o <strong>formę jonową</strong> (rozkład soli na jony).</p>"}]}