Сборник методических указаний по органической химии. 243.МУЛР.ПН.ОП.03.КНГС.001-17. Сборник методических указаний для студентов по выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине
 Скачать 1.06 Mb.
|
|
Тема «Галогенпроизводные» Лабораторная работа № 5 «Получение и свойства галогенпроизводных углеводородов» Цель: получить галогенпроизводные углеводородов, исследовать их физические и химические свойства. Образовательные результаты, заявленные во ФГОС: Студент должен уметь: применять безопасные приемы при работе с органическими реактивами и химическими приборами; проводить реакции с органическими веществами в лабораторных условиях; знать: особенности строения и свойства органических веществ; получение и свойства галогенпроизводных. Краткие теоретические материалы Синтез галогенуглеводородов может быть осуществлен из алканов (по радикальному механизму), из алкенов (по механизму радикального или электрофильного присоединения), из ароматических углеводородов (электрофильным замещением), из спиртов (нуклеофильным замещением гидроксила), взаимодействием карбонильных соединений с галогенидами фосфора, тионилом, фосгеном. Бромистый этил и другие галогенуглеводороды применяют в органическом синтезе для алкилирования. Галогеналкилы вступают в реакцию со многими классами органических соединений и поэтому нашли применение как в промышленном, так и в препаративном синтезе. В лабораторных условиях галогеналкилы часто получают нуклеофильным замещением гидроксила в спирте на галоген. Для получения бромистого этила 31 применяют этиловый спирт. Основная реакция – замещение гидроксильной группы спирта галогеном действием галогенводородной кислоты: t, k С 2 Н 5 ОН + НВr → Н 2 O + С 2 Н 5 Вr Промежуточные и побочные реакции: H 2 SO 4 + 2 КВr→K 2 SO 4 + 2HBr С 2 Н 5 ОН + H 2 SO 4 → Н 2 O + HOSO 2 OC 2 H 5 – этилсерная кислота HOSO 2 OC 2 H 5 + НВr→H 2 SO 4 + С 2 Н 5 Вr Порядок выполнения работы: Обратите внимание! ПТБ № 4, 11, 16 Приборы и реактивы: асбестированная сетка, спиртовка, спички, медная проволока со спиралью, емкость для слива, тигельные щипцы, газоотводная трубка, металлический штатив, растворы соляной кислоты, серной кислоты, дихлорэтан, этиловый спирт-ректификат (смесь этилового спирта и серной кислоты (1:1)), этанол, едкий натр (5 % р-р), ацетон в растворе, йод (раствор 2 г йода и 5 г йодистого калия в 100 мл воды), серная кислота конц., бромистый калий (порошок), кубик льда. Опыт № 1 Качественное определение хлора Присутствие хлора в органическом веществе можно установить пробой Бейльштейна: при нагревании галогенсодержащего вещества на прокаленной медной проволоке (при прокаливании медь покрывается черным оксидом меди СuО, играющим роль окислителя) образуется летучая соль меди, окрашивающая пламя в зеленый цвет. Прокалите конец медной проволоки до изменения окраски меди, поместите на ее поверхность 1-2 капли дихлорэтана и внесите в пламя. 32 Прокалите снова спираль, поместите на нее 1-2 капли раствора соляной кислоты и внести в пламя. Запишите наблюдения, сделайте вывод. Опыт № 2 Получение йодоформа а. Смешайте в пробирке 0,5 мл этанола и 2-3 мл воды. Слегка нагрейте полученный раствор на водяной бане при 60°С, добавьте 0,5 мл раствора йода и затем прибавьте щелочь по каплям до исчезновения характерной окраски йода. Из жидкости начинает выделяться светло-желтый осадок йодоформа, появляется характерный запах. С 2 Н 5 ОН + 4J 2 + 6 NaOH →CHJ 3 + HCOONa + 5 NaJ + 5H 2 0 этанол йодоформ формиат натрия б. К 1мл разбавленного водного раствора ацетона добавьте 0,5 мл раствора йода и затем несколько капель щелочи до исчезновения окраски. Немедленно и без нагревания образуется желтый порошкообразный осадок йодоформа с характерным запахом. Это качественная реакция на ацетон. О О || || NaOH СН 3 − С− СН 3 + J 2 → СJ 3 − С −СН 3 → СНJ 3 + СН 3 − СООNa ацетон 1,1,1-трийодацетон йодоформ ацетат натрия Дезинфицирующее действие йодоформа объясняется сравнительно слабой связью атомов йода с углеродом. Отщепляющиеся атомы йода в силу своих окислительных свойств разрушают болезнетворные микроорганизмы. Разложение йодоформа ускоряется при нагревании. Напишите уравнения реакций, расставьте степень окисления над атомами веществ в молекулярных и структурных формулах. Сделайте вывод. Опыт № 3 Получение этилбромида В пробирку налейте 3 мл смеси (1:1) этилового спирта и серной кислоты, прибавьте 2 г бромида калия при легком встряхивании. Присоедините газоотводную трубку и укрепите пробирку наклонно в лапке штатива. Конец газоотводной трубки погрузить во вторую пробирку - приемник, содержащую 1 33 мл воды с кусочком льда (снега) и помещенную в стакан со смесью воды и снега. Осторожно нагрейте до кипения реакционную смесь, прогрев сначала верхние слои жидкости, затем несильно нагревайте среднюю часть слоя. Перегонку продолжать под наблюдением 10 – 15 мин и прекратите ее, когда исчезнут кристаллы бромида калия, а в приемник перестанут поступать тяжелые капли прозрачной жидкости – этилбромида. Разъединив прибор, слейте из приемника большую часть верхнего водного слоя в специальный слив, к остатку добавьте 2 мл чистой холодной воды, плотно закройте пробирку пробкой, взболтайте содержимое, дайте отстояться и слейте снова. Выход этилбромида около 1 мл. При внесении капли этилбромида на медной проволочке в пламя наблюдается характерное окрашивание в зеленый цвет – проба Бейлыитейна. Напишите уравнения основной и промежуточных реакций получения этилбромида, дайте название продуктам, сделайте вывод об условиях протекания замещения и роли серной кислоты. Выполните задания: 1. В результате анализа вещества установлен его состав: С – 24%; Н – 4%; Сl – 72%; Mr– 99%. Определите молекулярную формулу вещества и число изомеров, дайте им название. 2. Напишите все возможные структурные формулы веществ, дайте им название по международной номенклатуре: С 3 Н 6 СI 2 , CH 2 CI 2 , C 2 H 4 CI 2 , C 2 H 5 CHCI 2 3. Определите массовую долю йода в йодоформе. 4. Дайте названия веществам по международной номенклатуре: а ) СН 3 − СНВr− СН 2 − СН 3 б) СН 2 Сl− СН 2 − СН 2 Сl в) СH 2 − СН 2 − СН 2 −CHJ 2 г) СН 2 Вr− СВr− СН 2 Вr СН 3 СН 3 СН 3 Сl д) СН 3 −CJ−CJ− СН 3 ж) СН 2 Сl − С− С − СН 2 − СН 3 СН 3 Сl 34 Тема «Гидроксильные соединения и их производные» Лабораторная работа № 6 « Свойства спиртов» Цель: исследовать физические и химические свойства спиртов на примере этанола и глицерина. Образовательные результаты, заявленные во ФГОС: Студент должен уметь: применять безопасные приемы при работе с органическими реактивами и химическими приборами; проводить реакции с органическими веществами в лабораторных условиях; знать: химические свойства спиртов. Краткие теоретические материалы Спирты – производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу –ОН. Низшие одноатомные алифатические спирты – бесцветные жидкости, высшие (начиная с С 12 ) – твёрдые вещества. Спирты C 1 —C 3 обладают характерным алкогольным запахом и жгучим вкусом, C 4 —C 5 – сладковатым удушливым запахом, высшие – без запаха. Простейшие гликоли и глицерины — вязкие жидкости. Спирты хорошо растворяются во многих органических растворителях и сами обладают хорошей растворяющей способностью. Химические свойства спиртов определяются наличием ОН-группы. При взаимодействии с щелочными и некоторыми другими металлами образуются солеобразные продукты — алкоголяты, например C 2 H 5 ONa, с кислотами — сложные эфиры RCOOR'; первичные спирты в мягких условиях окисляются в альдегиды RCHO и далее в карбоновые кислоты RCOOH, вторичные — в кетоны R—CO—R. Спирты сравнительно легко дегидратируются; при этом в 35 зависимости от природы и условий реакции образуются простые эфиры R-O-R Взаимодействие с PCl 5 и SOCl 2 приводит к алкилхлоридам RCl, RCl 2 и т. д. Свойства многоатомных спиртов похожи на одноатомные спирты, при этом различие в том, что реакция идёт не по одной к гидроксильной группе, а по нескольким сразу. Одно из основных отличий - многоатомные спирты легко вступают в реакцию гидроксидом меди. При этом получается прозрачный раствор ярко сине-фиолетового цвета. Именно этой реакцией можно выявлять наличие многоатомного спирта в каком-либо растворе. Взаимодействуют с азотной кислотой Прядок выполнения работы: Обратите внимание! ПТБ № 8, 14, 16 Приборы и реактивы: штатив с пробирками, пробиркодержатель, асбестированная сетка, спиртовка, спички, металлическая ложечка, газоотводная трубка, штатив с зажимом, кусочек пемзы, медная проволока со спиралью, смесь этилового спирта и серной кислоты (1:3), этанол, глицерин, раствор сульфата меди, гидроксида натрия, обезвоженный сульфат меди, вода. Опыт № 1 Свойства этанола а) Обнаружение воды в этиловом спирте, получение абсолютного этилового спирта В сухую пробирку насыпьте 1 г обезвоженного сульфата меди и прилейте 1 мл этилового спирта. Смесь взболтайте и дайте отстояться. При наличии воды в спирте белый порошок приобретает голубой цвет в результате образования медного купороса CuSO 4 ⋅5 Н 2 О. Обезвоженный спирт используйте для 36 следующего опыта. Запишите наблюдения, дайте объяснение терминам: спирт- ректификат, абсолютный спирт, гидролизный спирт, азеотропная смесь. б) Дегидратация этанола В пробирку с 2 мл приготовленной смеси 1:3 этанола и концентрированной серной кислоты положите кусочек пемзы для предотвращения толчков жидкости при кипении закройте пробкой с газоотводной трубкой, осторожно нагрейте, подожгите газ, отметьте окраску пламени. Отодвиньте асбестированную сетку со спиртовкой, размонтируй прибор, дайте пробирке остыть, добавьте 1мл этанола и вновь проделайте опыт. Отметьте специфический запах образующегося газа, форму и окраску пламени. Напишите в молекулярном и структурном виде уравнения реакций внутримолекулярной и межмолекулярной дегидратации этанола, дайте название продуктам. в) Окисление этанола оксидом меди В пробирку налейте 1мл этанола и несколько раз погрузите в нее прокаленную до темного цвета (СuО) медную проволоку со спиралью. Спираль становится блестящей, т.к. протекает окислительно – восстановительная реакция с восстановлением оксида меди (II) до чистой меди и окислением этилового спирта в альдегид (ощущается запах свежескошенной травы, прелых яблок). Напишите уравнение реакции окисления этанола оксида меди (II) в молекулярном и структурном виде, дайте название продуктам. г) Горение этанола Налейте в металлическую ложечку 0,5 мл этанола, подожгите, отметьте цвет пламени. Охарактеризуйте физические свойства этанола (t пл °C, t кип °C, относительная плотность, агрегатное состояние, запах, вкус, растворимость в воде), объясните причину более высокой температуры кипения этанола по сравнению с диэтиловым эфиром, хотя масса последнего выше. Напишите уравнение реакции горения этанола, объясните наблюдения. Сделайте вывод. 37 Опыт № 2 Свойства глицерина а) Горение глицерина Поместите 2 капли глицерина в металлическую ложечку и подожгите (осторожно) над асбестированной сеткой, отметьте особенности горения из-за неравномерного прогревания, выкипания и разбрызгивания вязкой жидкости, окраску пламени по сравнению с этанолом. Охарактеризуйте физические свойства (t пл. °C, t кип. °C , плотность, цвет, вкус, растворимость в воде). Напишите уравнение реакции горения глицерина в молекулярном виде. б) Качественная реакция на многоатомные спирты – взаимодействие со свежеосажденным гидроксидом меди (II) К 0,5 мл глицерина в пробирке прибавьте 1-2 мл воды, взболтайте. В другую пробирку налейте 2 мл раствора гидроксида натрия и по каплям добавляйте раствор сульфата меди до образования свежеосажденного гидроксида меди голубого цвета. К осадку прилейте раствор глицерина, обратите внимание на изменения в окраске и консистенции. Напишите уравнения реакций: 1) получения гидроксида меди (II) в молекулярном и ионном виде; 2) взаимодействия глицерина с гидроксидом меди (II) в молекулярном и структурном виде. Объясните наблюдения, дайте названия продуктам реакции, отметьте окраску раствора. Сделайте вывод. Выполните задания: 1. Напишите в структурном виде все возможные изомеры алкоголя n=5, дайте им название по международной номенклатуре. 2. Напишите уравнения реакций, характеризующих механизм нуклеофильного замещения гидроксогруппы галогеном на примере взаимодействия пропанола-1 с бромоводородной кислотой. 3. Напишите уравнение реакции нитрования глицерина, определите молярную массу продукта, дайте название. 38 Тема «Гидроксильные соединения и их производные» Лабораторная работа № 7 « Свойства фенолов» Цель: исследовать физические и химические свойства фенолов на примере фенола. Образовательные результаты, заявленные во ФГОС: Студент должен уметь: применять безопасные приемы при работе с органическими реактивами и химическими приборами; проводить реакции с органическими веществами в лабораторных условиях; знать: химическиесвойства фенолов. Краткие теоретические материалы Фенолы – производные ароматических углеводородов, в которых атом водорода бензольного кольца замещен на гидроксильную группу –ОН. Простейший представитель класса является фенол С 6 Н 5 ОН. Фенолы в значительных количествах содержатся каменноугольной смоле. Фенол получают также сплавлением натриевой соли бензолсульфокислоты с едким натром. Большинство одноатомных фенолов при нормальных условиях представляют собой бесцветные кристаллические вещества с невысокой температурой плавления и характерным запахом. Фенолы малорастворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, токсичны, при хранении на воздухе постепенно темнеют в результате окисления. Фенол C 6 H 5 OH ( карболовая кислота) – бесцветное кристаллическое вещество на воздухе окисляется и становится розовым, при обычной температуре ограниченно растворим в воде, выше 66 °C смешивается с водой в 39 любых соотношениях. Фенол — токсичное вещество, вызывает ожоги кожи, является антисептиком. У фенола ярко выражены кислотные свойства. Это связано с тем, что свободная электронная пара кислорода в феноле оттянута к ядру. Фенол, за счёт гидроксильной группы будет взаимодействовать со щелочными металлами. С галогенами фенолы взаимодействуют за счёт замещения водорода бензольного кольца. Фенол значительно активнее бензола вступает в реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце. Порядок выполнения работы: Обратите внимание! ПТБ № 4, 8, 9, Приборы и реактивы: штатив с пробирками, асбестированная сетка, спиртовка, спички, лакмусовая бумага, фенол кристаллический, раствор фенола, раствор этанола, бромная вода, раствор серной кислоты, раствор перманганата калия, бромная вода, раствор едкого натра, раствор хлорида железа (III), раствор карбоната натрия, вода. Опыт № 1 Растворимость и кислотный характер фенола К 0,3 г фенола добавьте 4-5 мл воды и встряхните. Если растворение не достигнуто, нагрейте смесь до кипения, а затем охладите, отмечая наблюдаемые изменения. Испытайте реакцию полученного раствора лакмусовой бумажкой. Растворите несколько кристалликов фенола в этиловом спирте. Фенол С 6 Н 5 ОН при обычной температуре лишь умеренно растворим в воде (6:100), однако при 60-70°С растворяется очень быстро и смешивается с водой во всех отношениях. В твердом состоянии и в растворе обладает характерным удушливым запахом. Раствор воды феноле – эмульсия, раствор 40 фенола в горячей воде – истинный раствор. Все фенолы растворимы в спирте и эфире. Напишите уравнение диссоциации фенола в воде, объясните окраску лакмусовые бумажки. Сделайте вывод о растворимости фенола в разных условиях и его токсичности в твердом и жидком виде. Опыт № 2 Образование и разложение фенолята натрия К 0,3 г фенола добавьте 1 мл воды, а затем щелочи, до полного растворения. Полученный прозрачный раствор при подкислении серной кислотой вновь становится мутным, т.к. образуется исходное вещество. Напишите соответствующие уравнения реакций в молекулярной и структурной форме, дайте названия продуктам. Сделайте вывод. Опыт № 3 Взаимодействие фенола с бромной водой и раствором перманганата калия а. В пробирку внесите 0,5 мл раствора фенола и добавьте по каплям бромную воду до появления белой взвеси, которая постепенно выпадает в виде белого плотного осадка (качественная реакция на фенолы). б. К 0,5 мл раствора фенола добавьте 0,5 мл раствора карбоната натрия и, при встряхивании, приливайте раствор перманганата калия. Обесцвечивание розового раствора и выделение бурой двуокиси марганца идет на холоде и очень быстро. Напишите уравнение реакции бромирования фенола в структурной и молекулярной форме, дайте название продукту реакции. Сделайте вывод. Опыт № 4 Взаимодействие фенола с раствором хлорида железа (III) В пробирку внесите 0,5 мл раствора фенола и 5 мл воды. Добавьте 1-2 капли раствора хлорида железа (III). Раствор приобретает фиолетовую окраску, т.к. образуется сложное комплексное соединение. 41 Напишите уравнение реакции в молекулярной и структурной форме, дайте название продукту реакции. Сделайте вывод. Выполните задания: 1. Составьте схему получения (с названием веществ) пикриновой кислоты из ацетилена, напишите уравнения реакций в молекулярном и структурном виде. 2. Напишите уравнения реакций по схеме в молекулярном и структурном виде: бензол → фенол → анизол → метокси-2,4,6,-тринитробензол. 3. Вычислите массовую долю фенола, если 0,5г растворили в 4,5мл воды. 42 |