m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MCHP-R0-100-2505 • Otwarte krótkie • 2 pkt • Trudność: ★★★★★

Zadanie 28

Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony

Wymaganie:

XII. Wstęp do chemii organicznej. Zdający: 7) klasyfikuje reakcje związków organicznych ze względu na typ procesu […]; pisze odpowiednie równania reakcji. XVIII. Związki organiczne zawierające azot. Zdający: 6) […] wyjaśnia, co oznacza, że aminokwasy białkowe są α-aminokwasami […].

Treść zadania

W jednej z metod syntezy α-aminokwasów pierwszym etapem jest reakcja kwasu karboksylowego z bromem. W obecności fosforu i w odpowiednich warunkach jeden z atomów wodoru przy atomie węgla α w cząsteczce kwasu jest zastępowany przez atom bromu. W drugim etapie, pod działaniem stężonego wodnego roztworu amoniaku, następuje wymiana atomu bromu na grupę aminową. W efekcie powstaje sól amonowa odpowiedniego aminokwasu.

Przeprowadzono ciąg przemian, w wyniku których z kwasu propanowego (propionowego) powstał związek B:

kwas propanowy —(Br₂, P, reakcja 1.)→ związek A —(nadmiar NH₃ (aq), reakcja 2.)→ związek B

Zadanie 28.1. (0–1)

Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji 1. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.

Równanie reakcji 1.: ............

Zadanie 28.2. (0–1)

Związek A reaguje z amoniakiem w stosunku molowym (reakcja 2.).

Napisz w formie jonowej równanie reakcji 2.

Równanie reakcji 2.: ............

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

Rozwiązanie

28.1. Reakcja 1 — bromowanie alfa kwasu propanowego (HVZ):

Produkt A = kwas 2-bromopropanowy = α-bromopropionowy.

Fosfor (P) pisze się nad strzałką jako warunek reakcji — tak jak w zasadach oceniania.

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:

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 (2-aminopropanian amonu); w roztworze obecny jest też bromek amonu.

Zasady oceniania uznają też zapis, w którym związek A jest przedstawiony jako CH₃-CHBr-COO⁻ + H⁺.

Typowy błąd / pułapka

Pułapka 28.1 — bromowanie nie w pozycji α. Według informacji do zadania brom zastępuje atom wodoru przy atomie węgla α, czyli sąsiadującym z grupą COOH — produkt to kwas 2-bromopropanowy, nie 3-bromopropanowy. Nie zapomnij o HBr po stronie produktów.

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).

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 28 - synteza alaniny
Strona 32 arkusza CKE 2025 PR chemia - zadanie 28 (HVZ + NH3, synteza alaniny). Na podstawie: CKE 2025 Oryginalny PDF CKE, str. 32

Klucz pojęciowy — reakcja HVZ (Hella-Volharda-Zelinskiego)

Bromowanie kwasu karboksylowego w obecności fosforu (w podręcznikach: reakcja Hella–Volharda–Zielińskiego) — według informacji do zadania brom zastępuje jeden atom wodoru przy atomie węgla α.

Drugi etap (w zadaniu): amoniak zastępuje atom bromu grupą aminową (substytucja nukleofilowa). Nadmiar NH₃ jest potrzebny, bo amoniak wiąże też powstający HBr i zobojętnia grupę -COOH — stąd stosunek 1 : 3.

Mechanizm szczegółowy

Reakcja 1 — bromowanie HVZ kwasu propanowego:

CH₃CH₂COOH + Br₂ → (P, kat.) → CH₃CHBrCOOH (kwas 2-bromopropanowy) + HBr.

Fosfor jest warunkiem reakcji (zapisywanym nad strzałką).

Reakcja 2 — SN2 + neutralizacja w nadmiarze NH₃:

Krok A — SN2 substytucja: CH₃CHBrCOOH + NH₃ → CH₃CH(NH₃⁺)COOH + Br⁻.

Krok B — neutralizacja powstałej grupy NH₃⁺ przez kolejny NH₃: CH₃CH(NH₃⁺)COOH + NH₃ → CH₃CH(NH₂)COOH + NH₄⁺.

(Lub: alanina w formie obojnaczej zwitterion: CH₃CH(NH₃⁺)COO⁻.)

Krok C — neutralizacja grupy -COOH alaniny przez kolejny NH₃: CH₃CH(NH₂)COOH + NH₃ → CH₃CH(NH₂)COO⁻ + NH₄⁺.

Sumarycznie: 1 mol A + 3 mol NH₃ → 1 mol alanin-anionu + 2 mol NH₄⁺ + 1 mol Br⁻.

Mechanizm: produkt B

Produkt B = sól amonowa alaniny (alanina = CH₃-CH(NH₂)-COOH).

W roztworze (po reakcji 2) obecne są:

  • Aniony alaninowe (CH₃-CH(NH₂)-COO⁻).
  • 2 mole NH₄⁺ (kationy).
  • Br⁻ (anion).

Czyli w roztworze są: sól amonowa alaniny (2-aminopropanian amonu) i bromek amonu.

Klucz pojęciowy — alanina

CechaWartość
WzórCH₃-CH(NH₂)-COOH
NazwaKwas 2-aminopropanowy (α-alanina)
Klasaα-aminokwas (NH₂ na C sąsiednim z COOH)
ChiralnośćTak (C2 = 4 różne grupy)
W białkachL-alanina (S)

Punktacja CKE

  • 28.1. 1 pkt — poprawne równanie reakcji w formie cząsteczkowej: CH₃-CH₂-COOH + Br₂ → (P) CH₃-CHBr-COOH + HBr.
  • 28.2. 1 pkt — poprawne równanie reakcji w formie jonowej: CH₃-CHBr-COOH + 3NH₃ → CH₃-CH(NH₂)-COO⁻ + 2NH₄⁺ + Br⁻.
  • Suma: 2 pkt.

Po co to umieć

Zadanie łączy kilka umiejętności: rozpoznanie atomu węgla α, zapis reakcji substytucji i bilans jonowy z udziałem amoniaku jako zasady. Metoda z zadania daje aminokwas w postaci racematu — atom węgla α w produkcie jest asymetryczny, a substrat i odczynniki nie są chiralne. Aminokwasy białkowe (poza achiralną glicyną) mają konfigurację L.

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „chemia organiczna, synteza aminokwasów, alanina, HVZ, bromowanie alfa, kwas propanowy” zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl