m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MCHP-R0-100-2505 • Otwarte krótkie • 3 pkt • Trudność: ★★★★★

Zadanie 27

Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony

Wymaganie:

XIV. Hydroksylowe pochodne węglowodorów − alkohole i fenole. Zdający: 6) opisuje właściwości chemiczne fenoli na podstawie reakcji z: sodem, wodorotlenkiem sodu, bromem, kwasem azotowym(V) […]; projektuje i przeprowadza doświadczenie, którego przebieg pozwoli odróżnić alkohol od fenolu […]. XVIII. Związki organiczne zawierające azot. Zdający: 4) porównuje i wyjaśnia przyczynę zasadowych właściwości […] amin; pisze odpowiednie równania reakcji. VIII. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający: 1) stosuje pojęcia: stopień utlenienia, utleniacz, reduktor, utlenianie, redukcja; 4) oblicza stopnie utlenienia pierwiastków w […] cząsteczce związku […] organicznego.

Treść zadania

Oktopamina jest hormonem występującym w organizmach bezkręgowców. Jej wzór przedstawiono poniżej:

HO−C₆H₄−CH(OH)−CH₂−NH₂

We wzorze cząsteczki oktopaminy literami A–C zaznaczono wybrane fragmenty jej struktury:

  • A — pierścień benzenowy z grupą hydroksylową (fenol)
  • B — grupa aminowa (−CH₂−NH₂)
  • C — grupa hydroksylowa (alkoholowa) na atomie węgla drugorzędowym

Zadanie 27.1. (0–1)

Oceń prawdziwość zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F — jeśli jest fałszywe.

1. Grupy −OH w cząsteczce oktopaminy różnią się zdolnością odłączania protonu. P F
2. Oktopamina może być utleniona do ketonu. P F

Zadanie 27.2. (0–1)

W temperaturze 25 °C przeprowadzono doświadczenie. Do dwóch probówek zawierających oktopaminę wprowadzono: do jednej rozcieńczony kwas solny, a do drugiej wodny roztwór chlorku żelaza(III).

Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.

Rozcieńczony kwas solny uległ reakcji z fragmentem struktury oktopaminy oznaczonym literą (A / B / C).

Fragment struktury oktopaminy oznaczony literą A (uległ / nie uległ) reakcji z chlorkiem żelaza(III).

Zadanie 27.3. (0–1)

Próbkę oktopaminy wprowadzono do zakwaszonego roztworu azotanu(III) potasu. W wyniku reakcji wydzielił się bezbarwny, niepalny gaz o masie molowej równej 28 g·mol⁻¹. Otrzymany w warunkach doświadczenia organiczny produkt X opisanej reakcji — wprowadzony do probówki zawierającej świeżo strącony osad wodorotlenku miedzi(II) i nadmiar zasady — spowodował roztworzenie osadu i powstanie klarownego roztworu barwy ciemnoniebieskiej (szafirowej).

Uzupełnij schemat tak, aby powstało w formie jonowej skróconej równanie reakcji, w której otrzymano organiczny produkt X. Napisz wzory brakujących produktów.

HO−C₆H₄−CH(OH)−CH₂−NH₃⁺ + HNO₂ —środowisko kwasowe→ [produkt organiczny X] + [gaz] + H₃O⁺

Wzór oktopaminy z zaznaczonymi fragmentami struktury: A — pierścień z grupą hydroksylową, B — grupa –CH₂–NH₂, C — grupa –OH przy atomie węgla łańcucha.
Na podstawie: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505 Oryginalny PDF CKE, str. 30

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

27.1.

# Stwierdzenie Ocena
1 Grupy -OH różnią się zdolnością odłączania protonu P
2 Oktopamina może być utleniona do ketonu P

Uzasadnienia:

  1. P — oktopamina ma 2 typy grup OH:

    • Fenolowa -OH na pierścieniu aromatycznym (fragment A). pK_a ≈ 10 (umiarkowanie kwasowa).
    • Alkoholowa -OH na C drugorzędowym (fragment C). pK_a ≈ 16-18 (znacznie słabiej kwasowa).
    • Różnica pK_a ~6 = 10⁶ razy w zdolności odłączania H⁺ → różnią się znacznie.
  2. P — grupa OH we fragmencie C jest przyłączona do atomu węgla drugorzędowego (alkohol drugorzędowy), a taki alkohol może być utleniony do ketonu (np. K₂Cr₂O₇ w środowisku kwasowym):

    • R-CHOH-R' → R-CO-R' (z utratą 2 H).
    • W oktopaminie: ArCH(OH)CH₂NH₂ → ArC(=O)CH₂NH₂ (keton).

27.2.

Rozcieńczony HCl reaguje z fragmentem B (grupa aminowa -NH₂).

Reakcja: -NH₂ + HCl → -NH₃⁺Cl⁻ (chlorowodorek aminy, sól rozpuszczalna).

Aminy są zasadami Brønsteda (przyjmują H⁺) → reagują z kwasami silnymi jak HCl.

Fragment A UŁEGŁ reakcji z FeCl₃.

Reakcja: fenole (grupa -OH przy pierścieniu aromatycznym) tworzą z jonami Fe³⁺ barwny (zwykle fioletowy) związek kompleksowy — to reakcja pozwalająca odróżnić fenol od alkoholu.

Alkohole (fragment C) nie dają tej reakcji barwnej z FeCl₃.

27.3. Gaz o M = 28 g·mol⁻¹, bezbarwny i niepalny, to N₂. Grupa -NH₃⁺ zostaje zastąpiona grupą -OH, więc produkt X ma dwie grupy OH przy sąsiednich atomach węgla (dlatego daje z Cu(OH)₂ szafirowy roztwór, jak glicerol):

HO−C₆H₄−CH(OH)−CH₂−NH₃⁺ + HNO₂ → HO−C₆H₄−CH(OH)−CH₂−OH + N₂ + H₃O⁺

Bilans: N: 1 + 1 = 2 ✓; O: 2 + 2 = 3 + 1 ✓; H: 12 + 1 = 10 + 3 ✓; ładunek: +1 = +1 ✓.

Typowy błąd / pułapka

Pułapka 27.1.1 — założenie że "obie OH są takie same". Fenol (Ar-OH) jest znacznie bardziej kwasowy niż alkohol (R-OH) → różne pK_a (10 vs 16-18).

Pułapka 27.1.2 — utlenianie aminy zamiast alkoholu. Klucz: utleniany jest alkohol drugorzędowy (CHOH) → keton. Aminy są utleniane do nitrozo/nitro, nie do ketonu.

Pułapka 27.2 — pomylenie reaktywności:

  • HCl (kwas) + amina (zasada) → sól amoniowa. (NIE z fenolem - fenole są kwasami, nie zasadami.)
  • FeCl₃ (próba) + fenol (-OH aromatyczny) → fioletowy kompleks. (NIE z alkoholem.)

Pułapka 27.3 — zły gaz. M = 28 g·mol⁻¹ i niepalny → N₂ (CO też ma M = 28, ale jest palny). Zasady oceniania wymagają wzoru produktu organicznego i wzoru gazu.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 27 - oktopamina
Strona 30 arkusza CKE 2025 PR chemia - zadanie 27 (oktopamina, identyfikacja grup). Na podstawie: CKE 2025 Oryginalny PDF CKE, str. 30

Klucz pojęciowy — fenol vs alkohol

CechaFenol (Ar-OH)Alkohol (R-OH)
Kwasowość (pK_a)~10 (umiarkowanie kwasowy)~16-18 (bardzo słabo kwasowy)
Reakcja z NaOHTak (powstaje fenolan)Nie (alkohol nie reaguje)
Reakcja z Na (metalem)Tak (NaOR + H₂)Tak (NaOR + H₂)
Próba z FeCl₃Tak (fioletowy kompleks)Nie
Utlenianie do ketonu/aldehyduTrudniej (ar-OH stabilny)Tak (R-OH → R-CO, alkohol I-rz → CHO, II-rz → CO)

Dlaczego fenol jest bardziej kwasowy?: anion fenolanu (Ar-O⁻) jest stabilizowany rezonansowo przez pierścień aromatyczny (-ładunek rozłożony). Alkohol R-O⁻ nie ma takiej stabilizacji.

Klucz pojęciowy — aminy

Aminy mają grupę -NH₂ (I-rz), -NHR (II-rz), -NR₂ (III-rz).

Aminy = zasady Brønsteda:

  • -NH₂ + H⁺ → -NH₃⁺ (akceptują proton).
  • pK_b alkilowej aminy ~3-4 (mocniejsze zasady niż NH₃).
  • pK_b aromatycznej aminy (anilina) ~9-10 (słabsza zasada, bo wolna para elektronowa atomu N jest sprzężona z pierścieniem).

Reakcje aminy z kwasami:

  • R-NH₂ + HCl → R-NH₃⁺Cl⁻ (chlorowodorek aminy — sól).

Mechanizm: próba fenoli z FeCl₃

Fenol Ar-OH + FeCl₃ → barwny (zwykle fioletowy) związek kompleksowy żelaza(III).

Próba diagnostyczna: jeśli po dodaniu FeCl₃ pojawia się charakterystyczne zabarwienie, związek zawiera grupę fenolową; alkohole tej reakcji nie dają.

Mechanizm: utlenianie do ketonu

Alkohol drugorzędowy (C-OH z 2 grupami C) → keton (C=O z 2 grupami C), np. pod działaniem K₂Cr₂O₇ w środowisku kwasowym.

Wzór ogólny:

W oktopaminie: HO-C₆H₄-CH(OH)-CH₂-NH₂ → HO-C₆H₄-CO-CH₂-NH₂ (keton).

Alkohol I-rzędowy → aldehyd → kwas karboksylowy (kontynuacja utleniania). Alkohol III-rzędowy → NIE utlenia się łatwo (brak H na C-OH).

Punktacja CKE

  • 27.1. 1 pkt — oba P/F poprawne.
  • 27.2. 1 pkt — poprawne uzupełnienie dwóch zdań: B; uległ.
  • 27.3. 1 pkt — poprawny wzór produktu organicznego X (HO-C₆H₄-CH(OH)-CH₂-OH) oraz wzór gazu (N₂).
  • Suma: 3 pkt.

Po co to umieć

Cząsteczka z kilkoma grupami funkcyjnymi (fenolową, alkoholową i aminową) reaguje każdą z nich inaczej — trzeba umieć przypisać odczynnik do grupy:

  • Kwas solny — reaguje z grupą aminową (zasadową).
  • FeCl₃ — barwna reakcja z grupą fenolową; pozwala odróżnić fenol od alkoholu.
  • Utleniacz — alkohol drugorzędowy przechodzi w keton.
  • HNO₂ (środowisko kwasowe) — I-rzędowa grupa aminowa alifatyczna zostaje zastąpiona grupą OH, wydziela się N₂ (tak jak w zadaniu 27.3).

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „chemia organiczna, oktopamina, fenole, aminy, alkohole, FeCl3, deaminacja, HNO2” zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl