Методические указания к лабораторному практикуму по органической химии для студентов специальностей 27.01, 27.03

Министерство общего и профессионального образования Российской федерации ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра химии Е.Г.Владимирова Э.В.Строева

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторному практикуму по органической химии для студентов специальностей 27.01, 27.03

Часть 1

Оренбург 1998

ББК24.2я7 В 57 УДК 547(075.8)

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ 1.1 При работе в лаборатории органической химии всегда нужно помнить, что органические соединения ядовиты и многие огнеопасны и взрывоопасны. Поэтому в процессе работы необходимо соблюдать аккуратность. 1.2 Категорически запрещается в лаборатории принимать пищу, пить воду. 1.3 Каждый работающий должен знать, где находятся в лаборатории средства противопожарной защиты и аптечка. Уметь пользоваться ими. 1.4 Категорически запрещается в лаборатории вещества пробовать на вкус. Нюхать вещества можно лишь осторожно направляя на себя пары или газы легким движением руки. 1.5 Приступать к каждой работе только с разрешения преподавателя и после полного уяснения всех ее операций. 1.6 Категорически запрещается производить какие-либо опыты непредусмотренные текущей работой. 1.7 Не разрешается работать в лаборатории без халата. 1.8 Не оставлять действующий прибор без присмотра. 1.9 При работе с кислотами и щелочами следует помнить: концентрированные кислоты и щелочи нужно наливать в сосуды осторожно под тягой, чтобы не облить рук, неполучить брызг на лицо и одежду. При наливании крепких кислот и щелочей обязательно пользоваться воронкой. Следует помнить при смешивании серной кислоты с водой: КИСЛОТУ ПРИЛИВАЮТ В ВОДУ НЕБОЛЬШИМИ ПОРЦИЯМИ ! 1.10 При работе с металлическим натрием необходимо соблюдать особую осторожность: хранить натрий нужно под слоем керосина в банке, закрытой коркоковой пробкой, резать натрий следует только на сухой бумаге. Не бросать обрезки натрия в канализацию, не оставлять их на столе открытыми, а

сразу же собирать в банку с керосином.Брать натрий только пинцетом или щипцами. 1.11 При работе с легколетучими и легковоспламеняющимися веществами следует помнить: этиловый эфир, ацетон, бензол, уксусноэтиловый эфир, этиловый и другие спирты, а также прочие горючие вещества нельзя нагревать на открытом огне или вблизи горелки в открытых сосудах. Эти вещества нагревают и (или) отгоняют на электрической, водяной или воздушной бане, со скрытыми нагревательными элементами и токоведущими частями. 1.12 В случае воспламенения легколетучих жидкостей нужно, прежде всего, потушить горелки, выключить электроприборы, убрать все находящиеся поблизости горючие вещества, а затем тушить пламя, засыпая его песком, закрывая мокрым одеялом или полотенцем. Большое пламя тушат с помощью углекислотных огнетушителей. Не следует заливать пламя водой, во многих случаях это приводит к большему распространению пламени и расширению очага пожара. 1.13 В случае воспламенения одежды не следует бежать, надо набросить на пострадавшего халат, брезент, шерстяное или войлочное одеяло. Можно потушить одежду на себе, обливая ее водой, или быстрым перекатыванием по полу. 1.14 При легких термических ожогах кожу следует обработать спиртом, а затем смазать глицерином или вазелином. При более сильных ожогах, после обливания спиртом и концентрированным раствором перманганата калия обоженное место необходимо смазать мазью от ожогов. 1.15 При ожогах крепкими кислотами необходимо сразу же промыть пораженное место большим количеством воды, а затем трехпроцентным раствором гидрокарбоната натрия и опять водой. 1.16 При ожогах едкими щелочами обильно промыть пораженное место проточной водой, затем разбавленным раствором уксусной кислоты, а после этого опять большим количеством воды. 1.17 При попадании кислоты или щелочи в глаза следует сразу же их промыть. Для этого направляют небольшую струю воды то в один глаз, то в другой в течение 3-5 минут. Затем глаза следует промыть трехпроцентным раствором борной кислоты. После этого нужно немедленно обратиться к врачу.

1.18 При порезах стеклом необходимо удалить осколки стекла из раны, залить поврежденное место спиртовым раствором йода и наложить стерильную повязку. При сильных кровотечениях следует наложить жгут выше раны и вызвать врача или отправить пострадавшего в медпункт.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 1 2.1 Основные методы и приемы работы 2.1.1 Лабораторная химическая посуда Набор посуды, применяемой в химической лаборатории зависит от характера работы. Для химической посуды в основном применяется стекло, обладающее относительно малым коэффициентом линейного расширения, хорошей устойчивостью к воде, щелочам, кислотам, и достаточно устойчивое к изменению температуры. Приборы, требующие максимальной термостойкости, готовят из кварцевого стекла, температура размягчения которого 1400 0С. Кроме того в химических лабораториях применяют посуду из фарфора, различных огнеупорных материалов и прозрачных или полупрозрачных пластмасс. Наиболее распространенная стеклянная посуда подразделяется на три группы: 1.Посуда общего назначения, применяемая в любой химической лаборатории для разнообразных целей. 2.Посуда специального назначения, предназначенная для какойнибудь одной цели. 3.Мерная посуда, предназначенная для отмеривания точных объемов жидкостей, растворов и газов. К А П Е Л Ь Н Ы Е В О Р О Н К И (рис.1) бывают грушевидной или цилиндрической формы. В верхней части длинной отводной трубки находится кран. Сверху у капельных воронок имеется отверстие, закрывающееся притертой стеклянной пробкой. Капельные воронки бывают различной емкости и применяются при монтировании приборов, преимущественно при синтезах, когда необходимо вводить в реакционную массу какой-нибудь каплями или небольшими порциями.

Д Е Л И Т Е Л Ь Н Ы Е В О Р О Н К И очень похожи на капельные, но но бывают чаще всего цилиндрической формы со значительно укороченным концом. Применяют их для разделения несмешивающихся жидкостей. Х И М И Ч Е С К И Е С Т А К А Н Ы (рис.2) - тонкостенные цилиндры различной емкости. Они бывают двух типов: с носиком и без него. К О Л Б Ы (рис.3) бывают различной емкости и формы. П л о с к о д о н н ы е колбы применяют для различных целей при многих работах, а также для хранения дистиллированной воды и растворов. К о н и ч е с к и е колбы (Эрленмейера) применяются также для различных работ, но преимущественно при аналитических, главным образом, при титровании. Емкость их может быть от 10 мл до 2 л.

К о л б ы Б у н з е н а - толстостенные колбы, в верхней части которых имеется отросток для соединения с вакуум-насосом, предназначены для фильтрования при разрежении. При работе с колбами Бунзена рекомендуется завернуть их в полотенце или в металлическую или пластиковую сетку. К р у г л о д о н н ы е колбы ( рис.4) - применяются при органических синтезах. Эти колбы бывают различной емкости, с одним, двумя, тремя и четырьмя горлами. У многогорловых колб каждое горло имеет свое назначение. Так, в одно горло вставляют термометр, в другое - капельную воронку, третье соединяют с обратным холодильником, насадкой и т.д.

К о л б ы д л я п е р е г о н к и (рис.5) - различной емкости, например, колбы Вюрца, Клайзена, Арбузова и др. В горло колбы помещают термометр так, чтобы ртутный шарик находился на уровне отводных трубок. Колбы В ю р ц а применяют преимущественно при перегонке при атмосферном давлении. Колбы К л а й з е н а - круглодонные, с раздвоенным горлом. Боковое горло имеет пароотводную трубку для соединения с холодильником. Эти колбы применяются для перегонки

соединений, невыдерживающих нагревания до высокой температуры при нормальном давлении. Колбы А р б у з о в а отличаются от колб Клайзена тем, что оба горла в нижней части имеют соединения. Это предупреждает возможность вскипания, что иногда происходит при перегонке под уменьшенным давлением. Х О Л О Д И Л Ь Н И К И (рис.6) - приборы для охлаждения и конденсации паров,образующихся при нагревании или кипячении различных веществ. Существует много разновидностей холодильников в зависимости от того для каких работ их применяют. Принципиально каждый холодильник имеет две части: холодильную трубку - форштос и рубашку - муфту, через которую пропускают холодную воду или другой хладоагент для охлаждения паров. По назначению различают прямые и обратные холодильники. П р я м о й холодильник (Л и б и х а ) применяют при перегонке. Пары, охлаждаясь в холодильной трубке, конденсируются и стекают в приемник. О б р а т н ы е холодильники предназначаются для работ, при проведении которых пары, выделяющиеся при нагревании, охлаждаются в холодильной трубке и возвращаются в реакционный сосуд.

А Л О Н Ж И (рис.7) - служат для направления конденсата, образующегося при перегонке, в приемный сосуд. Алонжи различают простые - для перегонки при атмосферном давлении, с отростком - для перегонки при пониженном давлении и, так называемые " пауки", применяемые при фракционной перегонке.

Ф О Р Ш Т О С Ы (рис.8) - служат для увеличения числа горл колбы.

2.2 Устройства и способы нагревания Одной из важнейших операций, проводимых в химических лабораториях, является нагревание. Его используют для ускорения

большинства органических реакций, при выделении и очистке веществ (перегонка, возгонка, растворение, плавление, сушка), при определении физических констант температура плавления, температура кипения и др.). В лаборатории применяются различные нагревательные приборы. Электроплитки с закрытой спиралью предназначены для прямого нагревания. Еще лучше мягкие колбонагреватели из стекловолокна с заплетенными электрическими спиралями. Непосредственное нагревание стеклянных сосудов пламенем горелки применяют редко, ввиду малой устойчивости стекла к резким изменениям температуры, а также из-за местных перегревов, приводящих разложению вещества. Для мягкого нагревания и поддержки заданной температуры применяют разного рода бани - сосуды, заполненные разными жидкостями, в которые погружают нагреваемые сосуды. Колбы погружают так, чтобы уровень жидкости в колбе был ниже уровня жидкости в бане. Для нагревания до температуры не выше 100 0С применяют водяные бани, а до 220 0С - масляные бани. Их заполняют минеральными маслами, получаемыми из нефти. Иногда вместо масляных бань применяют глицериновые или парафиновые бани. Для нагревания веществ веществ до 325 0С можно применять бани из смеси H2SO4 и K2SO4,до 400 0С - песочные бани, а до 600 0 С и выше - бани из легкоплавких металлов и сплавов. При нагревании жидкости выше температуры кипения может произойти перегрев жидкости и даже взрыв. Этого можно избежать, применяя "кипелки" - мелкие кусочки кирпича, обожженного неглазурованного фарфора или длинные стеклянные капилляры, запаянные с одного конца. "Кипелки" или капилляры при нагревании выделяют небольшое количество воздуха мелкими пузырьками и обеспечивают перемешивание и равномерное кипение.

2.3 Устройства и способы охлаждения Охлаждение требуется при проведении экзотермических реакций, при перекристаллизации и перегонке. Самый доступный способ охлаждения - использование водопроводной воды, температура которой колеблется от 4 0С до 20 0С, в зависимости от времени года. При охлаждении паров для

их конденсации применяют различные типы холодильников, в рубашках которых циркулирует холодная вода. Для охлаждения до 0 0С пользуются льдом, а до температуры ниже 0 0С охлаждающими смесями. Температуру до -70 0С можно получить, пользуясь твердой двуокисью углерода (сухой лед). Чтобы низкую температуру поддерживать значительно долгое время, следует охлаждаемый сосуд изолировать от окружающей среды. Устройства позволяющие это сделать называются дьюаровскими сосудами (рис.10).

2.4 Вопросы к защите лабораторной работы N 1 2.4.1 Для чего применяются капельные воронки? 2.4.2 В чем разница между капельными и делительными воронками? 2.4.3 Что представляет собой колба Б у н з е н а, как правильно работать с ней? 2.4.4 Для чего предназначены круглодоннные многогорловые колбы? 2.4.5 В чем разница между колбами В ю р ц а и К л а й з е на ? 2.4.6 В чем разница между прямым и обратным холодильником? 2.4.7 Можно ли шариковый холодильник применять в качестве прямого? 2.4.8 Какой из приведенных на рис.6 холодильников наиболее эффективен в качестве обратного? 2.4.9 Для чего применяются алонжи, форштосы и насадки? 2.4.10 Какие приборы можно использовать для нагревания? 2.4.11 Как лучше осуществить нагрев: с помощью открытого пламени или бани? 2.4.12 С помощью каких бань можно осуществить нагрев до 1000С, 200 0С, 400 0С? 2.4.13 Что такое "кипелки" и для чего их используют? 2.4.14 Как можно осуществить охлаждение до 0 0С,-5 0С,-10 0С,-70 0 С? 2.4.15 Для чего предназначен сосуд Д ь ю а р а ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N2 3.1 Методы выделения и очистки органических соединений Продукты реакции, выделенные из реакционной массы, обычно содержат примеси и называются сырыми продуктами. Для получения конкретных веществ существуют различные методы их выделения и очистки. Чистоту получаемых продуктов можно проверить используя физические и химические методы анализа. 3.1.1 Разделение суспензий Выделение органических веществ чаще всего начинается с разделения жидких и твердых фаз. Органические вещества, находящиеся в осадке, в большинстве случаев отделяют от маточных растворов фильтрованием. как правило, органические соединения хорошо растворимы в органических растворителях. Поэтому промывание осадка, образовавшегося на фильтре, необходимо производить как можно меньшими количествами промывной жидкости. При отделении твердой фазы от жидкой пользуются стеклянной воронкой, с вложенным в нее бумажным фильтром. Для ускорения фильтрования этот процесс проводят, создавая перепад давления между областями над и под фильтром, что в лабораторных условиях достигается путем создания разряжения под фильтром (отсасывание). В этом случае применяют цилиндрическую воронку с сетчатым дном (воронка Б ю х н е р а ) и колбу Б у н з е н а . На сетчатое дно воронки накладывают бумажный фильтр, по размерам, точно совпадающий с площадью дна воронки, а колбу подключают к вакуум-насосу. Перед началом фильтрования фильтр смачивают растворителем. 3.1.2 Извлечение органических веществ Существует ряд методов, которые можно использовать как для извлечения твердых, так и жидких органических соединений. К ним следует отнести, например, - экстракцию, адсорбцию, хроматографию.

Для извлечения из жидких и твердых смесей какого-либо вещества методом экстракции применяют растворитель, хорошо растворяющий данное вещество и не растворяющий сопутствующие ему примеси, или наоборот. Извлечение веществ из растворов (большей частью из водных) обычно осуществляют встряхиванием с растворителем в делительной воронке. Растворитель берется в количестве 1/5-1/3 объема раствора. После отстаивания разделяют два образовавшихся слоя. Нижний слой сливают через кран делительной воронки, а верхний выливают через верхнее отверстие. Чаще всего для экстракции применяют следующие растворители: диэтиловый эфир, петролейный эфир, бензол (легче воды); хлористый метилен, хлороформ (тяжелее воды). Для лучшего извлечения целесообразно экстрагировать несколько раз небольшими порциями растворителя или использовать экстракторы непрерывного действия. 3.1.3 Разделение твердых смесей и очистка твердых веществ Применяются различные способы разделения и очистки твердых смесей. Выбор метода определяется свойствами веществ, подвергаемых разделению или очистке, характером примесей, степенью требуемой чистоты и т.п. а) П е р е к р и с т а л л и з а ц и я является важным методом очистки органических соединений. Очистка веществ путем перекристаллизации основана на различной растворимости веществ и загрязняющих его примесей. растворимость данного вещества должна резко меняться в зависимости от температуры. Вещество, которое нужно перекристаллизовать, растворяют при нагревании в подходящем растворителе. Растворитель не должен растворять примеси или, наоборот, должен очень хорошо растворять только примеси (тогда при охлаждении раствора они не выпадут в осадок вместе с основным продуктом). Горячий раствор, насыщенный кристаллизуемым веществом, отфильтровывают от нерастворимых примесей, затем фильтрат охлаждают, выпавший осадок фильтруют, промывают и сушат. б) В о з г о н к а. Возгонкой (сублимацией) называют процесс, при котором при нагревании твердое вещество, минуя жидкое состояние переходит в газообразное, а пары при охлаждении образуют твердое вещество. Возгонку можно вести в фарфоровой

чашке, закрытой широким концом воронки, диаметр которой несколько меньше диаметра чашки (рис.11)

3.1.4 Разделение жидких смесей и очистка жидких органических соединений Один из важнейших методов очистки и выделения жидких органических веществ является п е р е г о н к а. При этом жидкость нагревают до температуры кипения и пары ее конденсируются в виде дистиллята в холодильнике. Перегонку применяют: для удаления растворителя, для разделения нескольких веществ, для очистки от примесей и т.д. Различают три основных способа перегонки: при обычном давлении, при пониженном давлении, перегонка с паром. 3.1.5 Определение важнейших констант органических соединений К важнейшим константам органических веществ относят физико-химические величины, которые позволяют с определенной точностью идентифицировать данное вещество. Из них легче всего определяются и, как правило, приводятся в справочной химической литературе при описании отдельных соединений следующие: температура плавления, температура кипения, показатель преломления, плотность, различные спектральные характеритики.

3.2 Э к с п е р и м е н т а л ь н а я ч а с т ь 3.2.1 О п ы т N 1 Извлечение красящих веществ из зеленой массы растений 5 граммов зеленой массы растения измельчить ножницами и растереть в фарфоровой ступке с песком до однородного состояния. В ступку с растертой массой налить 5-10 мл воды, полученную смесь отфильтровать в колбу на 100 мл через двойной складчатый

фильтр. Ступку обмыть 20-30 мл воды (в 2-3 приема), которую также отфильтровать. В фильтрат добавить один из растворителей: хлороформ, четыреххлористый углерод, диэтиловый эфир, этилацетат или некоторые другие растворители. Содержимое колбы вылить в делительную воронку и проэкстрагировать в 2-3 приема. Объем растворителя: 5-7 мл. ЭКСТРАКЦИЮ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ ! О п ы т N 2. Перекристаллизация бензойной кислоты. В колбу емкостью 100 мл помещают 1 г бензойной кислоты, 50 мл воды и нагревают смесь до кипения на электроплитке. Бензойная кислота полностью растворяется. Горячий раствор быстро фильтруют через маленький складчатый фильтр и делят на две части. Одну часть быстро охлаждают погружением сосуда в холодную воду. При этом бензойная кислота выпадает в виде мелких кристалликов. Другую часть раствора оставляют медленно охлаждаться на воздухе. Выделяющаяся бензойная кислота образует крупные кристаллы. О п ы т N 3. Очистка нафталина возгонкой. В фарфоровую чашечку помещают загрязненный нафталин, прикрывают чашечку фильтровальной бумагой с проколотыми отверстиями и сверху ставят стеклянную воронку. Отверстие воронки закрывают ватой. Воронку охлаждают мокрой фильтровальной бумагой. Чашечку с нафталином медленно нагревают. Пары нафталина проходят через проколы в фильтровальной бумаге в охлажденную воронку, конденсируются на ее поверхности в виде кристаллов. Сравните кристаллы нафталина на стенках воронки с кристаллами загрязненного нафталина. О п ы т N 4. Перегонка при обычном давлении. ( о п ы т д е м о н с т р а ц и о н н ы й ). Перегонку при обычном или атмосферном давлении можно проводить только в том случае, если жидкость выдерживает нагревание без разложения. В колбу В ю р ц а емкость 200-250 мл помещают 60 мл смеси несколько "кипелок". Затем колбу закрывают пробкой с

отверстием, в которое вставляют термометр. Термометр закрепляют в пробке таким образом, чтобы верхний обрез ртутного шарика был на 5 мм ниже отводной трубки колбы В ю р ц а . В один конец холодильника Л и б и х а вводят отводную трубку, на другой насаживают алонж, опущенный в приемную колбу. Сборку установки производят в соответствии с рис.12.Смесь нагревают до кипения.Нормальная скорость перегонки - одна капля за 2-3 сек. В ходе разгонки собирают три фракции: 1.От начала перегонки до момента, когда температура кипения начнет быстро повышаться. Быстрое повышение означает подъем температуры на 5-7 0С в течение 10-20 сек. 2.Фракция собирается во время быстрого роста температуры отходящих паров. 3.С момента прекращения быстрого роста температуры до конца перегонки. Перегонку заканчивают, когда в колбе останется 3-5 мл жидкости. После завершения разгонки вымеряют объем всех трех фракций.

О п ы т N 5. Определение температуры плавления. Определение температуры плавления исследуемого вещества проводят в специальном приборе Ж у к о в а (рис.13.). Он представляет собой колбу, в которую налита высококипящая жидкость. К пришлифованному горлу колбы присоединяется специальная пробирка, снабженная каучуковой пробкой, с закрепленной в ней термометром.

Вещество, температуру плавления которого надо определить, помещают в капилляр, запаянный с одного конца. Наполнение капилляра проводят следующим образом: погружают открытый конец капилляра в сухое измельченное вещество,

переворачивают его и осторожным постукиванием перемещают порошок на дно капилляра. Эту операцию повторяют несколько раз до тех пор, пока на дне образуется столбик вещества, высотой около 2-3 мм. Наполненный капилляр прикрепляют резиновым кольцом к термометру на уровне шарика. Затем капилляр укрепляют в пробирке так, чтобы он не касался стенок и дна. Прибор медленно нагревают и внимательно следят за повышением температуры и за состоянием вещества в капилляре. Скорость подъема температуры: 6-10 0С в минуту. Наблюдая за веществом в капилляре, отмечают все изменения: перемену окраски, разложение, слипание, спекание. Началом плавления считают появление первой жидкой капли в капилляре, а окончанием - исчезновение последних кристалликов. Чистые вещества плавятся в интервале от нескольких десятых долей градуса до одного градуса. Незначительное загрязнение вещества обычно сильно понижает температуру его плавления. У загрязненного вещества интервал плавления значительно больше, чем у чистого. Определить температуру плавления исследуемых веществ. По полученным данным, пользуясь справочными данными идентифицировать вещества, и установить степень их загрязненности.

3.2 Вопросы к защите лабораторной работы N 2 1.Какие существуют методы выделения и очистки твердых и жидких веществ? 2.В каких случаях экстракция более эффективна: при многократной обработке малыми порциями растворителя или при однократной обработке большой порцией? 3.На чем основан метод перекристаллизации? 4.Будут ли отличаться кристаллы одного и того же вещества, полученные при быстром и медленном охлаждении? 5.Почему при фильтровании горячих растворов следует применять складчатые фильтры? 6.Каковы требования к растворителю при экстракции и перекристаллизации? 7.Почему при возгонке получаются более чистые вещества?

8.Какие способы перегонки известны и чем определяется их использование? 9.Что такое идентификация? 10.Что такое физические константы и для чего они применяются? 11.Как устроен и для чего применяется прибор Ж у к о в а ? 12.От чего зависят интервалы температуры кипения и плавления? Литература: 1. Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1987.С.15-17. 2. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. -М.: Химия, 1980.- С.17-19. 3. Берлин А.Я. Техника лабораторной работы в органической химии. -М.: Химия, 1973. Главы VII, VIII, X, XI.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N3 МЕТОДЫ АНАЛИЗА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТАРНОГО СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. (и определение физических констант) Качественный анализ позволяет установить, какие элементы входят в состав исследуемого органического вещества. Непременной составной частью молекулы любого органического вещества является углерод. Помимо углерода, в состав органического вещества входит водород и в ряде случаев кислород, азот, сера, галогены и некоторые другие элементы. Исследования органического вещества начинается с качественного определения элементов, содержащихся в этом веществе. Для этого данное вещество подвергается минерализации. Минерализацию обычно осуществляют сжиганием в среде сильных окислителей (серной или азотной кислот, перикиси водорода и др.)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ О п ы т N 1. Определение углерода и водорода в органических соединениях. Наиболее точным способом обнаружения углерода и водорода является сожжение органического вещества в смеси с порошком оксида меди. Углерод образует с кислородом оксида меди диоксид углерода, а водород - воду. Оксид меди при этом восстанавливается до металлической меди. При нагревании смеси сахара или вазелинового масла с избытком порошка оксида меди ( 1 часть мелкораздробленного сахара и 3-4 части оксида меди) образуется диоксид углерода, который улавливается известковой или баритовой водой. Первоначальное помутнение, а затем образование осадка ( CaCO3 или BaCO3) указывает на присутствие углерода: сахар или вазелиновое масло + CuO ---- CO2 + H2O + Cu CO2 + Ba(OH)2 ---- BaCO3 + H2O Водород определяется косвенным путем при определении углерода. В присутствии водорода на стенке пробирки или газоотводной трубки конденсируется вода, что можно определить, например, по посинению бесцветного порошка безводного сульфата меди: CuSO4 + H2O ---- CuSO4 * 5 H2O Реактивы и оборудование Сахар или вазелиновое масло - 0.2 г, оксид меди - 1.0 г, баритовая или известковая вода - 3-5 мл, безводный сульфат меди - 0.25 г, пробирки - 2 шт, газоотводная трубка - 1 шт. В сухую чистую пробирку помещают оксид меди и сахар или вазелиновое масло. Содержимое пробирки тщательно перемешивают до образования однородной массы. При помощи штатива закрепляют пробирку в горизонтальном положении, насыпают на край пробирки безводный сульфат меди и отверстие пробирки закрывают пробкой с газоотводной трубкой так, чтобы порошок сульфата меди находился возле пробки.

Свободный конец газоотводной трубки опускают в пробирку с баритовой или известковой водой (рис.14). О п ы т N 2. Определение серы и азота сплавлением с натрием. Чтобы открыть серу, азот и галоиды исследуемое вещество сплавляют с металлическим натрием, благодаря чему происходит переход их в водорастворимое состояние: C,N,Hal + Na ----- NaCN, Na2S, NaHal ОСТОРОЖНО! НИТРОПАРАФИНЫ, ОРГАНИЧЕСКИЕ АЗИДЫ, ДИАЗОЭФИРЫ И НЕКОТОРЫЕ АЛИФАТИЧЕСКИЕ ПОЛИГАЛОГЕНИДЫ РЕАГИРУЮТ СО ВЗРЫВОМ! РЕАКЦИЮ ПРОВОДИТЬ В ЗАКРЫТОМ ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ И ЗАЩИТНЫХ ОЧКАХ! Реактивы и оборудование Сульфаниловая кислота - 0.05 г, металлический натрий - 0.05 г дистиллированная вода - 5 мл, сульфат железа (II), хлорное железо, 10%-ная соляная кислота, нитропруссид натрия или 10%-ный водный раствор нитрата свинца, пробирки - 4шт, химический стакан емк. 50-100 мл - 1, воронка коническая обыкновенная - 1, фильтр (синяя лента) - 2. В сухую жаростойкую пробирку помещают сульфаниловую кислоту. Затем пробирку наклонно закрепляют в штативе и вносят в нее, несколько выше слоя сульфаниловой кислоты, чистый кусочек металлического натрия (ОСТОРОЖНО! ЛЕГКО ВОСПЛАМЕНЯЕТСЯ!) в виде полоски длиной 3-4 мм или с пшеничное зерно. После этого, натрий расплавляют на остром пламени, с тем чтобы капли расплавленного металла падали на сульфаниловую кислоту. После полного расплавления натрия содержимое пробирки нагревают до появления темного кроваво-красного окрашивания (или до сильного обугливания). Горячую пробирку осторожно опускают в стакан с дистиллированной водой (ОСТОРОЖНО! ДАЛЬШЕ ОТ ЛИЦА!). Пробирка растрескивается и плав

растворяется в воде. Водный раствор плава отфильтровывают и фильтрат разделяют на три пробирки. К фильтрату первой пробирки прибавляют по 2-3 капли 10%-ных растворов сульфата железа (II) и хлорного железа. Среда раствора должна быть щелочная, если нет, то добавляют 3-4 капли щелочи. Раствор доводят до кипения в течение 1 минуты, а затем охлаждают до комнатной температуры, подкисляют соляной кислотой (6-8 капель). Появление синей или зеленовато-синей окраски, а затем выпадение осадка берлинской лазури указывает на наличие азота: NH2C6H5SO3H + Na ---- NaCN, Na2S 2 NaCN + FeSO4 ---- Fe(CN)2 + Na2SO4 Fe(CN)2 + 4 NaCN ---- Na4[Fe(CN)6]

3 Na4[Fe(CN)6] + 4 FeCl3 ---- Fe4[Fe(CN)6]3 + 12 NaCl Желтая окраска раствора свидетельствует об отсутствии азота. Если вещество содержит много серы, берлинская лазурь может не получиться. Если вещество содержит серу, то используют удвоенное количество щелочного металла или, исследуемое вещество на азот, пропитывают кусочком нафталина, а затем подвергают разложению щелочным металлом. Этот способ позволят обнаружить азот в исследуемом веществе менее 1.0 мг. К фильтрату во второй пробирке добавляют 2-3 капли раствора нитропруссида натрия. Появление краснофиолетового или ярко-фиолетового окрашивания указывает на присутствие серы: Na2[Fe(CN)5NO] + Na2S ---- Na4[Fe(CN)5NOS] К фильтрату в третьей пробирке добавляют 2-3 капли раствора нитрата свинца. Появление черного осадка сульфида свинца указывает на содержание серы в исследуемом веществе. Написать схему уравнения реакции. О п ы т N 3. Открытие галоидов (Проба Бейльштейна). Наличие галогена можно обнаружить при нагревании органического соединения с медью, которые образуют (кроме

фтора) летучие соли, окрашивающие пламя в зеленый или голубовато-зеленый цвет. 2 Cu + O2 ---- 2 CuO хлор, бром, йод-содержащие вещества + O2 ---- HCl HBr, HI и другие вещества

CuO + HCl HBr, HI ---- H2O + CuCl2 CuBr2, CuI2 и другие вещества

Реактивы и оборудование

Полихлорвиниловая пленка, проволока из красной меди - 1. Толстую, красную медную проволоку диаметром около 3 мм прокаливают в пламени до прекращения окрашивания пламени. По охлаждении проволоки на острый конец ее помещают небольшой кусочек полихлорвиниловой пленки и вносят ее в край несветящегося пламени. Если в соединении присутствует галоид, пламя окрашивается в зеленый, голубовато-зеленый или сине-зеленый цвет. Проведите контрольный опыт, опуская прокаленную медную проволочку в дистиллированную воду или спирт. Происходит ли окрашивание пламени? Проба очень чувствительна на хлор, бром и йод и не чувствительна на фтор. Учитывая, органические азотсодержащие соединения также дают эту реакцию, то данную пробу на содержание галоидов, можно считать ориентировочной. Поэтому, существуют другие методы качественного определения галоидов, а именно, при помощи нитрата серебра. О п ы т N 4. Открытие галоидов нитратом серебра. Р е а к т и в ы и о б о р у д о в а н и е. Полихлорвиниловая пленка - 2 г, 10%-ный раствор нитрата серебра - 2.0 мл, пробирки - 2 шт. В сухую, чистую и жаростойкую пробирку, снабженную газоотводной трубкой, укрепленной на пробке, помещают полихлорвиниловую пленку или крошку. Свободный конец газоотводной трубки погружают в 10%-ный раствор нитрата

серебра. Затем пробирку при помощи пробиркодержателя нагревают до полного разложения полихлорвинила. Образование белого хлопьевидного (темнеющего на свету) осадка галоидного серебра указывает на наличие галогена в пробе. Написать уравнение реакции.

Вопросы к защите лабораторной работы N 3 1.Какие реакции называются качественными? 2.Какими качественными реакциями определяются углерод, водород, сера, азот, галогены? Привести уравнения реакций? 3.В какой цвет окрашивается пламя в присутствии галогенов, привести уравнения реакций. 4.Почему проба Бейльштейна не чувствительна ко фтору? 5.Достаточно ли провести пробу Бейльштейна, чтобы доказать наличие галогена в исследуемом веществе? Литература: 1. Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1987.С.17-18. 2. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. -М.: Химия, 1980.- С.19-20.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N4 НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ ( алкены, алкины ).

АЛКЕНЫ Алкены - углеводороды, имеющие общую эмпирическую формулу CnH2n, относятся к ненасыщенным углеводородам, так как они содержат в своем составе двойную связь, образованную атомами углерода, находящимися в состоянии sp2-гибридизации. Вследствие особенности строения 2 электронных оболочек sp -гибридизованных атомов углерода, двойная связь представляет собой более диффузную область электронной плотности, поэтому электроны C=C- свзи более

доступны для атаки электрофильными агентами извне, чем электроны связи C-C. Таким образом, для алкенов наиболее характерными являются реакции ЭЛЕКТРОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ ( AE ). По механизму ( AE ) происходит о к и с л е н и е алкенов. Эти реакции интересны тем, что по продуктам окисления позволяют определить строение исходных веществ, а также получить различные кислородсодержащие соединения. Например, действие перманганата калия ( KMnO4) зависит от условий протекания реакции (кислотность среды): R\ H2O а) C = CH-R"(реакция R\ -OH R'/ OH OH Вагнера) C=CH-R"+KMnO4 --------R'/ R\ R" R + H б) C=O + O=C --- C=O + R'/ H R' + R"COOH

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ О п ы т N 1. Получение и горение этилена. Реактивы и оборудование Этиловый спирт 96%-ный, концентрированная кислота, песок, пробирки с газоотводной трубкой.

серная

а) В сухую чистую пробирку помещают несколько крупинок песка (для улучшения перемешивания), 1 мл этилового спирта и 1мл серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагревают нагревают смесь. б) Выделяющийся газ поджигают у конца газоотводной трубки - он горит светящимся пламенем. Привести уравнения проделанных реакций. О п ы т N 2. Присоединение к этилену брома.

Реактивы и оборудование Этилен, полученный в опыте N 10, (насыщенный раствор).

бромная

вода

Не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта с серной кислотой, опускают конец газоотводной трубки в пробирку с раствором брома - бромной водой. Бромная вода обесцвечивается, вследствие присоединения атомов брома по месту двойной связи. Реакция обесцвечивания брома служит качественной реакцией на двойную связь. Привести уравнения соответствующих реакций. О п ы т N 3. Отношение этилена к окислителям. Реактивы и оборудование Этилен; 0,1 н раствор перманганата калия; 0,1 н раствор карбоната натрия; концентрированная серная кислота. а) Окисление этилена в нейтральной среде. Не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта с серной кислотой, опускают коней газоотводной трубки в пробирку с содовым раствором перманганата калия. Фиолетово-розовое окрашивание раствора перманганата исчезает, образуется хлопьевидный осадок бурого цвета. При этом алкен окисляется в двухатомный спирт (реакция Вагнера). Эта реакция является качественной на двойную связь. Написать уравнения реакций. б) Окисление этилена в кислой среде. В пробирку наливают 2 мл 1%-ного раствора перманганата калия, добавляют 1 каплю концетрированной серной кислоты и пропускают этилен. Раствор быстро обесцвечивается, бурые хлопья не образуются, так как окисление происходит более глубоко. Написать уравнение реакции.

О п ы т N 4. Качественные реакции на жирные масла.

Многие пищевые продукты, особенно растительные масла, содержат двойные связи: CH2-O-CO-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-CH3 |

CH-O-CO-R

| CH2-O-CO-R' Поэтому качественной реакцией на растительные масла (жиры, растительного происхождения - подсолнечное, льняное, оливковое, арахисовое и др. масла) является проба с галогенами. Реактивы и оборудование Раствор растительного масла в эфире, бромная вода насыщенный раствор. В пробирку с раствором растительного масла в эфире прибавляют 1-2 капли бромной воды и встряхивают. Быстрое исчезновение желтой окраски бромной воды указывает на присутствие ненасыщенных остатков кислот в молекуле триглецирида. Написать уравнение реакции.

Контрольные вопросы к теме "Алкены". 1.Укажите все возможные способы получения пропена. 2.Чем объяснить геометрическую изомерию в алкенах? 3.Какие из приведенных ниже алкенов существуют в виде циси трансизомеров: а) гексен-3 в) 2,3-диметилгексен-3 б) 2,3-диметилгексен-2 г) 2,4-диметилпентен-1 4.Какой тип реакций преобладает в химии алкенов? 5.Объяснить механизм электрофильного присоединения(АЕ) брома и хлористого водорода к 2-метилпентену-2. 6.Чем объясняется наблюдаемое присоединение бромистого водорода против правила Марковникова? Рассмотреть на примере изобутилена.

7.В чем сущность реакции полимеризации, где она используется? 8.Составить схему цепной реакции полимеризации: а) пропилена - по радикальному механизму б) изобутилена - по электорофильному (катионному) механизму. 9.Как можно идентифицировать алкены? Литература: 1. Нечаев А.П. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1985. С.65-85. 2. Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1987. -С.135-146.

АЛКИНЫ Алкины, подобно алкенам, относятся к непредельным углеводородам, но содержат в своём составе связь С=С. Поэтому для алкинов наиболее характерны реакции присоединения, которые часто идут в две стадии. К ним относятся реакции присоединения галогенов и галогенводородов, проходящие по механизму электрофильного присоединения (АЕ). Реакции присоединения воды (реакция Кучерова) отличается тем, что к алкину присоединяется только одна молекула воды, так как промежуточный продукт - виниловый спирт - енол перегруппировывается в более устойчивую карбонильную группу: альдегид или кетон. Катализатором процесса являются соли ртути. Процесс перегруппировки называется кето-енольной таутомерией. В некоторых случаях реакции присоединения к алкинам происходят под действием щелочных катализаторов и тогда являются рекциями н у к л е о ф и л ь н о г о присоединения (АN). Так идет, например, присоединение спиртов, карбоновых кислот, синильной кислоты, причем во всех случаях реакция оканчивается на первой стадии с присоединением только одной молекулы реагента. Основным отличием от алкенов является способность алкинов к реакции э л е к т р о ф и л ь н о г о замещения (SE). В такие рекции способны вступать алкины содержащие фрагмент

-C=CH. Атом водорода в таких реакциях замещается на катион металла, приводя к образованию солей, называемых ацетиленидами.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ О п ы т N 1. Получение ацетилена и его горение. Р е а к т и в ы и о б о р у д о в а н и е Карбид кальция в кусочках, газоотводная трубка. Работу с ацетиленом проводить в вытяжном шкафу, так как неочищенный ацетилен, полученный из карбида кальция, содержит вредные, неприятно пахнущие примеси: NH3, PH3, AsH3 и др. В пробирку помещают маленький кусочек карбида кальция, добавляют 1 мл воды и закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой. В пробирке бурно выделяется газообразный ацетилен. Написать уравнения реакции. Поджигают ацетилен у конца газоотводной трубки. Реакция взаимодействия карбида кальция с водой экзотермична. Написать уравнение реакции, по справочнику указать тепловой эффект реакции получения ацетилена и реакции горения ацетилена. О п ы т N 2. Присоединение к ацетилену брома. Р е а к т и в ы и о б о р у д о в а н и е Ацетилен, полученный в опыте N 1, бромная вода. Конец газоотводной трубки с выделяющимся ацетиленом опускают в пробирку с бромной водой. Бромная вода обесцвечивается вследствие присоединения атомов брома по месту тройной связи. Написать уравнение реакции. О п ы т N 3. Отношение ацетилена к окислителям. Реактивы и оборудование 0.1 н раствор перманганата калия, ацетилен.

Конец газоотводной трубки, с выделяющимся ацетиленом, опускают в пробирку с раствором перманганта калия. Розовый раствор меняет окраску: происходит окисление ацетилена по месту разрыва тройной связи с образованием щавелевой кислоты, которая может окисляться и дальше до двуокиси углерода. Написать уравнение реакции. ОБЕСЦВЕЧИВАНИЕ БРОМНОЙ ВОДЫ И ПЕРМАНГАНАТА КАЛИЯ ДОКАЗЫВАЕТ НЕПРЕДЕЛЬНОСТЬ АЦЕТИЛЕНА. О п ы т N 4. Образование ацетиленида меди. Р е а к т и в ы и о б о р у д о в а н и е Ацетилен, аммиачный раствор хлорида меди (I) Конец газоотводной трубки, с выделяющимся ацетиленом, опускают в пробирку с аммиачным раствором соли одновалентной меди CuCl, идет реакция образования ацетиленида меди, на что указывает появление красноватого осадка. Написать уравнение реакции. О п ы т N 5. Образование ацетиленида серебра. Р е а к т и в ы и о б о р у д о в а н и е Ацетилен, 0.2 н раствор нитрата серебра, концентрированный раствор аммиака. Через аммиачный раствор оксида серебра пропускают ацетилен. В пробирке образуется светло-желтый осадок ацетиленида серебра, который затем становится серым. Написать уравнение реакции.

Контрольные вопросы к теме "Алкины". 1. В чем особенность sp-гибридизации? 2. В чем сходство и в чем отличие алкинов от алкенов? 3. В каких случаях для алкинов наблюдается реакция замещения и в чем ее химизм?

4. Чем отличается реакция присоединения в алкинах, происходящая по нуклеофильному механизму, от электрофильной? 5. Какими методами можно получить алкины? 6. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно различить бутин-2, бутин-1, бутен-1. 7. Как разделить смесь бутана, бутена-1, бутина-1? Литература: 1. Нечаев А.П. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1985. -С.85-97. 2. Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1987. -С.147-154.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N5 АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ Карбоциклические соединения, молекулы которых содеожат одно и более бензольных ядер, называются ароматическими. Их общая формула CnH2n-6. Простейший представитель ароматических углеводородов - бензол. Бензолу присущи особые свойства, отличающие его от алифатических углеводородов, называемые ароматическими свойствами. Дипольный момент бензола равен нулю. Его молекула неполярна и электронные плотности распределены равномерно. Каждый атом углерода находится в состоянии sp2гибридизации. Атомы углерода равноценны по своему значению. Для ароматических углеводородов характерны преимущественно реакции замещения атомов водорода галогенами и другими группами элементов, которые протекают по электрофильному механизму. По электрофильному замещению протекают следующие реакции: нитрование, сульфирование, сульфохлорирование , реакции Фриделя-Крафтса, галогенирование. Гомологи бензола образуются замещением атомов водорода бензольного ядра углеводородными радикалами (предельными и непредельными).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ О п ы т N 1. Растворимость толуола. Реактивы и оборудование Этиловый спирт 1-2 мл; дистиллированная вода 1-2 мл; толуол; диэтиловый эфир 1-2 мл; пробирки-3 шт. В сухие пробирки наливают: в первую - дистиллированную воду, во вторую - этиловый спирт, в третью - диэтиловый эфир. После этого в каждую пробирку добавляют равные количества толуола. Содержимое пробирок несколько раз встряхивают. Что наблюдается? Сделайте вывод о растворимости толуола. О п ы т N 2. Нитрование ароматических углеводородов. Ароматические концентрированной нитросоединения:

углеводороды, взаимодействуя с азотной кислотой, образуют H2SO4(конц.)

C6H6 + HONO2 ------------- C6H5NO2 + H2O

H2SO4 (конц.) C6H5CH3 + HONO2 -------------- орто- или пара CH3C6H4NO2

Р е а к т и в ы и о б о р у д о в а н и е Концентрированная азотная кислота 1-2 мл; концентрированная серная кислота 1-2 мл; бензол 5-7 капель; толуол 5-7 капель; пробирки - 2. ВНИМАНИЕ! ОПЫТ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! В сухие чистые пробирки наливают равные объемы концентрированных кислот азотной и серной, затем встряхивают (ОСТОРОЖНО! КРЕПКИЕ КИСЛОТЫ!). Полученную смесь охлаждают. Затем в первую пробирку добавляют 5-7 капель бензола, в другую - такое же количество толуола. Содержимое пробирок доводят до кипения. После 3-5 минут нагревания при постоянном встряхивании пробирки охлаждают и приливают к ним по 5-7 капель дистиллированной воды. Что наблюдается? О п ы т N 3. Окисление ароматических углеводородов.

Окисление бензола протекает лишь под действием сильных окислителей, высокой температуры и катализаторв. Гомологи бензола сравнительно легко подвергаются окислению, образуя карбоновые кислоты. При этом, боковые цепи, как бы длинны они не были, окисляются до карбоксильной группы. [O] C6H5-(CH2)2-CH3 ----- C6H5COOH + другие вещества Реактивы и оборудование Бензол 5-10 капель; толуол 5-10 капель; раствор перманганата калия 2-3 мл; 10%-ный раствор серной кислоты 2-3 мл; пробирки - 2. В сухие пробирки наливают равные объемы раствора перманганата калия и 10%-ного раствора серной кислоты. Затем, в одну пробирку добавляют бензол, в другую - толуол. При постоянном встряхивании, пробирки осторожно нагревают до кипения и наблюдают за изменением окраски. Привести уравнения протекающих реакций. О п ы т N 4. Непредельные свойства стирола. Реактивы и оборудование Стирол 2-3 мл, бромная вода или 3%-ный раствор брома в бензоле, перманганат калия 5%-ный раствор, пробирки - 2. ВНИМАНИЕ! ОПЫТ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! В сухую, чистую пробирку наливают стирол. К нему добавляют небольшими порциями бромную воду или 3%-ный раствор брома в бензоле. В другую пробирку наливают такое же количество стирола и небольшими порциями 5%-ный раствор перманганата калия. Содержимое пробирок встряхивают после каждого добавления и, раствор приливают до прекращения обесцвечивания. Содержимое первой пробирки разбавляют двойным объемом дистиллированной воды, образуется осадок финилбромметан. Написать уравнения реакций.

Контрольные вопросы к теме "Ароматические углеводороды". 1.Какие соединения называются ароматическими? 2.Чем объясняется устойчивость бензольного кольца? 3.Каковы основные химические свойства ароматических углеводородов? 3.По какому механизму ароматические углеводороды вступают в реакции? 4.Приведите реакции, позволяющие отличить вещества: бензол, гексан, гексен, циклогексан. 5.Приведите схему распределения электронной плотности в молекуле нитробезола. Как влияет введение нитрогруппы на электронную плотность в бензольном кольце? Литература: 1. Нечаев А.П. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1985. -С.119-136. 2. Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1987. -С.168-187.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N6 ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ Галогенопроизводные можно рассматривать как продукты замещения в углеводородах одного или нескольких атомов водорода атомами галогенов. В соответствии с этим могут существовать предельные и непредельные моно- и полигалогенопроизводные. Моногалогенопроизводные предельных углеводородов носят название галогеналкилов. Галогеналкилы обладают значительной полярностью. Это - один из наиболее реакционноспособных классов органических соединений. Наиболее характерны для них реакции нуклеофильного замещения (SN), а также отщепления (E). Химические свойства галогенопроизводных непредельных углеводородов зависят от положения атома галогена и двойной связи. По этому признаку все непредельные галогнопроизводные могут быть разделены на три группы: 1) с атомами галогена при углероде с двойной связью; 2) с атомами

галогена в a-положении к двойной связи; 3) остальные галогенопроизводные с атомами галогена, удаленными от двойной связи. Ароматические галогенопроизводные разделяются по строению, свойствам и методам получения на две группы: 1) соединения, содержащие галоген в ядре, и 2) соединения, содержащие галоген в боковой цепи. В отличие от галогеналкилов простые галогенарилы - весьма нереакционные вещества по отношению к нуклеофильным реагентам. Подобная инертность имеет место и у галогенопроизводных жирного ряда с галогеном у двойной связи. Инертность галогена во всех этих случаях объясняют частичной двоесвязанностью его с ядром, а также энергетической невыгодностью промежуточного карбаниона. Если галоген находится у углерода боковой цепи, связанного с бензольным кольцом, то он легко вступает в обычные реакции нуклеофильного замещения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ О п ы т N 1. Получение хлористого этила. Реактивы и оборудование Этиловый спирт 95%-ный - 2,5 мл; серная кислота с уд.в.1,84 - 2,5 мл; хлорид натрия кристаллический - 1 г; пробирка с газоотводной трубкой. В пробирке с газоотводной трубкой смешивают равные объемы этилового спирта и серной кислоты, объем смеси составляет около 5 мл. К смеси прибавляют 1 г хдорида натрия и осторожно нагревают. Выделяемый газ хлористый этил (Ткип.= 12 0С) поджигают, он горит пламенем с зеленой каймой, характерной для галогенопроизводных. Написать уравнение реакции. О п ы т N 2. Получение йодоформа. Реактивы и оборудование 10%-ный раствор едкого натра - 5 мл; спиртовой раствор йода ( 2 г йода в 5 мл этилового спирта ) - 1-2 мл.

В пробирку наливают раствор едкого натра, спиртового раствора йода и нагревают. Окраска йода исчезает. После охлаждения выпадают кристаллы йодоформа желтого цвета. C2H5OH + 8I + 6NaOH --- CHI3 + HCOONa + 5NaI + 5H2O О п ы т N 3. Отщепление галогена действием щелочи. Реактивы и оборудование Раствор галогенопроизводного; щелочь 1-2 мл; разбавленная азотная кислота; раствор нитрата серебра. В пробирку приливают раствор галогенопроизводного, 1-2 мл щелочи и очень медленно и осторожно, во избежании испарения, нагревают до кипения. Смесь охлаждают, отстаивают и ее прозрачную часть отделяют в сухую, чистую пробирку. Сюда же для подкисления добавляют 0,5 мл разбавленной азотной кислоты и несколько капель нитрата серебра. Что наблюдаете? Написать уравнения реакций. О п ы т N 4. Обнаружение галогенов в галогенопроизводных углеводородов. Медную проволоку прокалить в пламени спиртовки, а затем обмакнуть в раствор хлороформа и вновь внести в пламя спиртовки. В присутствии галогенопроизводных пламя окрасится в зеленый цвет. Написать уравнения реакций.

Контрольные вопросы к теме "Галогенопроизводные углеводородов." 1. Чем объясняется высокая реакционная способность галогеналкилов? 2. Расположите в ряд по возрастанию активности в реакциях нуклеофильного замещения следующие галогенопроизводные: хлорпропилбензол, хлорбензол, хлористый бензил, 3-хлорбутен-1, 1-хлорбутен-1, 1-хлорбутен-2, 1-хлорбутан.

3. Предложите схему синтеза из метана пропилмагнийбромида. Приведите все известные Вам способы? 4. Предскажите продукт гидратации 3-фторпропена. Объясните Ваше предположение. 5. Приведите схему распределения электронной плотности в молекуле хлорбензола. Как влияет введение галогена на активность бензольного кольца? Литература: 1. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия.- М.: Высш.школа, 1981.- С. 107-112, 117-120, 325-332. 2. Нечаев А.П. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1985. -С.148-158. 3. Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1987. -С.209-221.

ЛАБОРАТОРНАЯ

РАБОТА N7

СПИРТЫ. ФЕНОЛЫ. Спирты - это продукты замещения водорода в углеводородах гидроксильной группой. По характеру углеводородного радикала алифатические спирты делятся на насыщеннве и ненасыщенные. В зависимости от числа гидроксильных групп в молекуле различают спирты одноатомные, двухатомные, трехатомные. Свойства спиртов обусловлены, главным образом, наличием гидроксильной группы.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ О п ы т N 1. Образование алкоголята натрия. В пробирку вливают 0,5 мл этилового спирта и добавляют небольшой кусочек металлического натрия предварительно очистив его от керосина (в котором он хранился) фильтровальной бумагой. Если к алкоголяту натрия прилить воду и добавить несколько капель фенолфталеина, то появится розовое окрашивание. Почему?

Напишите уравнения реакций. О п ы т N 2. Окисление этилового спирта. Смешивают и осторожно нагревают в пробирке 2 мл хромовой смеси и 1 мл этилового спирта. Происходит изменение цвета раствора и появление запаха незрелых яблок. Напишите схему реакций окисления спирта, назовите полученный продукт и объясните, какими процессами вызваны появление запаха и изменение цвета. О п ы т N 3. Обнаружение воды в спирте. 1 г медного купороса нагревают в пробирке до исчезновения голубой окраски. После остывания к белому порошку (Почему цвет сыпучего вещества изменился?) добавляют спирт. Белый порошок вновь принимает голубую окраску. Написать уравнения реакций. Объяснить наблюдаемые процессы. О п ы т N 4. Взаимодействие спирта с карбоновой кислотой. В пробирку наливают 0,5 мл концентрированного раствора уксусной кислоты, 0,5 мл изоамилового (или другого) спирта и добавляют 5 капель конц. серной кислоты. Смесь осторожно нагревают и выливают в стакан с водой. Сложный эфир всплывает на поверхность воды. Напишите уравнения реакции, назовите полученный продукт. О п ы т N 5. Получение диэтилового эфира. (опасный опыт !) Смешивают в пробирке 0,5 мл конц. раствора серной кислоты и 0,5 мл этилового спирта. Осторожно нагревают смесь до кипения. Удалив нагретую пробирку от нагревающего устройства, очень осторожно, по каплям, приливают к смеси еще 5-6 капель спирта. Какой ощущается запах? Напишите уравнения реакции. О п ы т N 6. Образование глицерата меди.

В пробирку наливают 1 мл 1%-ного раствора сульфата меди и 1 мл 10%-ного раствора едкого натра. К выпавшему голубому осадку гидрата окиси меди добавляют несколько капель глицерина и взбалтывают смесь. Наблюдается растворение осадка гидроокиси меди и появление темно-синей окраски раствора. Напишите уравнения реакций.

Контрольные вопросы к теме "Спирты": 1. Напишите формулы первичных, вторичных, третичных спиртов, являющихся изомерами бутана. 2. Какие три простых эфира образуются при нагревании смеси метилового спирта, этилового спирта и концентрированной серной кислоты? 3. Напишите уравнения реакций взаимодействия пропанола-2 со следующими веществами: металлическим натрием, хлористым водородом, Уксусной кислотой в присутствии серной кислоты, пятихлористым фосфором. 4. Из ацетилена получите метилэтилкарбинол. 5. Как получить 2-метилбутанол из 2-метилбутена-2? 6. Исходя из спиртов, содержащих не более четырех атомов углерода, предложите схемы синтеза следующих углеводородов: 2-метилбутена-2; 2,3-диметилбутена-2; 2,4диметилпентана; 4-этилгептана.

Фенолы. Фенолы - ароматические соединения, содержащие гидроксильную группу в ядре, и, в отличие от спиртов, проявляют, хотя и в слабой степени, но ясно выраженный кислый характер. В зависимости от количества гидроксильных групп различают одно- и многоатомные фенолы.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ О п ы т N 1. Реакция фенола со щелочами. (отличие фенолов от спиртов). К 1 мл водной эмульсии фенола прибавляют по каплям раствор едкого натра до полного исчезновения эмульсии.

К полученному прозрачному раствору фенолята прибавляют по каплям 10%-ный раствор серной кислоты до кислой реакции. Прозрачность раствора исчезает и вновь появляется эмульсия. Почему? Напишите уравнения реакций. Одновременно в другую пробирку наливают 0,5 мл нерастворимый в воде спирт (бутиловый, амиловый, изобутиловый) и добавляют щелочь. Нерастворимые в воде спирты не растворяются и в щелочах. Сравните результаты в двух пробирках. Напишите уравнения реакций. чО п ы т N 2. Реакция фенола с хлорным железом. Для большинства фенолов характерна интенсивная цветная реакция с хлоридом железа (III), обусловленная образованием соединений ROFeCl2, дающих окрашенные ионы ROFe2+. Обычно появляется фиолетовая или синяя окраска, но для некоторых замещенных фенолов она может быть красной или зеленой. В пробирку с раствором фенола добавляют 2-3 капли 1%ного раствора хлорного железа. Какое наблюдается окрашивание. Напишите уравнение реакции7 О п ы т N 3. Реакции двухатомных фенолов с хлорным железом. В трех пробирках готовят по 2-3 мл разбаленных растворов пирокатехина, резорцина, гидрохинона и добавляют по 1-2 капли 3%-ного раствора хлорного железа. Укажите цвета растворов. Напишите уравнения реакций. О п ы т N 4. Получение трибромфенола. В пробирку к 3 мл водного раствора фенола добавляют немного при постоянном взбалтывании бромной воды. Образуется осадок. Напишите уравнение реакции, назовите продукт.

Контрольные вопросы по теме "Фенолы". 1. Напишите уравнения реакций ацетилирования фенола и резорцина при помощи уксусного ангидрида, а также при помощи хлористого ацетила. 2. Напишите схемы синтеза пирокатехина, резорцина, гидрохинона из бензола. 3. Что легче подвергается реакции этерификации фенол или этиловый спирт? Ответ обоснуйте. 4. Получите бензофенон окислением соответствующего спирта. 5. Укажите распределение электронной плотности в ядре молекул фенола, гидрохинона, трибромфенола. Литература: 1 Лабораторные работы по органической химии: Учеб.пособие для химико-технологических специальностей вузов/ Под ред. Гинзбурга О.Ф. и Петрова А.А.- М.: Высш. школа, 1982.- 218-219 с. 2 Артеменко А.И., Ильичев И.Е. Практикум по органической химии. Белгород, облтипография, 1972.- 64-65 с. 3 Нечаев А.П. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1985. -С.159190. 4 Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Высш.шк., 1987. С.222-242. 5 Берлин А.Я. Техника лабораторной работы в органической химии. М.: Химия. 1973. Глава 1. 6 Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ.- Л.; Химия.1970. - С.717. Главы 1, 4, 11.