Методичка по органике. Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу Органическая химия
 Скачать 2.59 Mb.
|
|
Опыт 2. Бромирование предельных углеводородов Реактивы и материалы: жидкие алканы; раствор брома в органическом растворителе; аммиак, 25%-ный раствор; лакмусовая бумага синяя. Оборудование: пинцет; стеклянная палочка. Специальное указание: опыт проводят в вытяжном шкафу! В сухую пробирку помещают 4 капли смеси жидких алканов и добавляют 1—2 капли раствора брома. Содержимое пробирки перемешивают на холоду. Окраска брома при этом не исчезает. Нагревают содержимое пробирки до исчезновения окраски. В отверстие пробирки вносят стеклянную палочку, смоченную раствором аммиака, - появляется белый дымок NH4Br. Пинцетом вносят в пробирку синюю лакмусовую бумагу, смоченную водой, - лакмусовая бумага краснеет. Химизм процесса: СН3-СН-СН2-СН3 + Вr2 → СН3–CВr-СН2-СН3 + НВr | | СН3 СН3 2 метилбутан 2-бром-2-метилбутан Реакция бромирования жидких алканов сопровождается выделением бромистого водорода и проходит значительно медленнее, чем бромирование газообразных алканов. Бромирование ускоряется добавлением катализаторов: железных опилок, амальгамированного алюминия, кристаллического йода. Легче всего галогенируются углеводороды с третичным атомом углерода в молекуле, труднее всего замещаются атомы водорода при первичном атоме углерода. Энергия связи водорода с третичным атомом углерода равна 90 ккал/моль (376,8 кДж/моль), у вторичного – 94 ккал/моль (393,5 кД ж/мо л ь ), а у первичного – 99 ккал/моль (414,5 кДж/моль). Разница в скорости реакции галогенирования особенно сказывается при действии брома. Опыт 3. Окисление предельных углеводородов Реактивы и материалы: жидкие алканы; перманганат калия (1 н. раствор); углекислый натрий (1 н. раствор). В пробирку помещают 1 каплю исследуемого алкана (или смеси алканов), 1 каплю раствора углекислого натрия и 2-3 капли раствора перманганата калия. Содержимое пробирки энергично взбалтывают. Фиолетовая окраска водного слоя не изменяется, так как алканы в этих условиях не окисляются. Опыт 4. Действие концентрированной серной кислоты на предельные углеводороды Реактивы и материалы: жидкие алканы; серная кислота (H2SO4) концентрированная (d = 1,84 г/см3). В пробирку помещают 2 капли жидкого алкана и 2 капли серной кислоты. Содержимое пробирки энергично перемешивают 1-2 мин, охлаждая пробирку проточной водой. В условиях опыта алканы с серной кислотой не реагируют. При небольшом нагревании дымящая серная кислота образует с алканами, содержащими третичный углеродный атом, сульфокислоты. При высоких температурах серная кислота действует как окислитель. Опыт 5. Действие концентрированной азотной кислоты на предельные углеводороды Реактивы и материалы: жидкие алканы; азотная кислота (d = 1,4 г/см3). В пробирку помещают 2 капли исследуемого алкана и добавляют 2 капли азотной кислоты. Смесь встряхивают в течение 1-2 мин. Никакого изменения в пробирке не наблюдается. Концентрированная азотная кислота на холоду не реагирует с алканами, при высокой температуре она действует как окислитель. Реакция нитрования алканов идет хорошо с разбавленной азотной кислотой при нагревании и повышенном давлении. Легче всего нитруются алканы, содержащие в молекуле третичный углеродный атом. Алканы легко нитруются в газовой фазе двуокисью азота или парами азотной кислоты при 250-500°С. Эта реакция идет по радикальному механизму. Литература: 1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 24-26. Лабораторная работа №3 Алкены Цель: экспериментальное получение и изучение свойств непредельных углеводородов. Опыт 1. Получение этилена и его горение Реактивы и материалы: этанол, 96%-ный; серная кислота (d= 1,84 г/см3). Оборудование: песок, газоотводная трубка. В сухую пробирку помещают несколько крупинок песка, 6 капель этилового спирта и 8 капель концентрированной серной кислоты. Закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагревают смесь на пламени горелки. Выделяющийся газ поджигают у конца газоотводной трубки – он горит светящимся пламенем. Химизм процесса: СН3-СН2ОН + HО–SО3H → СН3-СН2О-SО3H + Н2О этилсерная кислота Этилсерная кислота – моноэфир неорганической двухосновной кислоты – при нагревании разлагается: СН3-СН2О-SО3H → СН2=СН2 + H2SO4 Выделяющийся этилен горит светящимся пламенем: C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O Концентрированная серная кислота является окислителем. При нагревании смеси спирта с концентрированной серной кислотой образуется кроме этилена и следов диэтилового эфира (C2H5 – O – C2H5) ряд продуктов окисления органических соединений, например СО2, уголь С (обычно смесь в пробирке чернеет). Серная кислота при этом восстанавливается углеродом до диоксида серы: 2H2SO4 + С → СO2 + 2SO2 + 2Н2O Диоксид серы также может обесцвечивать растворы брома и перманганата калия подобно этилену. Поэтому обычно образующийся этилен промывают раствором щелочи для очистки от SO2. Если реакцию вести в присутствии песка, сульфата алюминия (катализаторы, ускоряющие дегидратацию спирта), почернения смеси не происходит, следовательно, диоксид серы не образуется. Дегидратация спиртов является общим способом получения непредельных углеводородов. Опыт 2. Присоединение к этилену брома Реактивы и материалы: этилен; бромная вода, насыщенный раствор. Не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта и серной кислоты (см. опыт 1), опускают конец газоотводной трубки в пробирку с 5 каплями бромной воды. Бромная вода быстро обесцвечивается вследствие присоединения атомов брома по месту двойной связи. Химизм процесса: СН2=СН2 + Вr2 → СН2Br-СН2Br 1,2- дибромэтан Для алкенов характерны реакции присоединения по месту двойной связи. Реакция обесцвечивания водного раствора брома служит качественной реакцией на двойную связь. Опыт 3. Бромирование непредельных углеводородов Реактивы и материалы: жидкие алкены (керосин); раствор брома в органическом растворителе; аммиак, 25%-ный раствор; лакмусовая бумага синяя. Оборудование: стеклянная палочка. Специальное указание: опыт проводят в вытяжном шкафу! В сухую пробирку помещают 1 каплю смеси жидких алкенов, добавляют 1—2 капли раствора брома и перемешивают смесь. Если желтая окраска не исчезает, то смесь нагревают в пламени горелки до исчезновения окраски. В пробирку вносят синюю лакмусовую бумагу, предварительно смоченную водой. Цвет лакмусовой бумаги не изменяется. Раствор аммиака, внесенный на стеклянной палочке в пробирку, не вызывает образования белого дыма. Химизм процесса: СН3-С=СН-СН3 + Вr2 → СН3-СВr-CHBr-CH3 | | СН3 СН3 2-метил-2-бутен 2,3-дибром-2-метилбутан Присоединение брома по месту двойной связи идет по электрофильному механизму с образованием промежуточного комплекса. Опыт 4. Окисление непредельных углеводородов Реактивы и материалы: жидкие алкены (керосин); перманганат калия КМnO4, 0,1 н. раствор; карбонат натрня Na2CO3, 1 н. раствор. В пробирку вводят 1 каплю жидкого алкена, 1 каплю раствора углекислого натрия и добавляют при энергичном взбалтывании 2-3 капли раствора перманганата калия. Фиолетовый цвет исчезает, и появляется коричневая окраска от образовавшегося диоксида марганца: ОН ОН | | CH3—С=СН—СН3 + [О] + H2O → CH3—С – СН—СН3 | | CH3 CH3 2-метилбутен-2 2-метил-2,3- бутандиол Реакция окисления алкенов перманганатом калия в нейтральном или щелочном водных растворах служит аналитической реакцией на двойную связь. В более жестких условиях – в кислой среде и при нагревании – происходит расщепление молекулы по месту двойной связи. По продуктам окисления устанавливают структуру алкена и положение двойной связи. Опыт 5. Действие концентрированной серной кислоты на непредельные углеводороды Реактивы и материалы: жидкие алкены; серная кислота (d=1,84 г/см3). В пробирку помещают 2 капли жидкого алкена и 2 капли серной кислоты. Содержимое пробирки хорошо перемешивают в течение 1-2 мин, охлаждая пробирку проточной водой. Смесь разогревается, слой алкена исчезает. Химизм процесса: О—SO3H | CH3—С=СН—СН3 + HО–SО3H → CH3—С – СН2—СН3 | | CH3 CH3 2-метил-2-бутен изоамилсерная кислота Серная кислота взаимодействует с алкенами с образованием алкилсерных кислот. Эту реакцию применяют в газовом анализе для выделения газообразных алкенов из их смеси с другими газами и для получения спиртов. Опыт 6. Действие концентрированной азотной кислоты на непредельные углеводороды Реактивы и материалы: жидкие алкены; азотная кислота (d= 1,4 г/см3). В пробирку помещают 2 капли исследуемого алкена и добавляют 2 капли азотной кислоты. Содержимое пробирки встряхивают в течение минуты. Смесь разогревается и буреет. В результате реакции образуется сложная смесь, содержащая смолообразные продукты. Алкены способны также присоединять высшие окислы азота и хлористый нитрозил C1NO с образованием нитрозитов и нитрозохлоридов: NO NO2 | | CH3—C = C—CH3 + ON—ONO → CH3—С – С—СН3 | | | | CH3 CH3 СН3 СН3 нитрозит тетраметилэтилеиа Сl NO | | CH3—C = C—CH3 + Cl—ON → CH3—С – С—СН3 | | | | CH3 CH3 СН3 СН3 нитрозохлорид тетраметилэтилена Литература: 1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 27-31. Лабораторная работа №4. Алкины Цель: экспериментальное получение и изучение свойств ацетиленовых углеводородов. Опыт 1. Получение ацетилена и его горение. Реактивы и материалы: карбид кальция СаС2 (в кусочках). Оборудование: газоотводная трубка с оттянутым концом. Работу с ацетиленом необходимо проводить в вытяжном шкафу, так как неочищенный ацетилен, полученный из карбида кальция, содержит вредные, неприятно пахнущие примеси. В пробирку помещают маленький кусочек карбида кальция СаС2, добавляют 2 капли воды и закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой, имеющей оттянутый конец. В пробирке бурно выделяется газообразный ацетилен. Химизм процесса: СаС2 + 2Н2О → НС≡СН + Са(ОН)2 Поджигают ацетилен у конца газоотводной трубки. Он горит светящимся, коптящим пламенем. Реакция взаимодействия карбида кальция с водой экзотермична. Ацетилен, полученный из карбида кальция, содержит незначительные количества NH3, РН3, АsН3 и других примесей и поэтому имеет характерный запах. Примеси можно удалить промыванием ацетилена водным раствором дихромата калия, подкисленного серной кислотой. Опыт 2. Присоединение к ацетилену брома. Реактивы и материалы: ацетилен; бромная вода, насыщенный раствор. Оборудование: газоотводная трубка. Добавляют в пробирку с карбидом кальция (см. опыт 1) еще 2 капли воды и закрывают ее пробкой с газоотводной трубкой, коней которой опускают в пробирку с 5 каплями бромной воды. Бромная вода обесцвечивается вследствие присоединения атомов брома по месту тройной связи. Химизм процесса: НС≡СН + 2Вr2 → CHBr2–СНВr2 1,1,2,2-тетрабромэтан Опыт 3. Отношение ацетилена к окислителям. Реактивы и материалы: ацетилен; перманганат калия, 0,1 н. раствор. Оборудование: газоотводная трубка. В пробирку помещают 1 каплю перманганата калия и 4 капли воды. В пробирку с кусочками карбида кальция добавляют еще 2 капли воды и закрывают пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опускают в приготовленный раствор перманганата калия. Розовый раствор быстро обесцвечивается: происходит окисление ацетилена по месту разрыва тройной связи с образованием промежуточного продукта окисления – щавелевой кислоты, которая окисляется дальше до диоксида углерода: [O] НС≡СН + 4[O] → HO – C – C – OH → 2CO2 + H2O || || O O щавелевая кислота Обесцвечивание бромной воды и раствора перманганата калия доказывает непредельность ацетилена. Опыт 4. Образование ацетиленида серебра. Реактивы и материалы: ацетилен; нитрат серебра, 0,2 н. раствор; аммиак, концентрированный раствор. В пробирку вносят 2 капли раствора нитрата серебра и прибавляют 1 каплю раствора аммиака – образуется осадок гидроксида серебра. При добавлении 1-2 капель раствора аммиака осадок AgOH легко растворяется с образованием аммиачного раствора оксида серебра ([Ag(NH3)2]OH). Через аммиачный раствор оксида серебра пропускают ацетилен (см. опыт 1). В пробирке образуется светло-желтый осадок ацетиленида серебра, который затем становится серым. Химизм процесса: НС≡СН + 2[Ag(NH3)2]ОН → AgС≡СAg↓ + 4NH3 + 2Н2О Опыт 5. Образование ацетиленида меди. Реактивы и материалы: карбид кальция; хлорид меди CuCl2, аммиачный раствор. Оборудование: фильтровальная бумага (полоски размером 5*40 мм). В сухую пробирку помещают 1-2 кусочка карбида кальция и добавляют 2 капли воды. В отверстие пробирки вводят полоску фильтровальной бумаги, смоченной аммиачным раствором хлорида меди CuCl2, содержащим комплексный аммиакат состава [Cu(NH3)2]C12. Появляется красно-бурое окрашивание вследствие образования ацетиленида меди. В водных растворах ацетилениды серебра и меди устойчивы. В сухом состоянии при нагревании или при ударе они взрываются с большой силой. Химизм процесса: НС≡СН + 2[Cu(NH3)2]C1 → CuС≡СCu↓ + 2NH4Cl + 2NH3 Литература: 1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 31-33. Лабораторная работа №5 Ароматические углеводороды. Цель: экспериментальное получение и изучение свойств ароматических углеводородов. Опыт 1. Свойства бензола. Реактивы и материалы: бензол, х.ч.; этиловый спирт; диэтиловый эфир; бромная вода; перманганат калия, 0,1 н. раствор; серная кислота, 2 н. раствор. Оборудование: фарфоровая чашка. 1. Растворимость бензола в различных растворителях. В три пробирки помещают по одной капле бензола. В одну пробирку добавляют 3 капли воды, в другую – 3 капли спирта, в третью – 3 капли эфира. Содержимое пробирок тщательно взбалтывают. В пробирке с водой образуется 2 слоя, в пробирках со спиртом и эфиром получается однородный раствор. Следовательно, бензол в воде практически нерастворим и хорошо растворяется в органических растворителях. 2. Горение бензола. (Опыт проводят в вытяжном шкафу!) В фарфоровую чашечку помещают одну каплю бензола и поджигают. Бензол горит ярким коптящим пламенем.  3. Действие бромной воды на бензол. В пробирку помещают 3 капли бромной воды и 2 капли бензола. Содержимое пробирки энергично взбалтывают и дают отстояться. Нижний слой (бромная вода) обесцвечивается, а верхний слой (бензол) окрашивается в коричневато-желтый цвет. Бром легче растворяется в бензоле, чем в воде, и поэтому переходит в верхний бензольный слой. Присоединение брома в этих условиях не происходит. 4. Действие перманганата калия. В пробирку помещают 3 капли воды, каплю раствора перманганата калия и каплю раствора серной кислоты. К полученному раствору добавляют каплю бензола и встряхивают содержимое пробирки. Розовый раствор при этом не обесцвечивается. Для этого опыта бензол предварительно очищают от примесей, охлаждая его до +5°С. При этом, бензол затвердевает, а примеси остаются жидкими и легко отделяются. Перекристаллизацию бензола делают два-три раза. Одним из важнейших свойств бензола является его устойчивость к действию окислителей. Наиболее резкое отличие ароматических углеводородов от ненасыщенных углеводородов жирного ряда – отношение к окислителям. Опыт 2. Окисление гомологов бензола. Реактивы и материалы: толуол; перманганат калия, 0,1 н. раствор; серная кислота, 2 н раствор. В пробирку помещают 3 капли воды, каплю раствора перманганата калия и 1 каплю раствора серной кислоты. Затем добавляют каплю толуола и энергично встряхивают в течение 1-2 мин. Розовая окраска постепенно исчезает, и раствор обесцвечивается. Химизм процесса:  бензойная кислота Гомологи бензола окисляются значительно легче бензола. Но у них ароматическое ядро более устойчиво к действию окислителей, чем соединенные с ядром углеводородные радикалы. Как бы ни была сложна боковая цепь, она при действии сильных окислителей разрушается, за исключением атома углерода, ближайшего к ядру. Атом углерода, соединенный с ароматическим ядром, окисляется в карбоксильную группу. По основности полученных кислот судят о структуре гомологов бензола. |