Орг. Химия. Орг. химия. Лаборат. практ. 2018. Мифи (дити нияу мифи) Органическая химия Лабораторный практикум для студентов специальности 18. 05. 02 Составитель С. В. Павутницкая Димитровград 2018 г
 Скачать 1.26 Mb.
|
|
Производные карбоновых кислот. Карбоновые кислоты, как и неорганические кислоты, способны образовывать соли с металлами, с их оксидами и гидроксидами. При дегидратации кислот образуются ангидриды кислот. Характерной особенностью карбоновых кислот является их способность взаимодействовать со спиртами с образованием сложных эфиров – реакция этерификации: O O // // R – C – OH + H – O – R1 ↔ R – C – O – R1 + H2O Реакция протекает в присутствии минеральных кислот. Ионы водорода играют роль катализаторов. Скорость реакции этерификации зависит от строения кислот и спиртов. Реакция обратима, сложные эфиры легко гидролизуются. Опыт 1. Образование кислых и средних солей щавелевой кислоты 2 г щавелевой кислоты растворяют в 20 мл воды и приготовленный раствор разливают в две пробирки. К одной части раствора приливают понемногу концентрированный раствор едкого кали до появления осадка (образование нерастворимой в воде кислой соли). При дальнейшем добавлении щелочи осадок растворяется (образование растворимой средней соли). К полученному раствору приливают раствор щавелевой кислоты из второй пробирки. Наблюдают вновь выпадение осадка. О чём это свидетельствует? Объяснить результаты опыта и написать уравнения соответствующих реакций. Опыт 2. Образование и гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот А. Смешивают в двух пробирках по 1 мл этанола и 1 мл ледяной (концентрированной) уксусной кислоты. В одну из пробирок добавляют 5 капель концентрированной серной кислоты. Встряхнув пробирки, помещают их на 10 мин в горячую (60 – 70 0С) водяную баню, следя за тем, чтобы жидкость в пробирках не кипела. Затем охлаждают пробирки под краном и добавляют в каждую по 1 мл воды. Если реакция прошла, в пробирках должен появиться всплывающий слой эфира. Отмечают приятный запах эфира и разницу в его объемах. Поверхность раздела слоев эфира и воды лучше заметна при осторожном покачивании пробирки. Добавляют в обе пробирки по 2 мл насыщенного раствора хлорида натрия (для уменьшения растворимости эфира в воде) и наблюдают изменение объемов эфирных слоев. В выводах отмечают, в каком случае образование эфира идет быстрее, и объясняют, почему. Б. Отобрав пипеткой часть эфира, помещают по 5 – 8 капель его в три чистые пробирки. Приливают во все пробирки по 1 мл воды и добавляют в одну 1 – 2 капли 2н серной кислоты, в другую 1 – 2 капли 2н гидроксида натрия. Нагревая при встряхивании одновременно все пробирки в горячей воде (60 – 70 0С), отмечают различие в скорости исчезновения капель эфира в трех пробирках. Опыт 3. Образование и гидролиз сложных эфиров ароматических кислот А. К 5 мл этилового спирта при встряхивании осторожно приливают 2 мл концентрированной серной кислоты. Разогревшуюся жидкость делят на две равные части и добавляют к одной из них 0,5 г бензойной кислоты, а к другой - 0,5 г салициловой кислоты. Обе смеси нагревают в кипящей водяной бане 10 - 15 мин, затем переносят реакционные пробирки в стакан с холодной водой и добавляют в каждую по 10 мл воды. Образовавшиеся сложные эфиры, запах которых обнаруживается уже в самом начале опыта, всплывают в виде слоя на поверхности водного раствора. Эфир салициловой кислоты может выделится и на дне пробирки в смеси с кристаллами ещё не прореагировавшей салициловой кислоты. Б. Отбирают пипеткой несколько капель полученного бензойноэтилового эфира в чистую пробирку, добавляют к нему 1 мл концентрированного раствора NaOH и нагревают смесь на кипящей водяной бане 5 – 10 мин при частом встряхивании. За это время не удаётся достичь полного омыления эфира, однако после охлаждения и подкисления соляной кислотой из водного раствора выделяются кристаллы бензойной кислоты. Опыт 4. Образование фталевого ангидрида А. Небольшое количество (0,1 – 0,2 г) сухой фталевой кислоты нагревают в сухой пробирке пламенем спиртовки, держа пробирку горизонтально. Кислота при плавлении улетучивается и в более холодной зоне пробирки появляется белый возгон. Дают пробирке остыть, и нагревают возгон, держа пробирку наклонно. Фталевый ангидрид легко плавится, в отличие от исходной кислоты, и стекает вниз. Б. Приливают в ту же пробирку 1 – 2 мл бензола. В другую пробирку помещают немного фталевой кислоты и такой же объем бензола. Отмечают различие растворимости кислоты и ее ангидрида в бензоле. Фталевая кислота очень легко, даже при нагревании до 180 0С, теряет воду, образуя фталевый ангидрид:  –СООН –С=О - Н2О О –СООН –С=О фталевая кислота фталевый ангидрид Опыт 5. Взаимодействие уксусного ангидрида с водой и спиртом А. В пробирку наливают 1 мл воды и 0,5 мл уксусного ангидрида. Встряхивают пробирку сначала при комнатной температуре, затем при осторожном нагревании до начала кипения. Признаком протекания реакции должно быть исчезновение капель ангидрида, превращающегося в уксусную кислоту. Б. В пробирку наливают 0,5 мл этанола и из пипетки по каплям при взбалтывании и охлаждении в стакане с холодной водой такой же объем уксусного ангидрида. Затем добавляют 1 мл воды, 1 каплю фенолфталеина и по каплям раствор 2н гидроксида натрия до исчезновения розовой окраски. При протекании реакции на поверхности воды должен появиться слой более легкого сложного эфира, обладающего приятным запахом. Опыт 6. Поликонденсация фталевого ангидрида с глицерином Сложные полиэфиры чаще всего получают, используя в качестве мономеров многоатомные спирты и двухосновные кислоты, по общей схеме: n HO–R–OH + HO–CO–R1–CO–OH ↔ [–O–R–O–CO–R1–CO–]n + 2n H2O В данной работе проводится получение глифталевого полимера. В качестве мономеров используется глицерин и фталевый ангидрид (или фталевая кислота). На первом этапе при нагревании образуются разветвленные цепи (за счет трех гидроксилов глицерина) и образующийся полиэфир представляет смолу, растворимую в этаноле и хлороформе. При дальнейшем нагревании (выше 1600С) макромолекулы сшиваются за счет свободных гидроксильных групп звеньев глицерина и карбоксильных групп уже образовавшихся кислых цепных полиэфиров или взятого в избытке кислотного мономера. В результате образуются реактопласты, называемые алкидными полимерами. Методика выполнения опыта Реакцию следует проводить в вытяжном шкафу. В пробирку помещают 2 г фталевого ангидрида, 20 капель глицерина и вносят кипятильный камешек. Пробирку закрепляют в держателе и нагревают в пламени спиртовки, поддерживая непрерывное кипение смеси в течение 5-10 минут. Жидкость в пробирке должна постепенно густеть и в конце нагревания – желтеть. Если вязкость позволяет, выливают горячую жидкость на стеклянную пластинку. После охлаждения глифталевая смола затвердевает. В пробирку с остатками смолы наливают 2-3 мл этанола или ацетона и испытывают растворимость при комнатной температуре и при нагревании. Опыт можно проводить, заменив фталевый ангидрид фталевой кислотой. В этом случае реакционную смесь следует нагревать более длительное время для удаления большего количества образующейся водя. Техника безопасности Соблюдать правила работы с кислотами. При нагревании растворов в пробирках отверстие пробирки необходимо направлять в сторону от себя и окружающих во избежание выброса веществ из пробирки. Тщательно следить за температурным режимом опытов. Выполнять опыты в вытяжном шкафу, если реакции сопровождается выделением газообразных вредных веществ. 3.15 Жиры и мыла Жиры являются сложными эфирами глицерина и различных жирных кислот, среди которых преобладают предельные - пальмитиновая, стеариновая и непредельные - олеиновая, линолевая, линоленовая и др. кислоты. Степень непредельности жира, обусловленную наличием в нем глицеридов кислот, содержащих двойные связи, можно оценить по присоединению галогенов не только качественно, но и количественно. Такие данные очень важны для характеристики и оценки свойств жиров. Как все эфиры жиры могут быть подвергнуты гидролизу (омылению). При омылении жиров образуются глицерин и мыла – соли высших жирных кислот: СН2 – O – CO – С15Н31 CH2 – OH | t | 2 С15Н31 – COONa CH – O – CO – С15Н31 + 3NaOH → CH – OH + | | С17Н35 – COONa CH2 – O – CO – С17Н35 CH2 – OH дипальмитостеарат глицерин смесь пальмитата глицерина и стеарата натрия Натриевые и калиевые мыла хорошо растворяются в воде, образуя легко вспениваемые растворы. Магниевые и кальциевые соли плохо растворяются, поэтому мыла в жесткой воде, взаимодействуя с солями жесткости, не пенятся, не мылятся, становятся липкими. Мыло образует в воде коллоидный раствор. В растворе поваренной соли мыло не растворяется и выделяется (высаливается) из раствора в виде полутвердой массы. Причинами высаливания мыла являются уменьшение его диссоциации при введении в раствор избытка одного из ионов (Na+) и снятие гидратных оболочек с коллоидных частиц мыла вследствие гидратации ионов введенной соли. Мыло является поверхностно-активным веществом. Адсорбируясь на поверхности раздела фаз водного раствора как с воздухом, так и с маслом, оно резко снижает поверхностное натяжение, в результате чего значительно повышается устойчивость пены и эмульсии. При этом гидрофильные карбоксильные группы молекул мыла на поверхности раздела находятся в водной фазе, гидрофобные же углеводородные радикалы ориентируются в сторону воздуха, а при наличии контакта с маслом или жиром частично растворяются в нем, способствуя его дроблению на мелкие капли - эмульгированию. Этим объясняется способность водного раствора мыла удалять жировые загрязнения с различных поверхностей. Методика выполнения опытов Опыт 1. Растворимость жиров В 7 чистых сухих пробирок помещают кусочки твердого жира или добавляют по 10 капель растительного масла. В каждую приготовленную пробирку вливают 2 мл одного из растворителей: воды, этилового спирта, бензина, бензола, эфира, ацетона, четыреххлористого углерода. Пробирки встряхивают и наблюдают, в каком растворителе жир лучше растворяется. Пробирки, где жир плохо растворяется, нагревают на водяной бане. Отмечают, в каких растворителях жир не растворяется даже при нагревании. Опыт 2. Определение степени непредельности жиров В сухие пробирки помещают по 5 капель различных жиров. Твердые жиры предварительно растапливают. Приливают в пробирки по 2 мл четыреххлористого углерода и встряхивают пробирки для перемешивания. В каждую пробирку из бюретки приливают раствор брома в ССl4 до тех пор, пока его окраска не перестанет исчезать. Записывают объём раствора брома, вступившего в реакцию с жиром. Опыт 3. Гидролиз (омыление) жиров в водно-спиртовом растворе В небольшую круглодонную колбу помещают 3 г жира, 3 мл этилового спирта и 3 мл концентрированного раствора щелочи, перемешивают смесь встряхиванием или при помощи палочки и нагревают колбу в колбонагревателе до начала кипения. Смесь быстро становится однородной, и через 3 - 5 мин омыление уже полностью заканчивается. Проверка на полноту омыления. Через 15 - 20 мин проверяют полноту омыления, для чего отбирают пипеткой несколько капель смеси в пробирку, добавляют 5 - 6 мл дистиллированной воды (лучше горячей) и нагревают раствор при встряхивании на водяной бане или пламенем горелки. Если проба растворяется в воде полностью, не выделяя капель жира, омыление можно считать законченным. В противном случае продолжают нагревать смесь жира и щелочи еще несколько минут, после чего снова проверяют полноту омыления. Если омыление закончено, то к полученной густой жидкости добавляют при перемешивании 10 – 15 мл горячего насыщенного раствора поваренной соли. Переливают смесь в стакан, и дают смеси отстояться и остыть. На поверхности водного раствора всплывает слой мыла, затвердевающий при охлаждении. Полученное мыло отделяют и используют в опыте 6. Опыт 4. Гидролиз (омыление) жиров в водном растворе В небольшую круглодонную колбу помещают 3 г жира и 6 - 7 мл концентрированного раствора щелочи. Нагревают смесь в колбонагревателе 20 - 30 мин до слабого кипения, часто перемешивая во избежание толчков при кипячении. Время от времени в смесь подливают дистиллированную воду взамен выкипающей, сохраняя первоначальный общий объем смеси. Проверяют на полноту омыления (см. в опыте 1). Когда полное омыление достигнуто, в колбу добавляют при перемешивании 10 - 15 мл горячего насыщенного раствора поваренной соли, переливают смесь в стакан, и дают смеси отстояться и остыть. На поверхности водного раствора всплывает слой мыла, затвердевающий при охлаждении. Полученное мыло отделяют и используют в опыте 6. Опыт 5. Образование акролеина при разложении жира В сухую пробирку помещают около 0,5 г бисульфата натрия и кусочек жира или каплю растительного масла. Встряхивая пробирку и слегка нагревая смесь, перемешивают, затем нагревают смесь на пламени горелки более сильно, держа пробирку горизонтально. При этом смесь чернеет, выделяются пары воды и другие летучие продукты, имеющие резкий, характерный запах акролеина. При термическом распаде жиров образуется сложная смесь продуктов, в том числе глицерин, эфирами которого являются жиры. В присутствии водоотнимающих реагентов, в частности бисульфата натрия, глицерин превращается в акролеин легче, чем при нагревании жира без добавки таких веществ. Опыт 6. Свойства мыла А. Гидролиз мыла. Помещают в сухую пробирку крупинку мыла и добавляют 1 - 2 капли спиртового раствора фенолфталеина. Отмечают цвет индикатора. Добавляют в пробирку 5 – 10 капель дистиллированной воды. Как изменяется цвет раствора? О чём это свидетельствует? Б. Приготовление мыльного раствора. В химический стакан помещают 2 г мыла, приливают 100 мл дистиллированной воды и растворяют мыло при нагревании и перемешивании. Остывший раствор используют в следующих опытах. В. Взаимодействие мыла с солями жесткости. По 5 мл мыльного раствора наливают в три пробирки. В одну из них приливают раствор сульфата кальция, в другую – водопроводную воду. Наблюдают за происходящими явлениями. Встряхивают пробирки и наблюдают за образованием пены. Г. Эмульгирующие свойства мыла. В две пробирки помещают 1 – 2 капли жидкого жира. В одну из пробирок приливают 10 мл дистиллированной воды, в другую – 10 мл мыльного раствора. Встряхивают пробирки до получения эмульсии и ставят их в штатив. Наблюдают за состоянием эмульсий в обеих пробирках. Д. Моющие свойства мыла. 20 мл мыльного раствора наливают в небольшую плоскодонную колбу или химический стакан, нагревают до 60 – 700С и опускают в раствор образец ткани, загрязнённой жиром. Выдерживают образец ткани в мыльном растворе при перемешивании в течение 5 минут, промывают тёплой водой и высушивают. Сравнивают образец с чистой тканью и делают вывод о моющих свойствах мыла. Е. Устойчивость пены. В мерный цилиндр объёмом 250 мл с притёртой пробкой наливают 50 мл мыльного раствора, закрывают пробкой и встряхивают в течение 30 с. Цилиндр ставят на стол и отмечают объём полученной пены. Замеряют объём пены через каждые 30 с. По полного её разрушения. Ж. Выделение жирных кислот из мыла. В пробирку наливают 5 мл мыльного раствора и добавляют 5 мл разбавленной серной кислоты. Нагревают пробирку на водяной бане до образования на поверхности воды жидкого слоя жирных кислот. Затем пробирку охлаждают до затвердевания жирных кислот. Техника безопасности Соблюдать во избежание ожога правила работы с концентрированными кислотами и щелочами. Работу с бромом проводить в вытяжном шкафу. Нитросоединения Для ароматических углеводородов и большинства их производных весьма характерна способность при взаимодействии их с азотной кислотой превращаться в нитросоединения, причем нитрогруппа -NO2 замещает водород при атоме углерода ароматического ядра. Реакция нитрования протекает для разных веществ с различной легкостью, в зависимости от чего применяют или разбавленную, или концентрированную азотную кислоту. Для облегчения хода нитрования часто применяют смесь концентрированных азотной и серной кислот — нитрующую смесь. При увеличении относительного количества нитрующей смеси или азотной кислоты, а также при повышении температуры реакции можно ввести в ароматическое ядро вторую, а иногда и третью нитрогруппу. Гомологи бензола нитруются легче, чем бензол. При введении нитрогруппы в молекулу ароматического соединения плотность полученного вещества повышается по сравнению с исходным веществом; температура кипения также возрастает. Нитропроизводные ароматических углеводородов нерастворимы в воде и имеют нейтральный характер, некоторые имеют желтую окраску. Для ароматических мононитросоединений характерен своеобразный запах миндаля. Нитросоединения восстанавливаются с образованием аминов. Восстановление производится водородом в момент выделения, например, при взаимодействии железа с кислотой: Fe + 2HCl → FeCl2 + 2H Соляная кислота непрерывно регенерируется, так как основной хлорид железа, образующийся при окислении хлорида железа (II) нитробензолом, снова восстанавливается избытком металлического железа: 2FeCl2 + O + H2O → 2FeOHCl2 6 FeOHCl2 + Fe + 2H2O → 2Fe3O4 + FeCl2 + 10HCl Для активирования реакции до введения нитробензола железные опилки кипятят с кислотой для растворения имеющейся на поверхности опилок плёнки оксидов. Методика выполнения опытов |