|
|
Методические материалы по органической химии. Практикум Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов вуза
Методика синтеза
Исходные соединения
Анилин
5 мл
Уксусный ангидрид мл
В круглодонную колбу с обратным холодильником вносят исходные вещества, затем колбу помещают в водяную баню и нагревают баню до кипения. После этого через форштосс холодильника приливают 25 мл воды, колбу охлаждают, выпавший осадок фильтруют и перекристаллизовывают из воды. После сушки для полученного ацетанилида определяют температуру плавления.
Вопросы по методике синтеза. Для чего после завершения процесса ацилирования добавляют воду?
Что при этом происходит в реакционной массе. Как проводится очистка твердых соединений при помощи перекристаллизации Требования к растворителю при перекристаллизации. Для чего необходимо использовать активированный уголь. Причина образования маслянистых капель при кристаллизации ацетанилида. Проведение горячего фильтрования. Определение температуры плавления органических соединений. Связана ли температура плавления с чистотой вещества. Методы сушки кристаллических соединений. Техника безопасности при работе с ароматическими аминами, ангидридами карбоновых кислот, огнеопасными и токсичными органическими растворителями 58 6.2. Реакции, протекающиес участием альдегидов и кетонов. Оксим циклогексанонаРазделы курса Методы синтеза и химические свойства альдегидов и кетонов.
Вопросы по теории. Механизм реакций нуклеофильного присоединения по карбонильной группе. Реакции альдегидов и кетонов с производными, содержащими аминогруппу. Составить уравнение реакции получения оксима циклогексанона,
объяснить ее механизм. Влияние строения альдегидов и кетонов на скорость реакции нуклеофильного присоединения. Практическое использование оксима циклогексанона. Синтез капролактама, механизм перегруппировки Бекмана.
Методы работы перекристаллизация, определение температуры плав- ления.
Методика синтеза
Исходные соединения
Гидрохлорид гидроксиламина моль
Уксуснокислый натрий кристаллический моль
Вода
30 мл
Циклогексанон
0,05 моль
В трехгорлой колбе емкостью 100 мл, снабженной капельной воронкой, мешалкой и термометром, готовят раствор гидрохлорида гидроксиламина и кристаллического уксуснокислого натрия в 30 мл воды. Реакционную массу нагревают до 60 Си при перемешивании добавляют к ней по каплям циклогексанон. После прибавления перемешивают еще полчаса при температуре С, далее охлаждают в ледяной бане и отфильтровывают выпавший оксим. Кристаллизуют из водного этилового спирта (H
2
O : C
2
H
5
OH = 2 : сушат и определяют температуру плавления.
Вопросы по методике синтеза. Какую роль играет уксуснокислый натрий в синтезе оксима цикло- гаксанона?
2. Выразить количества веществ, данные в молях, в граммах. Техника безопасности при работе с низкокипящими растворителями 59 6.2.2. Стирилкетон (дибензилиденацетон)Разделы курса Химические свойства альдегидов и кетонов.
Вопросы по теории. Механизм реакций альдольного уплотнения (примеры. Роль оснований в этих превращениях. Примеры альдегидов и кетонов, способных вступать в реакции альдольной конденсации. Приведите схемы реакций, протекающих при действии гидроксида калия на уксусный альдегид, пропионовый альдегид и ацетон. Механизм кротоновой конденсации. Условия ее проведения. Примеры практического применения продуктов альдольного уплотнения в промышленности.
Методы работы перекристаллизация из смеси растворителей, определение температуры плавления.
Методика синтеза
Исходные соединения
Бензальдегид
5 мл
Этанол
40 мл
Ацетон
2 мл
Гидроксид натрия г
В круглодонную колбу с широким горлом емкостью 250 мл (или фарфоровый стакан, снабженную механической мешалкой, приливают раствор гидроксида натрия в 50 мл воды и этанол. Колбу помещают на водяную баню и при перемешивании приливают половину приготовленной заранее смеси бензальдегида и ацетона. Через 15 мин вливают вторую половину этой смеси, поддерживая температуру реакционной массы в пределах 20—25 С, после этого реакционную массу перемешивают еще 20 мин. Образовавшийся светло- желтый осадок отфильтровывают, промывают холодной водой на воронке до нейтральной реакции фильтрата и сушат на воздухе. Продукт перекрис- таллизовывают из этанола, сушат и определяют температуру плавления.
Вопросы по методике синтеза. Для чего в реакционную массу добавляют этанол. Правила техники безопасности при работе с гидроксидом натрия и ацетоном. Синтез бензилового спирта и бензойной кислоты
(реакция Канниццаро)
Разделы курса. Химические свойства альдегидов ароматического и алифатического рядов Вопросы по теории. Механизм реакцииКанниццаро. Как образуется и что собой представляет гидрид-ион? Условия его образования. Для каких альдегидов характерна реакция Канниццаро? Вступают ли алифатические альдегиды в реакцию Канниццаро? 2. Реакция Бородина (механизм. Какие альдегиды способны вступать в реакцию альдольной конденсации. Представьте механизмы реакций, протекающих при действии щелочи на муравьиный, уксусный, пропионовый альдегиды, 2,2-диметилпропаналь. 4. Напишите примеры превращений, позволяющих разделить смесь бензилового спирта и бензойной кислоты. Методика синтезаИсходные соединенияБензальдегид 11 мл Калия гидроксид г Готовят раствор 10 г гидроксида калия в 7 мл воды (очки, охлаждают его, переливают в колбу емкостью 250 мл и постепенно, при энергичном перемешивании содержимого колбы, добавляют к нему бензальдегид. Образовавшуюся реакционную массу оставляют в закрытой колбе до следующего лабораторного занятия. Далее к смеси прибавляют воду до полного растворения выделившихся кристаллов калиевой соли бензойной кислоты (25 мл) и переливают раствор в делительную воронку. Бензиловый спирт экстрагируют диэтиловым эфиром и 10 мл эфира. Органический слой промывают насыщенным раствором бисульфита натрия, далее раствором соды, затем сушат безводным сульфатом натрия. После отгонки эфира (меры противопожарной безопасности при работе с диэтиловым эфиром) бензиловый спирт перегоняют. Водный раствор из делительной воронки после экстракции эфиром подкисляют соляной кислотой, выделяется бензойная кислота. Образовавшийся осадок отфильтровывают, перекристаллизовывают из воды, сушат и определяют температуру плавления. Вопросы по методике синтеза. Почему диэтиловый эфир экстрагирует только бензиловый спирт (среда щелочная Что будет экстрагироваться, если среда будет кислой. Для чего промывают эфирный экстракт раствором бисульфита натрия. Какой эфир используется для выделения бензилового спирта Его строение, температура кипения, меры предосторожности при работе с ним. Сушка жидких органических соединений. Какие осушители можно применять для сушки спиртов. Отгонка диэтилового эфира. Определение наличия перекисей в диэтиловом эфире и методы их удаления. Перегонка высоко- и низкокипящих жидкостей 61 6. Перекристаллизация и определение температуры плавления. Техника безопасности при работе с едкими щелочами. Адипиновая кислота Разделы курса. Методы окисления альдегидов и кетонов. Химические свойства, методы синтеза и способы применения двухосновных кислот.
Вопросы по теории. Методы окисления альдегидов и кетонов. Механизм реакции окисления циклогексанона в адипиновую кислоту. Степень окисления углерода в соединениях на примере этана, метилового спирта, муравьиного альдегида, муравьиной кислоты, углекислоты. Составить уравнение ОВР для окисления циклогексанона перманганатом калия. Промышленные способы получения адипиновой кислоты. Практическое применение адипиновой кислоты. Представьте процесс получения найлона.
7. Промышленные методы синтеза циклогексанона. Напишите механизм реакции циклогексанона с гидроксиламином. Практическое использование образовавшегося продукта. Какое вещество получается в результате сухой перегонки кальциевой соли адипиновой кислоты?
Методы работы перекристаллизация, определение температуры плавления.
Методика синтеза
Исходные соединения
Перманганат калия г
Циклогексанон
5 мл
В конической колбе на 250 мл смешивают циклогексанон с раствором перманганата калия в 125 мл воды, смесь нагревают до 30 Си добавляют мл 10 го раствора гидроксида натрия. Смесь самопроизвольно нагревается (соблюдайте осторожность на стадии окисления, хорошо перемешивайте реакционную массу не допускайте разогрева, возможна бурная реакция с выбросом реакционной массы!).
Когда температура достигает 45 С ( через 15 мин, эту температуру поддерживают в течение 20 мин, используя баню со льдом. Затем после незначительного повышения температура опускается (около 25 мин. После чего колбу нагревают на плитке (асбест) для завершения реакции и коагуляции двуокиси марганца (исчезновения в реакционной среде перманганата).
Наличие перманганата калия определяют нанесением капли реакционной массы на фильтровальную бумагу вокруг пятна двуокиси марганца появляется окрашенное кольцо Если после 5—10 мин нагревания перманганат остается в реакционной массе, его разрушают добавлением раствора бисульфита натрия (повтор пробы на присутствие перманганата. Смесь фильтруют, осадок двуокиси марганца хорошо промывают теплой водой. Далее фильтрат упаривают до объема мл в фарфоровой чаше на плитке с асбестом (под тягой. Если раствор окрашенный и непрозрачный, то его необходимо предварительно осветлить активированным углем. Горячий раствор подкисляют концентрированной соляной кислотой до pH 1—2 (кислая реакция по универсальному индикатору, добавляют еще 5 мл кислоты и оставляют кристаллизоваться. Вопросы по методике синтеза. Для чего к смеси циклогексанона с раствором перманганата добавляют щелочь. Почему после упаривания реакционной массы ее подкисляют концентрированной соляной кислотой. Техника безопасности при работе с перманганатом калия и концентрированной соляной кислотой. Синтезы с помощьюмагнийорганических соединений. Бензойная кислотаРазделы курса. Магнийорганические соединения, методы получение и химические свойства. Методы синтеза и химические свойства ароматических карбоновых кислот.
Вопросы по теории. Механизм получения фенилмагнийбромида.
2. Какова роль йода и диэтилового эфира при образовании магнийорганических соединений. Понятие абсолютного растворителя. Напишите реакции фенилмагнийбромида с углекислым газом, метилэтилкетоном, бензальдегидом, окисью этилена, водой, этиловым спиртом. Промышленные методы синтеза бензойной кислоты. Сравните кислотность ароматических и алифатических кислот.
Методы работы перекристаллизация, определение температуры плавления.
Методика синтеза
Исходные соединения
Фенилбромид
16 мл
Диэтиловый эфир абсолютный мл
Магниевая стружка г
Кристаллик йода В колбу емкостью 250 мл, снабженную обратным холодильником с хлор- кальциевой трубкой, помещают исходные соединения. Если реакция не начинается сразу, то колбу помещают вгорячую воду до начала реакции. После завершения бурного начала реакции процесс поддерживают легким нагреванием на водяной бане. По окончании реакции колбу охлаждают снаружи водой со льдом. Затем убирают холодильник. Далее при непрерывном охлаждении и встряхивании пропускают через эфирный раствор углекислый газ. Углекислый газ получают в аппарате Киппа, соединенном с двумя промывными склянками сконцентрированной серной кислотой для высушивания CO 2 . Пропускание завершают, когда жидкость в колбе разделится на два слоя верхний — эфир, нижний — продукт реакции. В колбу при охлаждении и встряхивании помещают несколько кусочков льда до тех пор, пока нижний слой не превратится в бесцветный осадок. Колбу присоединяют к обратному холодильнику и через форштосс постепенно прибавляют 20 мл концентрированной соляной кислоты. Перемешивание смеси продолжают до полного растворения осадка. Эфирный раствор, содержащий бензойную кислоту, отделяют, добавляют к нему н раствор гидроксида натрия, встряхивают в делительной воронке. Нижний, водный слой, содержащий натриевую соль бензойной кислоты, сливают, операцию повторяют раза. К щелочному раствору добавляют н соляную кислоту до кислой реакции по универсальному индикатору, при этом бензойная кислота выпадает в осадок. Выпавшую бензойную кислоту отфильтровывают, пере- кристаллизовывают из воды, сушат, определяют температуру плавления. Вопросы по методике синтеза. Что такое хлоркальциевая трубка Как и для чего ее применяют. Как определить окончание реакции образования фенилмагнийбромида?
3. Почему при насыщении реакционной массы углекислотой содержимое колбы охлаждают льдом и встряхивают. Как определить конец насыщения углекислотой Состав образующихся в результате реакции слоев в колбе. Почему для разложения полученной смешанной магниевой соли кроме воды добавляют соляную кислоту. В виде какого производного ив какой слой перейдет бензойная кислота при добавлении щелочи. В каком слое (водном или эфирном) находится бензойная кислота в кислой среде. Как из н раствора NaOH выделяют бензойную кислоту. Как установить полноту экстракции бензойной кислоты из эфира. Как установить полноту осаждения бензойной кислоты из щелочного раствора 64 6.4. Реакции электрофильногоароматического замещения. n-НитроанилинРазделы курса. Электрофильное замещение в бензольном кольце. Правило ориентации при реакциях S
E
Ar. Химические свойства аминов.
Вопросы по теории. Механизм реакции нитрования (образования нитроний-катиона,
строение - и комплексов, гибридизация атома углерода при образовании и разрушении комплекса. Ориентирующий эффект заместителей в реакциях S
E
Ar.
3. Почему ацетилирование не приводит к изменению ориентации аминогруппы. Объясните, почему нельзя нитровать неацилированный анилин. Условия удаления ацильной защиты и проведения гидролиза ацетил- аминопроизводных. Механизм реакций. Назовите промежуточные и побочные продукты при получении нитроанилина. Объясните влияние заместителей в ядрена основность аминогруппы. Применение нитроанилина в синтезе азокрасителей.
Методы работы перекристаллизация, определение температуры плавления.
Методика синтеза
Исходные соединения
Ацетанилид
6,8 г
Азотная кислота ( = 1,38 г/мл)
4 мл
Серная кислота (конц мл
Тонко измельченный сухой ацетанилид вносят в 15 мл серной кислоты и перемешивают до тех пор, пока не получится прозрачный вязкий раствор.
Температура при перемешивании не должна подниматься выше 25 С. Раствор охлаждают до 0 Си постепенно прибавляют смесь азотной кислоты и 3 мл серной. Температура вовремя добавления не должна превышать С, чтобы предотвратить образование больших количеств о-нитро- соединения. Реакционную массу оставляют стоять в течение 1 ч, периодически перемешивая. После этого выливают в смесь 17,5 мл воды и 17,5 г толченого льда. При этом выпадает смесь о и n-нитроацетанилида. Через мин осадок отфильтровывают, хорошо промывают горячей водой на фильтре до тех пор, пока фильтрат не станет бесцветным. При этом омыляется только о-нитроацетанилид. Осадок n-нитроацетанилида помещают в круглодонную колбу с обратным холодильником, приливают 35 мл 25 го водного раствора серной кислоты и кипятят реакционную массу до полного растворения осадка в течение получаса. Добавляют активированный уголь для осветления, кипятят 5 мин, проводят горячее фильтрование. Фильтрат охлаждают до комнатной температуры, нейтрализуют 10 м раствором гидроксида натрия. Выпавший осадок отфильтровывают и перекристаллизовыва- ют из большого количества воды.
Вопросы по методике синтеза. По какой причине температура вовремя растворения ацетанилида в серной кислоте не должна превышать 25 С Почему к реакционной массе после завершения нитрования добавляют воду со льдом. Почему орто-изомер гидролизуется легче, чем пара-изомер?
3. Какой объем 10 го гидроксида натрия теоретически необходим для нейтрализации 35 мл 25 й серной кислоты. Сущность метода очистки твердых веществ перекристаллизацией. Требования к подбору растворителя для кристаллизации. Роль активированного угля. Выращивание кристаллов органических соединений. Однородность кристаллов как показатель чистоты. Техника безопасности при работе сконцентрированными азотной и серной кислотами, щелочами, ароматическими нитросоединениями. Сульфаниловая кислота
Разделы курса Реакции электрофильного замещения в ароматических соединениях. Правило ориентации при прохождении реакций S
E
Ar. Химические свойства аминов.
Вопросы по теории см. работу 6.4.1.
1. Механизм реакции сульфирования, типы электрофильных сульфирую- щих реагентов. Обратимость реакции сульфирования, десульфирование. Кинетический и термодинамический контроль сульфирования. Химические свойства сульфокислот и их промышленное применение.
Методы работы перекристаллизация, определение температуры плавления.
Методика синтеза
Исходные соединения
Анилин
9,3 г
Натрия гидроксид г
Серная кислота (конц) 5,5 мл
В фарфоровой чашке осторожно смешивают анилин и серную кислоту.
Полученный осадок растирают, а затем нагревают при температуре 170—190 Сч так, чтобы из пробы реакционной массы не выделялся анилин при растворении в щелочи. Затем горячую реакционную массу измельчают и переносят в колбу Эрленмейера см раствором гидроксида натрия,
приготовленным из 4 г щелочи. Смесь кипятят с активированным углем мин, проводят горячее фильтрование и подкисляют соляной кислотой до рН = 3. Выпавший после охлаждения продукт перекристаллизовывают из воды.
Вопросы по методике синтеза. Поясните метод анализа пробы реакционной массы. Определите количество соляной кислоты, необходимое для нейтрализации щелочи. Техника безопасности при работе сконцентрированными кислотами,
едкими щелочами, ароматическими аминами. Реакции восстановления нитросоединений
до аминов. Анилин
Разделы курса. Методы получения и химические свойства ароматических аминов. Промышленное применение.
Вопросы по теории. Способы восстановления нитробензола. Частичное восстановление мета- динитробензола. Применяемые в промышленности методы восстановления. Механизм реакции восстановления нитросоединений в кислой среде
(представьте уравнение ОВР).
3. Промежуточные продукты восстановления нитросоединений в кислой и щелочной средах. Применение анилина. Химические свойства анилина (солеобразование, ацетилирование, взаимодействие с азотистой кислотой и др, влияние заместителей в ароматическом цикле на основность. Реакции S
E
Ar в ароматических аминах.
|
|
|
Скачать 3.05 Mb.