Малый практикум по органической химии. Лабораторный практикум по дисциплине: "Органическая химия"

Предисловие
ЧАСТЬ I МЕТОДЫ РАБОТЫ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Глава I. Организация работы и техника безопасности
1. Общие правила работы в лаборатории органического синтеза
2. Меры предосторожности и первая помощь при несчастных случаях
Работа с ядовитыми и едкими веществами
Работа с легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами
Правила обращения со стеклом
Первая помощь при ожогах, отравлениях и других несчастных случаях
Тушение местных загораний и горящей одежды
3. Основная лабораторная химическая посуда
4. Сборка приборов
5. Мытье и сушка химической посуды
6. Пользование литературой и правила составления отчета
Глава II. Основные операции при работе в химической лаборатории
1. Нагревание
2. Охлаждение
3. Измерение и регулирование температуры
4. Измельчение и перемешивание
5. Растворение и свойства некоторых органических раствори гелей
Этиловый спирт
Метиловый спирт
Диатиловый эфир
Петролейный эфир
Ацетон
6. Сушка и основные осушители
Осушивание газов
Высушивание органических жидкостей
Высушивание твердых веществ
Основные осушители
7. Фильтрование
Фильтрование при обычном давлении
Фильтрование под вакуумом
Глава III. Методы очистки органических веществ
1. Кристаллизация
Выбор растворителя
Проведение перекристаллизации
Отделение кристаллов
2. Возгонка (сублимация)
3. Экстракция
4. Перегонка
Простая перегонка при атмосферном давлении
Перегонка с водяным паром
Перегонка при пониженном давлении
Фракционная (дробная) перегонка
Ректификация
5. Хроматография
Адсорбционная хроматография
Распределительная хроматография
Хроматография на бумаге
Ионообменная хроматография
Глава IV. Определение важнейших констант органических соединений
1. Температура плавления
2. Температура кипения
3. Относительная плотность
4. Показатель преломления
5. Молекулярный вес
Глава V. Работа со сжатыми и сжиженными газами
1. Газовые баллоны и обращение с ними
2. Дозирование газов
3. Очистка и введение газов в прибор
4. Правила техники безопасности при работе с газовыми баллонами
Глава VI. Количественный элементный анализ органических веществ
1. Определение углерода и водорода полумикрометодом
Сборка установки
Выполнение анализа
2. Определение азота полумикрометодом (по Дюма)
Сборка установки
Выполнение анализа
3. Определение углерода и водорода микрометодом
Сборка установки
Выполнение анализа
ЧАСТЬ II СИНТЕЗЫ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Глава VII. Реакции галогенироваиия
1. Замещение гидроксильной группы спирюв галогеном
2. Замещение гидроксильной группы кислот галогеном
3. Присоединение галогена по кратной связи
4. Прямое замещение водорода галогеном
5. Примеры синтезов
Бромистый этил
(?)-Бромнафталин и бромистый этил
Йодистый этил
Бромистый бутил
Хлористый ацетил
Хлористый бензоил
1,2-Дибромэтан
Бромбензол
(?)-Бромнафталин
(?)-Броманизол
Глава VIII. Реакции алкилирования
1. Алкилирование ароматических углеводородов спиртами в присутствии серной кислоты
2. Получение простых эфиров
3. Примеры синтезов
втор-Бутилбензол
Дибутиловый эфир
Изоамиловый эфир
Дифениловый эфир
Фенетол
Этиловый эфир (?)-нафтола (неролин новый, бромелия)
Анизол
Глава IX. Реакции ацилирования
1. Ацилирование спиртов и аминов карбоновыми кислотами
2. Ацилирование спиртов, фенолов и аминов хлорангидридами кислот
3. Ацилирование спиртов, фенолов и аминов ангидридами кислот
4. Примеры синтезов
Уксусноэтиловый эфир
Уксусноизоамиловый эфир
Этиловый эфир хлоруксусной кислоты
Диэтиловый эфир щавелевой кислоты
Этиловый эфир бензойной кислоты
Бензанилид
Аспирин (ацетилсалициловая кислота)
(?)-Нафтилацетат
Ацетанилид
Глава X. Реакции Фриделя-Крафтса
1. Алкилирование ароматических соединений
2. Ацилирование ароматических соединений
3. Примеры синтезов
Изопропилбензол
Дифенилметан
Ацетофенон
Бензофенон
Глава XI. Реакции окисления
1. Окисление по двойной связи
2. Окисление первичных и вторичных спиртов до альдегидов или кетонов
3. Окисление альдегидов и кетонов до кислот
4. Окисление метальных и метиленовых групп
5. Получение хинонов окислением
6. Примеры синтезов
Ацетальдегид
Пропионовый альдегид
Изовалериановый альдегид
Бензофенон
Изомасляная кислота
Валериановая кислота
Бензойная кислота
Бензохинон
Антрахинон
Глава XII. Реакции нитрования
1. Нитрование углеводородов жирного ряда
2. Нитрование углеводородов ароматического ряда
3. Примеры синтезов
Нитрометан
Нитробензол
(?)- и (?)-Нитротолуол
(?)- и (?)-Нитрофенол
(?)-Нитронафталин
Глава XIII. Реакции аминирования
1. Получение аминов жирного ряда
2. Получение аминов ароматического ряда
3. Примеры синтезов
Метиламин
Анилин
(?)- и (?)-Толуидин
(?)-Нафтиламин
Глава XIV. Реакции сульфирования
1. Сульфирование ароматических соединений
2. Примеры синтезов
(?)-Нафталинсульфокислота (натриевая соль)
Бензолсульфокислота (натриевая соль)
(?)-Толуолсульфокислота
Сульфаниловая кислота
Глава XV. Реакции диазотироваиия и азосочетаиия
1. Реакции солей диазония, сопровождающиеся выделением азота
2. Реакции солей диазония, идущие без выделения азота
3. Примеры синтезов
Фенол
Иодбензол
Гелиантин
(?)-Нафтолоранж
Глава XVI. Реакции Гриньяра
1. Получение углеводородов
Количественное определение активного водорода по Чугаеву-Церевитинову
2. Получение карбоновых кислот
3. Получение спиртов
4. Примеры синтезов
Фенилуксусная кислота
Трифенилкарбинол
Дифенилкарбинол (бензгидрол)
Глава XVII. Реакция Канннццаро
Синтез бензойной кислоты и бензилового спирта
Глава XVIII. Реакция Клайзена
Примеры синтезов
Ацетоуксусный эфир
Бензоидацетор
Глава XIX. Реакции полимеризации и поликонденсации
1. Полимеризация
2. Поликонденсация
3. Примеры синтезов
Паральдегид
Полистирол
Полиметилметакрилат
Сополимер стирола с метилметакрилатом
Метилметакрилат (из полиметилметакрилата)
Глифталеваи смола
Феноло-формальдегидная смола
Глава XX. Идентификация
1. Предварительные испытания
2. Качественные реакции
3. Получение производных
Рекомендуемая литература
Приложения
1. Осушители для органических соединений
2. Давление пара воды при различных температурах
3. Давление сжиженных газов в баллонах
4. Цвет баллонов со сжатыми газами
5. Плотность растворов серной кислоты (20°С)
6. Плотность растворов соляной кислоты (20°С)
7. Плотность растворов азотной кислоты (20°С)
8. Плотность растворов едкого натра (20°С)
9. Плотность растворов едкого кали (20°С)
10. Физические свойства спиртов и их производных
11. Физические свойства фенолов и их производных
12. Физические свойства альдегидов и их производных
13. Физические свойства кетонов и их производных
14. Физические свойства карбоновых кислот и их производных
15. Физические свойства первичных н вторичных аминов и их производных
16. Физические свойства алкилгалогенндов и их производных

жидкость мутнеет вследствие образования белого осадка трибромфенола.

Опыт VI . сульфирование фенола.

В пробирку помещают несколько кристаллов фенола и добавляют 3 капли серной кислоты. Встряхивают содержимое пробирки: кристаллы фенола растворяются. Вносят каплю получившегося раствора в другую пробирку и добавляют 4-5 капель воды: фенол выделяется в виде мути.

Реакционная смесь первой пробирке нагревают на кипящей водяной бане в течение 2-3 мин., затем охлаждают содержимое пробирки и выливают в пробирку с 10 каплями холодной воды. Образуется однородный раствор, почти не имеющий характерного запаха фенола.

Опыт VII . нитрование фенола.

В пробирку помещают несколько кристалликов фенола, 2-3 капли воды и встряхивают до образования однородного раствора. В другую пробирку помещают 3 капли азотной кислоты конц. и 3 капли воды. Разбавленную азотную кислоту по каплям приливают к жидкому фенолу, все время энергично встряхивая и охлаждая реакционную пробирку, - реакция идет очень энергично. Реакционную смесь выливают в пробирку с несколькими каплями воды. Отверстие пробирки закрывают пробкой с газоотводной трубкой и отгоняют о-нитрофенол в чистую сухую пробирку-приемник. Мутная капля жидкости в приемнике имеет характерный горько-миндальный запах о-нитрофенола. Пара-изомер остается в реакционной пробирке.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Как влияет температура на растворимость фенола в воде?

    Почему фенол на воздухе розовеет, краснеет и при стоянии расплывается?

    Почему в феноле кислотные свойства выражены ярче, чем в спиртах предельного ряда?

    Почему его называют “карболовой кислотой”?

    Почему угольная кислота вытесняет фенол из фенолята?

    Какие соединения получаются при бромировании фенола?

    С помощью каких реакций можно отличить раствор фенола от растворов спиртов предельного ряда?

Лабораторная работа № 10

альдегиды и кетоны. свойства

Цель работы : 1. Провести цветную реакцию на формальдегид и уксусный альдегид с фуксинсернистой кислотой.

2. Изучить качественные реакции на альдегиды.

3. Изучить качественную реакцию на ацетон.

Реактивы : формальдегид, уксусный альдегид, фуксинсернистая кислота, аммиачный раствор окиси серебра, едкий натр 2н., сернокислая медь, ацетон, раствор йода в йодистом калии.

оборудование

Опыт I . Цветная реакция на альдегиды с фуксинсернистой кислотой.

В две пробирки помещают по 2 капли раствора фуксинсернистой кислоты и добавляют в одну из них 2 капли раствора формальдегида, в другую 2 капли уксусного альдегида. Что наблюдаете?

Опыт II . окисление альдегидов раствором окиси серебра. (Реакция серебряного зеркала)

В чистую пробирку вводят 2 капли аммиачного раствора окиси серебра. Затем прибавляют 1 каплю раствора формальдегида и подогревают над пламенем спиртовки. На стенах пробирки появляется налет серебряного зеркала.

Опыт III . окисление альдегидов гидроокисью меди.

В пробирку помещают 4 капли раствора едкого натра, разбавляют его 4 каплями воды и добавляют 2 капли раствора сернокислой меди. К выпавшему осадку гидроокиси меди прибавляют 1 каплю раствора формальдегида и нагревают до кипения. Выделяется желтый осадок гидроокиси меди, переходящий в красную окись меди.

Опыт IV . получение йодоформа из ацетона.

Помещают в пробирку 3 капли раствора йода в йодистом калии и 5 капель раствора едкого натра. Раствор обесцвечивается. К обесцвеченному раствору добавляют 1 каплю ацетона. Мгновенно без нагревания выпадает желтовато-белый осадок с характерным запахом йодоформа.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Почему температуры кипения низших членов ряда альдегидов и кетонов выше, чем у соответствующих углеводов и ниже, чем у соответствующих спиртов?

    От чего зависит активность карбонильных соединений?

    Как влияют на электронную плотность карбонильного углерода электроноакцепторные или электронодонорные заместители?

    Почему альдегиды активнее кетонов?

    Каким образом можно определить строение кетона?

    Каким образом можно отличить следующие вещества: муравьиный альдегид, уксусный альдегид, ацетон?

    Какие альдегиды не подвергаются альдегидной конденсации?

    Промышленные способы получения ацетона, его применение?

    Промышленные способы получения уксусного альдегида?

Лабораторная работа № 11

свойства одноосновных карбоновых кислот

Цель работы : 1. Изучить физические свойства.

2. Обосновать кислотные свойства карбоновых кислот.

3. Обосновать отличительные свойства муравьиной кислоты.

Реактивы : кислоты: муравьиная, уксусная, щавельная, стеариновая, вода дист., уксусная кислота 0,1н раствор, магний порошок, карбонат натрия, баритовая вода, метиловый оранжевый раствор, лакмус синий, фенолфталеин, муравьинокислый натрий, серная кислота 2н раствор, перманганат калия 0,1н раствор, серная кислота конц., уксуснокислый натрий кр., хлорид железа 0,1н.

оборудование : пробирки, газоотводная трубка, спиртовки, спички, держатель, ложечка.

Опыт I . растворимость в воде различных кислот.

Три капли или несколько кристаллов каждой из исследуемых кислот взбалтывают в пробирке с 5 каплями воды. Если кислота не растворяется, пробирку нагревают. Горячие растворы охлаждают и отмечают выделение кристаллов кислот, растворяющихся лишь при нагревании.

Лабораторная работа № 9

изучение свойств фенолов

Цель работы : 1. Изучить физические свойства фенолов.

2. Обосновать кислотные свойства.

3. Проделать качественные реакции на фенолы.

Реактивы : фенол крист., едкий натр 2н раствор, соляна кислота 2н раствор, железо хлористое 1,0н раствор, бромная вода, серная кислота конц., азотная кислота конц.

оборудование : пробирки, спиртовки, держатель, спички, водяная баня.

Опыт I . растворение фенола в воде .

Помещают в пробирку 2 капли жидкого фенола, прибавляют 2 капли воды и взбалтывают. Образуется мутная жидкость – эмульсия фенола. Дают содержимому пробирки отстояться. После отслаивания эмульсия постепенно расслаивается: верхний слой – раствор фенола в воде, нижний – раствор воды в феноле. Фенол плохо растворяется в холодной воде. Осторожно нагревают содержимое пробирки. Получается однородный раствор. При охлаждении образуется мутная жидкость.

Опыт II . получение фенолята натрия.

В пробирку помещают 4 капли эмульсии фенола в воде и добавляют 2 капли раствора едкого натра. Немедленно образуется прозрачный раствор фенолята натрия, т.к. хорошо растворяется в воде. Раствор оставляют для следующего опыта.

Опыт III . разложение фенолята натрия соляной кислотой.

К половине прозрачного раствора фенолята натрия (из предыдущего опыта) добавляют каплю соляной кислоты. Вновь свободный фенол в виде эмульсии.

Опыт IV . реакция фенола с хлоридом железа (III ).

Помещают в пробирку 2 капли раствора фенола, добавляют 3 капли воды и 1 каплю раствора хлорида железа. Появляется интенсивное красно-фиолетовое окрашивание.

Опыт V . получение трибромфенола.

В пробирку вводят 2 капли бромной воды и добавляют каплю водного раствора фенола. При этом бромная вода обесцвечивается и

Опыт V . окисление этилового спирта оксидом меди (II ).

В сухую пробирку помещают 2 капли этилового спирта. Держа спираль из медной проволоки, нагревают ее в пламени горелки до появления черного налета оксида меди. Еще горячую спираль опускают в пробирку с этиловым спиртом. Черная поверхность спирали становится золотистой вследствие восстановления оксида меди. При этом ощущается характерный запах уксусного альдегида (запах яблок).

Опыт VI . Окисление этилового спирта перманганатом калия.

В сухую пробирку помещают 2 капли этилового спирта, 2 капли раствора перманганата калия и 3 капли раствора серной кислоты. Осторожно нагревают содержимое пробирки над пламенем горелки. Розовый раствор обесцвечивается. Ощущается характерный запах ацетальдегида.

Опыт VII . Взаимодействие глицерина с гидроксидом меди (II ).

Помещают в пробирку 2 капли раствора сульфата меди, 2 капли раствора едкого натра и перемешивают – образуется голубой студенистый осадок гидроксида меди (II). В пробирку добавляют 1 каплю глицерина и взбалтывают содержимое. Осадок растворяется и появляется темно-синее окрашивание вследствие образования глицерина меда.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Почему спирты хорошо растворяются в воде?

    Почему первичные спирты кипят при более высокой температуре, чем вторичные, а вторичные при более высокой температуре, чем третичные?

    Чем обусловлены кислотные свойства спиртов?

    Чем объяснить, что в пропиловом спирте кислотные свойства выражены ярче, чем в изопропиловом, а в этиленгликоле ярче, чем в этиловом спирте?

    С помощью каких реакций отличить растворы этилового спирта от раствора этиленгликоля?

    Как осуществляется ассоциация спиртов?

    Какие продукты получаются при окислении первичных спиртов, вторичных спиртов?

Опыт II . кислотные свойства карбоновых кислот.

    В три пробирки помещают по 1 капле раствора уксусной кислоты. В первую пробирку добавляют 1 каплю метилового оранжевого, во вторую – 1 каплю лакмуса и в третью – 1 каплю фенолфталеина. В пробирке с метиловым оранжевым появляется красное окрашивание, в пробирке с лакмусом – розовое. Фенолфталеин остается бесцветным.

    В пробирку помещают 2 капли раствора уксусной кислоты и добавляют немного магния. К отверстию пробирки подносят горячую лучинку. При этом наблюдается вспышка, сопровождающаяся резким звуком, характерным для вспышки смеси водорода и воздуха.

Опыт III . образование и гидролиз уксуснокислого железа.

В пробирку помещают несколько кристалликов уксусного натрия, 3 капли воды и 2 капли раствора хлорида железа (III). Раствор окрашивается в желтовато-красный цвет в результате образования железной соли уксусной кислоты. Раствор нагревают до кипения. Тотчас же выпадают хлопья основных солей красно-бурого цвета.

Опыт IV . окисление муравьиной кислоты перманганатом калия.

В пробирку налейте 2 мл раствора муравьиной кислоты, добавьте 2 капли раствора перманганата калия и 3 капли раствора серной кислоты. Отверстие пробирки закрывают пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опускают в пробирку с баритовой водой. Содержимое пробирки нагревают в пламени горелки. Через несколько секунд розовый раствор обесцвечивается, а баритовая вода во второй пробирке мутнеет.

Опыт V . разложение муравьиной кислоты при нагревании с конц. серной кислотой.

В пробирку приливают 3 капли муравьиной кислоты, 3 капли концентрированной серной кислоты и нагревают смесь в пламени горелки. Бурно выделяется газ. При поджигании газ горит голубоватыми вспышками.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Какие кислоты не растворяются в воде?

    Почему кислоты кипят при более высокой температуре, чем ROH?

    Чем объясняются кислотные свойства карбоновых кислот?

    Какая кислота сильнее: муравьиная или уксусная и почему?

    Где кислотные свойства выражены ярче в кислотах или спиртах и почему?

    Чем отличается муравьиная кислота от уксусной?

    Какими реактивами можно отличить муравьиную кислоту от других кислот?

    Почему в карбоновых кислотах не происходит разрыв связи в карбонильной группе в отличие от альдегидов и кетонов?

    Как влияют донорные и акцепторные группы на кислотные свойства кислот?

Лабораторная работа № 12

свойства двухосновных карбоновых кислот

Цель работы : 1. Изучить свойства двухосновных карбоновых кислот на примере щавельной кислоты.

2. Обосновать ее отличительные свойства.

Реактивы : муравьинокислый натрий крист., хлорид кальция 0,1н раствор, щавельная кислота крист., серная кислота конц., баритовая вода насыщ. раствор, перманганат калия 0,1н раствор, серная кислота 0,2н.

оборудование : пробирки, газоотводная трубка, спиртовка, спички, держатель.

Опыт I . получение натриевой соли щавельной кислоты.

В сухую пробирку помещают несколько крупинок муравьино-кислого натрия и сильно нагревают на пламени горелки. Расплавленная соль разлагается с выделением водорода. Содержимому пробирки дают остыть, добавляют к сплаву 3-4 капли воды и слегка нагревают до появления прозрачного раствора.

В другую пробирку помещают несколько крупинок муравьинокислого натрия и добавляют 3-4 капли воды. В обе пробирки добавляют по 1 капле раствора хлорида кальция. В первой пробирке (с щавелевокислым натрием) образуется белый осадок нерастворимой в воде кальциевой соли щавелевой кислоты. В пробирке с раствором

Лабораторная работа № 8

изучение свойств одноатомных и

многоатомных спиртов

Цель работы : 1. Изучить физические свойства спиртов.

2. Обосновать кислотные свойства спиртов и отношение их к индикаторам.

3. Обосновать окисляемость спиртов.

4. Провести качественную реакцию на многоатомные спирты.

Реактивы : этиловый спирт, глицерин, CuSO 4 безв., лакмусовая бумага, 1%-ный раствор фенол-фталеина, натрий (мет.), спираль из медной проволоки, KMnO 4 0,1н, 2н раствор H 2 SO 4 , CuSO 4 0,2н, NaOH раствор 2н, фильтровальная бумага, H 2 О дист.

оборудование : пробирки, спиртовка, пинцет, держатель, спички.

Опыт I . обнаружение присутствия воды в спирте .

В сухую пробирку помещают немного порошка безводного сульфата меди и добавляют 3-4 капли этилового спирта. Смесь хорошо встряхивают и слабо нагревают. Белый порошок быстро окрашивается в голубой цвет.

Опыт II . растворимость этилового спирта в воде.

Помещают в сухую пробирку 2 капли этилового спирта и добавляют по каплям воду. Помутнение не наблюдается. Этиловый спирт смешивается с водой во всех отношениях.

Опыт III . отношение спиртов к индикаторам.

В четыре пробирки помещают по 3 капли воды и добавляют по 2 капли этилового, пропилового, бутилового и изоамилового спиртов. Испытывают растворы спиртов на фенолфталеин и лакмус.

Опыт IV . Образование и гидролиз алкоголятов.

В сухую пробирку помещают маленький кусочек металлического натрия. Добавляют 3 капли этилового спирта и закрывают пробирку пальцем. По окончании реакции подносят пробирку к пламени горелки и отнимают палец. У отверстия пробирки воспламеняется выделяющийся водород. Оставшийся на дне пробирки беловатый осадок этилата натрия растворяют в 2-3 каплях воды дист., добавляют 1 каплю спиртового раствора фенолфталеина – появляется малиновое окрашивание.

до исчезновения кристалликов бромистого калия в реакционной пробирке.

В приемнике образуется 2 слоя: нижний – бромистый этил, верхний – вода. С помощью пипетки удаляют верхний слой. Стеклянной палочкой вносят каплю бромистого этила в пламя горелки. Пламя окрашивается по краям в зеленый цвет. Какие реакции при этом протекают?

Опыт II . получение хлористого этила.

В пробирку насыпают мелкие кристаллы хлористого натрия (слой высотой 1 мм), затем добавляют 3 мл этилового спирта, 3 мл серной кислоты конц., нагревают смесь на пламени спиртовки. Выделяющийся хлористый этил загорается, образуя характерное колечко, окрашенное в зеленый цвет.

Написать уравнение реакции, дать характеристику хлористому этилу.

Опыт III . получение йодоформа из этилового спирта.

В пробирку помещают 1 мл этилового спирта, 3 мл раствора йода в йодистом калии и 3 мл едкого натра 2н.

Содержимое пробирки нагревают не допуская закипания, т.к. в кипящем растворе йодоформы расщепляются щелочью. Появляется беловатая муть, из которой постепенно при охлаждении образуются кристаллы йодоформа. Если муть растворяется, то добавляют еще 3-4 капли раствора йода к теплой реакционной смеси и тщательно перемешивают содержимое пробирки, пока не начнется выделение кристаллов. 2 капли осадка переносят на предметное стекло и просматривают их под микроскопом.

Какая форма получается у кристаллов йодоформы?

Написать уравнение соответствующих реакций. Дать характеристику йодоформа.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    От чего зависит температура кипения и плотность галогенопроизводных?

    Почему галогенопроизводные реакционноспособные вещества?

    От чего зависит реакционная способность галогенопроизводных?

    Почему галоген в арилгалогенидах дезактивирует ядро?

муравьинокислого натрия осадка не получается, т.к. кальциевая соль муравьиной кислоты растворима в воде.

Опыт II . разложение щавелевой кислоты при нагревании с конц. серной кислотой.

В пробирку помещают несколько кристаллов щавелевой кислоты и добавляют 2 капли серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и нагревают на пламени грелки. Поджигают выделяющийся газ – он горит голубоватыми вспышками. После этого конец газоотводной трубки опускают в баритовую воду. Баритовая вода мутнеет.

Опыт III . окисление щавелевой кислоты перманганатом калия.

В пробирку помещают несколько кристалликов щавелевой кислоты, добавляют 2 капли перманганата калия и 1 каплю серной кислоты. Отверстие пробирки закрывают пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опущен в пробирку с баритовой водой. Реакционную смесь нагревают. Розовый раствор перманганата калия обесцвечивается, а в пробирке с баритовой водой появляется белый осадок карбоната.

Опыт IV . разложение щавелевой кислоты при нагревании.

Несколько кристаллов щавелевой кислоты нагревают в пробирке с газоотводной трубкой, оттянутый конец которой опущен в пробирку с баритовой водой. Газ, выделяющийся при нагревании, вызывает помутнение баритовой воды. После этого газоотводную трубку вынимают из пробирки с баритовой водой и поджигают газ.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Чем отличаются по строению 2-х основные кислоты от одноосновных?

    Чем отличается щавелевая кислота от других 2-х основных кислот?

    Где кислотные свойства выражены ярче в щавелевой кислоте или уксусной?

    Какие свойства проявляет щавелевая кислота при взаимодействии с перманганатом калия?

    Как получается щавелевая кислота в промышленности?

    Где применяется щавелевая кислота?

Лабораторная работа № 13

высшие карбоновые кислоты. мыла

Цель работы : 1. Изучить свойства высших карбоновых кислот, обосновать их кислотный характер.

2. Выделить высшие кислоты из мыл.

3. Доказать непредельность высших кислот.

Реактивы : стеарин, диэтиловый эфир, едкий натрий 0,1н раствор, фенолфталеин, мыло тв., вода дист., мыло конц. раствор, серная кислота 2н, бромная вода, этиловый спирт, хлорид кальция 0,1н.

оборудование : пробирки, спиртовки, спички, ложечки.

Опыт I . кислотные свойства стеарина.

В две сухие пробирки помещают по 4 капли диэтилового эфира. В одну пробирку добавляют маленький кусочек стеарина и растворяют его в эфире без нагревания. В обе пробирки прибавляют по 1 капле фенолфталеина, по 1 капле раствора едкого натра и тщательно встряхивают. В пробирке, содержащей стеарин, появляется малиновое окрашивание, которое при перемешивании исчезает. В пробирке с эфиром и щелочью появляется стойкая малиновая окраска.

Опыт II . растворение мыла в воде.

В пробирку помещают кусочек мыла (примерно 10 мг), добавляют 5 капель воды и тщательно взбалтывают содержимое пробирки в течение 1-2 мин. после этого содержимое пробирки нагревают в пламени горелки. Натриевое и другие щелочные мыла (калиевое, аммониевое) хорошо растворяются в воде.

Опыт III . выделение высших кислот из мыла.

В пробирку помещают 5 капель конц. раствора мыла, добавляют 1 каплю раствора серной кислоты и слегка подогревают содержимое пробирки в пламени горелки. Всплывает белый маслянистый слой свободных жирных кислот. Водный раствор осветляется. Содержимое пробирки оставить для следующего опыта.

Опыт IV . доказательство непредельности жирных кислот, входящих в состав мыла.

В пробирку с выделенными жирными кислотами добавляют 3 капли бромной воды и энергично взбалтывают – бромная вода обесцвечивается. Следовательно, в состав жирных кислот, выделенных из мыла, входят и непредельные кислоты, которые легко присоединяют

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    От чего зависят температура кипения и плавления аренов?

    Почему для бензола характерны реакции электрофильного заземления?

    Почему бензол устойчив к действию окислителя?

    Как протекают в аренах реакции присоединения и почему?

    Как протекают в аренах реакции замещения и окисления и почему?

    Почему нитрование бензола проходит в присутствии серной кислоты?

    Заместители I рода, их направляющее действие?

    Заместители II рода, их направляющее действие?

    Расположите предложенные вещества в ряд по увеличению активности.

SO 3 H NO 2 CH 3 NH 2

А) б) в) г) д)

Лабораторная работа № 7

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Цель работы : 1. Научиться получать в лабораторных условиях галогенопроизводные.

2. Изучить свойства галогенопроизводных

Реактивы : спирт этиловый, серная кислота конц., бромистый калий крист., хлористый натрий крист., раствор йода в йодистом калии, едкий натр 2н.

оборудование : пробирки, спиртовка, газоотводная трубка, спички, держатель, микроскоп, предметное стекло.

Опыт I . получение бромистого этила.

В пробирку с газоотводной трубкой помещают 3 мл спирта, 2 мл воды, 3 мл концентрированной серной кислоты. Охладив разогревшуюся спирто-кислотную смесь, в нее помещают несколько кристалликов бромистого калия. Пробирку закрепляют наклонно в лапке штатива и осторожно нагревают содержимое пробирки до кипения. Конец газоотводной трубки погружают в другую пробирку, содержащую 6-7 капель воды и охлаждаемую льдом. Нагревание ведут бром по месту разрыва двойной связи, обесцвечивая при этом бромную воду.

оборудование : пробирки, чашка фарфоровая, стакан, бюретка, спички.

Опыт I . 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 пробирку 3 капли эфира. Содержимое пробирки тщательно встряхивают. В пробирке со спиртом и эфиром образуется однородный раствор, в пробирке с водой 2 слоя.

Вывод: бензол в воде практически нерастворим, хорошо растворяется в органических растворителях.

Опыт II . горение бензола.

Опыт проводим в вытяжном шкафу. В фарфоровую чашку помещают 1 каплю бензола и поджигают. Бензол горит ярким коптящим пламенем.

Опыт III . Окисление бензола и его гомологов.

1. Окисление бензола.

В пробирку помещают 3 капли воды, 1 каплю раствора марганцевокислого калия и 1 каплю раствора серной кислоты.

К полученному раствору добавляют 2 капли бензола и встряхивают содержимое пробирки, розовый раствор при этом не обесцвечивается. Одним из важных условий является его устойчивость к окислителям.

2. окисление толуола.

В пробирку помещают 3 капли воды, 1 каплю раствора марганцевокислого калия и 1 каплю раствора серной кислоты. Затем добавляют 1 каплю толуола и энергично встряхивают в течение 1-2 мин.

Что происходит? Написать уравнение реакции.

Опыт IV . Нитрование бензола.

В пробирку, охлажденной водой, поместите 2 мл конц. серной кислоты и 1 мл конц. азотной кислоты. Беспрерывно взбалтывайте жидкость, прибавьте по каплям 1 мл бензола. Когда будет прилит раствор бензола перенесите пробирку в стакан с горячей водой и энергично встряхните ее, пока весь бензол не растворится. После этого вылейте жидкость в стакан с небольшим количеством воды и дайте ей отстояться. Отметьте запах миндаля.

Опыт V . гидролиз спиртового раствора мыла.

В сухую пробирку помещают кусочек мыла, 4 капли спирта, энергично взбалтывают и добавляют 1 каплю фенолфталеина. Окраска раствора не меняется. К спиртовому раствору мыла прибавляют по каплям дист. воду. По мере прибавления воды появляется розовое окрашивание. Интенсивность окраски увеличивается.

Опыт VI . образование нерастворимых кальциевых солей жирных кислот.

В пробирку помещают 2 капли раствора мыла, 1 каплю раствора хлорида кальция и взбалтывают содержимое пробирки. Выпадает белый осадок.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Как в промышленности получаются высшие карбоновые кислоты?

    Как в промышленности получаются мыла?

    Почему мыла свертываются в жесткой воде?

    Обосновать силу высших карбоновых кислот.

    Как доказать наличие двойной связи в непредельных высших карбоновых кислотах?

    Какими недостатками обладают мыла и чем их заменяют?

    Объясните, почему при стирке мылами ткани становятся жесткими?

Лабораторная работа № 14

нитросоединения. сульфосоединения

Цель работы : 1. Получить нитробензол и изучить его свойства.

2. Получить нитротолуол и изучить его свойства.

3. Получить бензолсульфокислоту и изучить его свойства.

Реактивы : бензол, азотная кислота конц., серная кислота конц., толуол.

оборудование : водяная баня, термометр, плитка.

Опыт I . получение нитробензола.

В сухую пробирку помещают 2 капли концентрированной азотной кислоты и 3 капли концентрированной серной кислоты.

Полученную нитрующую смесь охлаждают и добавляют 2 капли бензола. Пробирку помещают в водяную баню, нагревают до 50-55°С, на 2-3 мин., постоянно встряхивая пробирки, после этого выливают реактивную смесь в заранее приготовленную пробирку с водой. На дно опускается капля тяжелого, чуть желтоватого нитробензола, мутного от присутствия влаги. Отставить до следующего опыта.

Опыт II . получение динитробензола.

В пробирку помещают 2 капли азотной кислоты, 3 капли серной кислоты. К горячей нитрующей смеси приливают 2 капли нитробензола и нагревают в кипящей водяной бане при постоянном взбалтывании 3-4 мин.

Затем реактивную смесь охлаждают и выливают в пробирку с водой. Динитробензол вначале выделяется в виде тяжелой маслянистой капли, затем быстро переходит в кристаллическое состояние.

Опыт III . нитрование толуола.

В пробирке готовят нитрующую смесь из 2 капель концентрированной азотной кислоты и 3 капель концентрированной серной кислоты. К нитрующей смеси приливают 2 капли толуола и энергично встряхивают содержимое пробирки. Через 1-2 мин. реакционную смесь выливают в пробирку с водой. На дно опускается тяжелая капля нитротолуола.

Опыт IV . получение бензолсульфокислоты.

В пробирку помещают 3 капли бензола и 5 капель концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирки нагревают в кипящей водяной бане при постоянном взбалтывании реакционной смеси. После получения однородного раствора выливают сульфомассу в пробирку с 10 каплями холодной воды. Если сульфирование закончено полностью, образуется прозрачный раствор, так как сульфокислоты растворимы в воде.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Почему нитробензол получается при температуре 50°С, а динитробензол при более высокой температуре?

    Как влияют на активность бензольного ядра группы О 2 , О 3 Н?

    Что легче вступает в реакцию бензол или нитробензол, бензол или бензолсульфокислота?

Опыт III . Образование ацетилена серебра.

Соберите прибор, как указано в предыдущем опыте. В пробирку вносят несколько капель аммиачного раствора окиси серебра. Через этот раствор пропускают ток ацетилена. В пробирке образуется светло-желтый осадок ацетиленида серебра, который затем становится серым.

Опыт IV . Образование ацетиленида меди.

В сухую пробирку помещают 1-2 кусочка карбида кальция и добавляют 2 капли воды. В отверстие пробирки вводят полоску фильтрованной бумаги, смоченной аммиачным раствором хлористой меди CuCl. Появляется красно-бурое окрашивание вследствие образования ацетиленида меди.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Почему перед началом реакции все детали прибора должны быть сухими?

    Экзо- или эндотермической является реакция получения ацетилена?

    Почему возможна у ацетилена реакция заземления, а у этилена нет?

    Чем отличается пламя при сгорании ацетилена от пламени метана. Почему?

    С помощью каких уравнений реакций можно отличить ацетилен от метана?

    NaNH 2 +CH 3 ×CH 2 Cl +H 2 O×H 2 SO 4

    Существите превращения:

CH 4 ¾¾®X¾¾¾¾®X 1 ¾¾¾¾®X 2 ¾¾¾¾®X 3

Лабораторная работа № 6

арены, бензол, толуол, свойства

Цель работы : 1. Изучить свойства ароматических углеводородов:

Отношение бензола к различным растворителям.

2. Изучить химические свойства:

    горение бензола

    окисление бензола и его гомологов

    нитрование бензола

Реактивы : бензол, вода, спирт, эфир, серная кислота 2н, марганцевокислый калий, 0,1н раствор толуол, серная кислота конц., азотная кислота конц.

3. Почему серная кислота, применяющаяся в опыте должна быть концентрированной?

4. С помощью каких качественных реакций можно отличить этилен от метана?

5. Осуществите превращения:

Н 2 SO 4 +HCl +KOHсп.р. +КmnO 4


C 2 H 5 OH¾¾¾®X¾¾¾®X 1 ¾¾¾®X 2 ¾¾¾®X 3

Лабораторная работа № 5

получение ацетилена. изучение свойств алкинов

Цель работы : 1. Получить ацетилен экспериментальным путем.

2. Изучить его свойства и отметить сходство и различие ацетилена с изученными ранее углеводородами.

Реактивы : карбид кальция, вода дист., аммиачный раствор хлорида меди (I), аммиачный раствор окиси серебра, марганцевокислый калий, бромовая вода.

оборудование : пробирки, пробирка большая с пробиркой с оттянутым концом, вата, спички.

Опыт I . получение ацетилена .

В пробирку положите кусочек карбида кальция, небольшой кусочек ваты и смочите водой. Широкое отверстие пробирки закройте пробкой с оттянутым концом трубки, подожмите выделяющийся ацетилен. Вначале ацетилен горит коптящим пламенем, которое под конец реакции, когда выделение ацетилена становится совершенно ослепительно ярким. Напишите уравнение реакции.

Опыт II . свойства ацетилена.

Соберите прибор из пробирки с газоотводной трубкой. В пробирку поместите несколько кусочков карбида кальция, длинный конец стеклянной трубки опустите в пробирку с разбавленным раствором марганцевокислого калия и пропустите ток ацетилена, для чего смочите карбид кальция водой. Через несколько минут происходит обесцвечивание раствора и выпадают бурые хлопья гидрата двуокиси марганца. Тоже самое проделайте с бромной водой.

Наблюдайте обесцвечивание бромной воды.

Лабораторная работа № 15

Свойства аминов

Цель работы : 1. Изучить физические свойства анилина.

2. Изучить химические свойства, обосновать его основной характер.

3. Изучить качественные реакции на анилин.

Реактивы и оборудование : анилин, серная кислота 2н, соляная кислота конц., едкий натрий 2н, фенол-фталеин, лакмус красный, хлорная известь, газетная бумага, лучинка, бромная вода, дифениламин, азотная кислота конц., серная кислота конц., микроскоп, предметное стекло, пробирки.

Опыт I . растворимость анилина в воде.

В пробирку помещают 5 капель воды, 1 каплю анилина и энергично взбалтывают – образуется эмульсия анилина в воде. Добавляют еще 3-4 капли воды и снова взбалтывают содержимое пробирки – эмульсия сохраняется.

Анилин плохо растворим в воде. В насыщенном водном растворе при 16°С содержится 3% анилина.

Опыт II . образование солей анилина и их разложение.

1. В пробирку помещают 1 каплю анилина, 8 капель воды и встряхивают содержимое пробирки. Одну каплю эмульсии наносят на лакмусовую бумажку.

Цвет красного лакмуса не меняется.

2. Приготовленную эмульсию анилина делят на две части. К одной части добавляют по каплям раствор серной кислоты. Образуется осадок сернокислого анилина. Нагревают пробирку до растворения осадка и медленно охлаждают. Выпавшие игольчатые кристаллы переносят на предметное стекло и рассматривают в микроскоп.

Опыт III . цветные реакции анилина.

1. Цветная реакция с лингином.

В пробирку помещают 1 каплю анилина, 5 капель воды и по каплям добавляют соляную кислоту до образования прозрачного раствора солянокислого анилина. Каплю этого раствора наносят на полоску газетной бумаги. Появляется желто-оранжевое окрашивание. Лучинка, опущенная в раствор солянокислого анилина, также окрашивается в желто-оранжевый цвет. Окрашивание обусловлено присутствием в бумаге и древесине лингина.

Если раствором соли анилина смочить полоску фильтровальной бумаги, окрашивания не произойдет, так как фильтровальная бумага представляет собой чистую клетчатку.

2. цветная реакция с хлорной известью.

Готовят раствор солянокислого анилина и каплю раствора наносят на предметное стекло. Добавляют каплю раствора хлорной извести. Появляется темно-зеленое окрашивание, переходящее в синее, а затем в черное.

Эти реакции основаны на легкой окисляемости анилина. Конечным продуктом является “черный анилин” – краситель для хлопчатобумажных тканей, меха.

Опыт IV . бромирование анилина.

В пробирку помещают 3 капли бромной воды и 1 каплю анилиновой воды. Выпадает белый осадок триброманилина.

Опыт V . цветная реакция дифениламина с азотной кислотой.

В пробирку помещают 2-3 кристалла дифениламина и каплю серной кислоты, размешивают кристаллы до растворения, т.е. до образования сернокислой соли дифениламина. Одну каплю разбавленного раствора азотной кислоты помещают в пробирку с сернокислой солью дифениламина. Появляется яркое синее окрашивание.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Чем обусловлены основные свойства аминов?

    Как влияют на основные свойства донорные и акцепторные группы?

    Где ярче выражены основные свойства в

    аммиаке или метиламине,

    анилине или аммиаке,

    анилине или метиламине,

    метиламине или диметиламине.

    Как можно получить анилин в лабораторных условиях, в промышленности?

    С помощью какого реактива можно отличить первичные амины от вторичных, третичных?

    Напишите уравнение реакций, позволяющих отличить анилин, фенол, дифениламин.

    В чем заключается сущность крашения анилином?

4. Осуществите превращения:

С®CH 4 ®C 3 H 8 ®CH 3 ¾CH¾CH¾CH 3 +Cl 2 ®X

Лабораторная работа № 4

получение этилена. изучение свойств алкЕнов

Цель работы : Освоить лабораторный способ получения этилена, изучить его свойства и сравнить их со свойствами метана.

Реактивы : Этиловый спирт, серная кислота (конц.), песок, марганцевокислый калий, бромная вода, аммиачный раствор хлористой меди, аммиачный раствор азотнокислого серебра, вода дист., карбид кальция.

оборудование : Пробирки, штатив, спиртовка, спички, пробирка с пробкой с оттянутым концом, вата, держатель.

Опыт I . получение этилена и его горение.

В сухую пробирку помещают несколько крупинок песка, 2 капли этилового спирта и 4 капли концентрированной серной кислоты. Закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагревают пламенем спиртовки. Выделяется газ, поджигают у конца газоотводной трубки.

Опыт II . присоединение этилена с бромом.

Не прекращая нагревания пробирки, опускают конец газоотводной трубки в пробирку с 5-ю каплями бромной воды.

Бромная вода обесцвечивается.

Опыт III. отношенение этилена к окислителям.

Не прекращая нагревания пробирки, опускают конец газоотводной трубки в пробирку с 2-мя каплями раствора марганцевокислого калия и 4-мя каплями воды. Раствор быстро обесцвечивается.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Почему алкены обладают высокой реакционной способностью по отношению к алканам?

2. Чем отличается пламя этилена от пламени метана? Почему?

помещают в кристаллизатор с водой и подводят конец трубки под пробирку, наполненную водой. Смесь продолжают нагревать.

Когда пробирка наполнится метаном, выньте ее из воды и закройте пальцем, держите вверх дном. Снимите газоотводную трубку и прекратите нагревание. Зажгите лучинку, а затем откройте пробирку отверстием вверх, подожгите метан и осторожно лейте воду. Метан горит большим пламенем, с воздухом образует смесь, которая при поджигании дает сильный взрыв.

Напишите уравнение реакций получения и горения метана.

После этого газоотводную трубку поверните изогнутым концом вверх, присоедините небольшой отрезок стеклянной трубки и пропустите метан через раствор марганцевокислого калия в пробирке и бромную воду в другой пробирке.

Обесцвечивание растворов не происходит.

Опыт II . окисление предельных углеводородов

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, т.к. алканы в этих условиях не окисляются.

Опыт III . действие конц. серной кислоты на предельные углеводороды

В пробирку помещают 2 капли жидкого алкана и 2 капли серной кислоты. Содержимое пробирки энергично перемешивают 1-2 минуты, 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.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Как изменяются температуры кипения и плавления алканов с ростом и разветвлением углеродной цепи. Почему?

2. Объясните прочность углерод-водородной и углерод-углеродной связи в алканах.

3. Определите массовую долю углерода в метане.

Лабораторная работа № 16

углеводы. свойства моносахаридов

Цель работы : 1. Доказать наличие альдегидной группы в глюкозе.

2. Доказать наличие гр. ОН в глюкозе.

Реактивы : глюкоза 0,5%-ный раствор, едкий натрий 2н. раствор, сульфат меди (II) 0,2н раствор, раствор сахарата меди, реактив Фелинга, аммиачный раствор окиси серебра, 0,2н раствор нитрата серебра, едкий натрий коц. 40% раствор.

Опыт I .

В пробирку помещают 1 каплю раствора глюкозы и 5 капель раствора едкого натра. К полученной смеси добавляют 1 каплю раствора сульфата меди (II) и встряхивают содержимое пробирки. Образующийся вначале голубоватый осадок гидроксида меди (II) Cu(OH) 2 мгновенно растворяется, получается прозрачный раствор сахарата меди, имеющий слабую синюю окраску.

Опыт II .

К полученному в предыдущем опыте щелочному раствору сахарата меди добавляют 5-6 капель воды (высота слоя жидкости должна быть 10-15 мм). содержимое пробирки нагревают над пламенем горелки, держа пробирку наклонно, так чтобы нагревалась только верхняя часть раствора, а нижняя оставалась без нагрева (для контроля). При осторожном нагревании до кипения нагревания часть синего раствора окрашивается в оранжево-желтый цвет вследствие образования гидроксида меди (II) CuOH. При более продолжительном нагревании может образоваться красный осадок оксида меди (I) Cu 2 O.

Опыт III .

В пробирку вводят 3 капли раствора глюкозы и каплю реактива Фелинга (щелочного раствора медного алкоголята сегнетовой соли). Держа пробирку наклонно, осторожно нагревают верхнюю часть раствора. При этом нагретая часть раствора окрашивается в оранжево-желтый цвет вследствие образования гидроксида меди(I) CuOH, которая в дальнейшем переходит в красный осадок оксида меди (I) Cu 2 O.

Опыт IV .

В пробирку помещают каплю раствора нитрата серебра, 2 капли раствора едкого натра и приливают по каплям раствор аммиака до растворения образовавшегося осадка гидроксида серебра. Затем добавляют 1 каплю раствора глюкозы и слегка подогревают содержимое

пробирки над пламенем горелки до начала почернения раствора. Дальше реакция идет без нагревания и металлическое серебро выделяется на стенках пробирки в виде блестящего зеркального налета.

Опыт V .

В пробирку помещают 4 капли раствора глюкозы и добавляют 2 капли раствора едко натра. Нагревают смесь до кипения и осторожно кипятят 2-3 мин. Раствор при этом желтеет, а затем становится темно-коричневым.

При нагревании с щелочами моносахариды, подобно альдегидам, осмоляются и буреют, подвергаясь при этом расщеплению и отчасти окислению.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

лабораторная работа № 17

гидролиз крахмала

Положите половинку ложечки крахмала и приготовьте 50 мл крахмального клейстера и поместите его немного в пробирку и охладите ее. Внесите сюда же каплю раствора йода. Появилось синее окрашивание характерное для крахмала. Внесите в пробирку 10 мл крахмального клейстера, прибавьте 1 мл 10% раствора серной кислоты и прокипятите 5 мин.

Дайте жидкости отстояться, перенесите несколько капель на стекло. Если синее окрашивание не появилось, то это указывает на превращение крахмала в новое вещество, не дающее окраски с йодом (гидролиз крахмала).

К оставшейся части жидкости прибавьте несколько капель слабого раствора медного купороса щелочи. Доведите до кипения.

Раствор разделите на две части, к одной части прилейте раствор азотнокислого свинца. Какого цвета получается осадок? К другой части прибавляйте по каплям свежеприготовленный раствор нитропруссида натрия до появления красно-фиолетового окрашивания.

Вопросы для самопроверки

    При сжигании вещества массой 3,72 г содержащего углерод, водород, серу было получено 5,26 г СО 2 ; 3,24 г Н 2 О; 3,84 г О 2 . Установить формулу вещества, если Д н =15.

    При сжигании 2,28 г органического вещества было получено 1,92 г Н 2 О; 7,97 г СО 2 . кроме углерода и водорода в состав вещества входит азот, содержание которого 15,04 %. Какова формула вещества?

Лабораторная работа № 3

получение метана. изучение свойств

Цель работы : 1. Научиться получать метан в лабораторных условиях.

2. Изучить свойства алканов.

Реактивы : уксуснокислый натрий обезвоженный, натронная известь, бромная вода, перманганат калия, Iн раствор, углекислый натрий Iн раствор, жидкие алканы, серная кислота конц.

оборудование : Газоотводная трубка с изогнутым концом, кристаллизатор, пробирка для сбора газа, стакан, трубка с резиновой насадкой, штатив, пробирки, лучинка, спички, держатель.

Опыт I . получение метана

Для получения метана приготовляют смесь, состоящую из одного объема сплавленного уксуснокислого натрия с двойным объемом прокаленной натронной извести. Смесь помещают в фарфоровую ступку в объеме одной чайной ложки и тщательно перемещают и измельчают в тонкий порошок. После этого пересыпьте в сухую пробирку, закройте пробкой с газоотводной трубкой и изогнутым концом.

Укрепите пробирку со смесью горизонтально так, чтобы дно ее было немного выше. Осторожно нагрейте смесь 5-10 сек., для того, чтобы вышел расширяющийся воздух. Поэтому первые порции выпускайте наружу, а затем изогнутый конец газоотводной трубки

Лабораторная работа № 2

Открытие АЗОТА И СЕРЫ в

органических веществах

Цель работы : Определить содержатся ли в составе выданных образцов органических веществ азот и сера.

Реактивы : мочевина крист., металлический натрий, этиловый спирт, вода дист., растворы железного купороса и хлорита железа, HCl 2н раствор, роданистый аммоний кр., свинец азотнокислый, нитропруссид натрия.

оборудование : пробирки, спиртовка, спички, пинцет, нож, фильтровальная бумага.

Опыт I . Открытие азота в мочевине .

В сухую пробирку помещают 5-10 мг мочевины (несколько кристалликов) и прибавляют небольшой кусочек металлического натрия. Нагревают смесь осторожно в пламени горелки до сплавления мочевины с натрием. При этом иногда наблюдается небольшая вспышка.

После охлаждения пробирки со сплавом добавляют в нее 3 капли этилового спирта для устранения остатков металлического натрия, который реагирует со спиртом не так бурно, как с водой.

Затем в пробирку добавляют 5 капель дистиллированной воды и нагревают на пламени горелки для растворения образовавшегося цианистого натрия. После чего в пробирку добавляют 1 каплю 0,1н раствора железного купороса (FeSO 4), 1 каплю 0,1н раствора хлорного железа (FeCl 3) и каплю 2н раствора соляной кислоты, для подкисления. При присутствии азота жидкость окрашивается в синий цвет. При проведении опыта необходимо обратить внимание на то, чтобы натрий плавился вместе с органическим веществом.

Опыт II . Открытие серы в роданистом аммонии.

В сухую пробирку поместите несколько кристалликов роданистого аммония и не больше ржавого семени кусочек металлического натрия, не загрязненного керосином. Держа пробирку вертикально, нагревают смесь докрасна, чтобы натрий плавился в смеси с веществом. Затем пробирку со сплавом охлаждают и добавляют в нее 3 капли этилового спирта для удаления остатка металлического натрия. После окончания выделения пузырьков газа (водорода) сплав растворяют при нагревании в 5 каплях дистиллированной воды.

Образуется красный осадок закиси меди, что указывает на появление глюкозы в растворе в результате гидролиза крахмала.

ОПЫТ I . доказательство наличия гидроксильных групп в сахарозе.

В пробирку с 1 каплей раствора сахарозы помещают 5 капель раствора щелочи и 4-5 капель воды. Добавляют 1 каплю раствора сернокислой меди. Смесь приобретает синеватую окраску, вследствие образования сахарата меди. Раствор сохранить до следующего опыта.

ОПЫТ II . определение восстанавливающей способно-сти у сахарозы.

Раствор сахарата меди осторожно нагревают до кипения над пламенем горелки, держа пробирку так, чтобы нагревалась только верхняя часть раствора. Сахароза в этих условиях не окисляется.

ОПЫТ III . кислотный гидролиз сахарозы.

В пробирку с 1 каплей сахарозы помещают 3 капли 2н соляной кислоты и 3 капли воды, осторожно нагревается над пламенем спиртовки 20-30 мин, половину раствора отливают в другую пробирку и добавляют к ней 5 капель щелочи и 4 капли воды. Затем добавляют 1 каплю раствора сернокислой меди и нагревают верхнюю часть до кипения, появляется оранжево-желтое окрашивание, доказывающее образование глюкозы.

Лабораторная работа № 18-19

изучение свойств полисахаридов.

клетчатка и ее эфиры

Цель работы : 1. Изучить физические свойства клетчатки

    растворение в реактиве Швейцера.

2. Изучить химические свойства клетчатки

    отношение к щелочам

    отношение к кислотам (образование амилоида глюкозы)

3. Получить сложный эфир клетчатки и азотной кислоты.

Реактивы : клетчатка (вата), реактив Швейцера, соляная кислота конц., фильтровальная бумага, едкий натрий конц., аммиак 2н, серная кислота конц., раствор йода в йодистом калии, серная кислота 20%, едкий натрий 2н, реактив Фелинга, азотная кислота, диэтиловый эфир, водяная баня, предметное стекло, фарфоровая чашка, пинцет, термометр.

Опыт I . растворение клетчатки в реактиве швейцера.

В пробирку помещают маленький кусочек гигроскопической ваты и добавляют 6 капель реактива Швейцера. Содержимое пробирки перемешивают стеклянной палочкой до полного растворения ваты. К полученному вязкому раствору приливают 4 капли воды и вновь перемешивают. При добавлении 1-2 капель концентрированной соляной кислоты выделяется клетчатка в виде белого студенистого осадка – гидрат целлюлозы. Выделившаяся клетчатка аналогична по составу с исходной, но не имеет характерного волокнистого строения.

Опыт II . взаимодействие клетчатки со щелочью.

В пробирку помещают 5 капель воды и опускают в нее полоску фильтровальной бумаги, так чтобы она доходила до дна пробирки. В другую пробирку помещают 5 капель раствора едкого натра и такую же полоску фильтровальной бумаги. Через 3 мин. вынимают бумажную полоску из воды и оставляют сохнуть. Затем вынимают полоску из щелочи, промывают водой, соляной кислотой (заранее наливают в третью пробирку), снова водой и сушат. Чтобы ускорить сушку полоски, вынутые из жидкостей, слегка отжимают между листами фильтровальной бумаги. Полоска, лежавшая в щелочи, плотнее и короче, чем полоска, лежавшая в воде.

Опыт III . получение амилоидов из клетчатки.

В пробирку помещают 3 капли воды и 5 капель серной кислоты. Полученный горячий раствор охлаждают до комнатной температуры и опускают в него конец полоски фильтровальной бумаги. Через 8-10 с бумагу вынимают, тщательно отмывают от кислоты в проточной воде и в растворе аммиака и слегка высушивают. Конец бумаги, опущенный в кислоту, становится более плотным и водонепроницаемым. На границе двух участков бумаги помещают одну каплю раствора йода. Участок, обработанный кислотой, окрашивается в красновато-синий цвет.

Опыт IV . кислотный гидролиз клетчатки.

В пробирку помещают маленький кусочек фильтровальной бумаги, свернутой жгутом, добавляют 4 капли конц. серной кислоты и перемешивают содержимое пробирки стеклянной палочкой. Волокна клетчатки постепенно растворяются. Образуется бесцветный густой раствор. Пробирку ставят на несколько минут в кипящую водяную баню, с помощью пипетки 2 капли гидролизованной клетчатки помещают в отдельную пробирку, добавляют 6 капель раствора едкого натра, каплю реактива Фелинка, встряхивают содержимое пробирки и

Лабораторная работа № 1

Открытие углерода, водорода, хлора

в органических веществах

Цель работы : Определить содержатся ли в составе выданных образцов органических веществ углерод, водород, хлор.

Реактивы : окись меди (II), глюкоза кр., сернокислая медь (безв.), Ва(ОН) 2 , хлороформ.

Посуда и оборудование : пробирки, вата, газоотводная трубка, медная проволока, спиртовка, спички, штатив.

Опыт I . Открытие углерода и водорода в глюкозе .

В сухую пробирку насыпьте 5 мм (высотой) окиси меди и половину микролопатки глюкозы, тщательно перемешайте, встряхивая пробирку. В верхнюю часть пробирки поместить кусочек ваты, на которую насыпьте немного белого порошка CuSO 4 . Пробирку закройте газоотводной трубкой, конец которой опустите в пробирку с 6 каплями баритовой воды. Прибор нагревать над плиткой или спиртовкой.

Опыт II . Открытие хлора в хлороформе.

Кончик медной проволоки, другой конец которой укреплен в палочку, загнут в ушко, прокалите в пламени горелки. Проволока покрывается черным налетом окиси меди. Убедитесь, что ни медь, ни окись меди не окрашивают пламени. Дайте проволоке остыть, опустите ее в хлороформ и снова внесите в пламя.

В какой цвет окрашивается пламя?

При прокаливании окись меди окислят углерод и водород органического вещества в углекислый газ и оду, причем медь соединяется с галойдом. Образующаяся при реакции галойдная медь, улетучивающаяся в пламени горелки, окрашивает его в зеленый цвет.

Вопросы для самопроверки

    Анализ вещества, состоящего из углерода, водорода, хлора дал следующие результаты: (с)=42,6%, (Сl)=50,3%, (Н)=7,1%. Определить молекулярную формулу вещества, если Дн=70,5.

    При сжигании 4,48 л газа было получено 13,44 л СО 2 и 10,8 грамм н 2 о. масса 1 л этого газа при н.у. равна 1,875 грамм. Определить истинную формулу вещества?

Аптечка для оказания первой

помощи в лаборатории:

  1. Борная кислота, 2%-ный раствор.

  2. Вишневского мазь.

    Гидрокарбонат натрия, 1%-ный раствор.

    Глицерин.

    Йод, 3%-ный спиртовой раствор.

    Лейкопластырь.

    Мензурка для приема лекарств.

    Нашатырный спирт.

    Перманганат калия, 2%-ный раствор.

  4. Резиновая трубка (жгут) длиной 40 см.

    Стеклянная ванночка для промывания глаз.

    Сульфидиновая эмульсия.

    Уксусная кислота, 1%-ный раствор.

    Этиловый спирт.

    Эфировалерионовые капли.

Перед проведением очередного занятия в лаборатории преподаватель должен повторить указания о мерах предосторожности, которые необходимо соблюдать при использовании в данных опытах тех или иных реактивов (концентрированных серной и азотной соляной кислот, едких щелочей и т.д.)

слегка нагревают в пламени горелки. Появляется желтое окрашивание.

Опыт V . получение азотнокислых эфиров клетчатки.

В пробирку помещают 4 капли азотной кислоты и 8 капель серной кислоты. Горячий раствор слегка охлаждают и погружают в него при помощи стеклянной палочки маленький кусочек ваты. Пробирку нагревают на водяной бане при температуре 70°С, осторожно помешивая содержимое. Через 3-4 мин. палочкой вынимают образовавшийся коллоксилин: тщательно промывают проточной водой, отжимают в фильтровальной бумаге и сушат в фарфоровой чашке на кипящей водяной бане. Полученный желтоватый коллоксилин делят на две части. Кусочек коллоксилиновой ваты подносят к пламени горелки – она мгновенно вспыхивает. Другой кусочек коллоксилиновой ваты помещают в сухую пробирку, добавляют 4 капли смеси и эфира (1:1) и перемешивают. Коллоксилин набухает и образует коллоидный раствор. Выливают раствор на предметное стекло. После испарения растворителя образующуюся тонкую пленку снимают со стекла и вносят в пламя горелки. Она сгорает медленнее, чем вата.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Какие соединения называются полисахаридами?

    Чем отличаются полисахариды от олигосахаридов?

    Какие эфиры клетчатки используются для получения лаков, красок, эмалей?

    С помощью каких реакций можно отличить крахмал от клетчатки, крахмал от глюкозы?

    Из чего можно получить больше этилового спирта из 1 кг глюкозы или 1 кг крахмала. Ответ обоснуйте, не прибегая к расчетам.

    Из каких полисахаридов состоит крахмал?

    Какое строение имеет амилоза?

    Чем отличается амилопектинот от амилозы?

    К каким соединениям относится коллоксилин?

    Где применяется коллоксилин, пироксилин, ацетицеллюлоза, вискоза?

    Как можно получить чистую клетчатку?

    Какое вещество получается при гидролизе клетчатки и как можно это доказать (написать уравнение реакций)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 20

свойства белков

Цель работы : Изучить свойства белков:

    цветная реакция на белок (биуретовая, ксантопротеиновая, реакция на серу, азотнортутная реакция белков);

    осаждение белков;

    свертывание белков.

Реактивы : белки, водные растворы, едкий натр 2н. раствор, едкий натр конц. раствор, азотная кислота конц., сульфат меди 0,2н раствор, азотнокислый свинец 0,1н раствор, белая шерсть, сульфат аммония насыщ. раствор, соляная кислота конц., азотнортутный реактив.

оборудование : пробирки, спиртовка, держатель, спички.

Опыт I . 1. биуретовая реакция.

В пробирку помещают 2 капли исследуемого раствора белка, 1 каплю раствора щелочи и 1 каплю раствора сульфата меди. Жидкость окрашивается в фиолетовый цвет, который даже заметен в окрашенной водной вытяжке мяса.

2. Ксантопротеиновая реакция.

в пробирку вводят 3 капли водного раствора белка и 1 каплю азотной кислоты. Появляется белый осадок. При нагревании реакционной смеси раствор и осадок окрашивается в ярко-желтый цвет. Смесь охлаждают и добавляют 1-2 капли едкого натра. При этом желтое окрашивание переходит в ярко-оранжевое.

3. РЕАКЦИЯ НА СЕРУ.

В пробирку вводят комочек шерсти, 2 капли раствора едкого натра, каплю раствора азотнокислого свинца, нагревают содержимое в пламени спиртовки. Появляется коричнево-черный осадок сульфата свинца.

4. Азотнортутная реакция белков.

В пробирку помещают 2 капли раствора белка и 1 каплю азотнортутного реактива, встряхивают содержимое пробирки и нагревают. Появляется характерное окрашивание.

Опыт II . свертывание белков при нагревании.

В пробирку наливают 4 капли раствора белка и нагревают в пламени спиртовки до кипения. Белок при этом выпадает в виде мути или хлопьев. Содержимое пробирки слегка охлаждают, добавляют

VI. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПО ОКОНЧАНИИ РАБОТЫ

    Все записи наблюдений делать сразу же после окончания опыта в лабораторном журнале.

    После окончания работы вымыть использованную посуду и привести в порядок рабочее место.

    О всех несчастных случаях немедленно сообщить преподавателю или лаборанту.

V. первая помощь при несчастных случаях в лаборатории

    При ранении стеклом убедиться, что в ранке не осталось стекла, быстро протереть ранку ватой, смоченной спиртом, смазать йодом и забинтовать.

    При термических ожогах на обоженное место наложить повязку из марли, смоченной концентрированным раствором перманганата калия, или смазать это место мазью от ожогов. Если нет перманганата калия и мази, рекомендуется присыпать питьевой содой и приложить бинт, смоченный холодной водой.

    В случае ожога лица, рук кислотой или щелочью обмыть пораженное место большим количеством воды, а затем:

    • при ожоге кислотами обмыть 2%-ным раствором питьевой соды и раствором KMnO 4 ;

      при ожоге щелочами обмыть 1% раствором уксусной или лимонной кислоты. Наложить повязку из бинта, смоченного спиртом.

При попадании кислоты или щелочи в глаза промыть их большим количеством воды, а затем:

    при попадании кислоты промыть разбавленным раствором питьевой соды;

    при попадании щелочи – 1%-ным раствором борной кислоты.

Если необходимо, то пострадавшего после оказания первой помощи немедленно доставить в медпункт или поликлинику.

III. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ

В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ органической химии

  1. Лабораторный стол необходимо содержать в чистоте и порядке, не загромождать лишними предметами. Портфели и сумки убирать в столы.

    Посуда должна быть всегда вымыта; не проводить опыты в загрязненной посуде.

    Аккуратно обращаться со стеклянной химической посудой. Остатки разбитой посуды убирать с помощью совка и щетки.

    Все работы, связанные с выделением ядовитых, летучих и неприятнопахнущих веществ, проводить в вытяжном шкафу.

    Не выполнять дополнительных опытов без разрешения преподавателей.

    При определении запаха веществ отверстие сосуда держать на расстоянии 25-30 см от лица, направляя к себе струю газа поступательными движениями ладони от отверстия к лицу.

    При наливании реактивов не наклоняться над сосудом во избежание попадания брызг или частиц на лицо или одежду.

    При нагревании пробирки не держать ее отверстие к себе или в сторону товарищей.

    Горячие предметы можно ставить только на асбестовый картон или асбестовую сетку.

    Запрещается хранить и пользоваться легковоспламеняющими жидкостями (бензин, спирт, ацетон и др.) вблизи огня.

В случае воспламенения горючих жидкостей быстро погасить горелку, выключить электроприборы, отставить сосуды с огнеопасными веществами и тушить: накрыть асбестовым или обычным одеялом либо засыпать песком.

    Опасны для здоровья пары ртути. Поэтому, если разбит ртутный термометр или пролита ртуть, о случившемся необходимо сообщить преподавателю и принять меры к ее ликвидации.

    Запрещается принимать пищу в химической лаборатории и пить воду из лабораторной посуды.

каплю раствора сульфата аммония и нагревают до начала кипения. Количество свернувшегося белка при этом увеличивается.

Опыт III . осаждение белков концентрированными кислотами.

В пробирку наливают 2 капли концентрированной азотной кислоты и осторожно, наклонив пробирку, по стенке добавляют 2 капли раствора белка. Через несколько секунд на границе раздела белка и кислоты образуется кольцо свернувшегося белка, увеличивается. Такой же опыт повторяют с соляной кислотой. Осадок, выпавший при действии соляной кислоты, при встряхивании растворяется.

Опыт Iv . осаждение белков солями тяжелых металлов.

В две пробирки помещают по 3 капли раствора белка. В одну пробирку добавляют 1 каплю раствора сульфата меди, в другую – 1 каплю раствора азотнокислого свинца. Образуется хлопьевидный осадок или муть. С солью меди – осадок голубого цвета, с солью свинца – белого.

Опыт V . обратимое осаждение белков из растворов.

В пробирку помещают 2 капли раствора белка, 2 капли насыщенного раствора сульфата аммония и слегка взбалтывают. Появляется муть выпадающего в осадок белка (глобулина). Одну каплю мутного раствора приливают в другую пробирку с 3 каплями воды и встряхивают. Осадок растворяется.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Какие соединения являются главной составной частью белков?

    Какие соединения получаются при гидролизе белков?

    Какая связь называется пептидной?

    Чем отличаются белки от полисахаридов?

    С помощью каких реакций можно обнаружить белок?

    Каким образом, исходя из этилового спирта получить дипептиды:

    глицилглицин

    аланилапаним

Лабораторная работа № 21

получение поликонденсационных вмс

Цель работы : Получить мочевино-формальдегидную смолу и изучить ее свойства.

Реактивы : мочевина кристаллическая, формальдегид, 40%-ый водный раствор.

оборудование : пробирки, спиртовка, держатель, спички.

Опыт I . конденсация мочевины с формальдегидом.

Помещают в сухую пробирку кристаллическую мочевину (слой высотой 2 мм) и добавляют 2-3 капли раствора формальдегида до получения прозрачного раствора мочевины. Осторожно нагревают пробирку над пламенем горелки. Через несколько секунд содержимое пробирки мутнеет вследствие образования мочевиноформальдегидной смолы.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

    Какая реакция называется реакцией поликонденсации?

    Чем отличается реакция поликонденсации от реакции полимеризации?

    Как можно получить мочевину, что при этом служит сырьем?

    Чем отличаются ВМС смолы от ВМС белков?

    Проведите реакцию поликонденсации фенола и формальдегида.

    Предложите схему получения мочевино-формальдегидной смолы из CH 3 OH?

    Осуществите превращения:

(NH 4) 2 CO 3 ¾®(NH 2) 2 CO¾¾¾¾®Х

II. ПРИ ПОЛЬЗОВАНИИ РЕАКТИВАМИ НЕОБХОДИМО

ЗНАТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ПРАВИЛА:

    Растворы и твердые вещества для проведения опытов необходимо брать в таком количестве и такой концентрации, как это указано в инструкции. Если нет указаний о дозировке реактивов для данного опыта, то брать их надо в возможно меньшем количестве: 5-7 капель раствора и один микрошпатель твердого вещества.

    Все склянки с растворами и сухими веществами держать закрытыми, открывать их только во время употребления.

    Не путать пробки от склянок, а также пипетки для взятия реактивов.

    Исследуемые растворы наливать в пробирки только при помощи пипеток. При пользовании пипетками нужно следить за тем, чтобы кончик пипетки не касался внутренних стенок пробирки. В случае загрязнения пипетки следует промыть ее дистиллированной водой.

    Излишек реактива не высыпать и не выливать обратно в сосуд, из которого он был взят, ибо таким образом можно загрязнить содержимое.

    Реактивы общего пользования не уносить на рабочие места; соблюдать порядок в расстановке как реактивов общего назначения, так и реактивов в штативах индивидуального пользования.

    Просыпанные и пролитые реактивы необходимо сразу убрать, а стол вымыть и протереть.

    Нельзя пробовать вещества на вкус. Все реактивы в той или иной степени ядовиты.

    Остатки солей серебра, ртути, а также концентрированных кислот и щелочей выливать в специальные емкости, находящиеся в вытяжных шкафах.

    Растворы кислот и щелочей готовить в тонкостенной посуде; кислоту вливать в воду малыми порциями при перемещении.

    При разбавлении кислот их приливать в воду, а не наоборот.

    Пролитую кислоту или щелочь засыпать песком, а затем убрать совком и щеткой. Загрязненное место нейтрализовать содой, если пролита кислота, или слабый раствор уксусной кислоты, если пролита щелочь.

    Запрещается выливать в канализацию растворы кислот и щелочей без нейтрализации.

Перед началом лабораторной работы студенты получают (сдают) допуск к работе. В конце семестра студенты, успешно выполнившие все лабораторные работы получают зачет. Студенты, пропустившие учебные занятия должны отработать лабораторные работы после уроков под руководством преподавателя и лаборанта и сдать зачет.

I. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕД НАЧАЛОМ РАБОТЫ

    В лаборатории студенты должны работать в белых халатах.

    Работу проводить индивидуально, соблюдать тишину.

    Проверить наличие необходимого оборудования и реактивов для данной работы.

    Предварительно повторить теоретический материал соответствующей главы и ознакомиться с содержанием лабораторной работы.

    Уяснить и точно соблюдать порядок и последовательность операций, указанных в руководстве.

    Соблюдать все меры предосторожности, указанные в инструкции или сообщенные преподавателем устно.

    Внимательно следить за ходом опыта. В случае неудачной постановки опыта и прежде, чем его повторить, следует установить причину; в сомнительных случаях обращаться к преподавателю.

    Все работы в учебной химической лаборатории проводят под непосредственным руководством преподавателя.

    В лаборатории должны быть инструкции по соблюдению правил техники безопасности при выполнении различных видов работ.

    За каждым студентом закрепляют постоянное место на рабочем столе, снабженное лабораторными принадлежностями.

    К работе в лаборатории допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и получившие допуск к занятиям. В журнале инструктажа делается соответствующая запись, а студенты расписываются в том, что ознакомлены с правилами.

    Для обеспечения пожарной безопасности постоянно должны находиться сухой песок, асбестовое одеяло, огнетушители.

    Для оказания первой доврачебной помощи в лаборатории должна быть аптечка.

Список реактивов, требующихся для проведения лабораторных работ

1. Аммония нитрат

2. Аммония сульфат

3. Аммония хлорид

4. Аммиак, 25%-ный раствор

5. Алюминий (гранулы)

6. Алюминия сульфат

7. Алюминия хлорид

8. Азотнокислый свинец (II)

10. Бария хлорид

11. Бензол

13. Глюкоза

14. Глицерин

15. Железо металлическое (стружки,

16. Железо (III) сульфат

17. Железо (III) хлорид

18. Желтая кровяная соль

19. Йод кристаллический

20. Индикаторы (лакмус синий,

21. Фенолфталеин, метилоранж

22. Калий металлический

23. Калия гидроксид

24. Калия дихромат

25. Калия йодид

26. Калия карбонат

27. Калия нитрат

28. Калия сульфид

29. Калия перманганат

30. Калия хлорид

31. Карбид кальция

32. Калия хромат

33. Кальций металлический

34. Кальция карбонат

35. Кальция хлорид

36. Красная кровяная соль

37. Кислота азотная (=1,4 г/см 3)

38. Кислота серная (=1,84 г/см 3)

39. Кислота соляная (=1,19 г/см 3)

40. Кислота уксусная (эссенция)

41. Кислота муравьиная

42. Крахмал сухой

43. Масло растительное

44. Магний (стружка)

45. Медь металлическая (стружка)

46. Медь (II) хлористая

47. Медь (II) оксид

48. Медь (II) сульфат

49. Мрамор, мел

50. Мыло хозяйственное

51. Натрий (металлический)

52. Натрия ацетат

53. Натрия гидроксид

54. Натрия карбонат

55. Натрия нитрат

56. Натрия хлорид

57. Натрия сульфат

58. Натрия сульфит

59. Натрия фосфат

60. Натрия дигидро (гидро) фосфат

61. Натрия силикат

62. Уголь (древесный)

64. Сахароза

66. Серебра нитрат

67. Спирт этиловый

68. Толуол

70. Цинка хлорид

71. Фуксин

72. Хром (III) хлорид

73. Хлорид сурьмы (III)

Организация работы и ведение лабораторного журнала. 3

I. Требования безопасности перед началом работы. 4

II. При пользовании реактивами необходимо знать следующие правила. 5

III. Техника безопасности при работе в химической лаборатории

органической химии. 6

IV. Требования безопасности по окончании работы. 7

V. Первая помощь при несчастных случаях в лаборатории. 7

Аптечка для оказания первой помощи в лаборатории. 8

Лабораторная работа №1. Открытие углерода, водорода, хлора в

органических веществах. 9

Лабораторная работа №2. Открытие азота и серы в органических

веществах. 10

Лабораторная работа №3. Получение метана. Изучение свойств. 11

Лабораторная работа №4. Получение этилена. Изучение свойств алкенов. 13

Лабораторная работа №5. Получение ацетилена. Изучение свойств

алкинов. 14

Лабораторная работа №6. Арены, бензол, толуол, свойства. 15

Лабораторная работа №7. Галогенопроизводные. 17

Лабораторная работа №8. Изучение свойств одноатомных и

многоатомных спиртов. 19

Лабораторная работа №9. Изучение свойств фенолов. 21

Лабораторная работа №10. Альдегиды и кетоны. Свойства. 23

Лабораторная работа №11. Свойства одноосновных карбоновых кислот. 24

Лабораторная работа №12. Свойства двухосновных карбоновых кислот. 26

Лабораторная работа №13. Высшие карбоновые кислоты. Мыла. 28

Лабораторная работа №14. Нитросоединения. Сульфосоединения. 29

Лабораторная работа №15. Свойства аминов. 31

Лабораторная работа №16. Углеводы. Свойства моносахаридов. 33

Лабораторная работа №17. Гидролиз крахмала. 34

Лабораторная работа №18-19. Изучение свойств полисахаридов.

Клетчатка и ее эфиры. 35

Лабораторная работа №20. Свойства белков. 38

Лабораторная работа №21. Получение поликонденсационных ВМС. 40

Список реактивов, требующихся для проведения

лабораторных работ 41

Введение

Данное практическое пособие по проведению лабораторных работ по органической химии предназначено для студентов II курса техникума и составлено в соответствии с программой по органической химии, утвержденной министерством образования Российской Федерации для средних специальных учебных заведений.

В программе предусмотрено 21 лабораторная работа, которые проводятся макро и полумикрометодами. Макрометод применяется в тех случаях, когда используются для работы нетоксичные реактивы. Внедрение полумикрометода – позволяет повысить производительность труда, значительно сократить расход реактивов, выработать навыки аккуратной, быстрой и более точной работы, возможность работы без вытяжного шкафа.

Для работы полумикрометодом используются пробирки меньших размеров (на 4-6 мл), реактивные склянки с пипетками, фарфоровые пластинки с углублениями, чашки Петри.

Организация работы и ведение лабораторного журнала

Подготовку к лабораторному занятию студенты проводят по учебнику, записям в конспектах и по практическому пособию. При выполнении лабораторной работы студенты по результатам химических опытов должны вести записи в лабораторном журнале, который имеет четкую структуру и следующие разделы.

Образец оформления лабораторного журнала

Что делал

Что наблюдал

Уравнения реакций

При оформлении отчета необходимо придерживаться определенной последовательности:

    название лабораторной работы, дата выполнения;

    цель работы;

    номер и название опыта, краткое его описание, условия проведения, устройство прибора, количество реактивов;

    наблюдаемые изменения;

    химизм процесса;

    обобщающие выводы;

    ответы на вопросы.

Рецензенты: Тамбовский Государственный Университет Г.Р. Державина

Институт Естествознания Кафедра хим. дисциплин

Кандидат хим. наук, профессор А. Панасенко

Лабораторный практикум по органической химии: учебное пособие для студентов техникумов II курса разработан Цыганковой Т.Г.

Пособие содержит лабораторные работы по органической химии, в которых дано описание каждого опыта, методические рекомендации по проведению работ, экспериментальные задания. Учебное пособие составлено в соответствии с программой по химии, рекомендованной министерством образования Российской Федерации для средних специальных учебных заведений.

Использование данного пособия позволит студентам более рационально и эффективно использовать время во время проведения лабораторных работ по органической химии.

Год

Группа

Фамилия

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

"Котовский индустриальный техникум"

Лабораторный практикум по органической химии

(учебное пособие для студентов

специальности 240505

II курса техникума)

HEKOTOPЫЕ БECCИCTEMHO И HEУBEPEHHO PACПOЗHAHHЫE ФPAГMEHTЫ КНИГИ
ПРЕДИСЛОВИЕ

Курс органической химии мбжег быть усвоен только в том случае, если студенты на (проводимых ими самими опытах и синтезах будут лично знакомиться с веществами и их превращениями.
Опыт показывает, что привлечение студентов к выполнению упражнений по органической химии параллельно лекционному курcy и лабораторному практикуму должно стать неотъемлемым элементом учебного процесса, а теоретические упражнения должны входить в учебный план. Для более сознательного прохождения студентами-заочниками лабораторного практикума к каждой работе дана краткая теоретическая справка. Поэтому предварительные пояснения преподавателя в начале работы сводятся к минимуму, и студенты должны самостоятельно разбираться в условиях течения реакций и относящихся к данной теме теоретических вопросах. Этой же целизакреплению структурно-химических представлений и развитию более глубокого химического мышления - служат вопросы и упражнения, помещенные в конце каждой работы.
Для более углубленного изучения курса органической химии и приобретения экспериментальных лабораторных навыков, необходи-мых при выполнении научных исследований, во II часть практикума включены синтезы органических веществ жирного и ароматического рядов.
Изучение общих методов лабораторной практики необходимо, так как они лежат в основе будущей практической и исследовательской работы студентов.
Проведение экспериментальной работы в лаборатории требует соблюдения ряда условий. Эти условия позволяют обеспечить доведение работы до конца, предупредить возможные случаи аварий и создают безопасность работы как для ведущего ее, так и для окружающих.
Необходимо:
1) строго соблюдать все правила безопасности, установленные для данной лаборатории;
2) к экспериментальной части работы приступать только после предварительного ознакомления с теорией вопроса, с устройством приборов, с необходимыми (мерами безопасности;
3) работу проводить аккуратно, тщательно, без излишней торопливости, но в то же время достаточно интенсивно;
4) не отходить от прибора, в котором ведется реакция с нагреванием или перегонкой; особое внимание обратить на приемы работы с огнеопасными и сильнодействующими веществами (эфир, бензин, бензш, азотная кислота, серная кислота и др.);
5) тщательно следить за чистотой посуды, приборов и рабочего места.
Автор надеется, что настоящее руководство принесет пользу студентам нашего института, поможет им усвоить курс органической химии, знание которой столь необходимо для последующего успешного изучения ряда технических дисциплин.

ВВЕДЕНИЕ

Органическая химия не так давно, каких-нибудь сто лет назад, занимала незначительное место среди других дисциплин. Она как наука оформилась в XIX столетии; однако знакомство человека с органическими веществами и применение их для практических целей началось еще в глубокой древности.
В середине XVIII в. один из величайших сынов русского народа М. В- Ломоносов установил основной закон природы - закон сохранения материи, положил начало физической химии и атомно-молекулярному учению, а также создал первую в мире научную химическую лабораторию. В 1842 г. мировую известность получил Н. Н. Зинин, открытие которого - превращение нитробензола и его гомологов в анилин и соответствующие аминопроизводные алкил-бензолов - является краеугольным камнем всего здания анилокра-сочной промышленности.
Во второй половине XIX в. великий русский ученый Д. И- Менделеев открыл периодический закон, заложивший незыблемый фундамент современного учения о химических элементах- Выдающийся русский химик А. М. Бутлеров в 1861 г. создал теорию строения органических соединений, являющуюся и в наше время основой органической химии и сопредельных с ней дисциплин. Однако несколько лет спустя после создания теории строения А. М Бутлерову пришлось выступить в защиту своего приоритета от зарубежных химиков, которые вначале не признавали и даже не понимали его теории, а впоследствии пытались приписать честь создания основных положений этой теории себе.
К началу XX в. достижения наших крупнейших творцов органического синтеза и катализа - В. В. Марковникова, А. М. Зайцева,
Н. Д- Зелинского, А. Е. Фаворского, Н. Я. Демьянова, открытия виднейших русских физико-химиков - Н. Н. Бекетова, Д. П. Коновалова, основателя физико-химического анализа Н. С. Курникова, замечательного химика Л. А. Чугаева - получили широкую известность и всеобщее признание. Однако условия для широкого развития химических исследований и создания химических школ в дореволюционное время были в высшей степени неблагоприятными.
Химическая промышленность дореволюционной России но-своим ничтожным размерам совершенно не отвечала потребностям страны и в значительной своей частя находилась в руках иностранных капиталистов.
В годы Советской власти была по существу заново создана в-сй отечественная химическая промышленность с ее многочисленными и разнообразными производствами.
Быстрое развитие советской химии, повышение ее роля в народном хозяйстве и в подъеме культуры нашли отражение в известном лозунге, провозглашенном на XVIII съезде партии: «Третья пятилетка - пятилетка химии».
Съезд постановил: «Превратить химическую промышленность в одну из ведущих отраслей промышленности, полностью удовлетворить потребности народного хозяйства и обороны страны»
Советская органическая химия развивалась в тесной связи с подъемом угольной и нефтяной промышленности, использованием богатейших лесных и растительных ресурсов, а также в соответствии с быстро развивавшимися потребностями народного хозяйства, обороны и здравоохранения. Особенно большое развитие получили разнообразные отрасли основного и тонкого органического синтеза, химия моторного топлива и производство высокомолекулярных соединений- За годы пятилеток было создано промышленное производство различных видов синтетического каучука, моторного топлива, пластических масс, искусственного волокна, взрывчатых веществ, спиртов, органических кислот и эфиров, а также красителей, лекарственных средств, витаминов и других тонких органических продуктов.
Советская органическая химия усвоила и продолжила славные традиция корифеев русской науки - Н. Н. Зинина, А. А. Воскресенского, А. М. Бутлерова, В. В- Марковникова, А. М. Зайцева, Е. Е. Вагнера я других крупнейших представителей органической химии.
Если всемирно известные открытия Н. Н. Зинина, заложившие фундамент анилокрасочной промышленности, остались в свое время незамеченными и неиспользованными в России, но были подхвачены и использованы германскими промышленниками, то осуществленный в 1928 г. С. В. Лебедевым синтез каучука был положен в основу первой в мире советской промышленности синтетического каучука и послужил толчком для создания подобных же производств в Германии, а затем в США.
Помимо промышленности синтетического каучука за годы пятилеток было создано много других отраслей органической химической промышленности: анилокрасочная; химико-фармацевтическая; пластических масс и искусственного волокна;целлюлозная; промышленность тяжелого органического синтеза на основе крекинга газов, окиси углерода, ацетилена; промышленность моторного топлива (каталитический крекинг и другие виды переработки нефтяного сырья).
1 Резолюции ВКП(б). Изд, 6-е, т. II, стр. 732.
Одним из направлений советской органической химии, получившим яркое и своеобразное развитие, является химия углеводородов и их превращений. Углеводороды издавна интересовали русских химиков, быть может, потому, что наша страна - родина ценнейших и крупнейших нефтяных месторождений. С развитием химии углеводородов связаны имена А. М. Бутлерова, В- В. Марковнико-ва, Г. Г. Густавсона, К- Н. Кижнера, Н. Я. Демьянова, Н- Д. Зелинского, А. Е. Фаворского, С- В. Лебедева, С. С. Наметкина и многих других.
Синтез каучука, исходя из спирта, всецело принадлежит выдающемуся советскому исследователю С. В. Лебедеву. Его метод лег в основу новой промышленности синтетического каучука, развившейся быстрыми темпами и освободившей Советский Союз от необходимости ввоза его из-за границы.
И действительно, новые заводы синтетического каучука, созданные в предвоенные годы, позволили Советскому Союзу избежать затруднений в снабжении каучуком армии, флота и авиации во вто-рой мировой войне.
Крупных успехов достигли советские химики в области одного из важнейших непредельных углеводородов - ацетилена- Академик А. Е. Фаворский и созданная им школа химиков посвятили многочисленные работы превращениям этого углеводорода, основанным, прежде всего, на открытой А. Е. Фаворским способности ацетилена реагировать со спиртами, кетонами и альдегидами в присутствии едкого натра.
Химия органических соединений металлов и других элементов (фосфора) с большим успехом развивалась в Советском Союзе. Научные школы, созданные А. Е. Арбузовым, А- В. Топчиевым,
А. Н. Несмеяновым, В. М. Родионовым, нашли новые методы синтеза подобных соединений, новые типы их превращений и содействовали их практическому использованию.
Крупнейший теоретический, а отчасти и практический интерес представляют работы советских химиков в области терпенов: Е. Е- Вагнера и Л. А. Чугаева. Эти работы в основном обязаны своим возникновением исследованиям С. С. Наметкина и его школы, а также школы А. Е. Арбузова.
Начало нового этапа в развитии отечественной химической промышленности связано с постановлением Пленума ЦК КПСС от 7 мая 1958 г. по докладу товарища Н. С- Хрущева «Об ускорении развития химической промышленности и особенно производства синтетических материалов и изделий из них для удовлетворения потребностей населения и нужд народного хозяйства».
План ускоренного развития производства синтетических материалов и всей химической промышленности СССР по своему значению стоит в ряду таких гигантских свершений Коммунистической партии и советского народа, как план ГОЭЛРО, планы индустриализации страны и коллективизации сельского хозяйства.
В докладе на Пленуме ЦК КПСС товарищ Н. С. Хрущев сказал: «Новейшие открытия в области хкмии дают возможность полнее использовать богатейшие природные ресурсы в Народном хозяйстве страды, в невиданных ранее масштабах развернуть производство высококачественных товаров из синтетических материалов, что вместе с крутым подъемом сельского хозяйства позволит в ближайшие годы в достатке обеспечить удовлетворение растущих потребностей населения в одежде, обуви, предметах домашнего и хозяйственного обихода».
Намеченные XXI съездом КПСС мероприятия по ускоренному развитию промышленности предусматривают рост производства химической продукции. в 1959 - 1965 гг. примерно в 3 раза, причем производство пластических масс и синтетических смол должно увеличиться более чем в 7 раз, производство искусственных волокон - в 4 раза, а наиболее ценных - синтетических волокон - в 12 - 13 раз-
В химической промышленности и в смежных с ней отраслях намечено построить и реконструировать более 270 предприятий. На развитие химической промышленности предусмотрено вложить свыше-100 млрд. рублей. Осуществление этой грандиозной программы явится новым крупным вкладом в решение намеченной XX съездом КПСС основной экономической задачи СССР: в кратчайший срок догнать и перегнать наиболее развитые капиталистические страны по производству продукции на душу населения.
Весьма быстрый темн внедрения полимерных материалов в различные отрасли промышленности обусловлен их замечательными свойствами.
Важнейшими качествами синтетических высокополимеров, благодаря которым они имеют столь большое распространение, являются малый удельный вес, высокая механическая прочность, эластичность, химическая стойкость, высокие герметизирующие свойства, способность поглощать и гасить вибрации, клеящая способность и, самое главное, возможность легко получать изделия, обладающие широким комплексом физико-механических свойств. Широкий диапазон физико-химических и механических свойств полимерных Материалов в значительней степени определяется природой атомов и боковых групп, величиной, формой и степенью гибкости цепных молекул. В зависимости от потребности получают высокомолекулярные соединения с самыми разнообразными свойствами: от горючих, легковоспламеняющихся до абсолютно негорючих; от растворимых в воде до практически не поглощающих влаги; от твердых, приближающихся по прочности к стали, до эластичных, резннаподобных и даже вязкотекучих.
В создании новых химических веществ - полимеров - огромны заслуги мировой науки. Почетная роль здесь принадлежит русским и советским химикам. Основополагающие работы,в этой области были сделаны А. М. Бутлеровым. С. В. Лебедев впервые разработал научные методы промышленного получения синтетического каучука.
Большие заслуги в развитии теории и (Промышленности полимеров принадлежат И. И. ОстромысленСкому, Б. В. Бызову, И. JI. Кондакову, П. П. Шорьггину, Г. С. Петрову - пионеру отечественной науки и промышленности пластически,х масс - и многим другим совет-оким ученым и инженерам. К. А. Андрианов впервые разработал метод синтеза кремнийорганических полимеров - силиконов!, получивших -сейчас широкое применение. А. И. Динце-с еще в середине тридцатых годов впервые опубликовал результаты лабораторных опытов по полимеризации этилена под высоким давлением. Первая научная публикация по эмульсионной полимеризации принадлежит Б. А. До-гаДкину. На основании -своих теоретических исследований Б. А. До-моплоск разработал промышленный метод эмульсионной полимеризации с применением окислительно-восстановительных составов. С. Н. Ушаков и А. А. Берлин предложили новНй метод изменения Свойств п-олимеров (привитая полимеризация) и применили, его к получению разных типов.полимерных материалов. В. А. Каргин и Н. В. Михайлов предложили новый метод упрочнения вискозного волокна (пластификация горячей водой), который сейчас широко применяется в промышленности. Большой вклад в полимерную науку и технику внесли А. Н. Несмеянов, С. С. Медведев, И. JI. Кнунянц,
В. В. Коршак, А. А. Короегнов. Всеобщее признание получили труды акад. Н. Н. Семенова по теории цепных процессов, позволяющие Подойти к научно-обоснованному управлению химическими реакциями.
Мировое производство, синтетически полимерных материалов уже превысило 7,5 млн. т и продолжает развиваться быстрыми темпами. Через 15 - 20 лет мировая продукция этих полимерных материалов достигнет 20 - 35 млн. г, что составит 23 объема современного Производства стали.
Всю историю человечества археологи делят на каменный, бронзовый и железный века. Если название века определяется видом материала, из которого изготовляются основные орудия производства, 1*0 вполне возможно, что грядущий век получит название века полимеров.
Наряду с однородными -полимерными материалами -все большее Значение приобретают комбинированные. Особенно прочными является полимеры, армированные текстильны-ми тканями, стеклотканью, стекловолокном, древесным шпо-ном, а также полимерными волокнами. Армированные пластики по прочности приближаются к дюралюминию, а некоторые из них - к стали.
Большие технические перспективы открывают сверхлегкие пластические массы - пенно- и сотопласты. Эти материалы в 10 - 100 раз легче воды, с-бдадают непревзойденными тепло- и звукоизоляционными свойегвами и сравнительно высокой прочностью. Комбинируя Пено- и сото-пласты с армированными пластиками, получают легкие конструктивные материалы, которые находят все -олее широкое применение в самолето- и автостроении, строительном деле и других отраслях промышленности.
Введение фтора в состав полимеров создало новую группу фторсодержащих пластиков, близких по химической стойкости к благородным -металлам.
Исключительно высокий рост производства пластических масс обусловлен наряду с технологическими эксплуатационными преимуществами также и экономичностью.
Удельные капиталовложения, необходимые для организации производства пластических масс, в несколько раз ниже, чем для производства черных и цветных -металлов.
Сырьем для производства полимерных материалов являются нефть, природные и промышленные газы, целлюлоза. Их сырьевые запа-сы практически неограничены. При ежегодном выпуске полимеров -в количестве, близком к выпуску стали, требуется переработать всего 6 - 7% годовой добычи нефти.
Производство полимерных материалов в передовых технико-экономических странах намного опережает по темпа-м своего развития все другие отрасли химического производства. За 10 лет (1946 - -1956 гг.) выпуск продукции химической промышленности в США увеличился на 110%, а выработка высокополимерных материалов - на 220%.
В Федеративной республике Германии за 4 года (с 1953 по 1956 гг.) среднегодовой прирост химической промышленности составил 14 - 15%, а высокополимерных материалов - 23 - 27%.
В Советском Союзе те-мпы роста промышленности полимерных материалов были более высокими: за 6 лет (с 1950 по 1956 гг.) выпуск изделий химической промышленности в целом вырос приблизительно в 2,5 раза, -а полимерных материалов - 2,8 раза. Однако майский Пленум ЦК КПСС 1958 г. констатировал серьезное отставание С-ССР по объему производства пластических ма-ос и синтетических волокон. В связи с этим Пленум наметил программу ускоренного развития промышленности пластических ма-dc. Успешное осу-ществлёние поставленной задачи имеет огромное значение для дальнейшего технического прогресса всех отраслей нар-одного хозяйства и удовлетворения потребностей на-ссления в тканях, -одежде, обуви и других товарах Широкого потребления.

РАБОТА № 1
ПОЛУЧЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ЧИСТОМ ВИДЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПЛАВЛЕНИЯ
Органические соединения, с которыми нам приходится встречаться, являются в большинстве случаев твердыми веществами, чаще кристаллическими, или жидкостями и значительно реже газами.
Реакции, в которых участвуют органические вещества, в противоположность большинству реакций неорганических веществ, редко протекают строго в одном направлении и с образованием только тех продуктов, которые предусмотрены уравнением реакций- Как правило, они всегда сопровождаются побочными реакциями, что приводит к образованию смеси продуктов.
Выделение из реакционной смеси чистого однородного вещества часто сопряжено со значительными трудностями. Приемы для разделения и очистки органических веществ очень разнообразны, но в основном могут быть разделены на физические и химические.
¦Физические приемы основываются на различии физических Свойств разделяемых соединений; химические - на различии их химического характера. Между методами выделения вещества из смеси продуктов реакции и методами его последующей очистки нет резкой разницы. Химические приемы выделения веществ будут разобраны во второй части лабораторного практикума при синтезах соответствующих соединений. Что же касается физических методов выделения и очищения органических веществ, то в настоящем руководстве мы вынуждены ограничиться использованием различия в растворимости органических веществ - методам перекристаллизации - и различия их температур кипения - методом перегонок.

1. Выделение и очищение вещества кристаллизацией
Разделение и очистка смеси твердых веществ- чаще всего достигается методом кристаллизации - обычной или дробной - из соответствующих растворителей. В качестве растворителей употребляют воду, этиловый спирт, пегролейный эфир, ацетон, бензол, серо-углерод, хлороформ, уксусную кислоту и др. Они должны: а) хорошо растворять вещество в горячем состоянии и плохо в холодном; б) не быть химически активными по отношению к растворяемому веществу; в) употребляться в небольшом количестве, так как в противном случае растворенное вещество не выделяется или не выкри-сталлязовыв ается полностью.
Сущность метода кристаллизации основана на том, что из горячего раствора кристаллизуется сначала то вещество, которое труднее растворимо в данном растворителе или присутствует в большом количестве, так как относительно этого вещества охлаждающийся раствор окажется пересыщенным и из него начнут выделяться кри- сталлы растворенного вещества.
Из полученного и отфильтрованного раствора при охлаждении или при испарений растворителя вещество выделяется в более чистом виде-
Дробную кристаллизацию можно изобразить следующей схемой, приняв А за более труднорастворимое вещество и В - за более легкорастворимое: (...)
Помещают в стеклянную щрабирку 2 г неочищенной щавелевой кислоты, 5 см3 воды и напревают содержимое пробирки до кипения. Горячий раствор фильтруют через складчатый фильтр и наблюдают за выпадением кристаллов. Щавелевая кислота кристаллизуется в виде иголочек. Величина кристаллов зависит от скорости охлаждения. Кристаллы отфильтровывают через обычную воронку и высушивают их между листами фильтровальной бумаги.
Растворимость щавелевой кислоты (...)

2. Выделение и очистка веществ перегонкой
Одним из наиболее часто Используемых методов очистки и выделения органических веществ является перегонка. Перегонкой называют процесс, имеющий своей целью отделение жидких веществ от нелетучих примесей (иногда твердых) или отделение летучих веществ друг от друга. Сущность метода разделения смесей перегонками заключается в том, что вещество переводят в парообразное состояние, а затем охлаждением паров возвращают его в жидкое состояние.
Применяются различные приемы перегонок, а именно: а) простая, б) дробная или фракционированная, в) с водяным паром, г) под уменьшенным давлением.
Каждая однородная жидкость имеет определенную температуру кипения, зависящую от давления. С увеличением давления температура кипения возрастает- Зависимость упругости пара от температуры исследована для многих чистых жидкостей; она выражается характерной для каждой жидкости кривой.
I Если нагревать до кипения смесь жидкостей, имеющих разные Температуры кипения, то состав выделяющегося пара будет отливаться отсостава жидкой части; в пар переходит вначале более летучая часть смеси. Вследствие этого, температура пара во время Перегонки все время непрерывно повышается. С повышением температуры пара во время перегонки растет содержание в нем жидкости с более высокой температурой кипения. Поэтому при разгонке более летучий компонент концентрируется в первой фракции, а менее летучий- - в последней фракции или в остатке.
Теория перегонки смесей вещества была детально разработана Д. П. Коноваловым в 1880 - 1884 гг.
а) Простая перегонка
Простая перегонка позволяет разделить лишь такие вещества, температуры кипения которых значительно (на несколько десятков градусов) отличаются друг суг друга.

Опыт 2. Простая -перегонка осуществляется следующим образом (рис. 1). Вещество помещают в круглодонную колбу (колбу Вюрца) с отводной трубкой, припаянной к горлу (). При перегонке легколетучих веществ пользуются колбами с высоко расположенной трубкой; в случае перегонки высококипящих веществ применяют колбы с низко припаянной трубкой. Колба подбирается такой величины, чтобы перегоняемая смесь занимала не более 3U ее объема. Колбу
Рис. 1. Простая перегонка, соединяют с холодильником так, чтобы конец отводной трубки выступал из пробки в холодильник не менее чем на 3 - 4 см. В горло колбы при помощи просверленной пробки вставляется термометр (2) так, чтобы он не касался стенок -горла колбы и верхняя часть ртутного шарика термометра находилась на одинаковом уровне с ниж-Ним краем -отводной трубки. Для конденсации паров вещества применяются холодильники (3) различных размеров. Размер холодильника выбирают в зависимости от скорости перегонки и температуры кипения отгоняемой жидкости; холодильник должен обеспечивать полную конденсацию паров.
Нагревание вещества в перегонной колбе производится или непосредственно обычной горелкой под асбестовой сеткой или посредством бань: водяной, масляной или металлической в зависимости от температуры кипения смеси. (Металлический сплав Вуда состоит из 50 вес. ч. висмута, 25 вес. ч. свинца, 12,5 вес. ч. олова и 12,5 вес. ч. кадмия; температура плавления 61°). Перегонку ведут с такой скоростью, чтобы можно было вести счет каплям конденсата в приемнике. Для равномерного кипения смеси высококипящих веществ помещают в перегонную колбу части битого шамота, стеклянные капилляры, кусочки битого фарфора или кирпича.
б) Дробная (фракционная) перегонка смеси бензола и ксилола
Дробная перегонка применяется при перегонке смеси веществ, имеющих более близкие температуры кипения. В этих случаях простой перегонкой нельзя добиться полного разделения смеси, а можно лишь выделить отдельные фракции: первую - -обогащенную более летучим компонентом, и последнюю - обогащенную высококипящим компонентом.
Чтобы добиться хорошего разделения смеси, применяют повторную перегонку этих фракций. Если перегонять, например, смесь равных количеств бензола (7\.и„ = 80°) и толуола (Гш = 110°) методом обычной перегонки, то вначале отгоняется смесь, содержащая много бензола и лишь немного толуола. Температура кипения смеси повышается постепенно во время процесса перегонки, и в отгоняющейся смеси увеличивается количество толуола. Таким образом, перегоняются не отдельные вещества, образующие смесь, а их смеси; отделить бензол от толуола указанным путем очень трудно. Поэтому разделение таких смесей производят, видоизменяя простую перегонку; дополняют ее деталью особой конструкции - дефлегматором, который способствует лучшему разделению компонентов.г
В дефлегматоре, за счет охлаждения наружным воздухом, часть паров перегоняемой смеси конденсируется, причем конденсат будет содержать менее летучий компонент, а пары окажутся обогащенными
Рис. 2. Дробная перегонка
более летучей составной частью смеси. Когда стекающий вниз конденсат приходит в соприкосновение с парами, менаду ними будет происходить взаимодействие, приводящее к дополнительной.конденсации вьюококипящего компонента и испарению легколетучего.
Прибор, применяемый при дробной перегонке, изображен на рис. 2.
Смесь, подлежащую разделению, помещают в колбу () с укороченным.горлом, которую при помощи пробки соединяют с дефлегматором (2). В верхней части дефлегматора помещают термометр, как и при простой перегонке. При помощи пробки дефлегматор соединен с холодильником. Пары веществ, образующиеся в колбе при нагревании, прежде чем перейти в холодильник, должны пройти через дефлегматор. Дробная перегонка благодаря введению дефлегматора представляет собой совмещение двух самостоятельно идущих процессов: а) повторного частичного испарения жидкости (ректификации) и б) повторной или частичной ее конденсации (дефлегмации).
При дробной перегонке дистиллат собирают, разделяя его на ряд фракций в зависимости от интервала температуры этой смеси. Полученные фракции, каждую в отдельности, вновь подвергают разгонке, обычно из колб меньшего раз-мера, причем сначала перегоняют низкокипящую фракцию. Отогнав из нее дистиллат до определенной температуры,« остатку прибавляют следующую фракцию, перегоняя ее точно таким же образом, и т. д.

Опыт 3. Собирают прибор, изображенный на рис. 2. Только при полной исправности прибора -можно приступить к проведению опыта. Исправление прибора во время проведения опыта затруднительно и ведет,к большой -потере времени и реактивов. До начала перегонки подготовляют также восемь сухих колбочек.
А. Помещают в кругл од он-ную перегонную колбу 80 см3 смеси, состоящей из равных количеств бензола {Ткип - 80,5°) и ксилола (7кап =140°) и небольшой (с горошину) кусочек пемзы или кирпича, после чего -тщательно соединяют прибор. Нагревание перегонной колбы со смесью производят обычным образом. Дистиллат разбивают на четыре фракции. Подставляют в качестве приемника колбочку () и начинают осторожно нагр-ев-ать колбу; следят за равномерностью кипения, за ноказания-ми термометра и за поступлением отгона в приемник. Отмечают и записывают температуру при падении в приемник первой капли отгона. Перегонку производят не быстро, а так, чтобы можно было считать капли, поступающие из холодильника- в приемник. Меняя приемники (колбочки), собирают четыре фракции в следующих температурных интервалах: I - до 90й; II - от 90 до 110°; III - от 110 до 125° и IV - от 125 до 140°. Когда температура паров-достигнет 125°, прекращают перегонку, дают колбе немного остыть и переливают остаток содержимого в четвертый приемник-колбочку (IV - -от 125 до 140°). П-о объему фракция I несколько меньше остальных.
Б. Каждую из полученных фракций подвергают новой -перегонке. При второй разгонке, для выделения более чистых компонентов, раз-16
бивают крайние фракции (I и IV) на более узкие и собирают отгон. При второй разгонке фракцию I (до 90°) помещают в круглодонную колбу и -перегоняют, собирая bi приемник (5) жидкость, кипящую до 90°; затем нагревание прекращают, колбе дают остыть и к остатку прибавляют фракцию II из первой перегонки. После этого продолжают нагрев и собирают отгон до 90° в колбочку (1), а фракцию 90 - 110° - во вторую колбочку. Нагревание прекращают, когда термометр покажет 110°. По охлаждении колбы к остатку прибавляют фракцию III -и вновь перегоняют, собирая новые порции отгона в соответствующих температурных интервалах. По достижении температуры 125° перегонку прекращают, колбе дают остыть и к остатку приливают фракцию IV. Продолжая затем нагревание, собирают -в третий приемник часть, кипящую до 125°, и в четвертый приемник - погон, переходящий в интервале 125 - 140°.
Таким обра-зом, после второй перегонки получают снова четыре фракции, ню с тем различием, что здесь фракции I и IV сильно увеличены за счет уменьшения фракций II и III. При помощи мензурки узнают объем каждой фракции. Выход продуктов вычисляют в процентах ко взятому для разгонки количеству ом-еюи. Записав в р-абочую Тетрадь полученные данные о -в-есе и составе каждой фракции, устанавливают, как изменяются эти показатели при первой и второй разгонка х.
в) Перегонка с водяным даром
Этот способ перегонки имеет большое значение для выделения Й очистки органических веществ. Метод перегонки органических веществ с водяным паром позволяет перегонять без разложения такие вещества, которые разлагаются при температуре кипения или же;Ймеют высокие точки кипения; с другой стороны, этим способом разделяют см-е-сч твердых и жидких тел.
Если вещества нерастворимы в воде, то давление паров смеси Йа-вню сумме давлений паров каждого из составляющих смесь ком-
Ргейтов. Когда, вследствие нагревания, общее давление станет рав-и атмосферному, смесь закипит, причем точка кипения ее ниже ек кипения воды и растворимых веществ.
При перегонке с водяным паром нагревание производится самим ййром. Относительное количество вещества, отгоняемое с водяным Царом, может быть найдено следующим образом. Допустим, имеется фмесь бензола и воды. Бензол кипит при 80,5°, вода - при 100°. При Пропускании водяного пара через эту смесь, -при достижении атмосферного давления, т. е. 760 мм рт. ст., смесь закипит и будут отгоняться -бензол и вода. Температура кипящей смеси равна 69,2°. Парциальное давление пара бензола при этой температуре равняется 535 мм, а воды - 225 мм.
Если объем пара смеси при 760 мм давления принять за 100, то
Объем пара бензола будет = 70,4%, а объем воды в парах
100 - 70,4 = 29,6%,-
По закону Авогадро объемы газов пропорциональны их молек лярным весам, а так как молекулярный вес бензола (С6Н6) - 7 а воды (Н20) - 18, то вес бензола будет 70,4X78 = 5 491,2, вес в ды - 29,6x18 = 532,9. Откуда имеем, что на одну часть воды прих! дится 10,3 частей бензола.
Для перегонки с водяным паром устанавливают прибор (рис. 3 состоящий из парообразователя - паровичка, снабженного опуще] ной почти до дна предохранительной трубкой, перегонной колбы, холодильника и приемника. Труба, по которой пар входит в колб; должна доходить почти до самого дна колбы. Колбу располагав, несколько наклонно для уменьшения возможного переброса nepersняемой жидкости в приемник. Колбу наполняют жидкостью не более, чем на одну треть. Паровичок подогревают сильной горелкой одновременно осторожно подогревают колбу. Колбу подогревав, для того, чтобы избежать значительного увеличения объема жщщхх ти за счет конденсации паров воды.
Рис. 3. Перегонка с водяным паром.
Опыт 4. Провести перепонку живицы или скипидара, или иго: сосны, или эфирного масла из каких-нибудь эфироносных растени! с водяным паром по разработанному выше методу и выделить ве щество из указанных смесей в чистом виде. (Одна установка н* группу).
3. Определение температуры плавления нафталина - С10Н8
Температура плавления - очень важная физическая константа для распознавания органических соединений, так как каждое химически чистое вещество имеет определенную температуру плав ления.
Температурой плавления называется температура, при которой вещество из твердого состояния переходит в жидкое- Определение точки плавления (Производится в особых, несложных приборах?(рис. 4). Тщательно измельченное испытуемое вещество помешают ¦в стеклянные капилляры, один конец которых заплавлен.
Наполнение капилляра производится так: открытым концом его погружают в вещество, затем «.вещество утрамбовывается топкой стеклянной палочкой. Обычно капилляр заполняют на высоту (рте более 0,5 см, сам же капилляр берут длиной 30 - 40 мм и диаметрам 1 - 2 мм. Капилляр с ®е-рцествам укрепляют на термометре резиновым (кольцом; столбик вещества должен находиться на уровне ртутного шарика. Термометр с капилляром погружают в стакан -с серной кислотой или,®азелишвым маслом. Так как торячая серная кинолога макет причинить тяжелые ожоги, то при..работе с ней надо соблюдать осторожность (оде-.вать предохранительные очки). Резиновое кольцо не должно быть в кислоте. Нагревание ведут ©начале большим пламенем, но при приближении температуры к точке плавления нагревают с таким расчетом, чтобы температура не поднималась бо-?лее чем на 1° в минуту.
Началом плавления считается момент з амока-
ния вещества, концам - момент превращения ве-рцества в прозрачную жидкость. Если вещество чистое, то оно плавится в пределах 0,5 - 1,0°.
Точка плавления нафталина 80°.

Вопросы
1. Разберите методы выделения органических веществ кристаллиацией, перегонкой, возгонкой.
2. В каких случаях применяется фракционная перегонка? Теория ого процесса.
3. Почему прймеСИ влияют на точку плавления вещества?
4. Метод определения точки кипения вещества.
5. Методы определения молекулярных весов органических веществ.

(письмо ¹ 14/18.2-1856 îò 17.12.2001)

В подготовке учебного пособия принимали участие:

профессор С. Н. КОВАЛЕНКО, профессор Л. А. ШЕМЧУК, доцент Т. А. КОЛЕСНИКОВА, доцент Т. В. ВОШКО, доцент Л. И. БОРЯК,

доцент Л. М. ШЕМЧУК, доцент И. В. ОРЛЕНКО, доцент В. Д. ГОРЯЧИЙ, доцент Е. Л. СНИТКОВСКИЙ, ассистент И. Е. БЫЛОВ

Ð å ö å í ç å í ò û:

Â. Ï. ÕÈËß, член-корреспондент НАН Украины, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой органической химии Киевского национального университета им. Т. Г. Шевченко; Б. А. ПРИЙМЕНКО, доктор фармацевтических наук, профессор, заведую-

щий кафедрой органической химии Запорожского государственного медицинского университета.

Черных В. П. и др.

×-49 Общий практикум по органической химии: Учеб. пособ. для студ. вузов III-IV уровней аккредитации/ В. П. Черных, И. С. Гриценко, М. О. Лозинский, З. И. Коваленко; Под общ. ред. В. П. Черных.- Х.: Èçä-âî НФАУ; Золотые страницы, 2002.- 592 с.: ил.

ISBN 966-615-084-0.

ISBN 966-95981-0-9.

В практикуме изложены техника лабораторных работ, качественный элементный анализ, инструментальные методы исследования органических структур, основы строения, свойства и идентификация органических соединений. Приведено описание 181 опыта и 58 лабораторных синтезов, а также схемы отдельных промышленных синтезов. По каждой теме предложены контрольные вопросы и упражнения. Рассмотрена схема анализа неизвестного органического вещества.

Издание предназначено для студентов фармацевтических вузов и факультетов, может быть рекомендовано для подготовки специалистов медицинского, биологического, педагогического, сельскохозяйственного и других профилей.

ISBN 966-615-084-0 ISBN 966-95981-0-9

ÓÄÊ 547 ÁÁÊ 24.2

© Черных В. П., Гриценко И. С., Лозинский М. О., Коваленко З. И., 2002

© Национальная фармацевтическая академия Украины, 2002

Памяти академика НАН Украины Марковского Л. Н. посвящяается

Стремительное развитие органической химии, сопровождающееся появлением огромного количества новых веществ, предопределяет необходимость познания и совершенствования приемов эксперимента и методов исследования.

Подготовка специалистов различного профиля, которым необходимы знания органической химии, требует не только теоретической подготовки, но и разносторонних практических навыков и умений в проведении химического эксперимента.

«Общий практикум по органической химии» является логиче- ским продолжением учебника В. П. Черных, Б. С. Зименковского, И. С. Гриценко «Органическая химия» и представляет вместе с учебником единый учебно-методический комплекс, который способствует творческому подходу к изучению дисциплины и позволяет понять логическую цепь перехода от простого к сложному. Издание профессионально ориентировано на студентов фармацевти- ческих вузов и факультетов.

При подготовке настоящего издания авторы учли многолетний опыт преподавания органической химии на кафедре органической химии Национальной фармацевтической академии Украины и выработали свои методические подходы, заключающиеся в представлении наряду с богатым экспериментальным материалом методи- ческих разработок отдельных вопросов теоретической органической химии.

Практикум включает шесть разделов и приложения.

В первом разделе, посвященном технике лабораторных работ, представлены сведения о химической посуде и вспомогательных приспособлениях, рассмотрены основные операции практической работы, способы выделения и очистки веществ, определения важнейших физических констант.

Во втором разделе освещены методы установления строения органических соединений. Приведены качественный элементный анализ и инструментальные методы исследования структуры органических веществ.

Третий раздел содержит информацию о строении, свойствах и идентификации органических соединений. Авторы излагают материал согласно представлениям классической органической химии. По каждой теме приведены общетеоретические вопросы, ключе- вые термины, контрольные вопросы, упражнения и практические опыты с подробным описанием протекающих химических процессов. В разделе представлены физические методы идентификации органичеcких соединений, акцентируется внимание на качественных реакциях обнаружения функциональных групп.

В четвертом разделе приведены доступные для выполнения

â лабораторных условиях синтезы 58 органических соединений. Пятый раздел посвящен анализу неизвестного органического

вещества. Студентам предлагается общая схема исследования

è установления структуры неизвестного соединения.

 шестом разделе приведены отдельные аспекты технологических процессов промышленного органического синтеза.

Приложения включают в себя правила по технике безопасности и меры по оказанию первой медицинской помощи, краткие сведения о пользовании справочной химической литературой, о приготовлении, свойствах и хранении основных реактивов, об утилизации вредных остатков. Представлены отдельные элементы техники лабораторных работ, правила сборки лабораторных установок и схемы основных приборов для практикума.

Ключевые слова внесены в предметный указатель, что значи- тельно облегчает поиск информации.

Следует отметить, что, несмотря на профессиональную ориентацию практикума на подготовку специалистов в области фармации, в нем почти в полном объеме отражена общая программа по органической химии для высших учебных заведений (кроме химических специальностей университетов), поэтому он может быть рекомендован и студентам других высших учебных заведений, где изучаются природные и общехимические дисциплины.

Авторы выражают благодарность преподавателям кафедры органической химии Национальной фармацевтической академии Украины за участие в подготовке материала, рецензентам - заведующему кафедрой органической химии Киевского национального университета им. Т. Г. Шевченко, члену-корреспонденту НАН Украины, доктору химических наук, профессору В. П. Хиле и заведующему кафедрой органической химии Запорожского государственного медицинского университета, доктору фармацевтических наук, профессору Б. А. Прийменко за ценные замечания и пожелания, а также всем, кто принимал участие в подготовке издания к печати. Авторы будут признательны за критические, конструктивные замечания и пожелания относительно содержания и оформления учебного пособия.

РАБОТ ЛАБОРАТОРНЫХ

I.1. ХИМИЧЕСКАЯ ПОСУДА

И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

К основной лабораторной химической посуде относятся колбы, стаканы, пробирки, чашки, воронки, холодильники, дефлегматоры и другие сосуды различных конструкций. Чаще всего химическую посуду изготавливают из стекла различных марок. Такая посуда отличается стойкостью к воздействию большинства химических реагентов, прозрачна, легко моется.

Колбы в зависимости от их назначения изготавливают различ- ной вместимости и формы (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Колбы:

а - круглодонная; б - плоскодонная; в - круглодонные с двумя и тремя горловинами под углом; г - коническая (колба Эрленмейера); д - колба Кьельдаля; е - грушевидная; ж - остродонная; з - круглодонная для перегонки (колба Вюрца); и - остродонная для перегонки (колба Кляйзена); к - колба Фаворского; л - колба с тубусом (колба Бунзена)

Круглодонные колбы предназначе- ны для работы при высокой температуре, для перегонки при атмосферном давлении и для работ под вакуумом. Использование круглодонных колб с двумя и более горловинами позволяет в процессе синтеза одновременно выполнять несколько операций: применять мешалку, холодильник, тер-

Рис. 1.2. Химическая посуда: мометр, капельную воронку и т. п.

как их форма обеспечивает минимальную поверхность испарения.

Толстостенные конические колбы с тубусом (колбы Бунзена) применяют для фильтрования под вакуумом до 1,33 кПа (10 мм рт. ст.) в качестве приемников фильтрата.

Стаканы (рис. 1.2, а) предназначены для фильтрования, выпаривания (при температуре не более 100 °С) и приготовления растворов в лабораторных условиях, а также для проведения отдельных синтезов, при которых образуются плот-

Рис. 1.3. Чашка для ные, трудно извлекаемые из колб осадки. Нельзя химико-лаборатор- использовать стаканы при работе с низкокипя-

(рис. 1.2, б), применяют для взвешивания и хранения летучих, гигроскопичных и легкоокисляющихся на воздухе веществ.

Чашки (рис. 1.3) исполь-

зуют при выпаривании, кри-

сталлизации, возгонке, суш-

ке и других операциях.

Пробирки (рис. 1.4) выпус-

кают различной вместимос-

ти. Пробирки с конусным

шлифом и отводной трубкой

применяют для фильтрова-

ния небольших объемов жид-

костей под вакуумом.

Стеклянное лабораторное

оборудование включает в себя

Рис. 1.4. Пробирки:

также соединительные эле-

а - цилиндрическая с развернутым краем;

менты (переходы, алонжи,

б - цилиндрическая без отгиба; в- остро-

насадки, затворы), воронки

донная (центрифужная); г - с взаимозаме-

няемыми конусными шлифами; д - с ко-

(лабораторные, делительные,

нусным шлифом и отводной трубкой

Рис. 1.5. Важнейшие соединительные элементы:

а - переходы; б - алонжи; в - насадки; г - трубки соединительные; д - затворы

капельные, фильтрующие), капельницы, спиртовки, водоструйные насосы, эксикаторы, холодильники, дефлегматоры и др.

Соединительные элементы (рис. 1.5) предназначены для сборки на шлифах различных лабораторных установок.

Воронки в химической лаборатории используются для наливания, фильтрования и разделения жидкостей.

Воронки лабораторные (рис. 1.6, а) используются при наливании жидкостей в узкогорлые сосуды и для фильтрования растворов через бумажный складчатый фильтр.

Рис. 1.6. Воронки:

а - лабораторная; б - фильтрующая с впаянным стеклянным фильтром; в - делительные; г - капельная с боковой трубкой для выравнивания давления

Воронки со стеклянными фильтрами (рис. 1.6, б) применяют обычно для фильтрования агрессивных жидкостей, разрушающих бумажные фильтры.

Воронки делительные (рис. 1.6, в) предназначены для разделения несмешивающихся жидкостей при экстрагировании и очистке веществ.

Воронки капельные (рис. 1.6, г) предназначены для регулируемого приливания (добавления) жидких реагентов в ходе проведения синтеза. Они похожи на делительные воронки, но их различное назначение предопределяет некоторые конструктивные особенности. У капельных воронок отвод трубки обычно длиннее, а кран располагается под самим резервуаром. Их максимальная емкость не превышает 0,5 л.

Эксикаторы (рис. 1.7) используют для высушивания веществ под вакуумом и для хранения гигроскопичных веществ.

Чашки или стаканы с веществами, подлежащими сушке, устанавливают в ячейках фарфоровых вкладышей, а на дно эксикатора помещают вещество - поглотитель влаги.

Рис. 1.7. Эксикаторы:

à - вакуум-эксикатор; б - обычный

Холодильники (рис. 1.8) лабораторные стеклянные применяют для охлаждения и конденсации паров.

Холодильники воздушные (рис. 1.8, а) используют для кипячения и перегонки высококипящих (têèï > 160 °С) жидкостей. Охлаждающим агентом служит окружающий воздух.

Холодильники с водяным охлаждением отличаются от воздушных наличием водяной рубашки (охлаждающий агент - вода). Водяное охлаждение применяют для сгущения паров и перегонки веществ с têèï < 160 °С, причем в интервале 120-160 °С охлаждающим агентом служит непроточная, а ниже 120 °С - проточная вода.

Холодильник Либиха (рис. 1.8, б) используют для перегонки жидкостей.

Шариковый и спиральные холодильники (рис. 1.8, â-ä) наиболее применимы в качестве обратных при кипячении жидкостей, так как имеют большую охлаждающую поверхность.

Рис. 1.8. Холодильники и дефлегматор:

а - воздушный; б - с прямой трубкой (Либиха); в - шариковый; г - спиральный; д - Димрота; е - дефлегматор

Дефлегматоры (рис. 1.8, е) служат для более тщательного разделения фракций смеси при ее дробной (фракционной) разгонке.

В лабораторной практике для работ, связанных с нагреванием, применяют посуду из фарфора: стаканы, выпарительные чашки, тигли, лодочки и др. (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Фарфоровая посуда:

а - чашка выпарительная; б - воронка Бюхнера; в - тигель; г - ступка и пестик; д - ложка; е - стакан; ж - лодочка для сжигания; з - шпатель

Рис. 1.10. Лабораторный штатив с набором комплектующих частей:

а - штатив; б - кольца; в - зажимы; г - держатель

Для фильтрования и промывания осадков под вакуумом используют фарфоровые нутч-фильтры - воронки Бюхнера (рис. 1.9, б).

Ступки с пестиками (рис. 1.9, г) предназначены для измельче- ния и смешивания твердых и вязких веществ.

Для сборки и закрепления различных приборов в химической лаборатории пользуются штативами с наборами колец, держателей (лапок) и зажимов (рис. 1.10).

Для фиксации пробирок используют штативы из нержавеющей стали, сплавов алюминия или пластмассы, а также держатели ручные (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Штатив и держатели для пробирок:

а - штатив; б - держатели ручные

Герметичность соединения

составных частей лабораторных

приборов достигается с помо-

щью шлифов (рис. 1.12), а так-

же резиновых или пластиковых

пробок. Пробки подбирают по

номерам, которые равны внут-

реннему диаметру закрываемой

горловины сосуда или отвер-

Рис. 1.12. Конусные шлифы:

стия трубки.

а - керны; б - муфта

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

А.КАРИМОВ, Н. ЧИНИБЕКОВА

ПРАКТИКУМ

ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Учебное пособие для студентов фармацевтических институтов

Ташкент -2009

Рецензенты:

Ахмедов К. - доктор химических наук, профессор кафедры

органической химии Узбекского национального

университета

Курбонова М. - кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры

неорганической, аналитической и физ.коллоидной химии

Ташкентского фармацевтического института

Введение

I. ТЕХНИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

I.1 Техника безопасности в лаборатории и меры по оказанию первой медицинской помощи

I.2 Химическая посуда и вспомогательные приспособления

I.3 Основные операции при работе в лаборатории органической химии

I.3.1 Нагревание

I.3.2 Охлаждение

I.3.3 Измельчение

I.3.4 Перемешивание

I.3.5 Высушивание

I.4.Способы выделения и очистки веществ

I.4.1 Фильтрование

I.4.2 Кристаллизация

I.4.3 Возгонка

I.4.4 Перегонка

I.5 Важнейшие физические константы

I.5.1 Температура плавления

I.5.2 Температура кипения

II. методы установления строения органических соединений

II.1 Качественный элементный анализ органических соединений

III основы строения, свойства и идентификация органических соединений

III.1 Классификация, номенклатура, пространственное строение и изомерия органических соединений

III.2 Химическая связь и взаимное влияние атомов в органических соединениях

III.3 Алканы. Циклоалканы

III.4 Алкены, алкадиены, алкины

III.5 Арены

III.6 Галогенопроизводные углеводородов

III.7 Спирты

III.8 Фенолы

III.9 Простые эфиры

III.10 Альдегиды. Кетоны

III.11 Амины

III.12 Диазо-, азосоединения

III.13 Одно- и двухосновные карбоновые кислоты

III.14 Гетерофункциональные карбоновые кислоты

III.14.1 Окси-, фенолокислоты

III.14.2 Оксокислоты

III.14.3 Аминокислоты. Амиды. Уреиды кислот

III.15 Пятичленные гетероциклические соединения

III.15.1 Пятичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом

III.15.2 Пятичленные гетероциклические соединения с двумя гетероатомами

III.16 Шестичленные гетероциклические соединения

III.16.1 Шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом

III.16.2 Шестичленные гетероциклические соединения с двумя гетероатомами

III.17 Конденсированные гетероциклические соединения

III.18 Углеводы

Ш.18.1 Моносахариды

Ш.18.2 Полисахариды

III.19 Омыляемые и неомыляемые липиды

IV синтезы органических соединений

IV.1 Галогенирование

IV.1.1 1-Бромбутан

IV.1.2 Бромэтан

IV.1.3 Бромбензол

IV.2 Сульфирование

IV.2.1 п-Толуолсульфокислота

IV.2.2 п-Толуолсульфокислый натрий

IV.2.3 Сульфаниловая кислота

IV.3 Ацилирование

IV.3.1 Этиловый эфир уксусной кислоты

IV.3.2 Ацетилсалициловая кислота

IV.3.3 Ацетанилид

IV.4 Получение гликозидов

IV.4.1 N-гликозид белого стрептоцида

V. Литература

ВВЕДЕНИЕ

Органическая химия в системе высшего фармацевтического образования занимает важное место, являясь одной из фундаментальных наук, формирующих научно-теоретический и экспериментальный базис как для усвоения специальных знаний по фармацевтической химии, фармакогнозии, фармакологии, токсикологической химии, так и для профессиональной деятельности провизора. Использование этих знаний при выполнении качественных реакций на функциональные группы, получении отдельных представителей различных классов органических соединений, проведения с ними характерных реакций способствует более глубокому усвоению теоретического материала.

На сегодняшний день развитие органической химии сопровождается появлением огромного количества новых веществ: в общем перечне лекарственных средств, свыше 90% составляют органические вещества. Это, в свою очередь, предопределяет необходимость познания и совершенствования приемов эксперимента и методов исследования. В связи с этим подготовка специалистов фармацевтического профиля, которым необходимы знания органической химии, требует не только теоретической подготовки, но и разносторонних практических навыков и умений в проведении химического эксперимента.

Практикум по органической химии» является логическим продолжением лекционного курса по данному предмету и представляет собой единый учебно-методический комплекс, который способствует творческому подходу к изучению дисциплины, проведению практических занятий с учетом современных методов обучения (интерактивные, инновационные). Данное пособие позволяет ознакомиться с некоторыми способами получения отдельных представителей классов органической химии в лабораторных условиях при наличии небольших количеств исходных веществ, реактивов и сравнительно простого оборудования.

Включенный почти в каждую тему практикум направлен на то, чтобы студент мог в эксперименте увидеть проявление наиболее важных химических свойств, характерных для функциональных групп, определяющих реакционную способность соединения. Ведь в профессиональной деятельности иногда с помощью внешне простых химических проб будет определяться подлинность лекарственного вещества, решаться вопрос о наличии или отсутствии того или иного компонента в смеси и т.п. Важно понимать какие химические процессы обуславливают проявление внешнего эффекта (появление окрашивания, запаха и т.п.).

В настоящем руководстве воплощен опыт многолетней работы коллектива кафедры органической химии Ташкентского фармацевтического института, на основании которого определена структура практикума для студентов фармацевтической специальности.

Практикум включает четыре раздела и список рекомендуемой литературы.

В первом разделе, посвященном технике лабораторных работ, представлены сведения о химической посуде и вспомогательных приспособлениях, рассмотрены основные операции практической работы, способы выделения и очистки веществ, определения важнейших физических констант.

Во втором разделе рассмотрены методы установления строения органических соединений, приведен качественный элементный анализ исследования структуры органических веществ.

Третий раздел включает информацию о строении, свойствах и идентификации органических соединений. По каждой теме приведены общетеоретические вопросы и ответы на них, контрольные вопросы и упражнения и практические опыты с подробным описанием протекающих химических процессов.

В четвертом разделе приведены доступные для выполнения в лабораторных условиях синтезы некоторых органических соединений.

I. ТЕХНИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

I.1 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ЛАБОРАТОРИИ И МЕРЫ ПО ОКАЗАНИЮ ПЕРВОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ РАБОТЫ В ХИМИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЯХ

При работе в лаборатории органической химии студент должен ясно представлять специфику органических соединений, их ядовитость, огнеопасность, что требует особо осторожного обращения с ними и соблюдения определенных правил.

1.В лаборатории студент работает в халате, застегивающийся спереди (халат легко снять в случае воспламенения). На рабочем месте кроме штатива с пробирками и реактивов, находится только рабочий дневник и мягкая салфетка.

2.Прежде чем приступить к выполнению работы, нужно внимательно изучить ее описание, знать свойства получаемых веществ.

.При выполнении работы необходимо соблюдать аккуратность и осторожность. Невнимательность, незнание свойств веществ, с которыми студент будет работать, могут привести к несчастному случаю.

.При нагревании химических веществ в пробирке необходимо закреплять её в наклонном состоянии так, чтобы отверстие ее было направлено в сторону, противоположную от себя и не в сторону работающих рядом товарищей. Нагревают пробирку постепенно, передвигая пламя горелки по пробирке сверху вниз.

.При работе с газоотводной трубкой нагревание пробирки можно прекращать, только предварительно удалив конец трубки из приемника с жидкостью. Если убрать источник нагрева преждевременно, жидкость из приемника может засосать в реакционную пробирку и она может лопнуть, а реакционная смесь попасть на лицо и руки.

.Никакие вещества в лаборатории нельзя пробовать на вкус.

.При определении запаха пары из пробирки или склянки направляют к себе движением руки.

.Все опыты с веществами, обладающими резким раздражающим запахом, следует производить только под тягой.

.Металлический натрий разрезают острым, сухим ножом на фильтровальной бумаге. Обрезки, остатки сразу же убирают в специальные склянки, наполненные сухим керосином или вазелиновым маслом. Реакцию с металлическим натрием следует проводить в совершенно сухой посуде.

10.Горючие и легко воспламеняющиеся жидкости (эфир, бензол, спирт) наливают вдали от огня, пробирки и колбы с ними нагревают на водяной или песчаной бане.

11.При воспламенении жидкости в сосуде, необходимо, прежде всего, погасить источник нагрева, а затем накрыть пламя салфеткой или чашкой. Если горящая жидкость разлилась на столе или на полу, тушат её только песком или закрывают плотным куском ткани. Не рекомендуется для тушения применять воду, так как органические вещества, как правило, не смешиваются с водой и растекаются вместе с нею, распространяя пламя.

.При загорании одежды необходимо сразу накрыть горящего одеялом или верхней плотной одеждой.

.При разбавлении серной кислоты водой, следует серную кислоту тонкой струей добавлять в воду (а не наоборот) при непрерывном помешивании раствора.

.Воспрещается брать голыми руками щелочные металлы (калий, натрий, их гидроксиды), а также засасывать ртом кислоты, щелочи и растворители.

.Склянки с реактивами общего пользования должны всегда находиться на общих полках.

.Остатки горючих жидкостей, кислот, щелочей следует выливать не в раковину, а в специальные склянки.

.После окончания работы и сдачи её преподавателю практикума студент обязан привести в порядок свое рабочее место, проверить отключены ли электроприборы, вода, газ.

ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ

В каждой лаборатории для оказания первой помощи должна быть аптечка с гигроскопической ватой, стерильными тампонами и бинтами, лейкопластырем, 3-5% спиртовым раствором йода, 1% раствором уксусной кислоты, 1-3% раствором двууглекислой соды, 2% раствором борной кислоты, глицерином, вазелином, мазью от ожогов, этиловым спиртом, нашатырным спиртом.

Ожоги от огня или раскаленных предметов быстро обрабатывают мазью от ожогов, затем прикладывают вату с этой мазью и слабо перевязывают. Для предварительной обработки обожженного места применяют также марганцевый калий и спирт. При сильных ожогах пострадавшего направляют в амбулаторию.

При химических ожогах (попадание на кожу кислоты, щелочи или брома) пораженное кислотой место промывают большим количеством воды, затем 3% раствором двууглекислой соды, смазывают мазью от ожогов или вазелином и перевязывают. Участок кожи, на который попала щелочь, немедленно промывают большим количеством воды, затем 1% раствором уксусной кислоты, смазывают мазью от ожогов или вазелином и перевязывают. При попадании на кожу брома немедленно обмывают её бензолом, бензином или насыщенным раствором гипосульфита.

При попадании в глаз кислоты его немедленно промывают большим количеством воды, затем разбавленным раствором соды, снова водой и немедленно направляют пострадавшего в амбулаторию.

При попадании в глаз щелочи его сразу же промывают большим количеством воды, затем разбавленным раствором борной кислоты и немедленно направляют пострадавшего в амбулаторию.

Ткань одежды, на которую попали кислота или щелочь, промывают большим количеством воды, затем обрабатывают 3% раствором двууглекислой соды (в случае попадания кислоты) или 1% раствором уксусной кислоты (если попала щелочь).

Порезы рук стеклом промывают сильной струей воды, удаляют из раны осколки, заливают спиртовым раствором йода и перевязывают.

I.2 ХИМИЧЕСКАЯ ПОСУДА И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

К основной лабораторной химической посуде относятся колбы, стаканы, пробирки, чашки, воронки, холодильники, дефлегматоры и другие сосуды различных конструкций. Химическую посуду изготавливают из стекла различных марок, отличается она стойкостью к различной температуре, к воздействию большинства химических реагентов, прозрачна, легко моется.

Колбы в зависимости от назначения изготавливают различного объема и формы (рис.1.1).

Рис. 1.1. Колбы: а) круглодонная, б) плоскодонная, в) круглодонные с двумя и тремя горловинами под углом, г) коническая (колба Эрленмейера, д) колба Кьельдаля, е) грушевидная, ж) остродонная, з) круглодонная для перегонки (колба Вюрца), и) остродонная для перегонки (колба Кляйзена), к) колба Фаворского, л) колба с тубусом (колба Бунзена).

органический химия синтез соединение

Круглодонные колбы предназначены для работы при высокой температуре, для перегонки при атмосферном давлении и для работ под вакуумом. Использование круглодонных колб с двумя и более горловинами позволяет в процессе синтеза выполнять одновременно несколько операций: применять мешалку, холодильник, термометр, капельную воронку и т.д.

Плоскодонные колбы пригодны только для работы при атмосферном давлении и для хранения жидких веществ.

Конические плоскодонные колбы широко используют для кристаллизации, так как их форма обеспечивает минимальную поверхность испарения.

Толстостенные конические колбы с тубусом (колбы Бунзена) применяют для фильтрования под вакуумом до 1,33 кПа (10 мм.рт.ст.) в качестве приемников фильтрата.

Стаканы (рис. 1.2, а) предназначены для фильтрования, выпаривания (при температуре не более 1000С), приготовления растворов в лабораторных условиях, а также для проведения некоторых синтезов, при которых образуются плотные, трудно извлекаемые из колб осадки. Стаканы не используются при работе с низкокипящими и огнеопасными растворителями.

Рис. 1.2. Химическая посуда: а) стакан, Рис. 1.3. Чашка фарфоровая б) бюкс

Бюксы (рис. 1.2, б) применяют для взвешивания и хранения летучих, гигроскопичных и легкоокисляющихся на воздухе веществ.

Чашки (рис. 1.3) используют при выпаривании, кристаллизации, возгонке, сушке, измельчении и других операциях.

Пробирки (рис. 1.4) выпускают различной вместимостью, используют для проведения анализа исследуемых веществ в небольшом количестве. Пробирки с конусным шлифом и отводной трубкой применяют для фильтрования небольших объемов жидкостей под вакуумом.

Для измерения объема жидкости используют мерную посуду: мерные стаканы, цилиндры, мерные колбы, пипетки, бюретки (рис. 1.5).

Рис. 1.4. Пробирки: а) цилиндрическая с Рис. 1.5. Мерная посуда: 1) мензурка, развернутым краем, б) цилиндрическая 2) цилиндр, 3) мерная колба, без отгиба, в) остродонная (центрифуж- 4) градуированные пипетки, ная), г) с взаимозаменяемыми конусны- 5) пипетка Мора, 6) пипетка ми шлифами, д) с конусным шлифом и с поршнем, 7) бюретка отводной трубкой

Для грубого отмеривания жидкостей используют мензурки - расширяющиеся кверху конические стаканы с нанесенными делениями и мерные цилиндры. Для отмеривания больших фиксированных объемов жидкостей применяют мерные колбы, их вместимость колеблется от 10 мл до 2 л, а для точного отмеривания небольших объемов жидкостей - пипетки и бюретки - пипетки с краном.

Пипетки бывают двух типов: 1) «на наполнение» - нулевая отметка вверху и 2) «на выливание» - верхняя отметка указывает максимальный объем. Для наполнения пипеток используют резиновые баллоны, медицинские груши. Ни в коем случае нельзя засасывать органические жидкости в пипетку ртом!

Стеклянное лабораторное оборудование включает в себя также соединительные элементы, воронки, капельницы, спиртовки, водоструйные насосы, эксикаторы, холодильники, дефлегматоры.

Соединительные элементы (рис. 1.6) предназначены для сборки на шлифах различных лабораторных установок.

Рис. 1.6. Важнейшие соединительные элементы: а) переходы, б) аллонжи, в) насадки, г) трубки соединительные, д) затворы

Воронки (рис. 1.7) используются для наливания, фильтрования и разделения жидкостей.

Рис. 1.7. Воронки: а) лабораторная, б) фильтрующая с впаянным стеклянным фильтром,

в) делительная, г) капельная с боковой трубкой для выравнивания давления

Лабораторные воронки используют для наливания жидкостей в узкогорлые сосуды и для фильтрования растворов через бумажный складчатый фильтр. Воронки со стеклянными фильтрами применяют обычно для фильтрования жидкостей, разрушающих бумажные фильтры. Для разделения несмешивающихся жидкостей при экстрагировании и очистке веществ предназначены делительные воронки. Капельные воронки используют для регулируемого добавления жидких реагентов в ходе проведения синтеза, они похожи на делительные, у них обычно отвод трубки длиннее, а кран располагается под самим резервуаром, их максимальная емкость не превышает 0,5 л.

Эксикаторы (рис. 1.8) используют для высушивания веществ под вакуумом и для хранения гигроскопичных веществ.

Рис. 1.8. Эксикаторы: а) вакуум-эксикатор, б) обычный

Чашки или стаканы с веществами, подлежащими сушке, устанавливают в ячейках фарфоровых вкладышей, а на дно эксикатора помещают вещество - поглотитель влаги.

Холодильники (рис. 1.9) применяют для охлаждения и конденсации паров. Воздушные холодильники используют при кипячении и перегонки высококипящих (tкип›1600С) жидкостей, охлаждающим агентом служит окружающий воздух. Холодильники с водяным охлаждением отличаются от воздушных наличием водяной рубашки (охлаждающий агент - вода). Водяное охлаждение применяют для сгущения паров и перегонки веществ с tкип‹1600С, причем в интервале 120-1600С охлаждающим агентом служит непроточная, а ниже 1200С - проточная вода. Холодильник Либиха используют для перегонки жидкостей, шариковый и спиральные холодильники наиболее применимы в качестве обратных при кипячении жидкостей, так как имеют большую охлаждающую поверхность.

Рис. 1.9. Холодильники и дефлегматор: а) воздушный, б) с прямой трубкой (Либиха), в) шариковый, г) спиральный, д) Димрота, е) дефлегматор

Дефлегматоры служат для более тщательного разделения фракций смеси при ее дробной (фракционной) разгонке.

В лабораторной практике для работ, связанных с нагреванием, применяют посуду из фарфора (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Фарфоровая посуда: а) чашка выпарительная, б) воронка Бюхнера, в) тигель,

г) ступка и пестик, д) ложка, е) сткакн, ж) лодочка для сжигания, з) шпатель

Для фильтрования и промывания осадков под вакуумом используют фарфоровые нутч-фильтры - воронки Бюхнера. Ступки с пестиками презназначены для измельчения и смешевания твердых и вязких веществ.

Для сборки и закрепления различных приборов в химической лаборатории пользуются штативами с наборами колец, держателей (лапок) и зажимов (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Лабораторный штатив (а) с набором комплектующих частей: б) кольца, в) зажимы, г) держатель

Для фиксации пробирок используют штативы из нержавеющей стали, сплавов алюминия или пластмассы, а также держатели ручные (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Штатив (а) и ручные держатели для пробирок (б)

Герметичность соединения составных частей лабораторных приборов достигается с помощью шлифов (рис.1.13) и резиновых или пластиковых пробок. Пробки подбирают по номерам, которые равны внутреннему диаметру закрываемой горловины сосуда или отверстия трубки.

Рис. 1.13. Конусные шлифы: а) керны, б) муфта

Наиболее универсальным и надежным способом герметизации лабораторного прибора является соединение его отдельных деталей с помощью конусных шлифов посредством стыковки наружной поверхности керна с внутренней поверхностью муфты.

I.3 ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Квалифицированное выполнение практических работ химиком-экспериментатором невозможно без знания техники проведения основных операций. Поэтому необходимо изучить и освоить наиболее часто применяемые в лаборатории органической химии операции: нагревание, охлаждение, растворение, высушивание, измельчение, перемешивание и др. Их правильное выполнение необходимо и для обеспечения безопасных условий труда.

I.3.1 НАГРЕВАНИЕ

Одним из условий протекания химических реакций в заданном направлении является строгое соблюдение определенного температурного режима.

Основные органические реакции не ионные и протекают медленно, поэтому часто их проводят при нагревании, что способствует увеличению скорости реакции - скорость реакции при нагревании на 100С увеличивается в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа).

Для нагревания используют различные горелки, электронагревательные приборы, водяной пар и др. Выбор нагревательного прибора проводят с учетом свойств растворителя, реагирующих веществ и температуры, при которой должна проводиться реакция.

Горелки бывают газовыми или жидкостными (спиртовыми) (рис. 1.14). Для быстрого нагревания до относительно высоких температур (≈5000С) применяют газовые горелки Бунзена и Теклу. Эти горелки представляют собой закрепленную на металлической подставке металлическую трубку, в нижней части которой имеются отверстия с приспособлениями для регулировки подачи воздуха. Спиртовая горелка представляет собой резервуар из толстостенного стекла, через горлышко которого тянут нитяной фитиль или ватный тампон. Горлышко накрывается металлическим или притертым стеклянным колпачком.

Рис.1.14. Горелки: а) спиртовая, б) газовая Бунзена, в) газовая Теклу

Наиболее широко применяются электронагревательные приборы - колбонагреватели, плитки, сушильные шкафы, муфельные, тигельные, шахтные печи и бани. При использовании для нагревания электрических плиток и горелок может происходить местный перегрев и частичное разложение органических веществ. Для увеличения равномерности нагрева свыше 1000С применяют асбестовые сетки, электроколбонагреватели из стекловолокна с вплетенными электрическими спиралями (рис. 1.15). Во избежание перегрева реакционной смеси пламя горелки не должно выходить за пределы кружка асбеста на сетке.

При работе с взрывоопасными, легковоспламеняющимися веществами (эфир, ацетон, бензол и др.), для предотвращения местного перегревания применяют разного рода нагревательные бани. Теплопроводящей средой в нагревательных банях служат воздух, песок, вода, органические жидкости, металлы, расплавы солей и др. Выбирая определенный тип бани, учитывают свойства реакционной смеси, температурный режим, соблюдение которого необходимо в течение длительного времени. Уровень нагреваемого вещества в посуде должен соответствовать уровню теплоносителя бани.

Для незначительного увеличения равномерности нагрева используют воздушные бани - воронка Бабо с газовой горелкой (рис. 1.16). Максимальная температура, достигаемая при использовании воздушной бани с электрическим обогревом, составляет 2500С.

Рис. 1.15. Электроколбонагреватель Рис. 1.16. Воронка Бабо

Большой тепловой инерцией обладают песчаные бани, снабженные электрическими или газовыми горелками, позволяют поддерживать температуру до 4000С. Посуду с веществами помещают на глубину 2-5 см в предварительно прокаленный от органических примесей, просеянный песок.

Если в эксперименте необходимо поддерживать температуру, не превышающую 1000С, используют кипящие водяные бани. Емкость с огнеопасными веществами постепенно погружают в предварительно нагретую водную баню, устранив источники нагревания. С помощью термометра контролируют температуру смеси и, в случае необходимости, меняют остывшую воду на горячую. Водяные бани нельзя использовать при проведении эксперимента с металлическим калием или натрием. При перегонке легколетучих, горючих веществ (петролейный эфир, диэтиловый эфир и др.) применяют паровые бани.

Масляные бани имеют относительно большую тепловую инерцию и используются для нагревания в интервале 100-2500С. Максимально достигаемая температура зависит от вида теплоносителя (глицерин - до 2000С, парафин - до 2200С). Следует помнить, что при попадании воды нагретые масла пенятся и разбрызгиваются, поэтому на нижний конец обратного холодильника надевают манжету из фильтровальной бумаги. Для предотвращения воспламенения паров теплоносителя при перегреве баню помещают в вытяжной шкаф, прикрывают асбестовым картоном или добавляют в баню холодное масло. Ни в коем случае нельзя тушить водой, песком!

Температура измеряется термометром, помещенным в баню на уровне дна реакционной колбы, термометр не должен касаться колбы, дна и стенок бани.

Металлические бани используют для нагревания в интервале 200-4000С, более интенсивное повышение температуры вызывает быстрое окисление поверхности металла. В качестве теплоносителя используют легкоплавкие сплавы Вуда (Bi:Pb:Sn = 4:2:1) с tпл = 710С, Розе (Bi:Pb:Sn = 9:1:1) с tпл = 940С. Термометр и сосуды помещают после расплавления и извлекают до затвердения теплоносителей.

Для длительного поддержания температуры в заданном интервале используют термостаты (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Термостаты: а) ультратермостат УТ-15, б) микротермостат МТ-0.3

Следует помнить, что местный перегрев жидкостей выше их температуры кипения может привести к взрыву. Чтобы этого избежать, в холодную жидкость погружают запаянные с одной стороны длинные стеклянные капилляры открытым концом вниз или помещают мелкие кусочки обожженного неглазурованного фарфора, кирпича, так называемые «кипятильники». Нагреваясь, они выделяют мелкие пузырьки воздуха, которые обеспечивают перемешивание и способствуют равномерному кипению. «Кипятильники» используются одноразово, так как при охлаждении жидкость заполняет их поры.

I.3.2 ОХЛАЖДЕНИЕ

При проведении многих химических работ иногда возникает необходимость в охлаждении реакционной смеси. Эта операция используется для ускорения кристаллизации, разделения продуктов с различной растворимостью и т.п. В экзотермических реакциях выделение значительного количества тепла может привести к перегреву реакционной смеси, а, следовательно, стать причиной низкого выхода конечного продукта. В этих случаях необходимо снижение температуры. Количество отводимого тепла и требуемая температура определяют выбор охлаждающего вещества.

Простым дешевым и теплоемким агентом служит вода. Реакционный сосуд охлаждают под струей проточной воды, или периодически погружая в холодную воду. Циркулирующая холодная вода используется для охлаждения и конденсации паров в рубашках холодильников. При повышении температуры паров свыше 1500С не следует применять водяные холодильники, так как вследствие резкого перепада температур возможно растрескивание стекла.

Для охлаждения до 00С используется измельченный лед. Более эффективное охлаждающее действие оказывает смесь, состоящая изо льда и небольшого количества воды, так как достигается больший контакт со стенками колбы или пробирки. Если присутствие воды не мешает протеканию реакции, удобно поддерживать низкую температуру, добавляя кусочки льда непосредственно в реакционную смесь

Использование специальных смесей (табл. 1.1), которыми заполняют охлаждающие бани, позволяет достигнуть температуру, близкую к 00С и ниже.

Таблица 1.1.

Охлаждающие смеси

Компоненты смесиКоличественное соотношениеМинимальная температура, 0СH2O, CH3COONa100:85-4,7H2O, NH4Cl100:30-5,1H2O, NaNO3100:75-5,3H2O, Na2S2O3.5H2O100:110-8,0H2O, CaCl2100:250-8,0Лед (снег), CaCl2.6H2O100:41-9,0Лед (снег), Na2S2O3.5H2O100:67,5-11,0H2O, NH4Cl, NH4NO3100:33:33-12,4H2O, CaCl2.6H2O100:250-12,4H2O, NH4NO3100:60-13,6Лед (снег), КСl100:30-15,8Лед (снег), NH4NO3100:60-17,3H2O, NH4SCN100:133-18,0Лед (снег), NaNO3100:59-18,5Лед (снег), NaСl (техн.)100:33-20,0H2O, NH4Cl, NH4NO3100:100:100-25,0Лед (снег), KСl (техн.)100:100-30,0Лед (снег), конц. НСl (охл. до 00С)100:100-37,0Лед (снег), NaСl (техн.)100:125-40,3Лед (снег), CaCl2.6H2O100:143-55,0

Добавлением твердого оксида углерода (IV) («сухой лед») к отдельным растворителям (ацетон, эфир и т.д.) достигается снижение температуры ниже -700С.

При необходимости длительного охлаждения используют холодильные шкафы. Чтобы избежать коррозии металла при контакте со смесью агрессивных паров и конденсированной влагой, предупредить взрыв паров органических растворителей, сосуды в холодильнике плотно укупоривают.

I.3.3 ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ

Измельчение - разрушение твердых тел с образованием частиц материала. Измельчение используется для выполнения многих операций: при получении однородной массы твердых веществ, при экстрагировании, отборе средней пробы и т.д. Одним из решающих факторов, определяющим скорость гетерогенной реакции, является площадь поверхности твердой фазы и возможность контакта ее с жидкой средой. Измельчение увеличивает реакционную способность соединений.

Основными характеристиками процесса измельчения являются изменение дисперсности и степень измельчения.

Степень измельчения - отношение среднего размера кусков исходного материала к среднему размеру частиц измельченного материала.

В зависимости от цели измельчения выделяют дробление (получение кускового продукта необходимой крупности) и помол (увеличение дисперсности твердого материала, придание частицам определенной формы). В зависимости от размеров измельченного продукта выделяют грубое (300-100 мм), среднее (100-25 мм), мелкое (25-1 мм) дробление и грубый (1000-500 мкм), средний (500-100 мкм), тонкий (100-40 мкм), сверхтонкий (менее 40 мкм) помол.

Твердые вещества измельчают вручную или механически. Выбор способа и средств измельчения определяется механическими и химическими свойствами обрабатываемого материала, требуемой степенью дисперсности. Для непосредственного химического воздействия желательно тонкое и сверхтонкое измельчение. Материалы для экстракции и перегонки с водяным паром могут ограничиться грубым измельчением.

Измельчение проводят в ступках (рис. 1.18), изготовленных из различных материалов. Для измельчения кусков или крупных кристаллов веществ применяются металлические ступки. Вещества, менее твердые, чем фосфор, измельчают в приспособлениях из фарфора. Для изготовления аналитических образцов применяют агатовые ступки, так как минерал обладает большой твердостью, мало истирается и не засоряет измельчаемое вещество. Размер ступки выбирают в соответствии с количеством рабочего материала, который не должен занимать более 1/3 ее объема. Измельчение проводят вращательными движениями, время от времени очищая части ступки и пестика шпателем и собирая вещество к центру. Вещества целесообразнее обрабатывать небольшими порциями. Если материал размазывается и налипает, перед измельчением его смешивают с оксидом кремния (IV), битым стеклом, пемзой.

Рис. 1.18. Ступки: а) агатовая, б) для измельчения пылящих и ядовитых веществ.

С пылящими и ядовитыми веществами работают в вытяжном шкафу, используя специальные ступки с пылезащитными приспособлениями или закрывая обычную ступку полиэтиленом с отверстием для пестика.

В лабораториях для измельчения веществ также используют механические истиратели, дробилки, мельницы и гомогенизаторы.

Следует помнить, что измельчение веществ повышает их химическую активность, поэтому не исключается возможность взрыва. В целях безопасности перед обработкой больших количеств неизвестных веществ необходимо на небольшой пробе убедиться, что возможность взрыва исключена.

I.3.4 ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

Перемешивание - способ получения однородных смесей. Данная операция для твердых сыпучих веществ определяется термином смешение, для жидких - перемешивание.

Перемешивание выполняется вручную и механически. Операция осуществляется с помощью перемешивающего устройства или встряхиванием. Периодическое встряхивание используется, если применение мешалок затруднено, если в процессе операции не проводят добавление веществ, охлаждение, нагревание. При значительном выделении газов и паров встряхивание не применяют.

Агрегатное состояние перемешиваемых веществ определяет выбор метода и аппаратуры для его осуществления. При работе с малыми количествами твердых и жидких веществ в быстропротекающих реакциях иногда достаточно перемешивания вручную в химическом стакане с помощью стеклянной палочки или встряхивания сосуда. Колбы вращают, придерживая за горло, закрытые сосуды многократно переворачивают. Следует помнить, что в сосудах с низкокипящими жидкостями при перемешивании повышается давление, поэтому пробки в них необходимо придерживать.

Работая с вязкими жидкостями, с большими количествами веществ или проводя реакцию в течение длительного времени, используют механическое перемешивание. Операция может проводиться посредством магнитных, вибрационных мешалок, а также мешалок, вращающихся электроприводом.

В нормальных условиях (при атмосферном давлении, температуре окружающей среды, в присутствии влаги воздуха) перемешивание ведут в открытых широкогорлых сосудах, толсто- или тонкостенных стаканах, колбах для титрования, широкогорлых пробирках, в специальных колбах. Эта посуда позволяет одновременно использовать мешалки, термометры, капельные воронки и др.

Механическое перемешивание эффективно проводится с помощью стеклянных мешалок (рис. 1.19), которые легко изготовить из толстых палочек или трубок диаметром 4-10 мм. Им придают различную конфигурацию в зависимости от формы, величины сосуда и ширины его горловины.

В зависимости от способа перемешивания используют различные типы мешалок (рис. 1.20).

В открытые цилиндрические, широкогорлые сосуды помещают более эффективные плоские, пропеллерные или винтовые мешалки.

Рис. 1.19. Стеклянные мешалки Рис. 1.20. Мешалки

Для узкогорлой посуды используют мешалки со стеклянными или фторопластовыми лопастями, которые под действием центробежных сил откидываются наружу. Они не пригодны для интенсивного перемешивания. При больших скоростях мешалки такого типа могут легко сломаться и разбить реакционные сосуды.

Пропеллерные и центробежные мешалки не пригодны для тяжелых, твердых веществ (например, для расплавленного натрия). В этих случаях удобно использовать мешалку Гершберга со стеклянным стержнем и проволочными лопастями (d=1-2 мм), которая легко вставляется через узкое горло реакционного сосуда. Ее лопасти при работе принимают очертания колбы, легко скользят по стенкам, не оставляя царапин. Для работы с веществами, прилипающими к стенкам узкогорлых колб, применяют скребковидные мешалки, однако их нельзя использовать при одновременном введении в колбу термометра.

Перемешивание в больших объемах осуществляется с помощью металлических лопастных и центробежных мешалок.

Работая в глубоком вакууме и с небольшими объемами маловязких веществ (при экстракции жидкости жидкостью, электролизе, титровании), удобно использовать магнитные мешалки (рис.1.21). Они состоят из мотора с вращающимся магнитом и помещенного в реакционный сосуд стержня. Под влиянием магнитного поля, создаваемого ротором электродвигателя, стержень приходит в движение. Магнитные мешалки можно комбинировать с плоскими электронагревателями, но следует учитывать невысокую стабильность магнитов при нагревании. Достоинства этого типа мешалок - возможность использования аппаратуры без специальной подготовки, помещения перемешивающего стержня в закрытые аппараты (запаянные сосуды).

Рис.1.21. Магнитная мешалка

Для перемешивания жидкостей с газами, для несмешивающихся жидкостей устанавливают вибрационные мешалки, в которых мембрана со стеклянной или стальной пластинкой приводится в движение переменным электромагнитным полем. Этот способ эффективен для образования тонких эмульсий.

При проведении многих требующих перемешивания реакций возникает необходимость предотвращения утечки летучих веществ, поддержания повышенного или пониженного давления, изолирования содержимого сосуда от внешней среды (проникновения воздуха и водяных паров). Герметичность обеспечивается уплотнителями или специальными устройствами - затворами, а надежная работа уплотнителей зависит, в свою очередь, от подачи смазывающей жидкости (воды, масла, глицерина и др.)

Чтобы обеспечить равномерную, бесшумную работу мешалок, необходимо фиксировать положение их оси. Используемые для крепления штативы должны быть достаточно неподвижны, а стержень мешалки при вращении не должен колебаться.

Перед началом работы, прокручивая мешалку вручную, необходимо убедиться, насколько легко она вращается, не задевает ли стенок реактора, термометра и других деталей прибора.

Получение однородной массы твердых сыпучих твердых материалов из отдельных веществ путем их смешения может осуществляться одновременно с химическими превращениями, с измельчением, нагреванием, охлаждением, увлажнением. В промышленных условиях для этого используются специальные аппараты периодического и непрерывного действия.

При смешивании нескольких твердых веществ, необходимо, чтобы они имели, по возможности, наиболее мелкие, одинаковые по размеру частицы.

В лабораторных условиях измельченные вещества можно насыпать на середину квадратного листа и смешать перекатыванием, приподнимая поочередно его концы. Хорошо смешиваются твердые вещества при многократном просеивании через сита, диаметр отверстий которых превышает диаметр рабочих частиц в 2-3 раза. Смешение может проводиться и путем многократного пересыпания веществ из одного сосуда в другой, при этом емкости наполняются смешиваемыми веществами не более чем на половину объема.

Все приборы, предназначенные для измельчения (ступки, мельницы и др.), могут использоваться и для смешения.

I.3.5 ВЫСУШИВАНИЕ

В органической химии проведение некоторых реакций возможно лишь при отсутствии влаги, поэтому необходимо предварительное высушивание исходных веществ. Высушивание - процесс освобождения вещества независимо от его агрегатного состояния от примеси жидкости. Высушивание может проводиться физическими и химическими способами.

Физический способ заключается в пропускании через высушиваемое вещество сухого газа (воздуха), нагревания или выдерживания его в вакууме, охлаждения и т.д. При химическом способе используют высушивающие реагенты. Выбор способа высушивания определяется природой вещества, его агрегатным состоянием, количеством жидкой примеси и требуемой степенью осушения (табл. 1.2). Высушивание никогда не бывает абсолютным и зависит от температуры и осушающего средства.

Высушивание газов производят путем пропускания их либо через слой водопоглощающей жидкости (обычно через концентрированную серную кислоту), налитой в промывную склянку Дрекселя (рис. 1.22), либо через слой гранулированного осушителя, помещенного в специальную колонку или U-образную трубку. Эффективным способом высушивания воздуха или газов является сильное охлаждение. При пропускании тока через ловушку, охлаждаемую смесью ацетона с сухим льдом или жидким азотом, происходит вымораживание воды, которая осаждается на поверхности ловушки.

Таблица 1.2.

Наиболее распространенные осушители и их применение

ОсушительОсушаемые веществаВещества, для которых применение недопустимоР2О5Газы нейтральные и кислые, ацетилен, сероуглерод, углеводороды и их галогенопроизводные, растворы кислотОснования, спирты, простые эфиры, хлороводород, фтороводородСаН2Благородные газы, углеводороды, простые и сложные эфиры, кетоны, тетрахлорметан, диметисульфоксид, ацетонитрилВещества кислотного характера, спирты, аммиак, нитросоединенияСаО (натронная известь)Газы нейтральные и основные, амины, спирты, простые эфирыАльдегиды, кетоны, вещества кислого характераNa метал.Простые эфиры, углеводороды, третичные аминыХлорпроизводные углеводо-родов, спирты и вещества, реагирующие с натриемконц. H2SO4Газы нейтрального и кислого характераНенасыщенные соединения, спирты, кетоны, основания, сероводород, йодоводородNaOH, KOHАммиак, амины, простые эфиры, углеводородыАльдегиды, кетоны, вещества кислого характерабезвод. K2CO3Ацетон, аминыВещества кислого характераСаС12Парафиновые углеводороды, олефины, ацетон, простые эфиры, нейтральные газы, хлороводородСпирты, аммиак, аминыбезвод. Na2SO4, MgSO4Сложные эфиры, растворы веществ, чувствительные к различным воздействиямСпирты, аммиак, альдегиды, кетоныСилика-гельРазличные веществаФтороводород

Рис. 1.22. Высушивание газов: 1) склянка Дрекселя, 2) колонка с твердым осушителем, 3) U-образная трубка, 4) охлаждаемые ловушки: а) охлаждающая жидкость, б) сосуд Дьюара

Высушивание жидкостей обычно осуществляется с помощью непосредственного контакта с тем или иным осушителем. Твердый осушитель помещают в колбу, в которой находится высушиваемая органическая жидкость. Следует отметить, что применение слишком большого количества осушителя может привести к потере вещества в результате ее сорбции.

Высушивание твердых веществ производится простейшим способом, который заключается в следующем: высушиваемое вещества помещают тонким слоем на лист чистой фильтровальной бумаги и оставляют при комнатной температуре. Высушивание ускоряется, если его проводить при нагревании, например, в сушильном шкафу. Небольшие количества твердых веществ сушат в обычных или вакуумных эксикаторах, которые представляют собой толстостенные сосуды с притертой шлифованной крышкой. Шлифованные поверхности крышки и самого эксикатора должны быть смазаны. Осушитель находится в нижней части эксикатора, а высушиваемые вещества в бюксах или чашках Петри размещают на фарфоровые перегородки. Вакуумный эксикатор отличается от обычного тем, что в его крышке есть кран для подключения к вакууму. Эксикаторы применяют только для работы при комнатной температуре, их нельзя нагревать.

4 СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ ВЕЩЕСТВ

I.4.1 ФИЛЬТРОВАНИЕ

Простейшим способом отделения жидкости от находящихся в ней частиц твердого вещества является декантация - сливание жидкости с отстоявшего осадка. Однако таким способом трудно отделить полностью жидкую фазу от твердой. Этого можно достичь фильтрованием - пропускание жидкости с осадком через фильтрующий материал. Существуют различные фильтрующие материалы и различные способы фильтрования.

Наиболее распространенным фильтрующим материалом в лаборатории является фильтровальная бумага. Из нее изготавливают бумажные фильтры. Размер фильтра определяется массой осадка, а не объемом фильтруемой жидкости. Отфильтрованный осадок должен занимать не более половины объема фильтра. Перед началом работы фильтр смачивают тем растворителем, который предстоит фильтровать. Во время фильтрования уровень жидкости должен быть немного ниже верхнего края бумажного фильтра.

Простой фильтр изготавливают из квадратного кусочка фильтровальной бумаги (рис. 1.23.) Фильтр должен плотно прилегать к внутренней поверхности стеклянной воронки. Складчатый фильтр имеет большую фильтрующую поверхность, фильтрование через него идет быстрее. Если в растворе содержаться сильные кислоты или другие органические вещества, разрушающие бумагу, для фильтрования используют стеклянные тигли с пористым стеклянным дном или стеклянные воронки с впаянными в них пористыми стеклянными пластинками. Стеклянные фильтры в соответствии с размером пор имеют номер: чем больше номер фильтра, тем меньше сечение пор и тем более мелкие осадки можно на нем фильтровать.

В лаборатории применяют несколько способов фильтрования: простое, в вакууме, горячее.

Рис. 1.23. Фильтры: Рис. 1.24. Простое фильтрование

) изготовление простого фильтра, 2) изготовление складчатого фильтра, 3) фильтрующий тигель с пористой пластинкой, 4) воронки со стеклянной пористой пластинкой

Простое фильтрование сводится к использованию стеклянной воронки с вложенным в нее бумажным фильтром (рис. 1.24). Воронку вставляют в кольцо, под нее ставят стакан или плоскодонную колбу для сбора отфильтрованной жидкости (фильтрата). Носик воронки должен быть немного опущен в приемник и касаться его стенки. Фильтруемую жидкость переносят на фильтр по стеклянной палочке.

Для ускорения и более полного отделения осадка от фильтрата прибегают к фильтрованию в вакууме. В плоскодонную толстостенную колбу Бунзена с помощью резиновой пробки вставляют фарфоровую воронку Бюхнера (рис. 1.25), имеющую плоскую дырчатую перегородку, на которую кладут бумажный фильтр. Фильтр вырезают по размеру дна воронки. Вакуум создают водоструйным насосом. При ослаблении напора в водопроводной сети вода из насоса может попасть в прибор. Во избежание этого устанавливают предохранительную склянку.

Рис. 1.25. Фильтрование а) в вакууме: 1) колба Бунзена, 2) воронка Бюхнера; б) малых количеств веществ

При проведении фильтрования в вакууме необходимо соблюдать определенные правила: 1) подключение водоструйного насоса и присоединение его к системе, 2) смачивание фильтра небольшим количеством того растворителя, который предполагается фильтровать, 3) внесение фильтрующей жидкости. Собранный на фильтр осадок отжимают стеклянной пробкой, пока из воронки не перестанет капать маточный раствор. Если при фильтровании возникает свистящий звук, то это указывает на неплотно положенный или прорвавшийся фильтр, в этом случае фильтр следует заменить. Если осадок на воронке Бюхнера требуется промыть, то с помощью трехходового крана сначала соединяют колбу Бюнзена с атмосферой, затем осадок пропитывают промывающей жидкостью и фильтруют, вновь подключив вакуум. После окончания фильтрования сначала отключают всю систему от вакуума, затем выключают водоструйный насос.

Горячие растворы обычно фильтруются быстрее, чем холодные, так как нагретая жидкость имеет меньшую вязкость. Горячее фильтрование проводят в стеклянных воронках, обогреваемых снаружи тем или иным способом (рис. 1.26). Простейший способ, наиболее применимый для фильтрования водных растворов, состоит в использовании воронки с укороченным хвостом, которую помещают в стакан без носика с диаметром несколько меньшим, чем верхний край воронки. На дно стакана наливают немного воды, а воронку закрывают часовым стеклом. Воду в стакане доводят до кипения. Когда пары воды нагреют воронку, часовое стекло снимают и в воронку наливают горячую фильтруемую смесь. В течение всего процесса фильтрования раствор в стакане поддерживают в состоянии слабого кипения.

1)2)

Рис. 1.26. Воронки для 1) горячего фильтрования: а) с паровым обогревом, б) с обогревом горячей водой, в) с электрическим обогревом; 2) фильтрования при охлаждении

I.4.2 КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Кристаллизация является одним из наиболее важных методов очистки и выделения твердых веществ в лабораторных и промышленных условиях. Метод основан на процессе образования кристаллов из расплава, раствора или газовой фазы. Но получаемое в результате кристаллизации вещество не всегда бывает достаточно чистым, поэтому полученный продукт подвергают дальнейшей очистке, которая называется перекристаллизацией. Загрязненное вещество при нагревании растворяют в подходящем растворителе и получают насыщенный раствор. Горячий раствор фильтруют, освобождая от нерастворимых примесей, затем фильтрат охлаждают. При охлаждении насыщенного раствора растворимость веществ уменьшается. Часть растворенного вещества выпадает в виде осадка, который содержит меньше примесей, чем исходное вещество. Метод применим для веществ, у которых растворимость существенно возрастает с повышением температуры.

Результат кристаллизации зависит в большей степени от выбора растворителя (таб. 1.3). Очищаемое вещество должно плохо растворяться в выбранном растворителе на холоде и хорошо - при его температуре кипения. Загрязняющие примеси должны трудно растворяться либо быть нерастворимыми в данном растворителе. Растворитель не должен вступать с растворяемым веществом в реакцию. Он должен обусловливать образование устойчивых кристаллов и легко удаляться с поверхности кристаллов при отмывании и высушивании.

Таблица 1.3.

Растворители, применяемые при перекристаллизации

СвойстваКласс соединенийРастворители ГидрофобныеУглеводороды, галогенопроизводные углеводородов, простые эфирыУглеводороды, эфир, галогенопроизводные углеводородовАмины, сложные эфиры, нитросоединенияСложные эфирыНитрилы, кетоны, альдегидыСпирты, диоксан, уксусная кислотаФенолы, амины, спирты, карбоновые кислоты, сульфокислотыСпирт, водаГидрофильныеСолиВода

Когда растворитель подобран, вещество нагревают с ним до кипения, соблюдая все меры предосторожности. Сначала растворитель берут в меньшем количестве, чем необходимо для полного растворения вещества, а затем через обратный холодильник добавляют его небольшими порциями (рис. 1.27).

Рис. 1.27. Прибор для кристаллизации:

) колба, 2) обратный холодильник, 3) баня, 4) кипятильники

При необходимости раствор обесцвечивают, добавляя адсорбент (измельченный активированный уголь, мелко изорванную фильтровальную бумагу). Перед добавлением адсорбентов раствор следует немного охладить, так как эти вещества могут усилить процесс кипения, что приведет к энергичному выбросу из колбы. Смесь растворенного вещества с адсорбентом вновь нагревают до кипения и фильтруют в горячем виде, используя коническую воронку и складчатый фильтр. Колбу с фильтратом оставляют охлаждаться. Постепенно из фильтрата выпадают кристаллы исследуемого вещества. Медленное охлаждение фильтрата позволяет получить крупные кристаллы, быстрое - мелкие.

Твердые органические вещества при отгонке растворителей могут выделяться в виде маслянистых жидкостей, что затрудняет их кристаллизацию. Этого можно избежать путем внесения нескольких чистых кристаллов кристаллизуемого вещества. Трение стеклянной палочкой о стенки сосуда также облегчает процесс кристаллизации.

ПРАКТИКУМ

Опыт 1. ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ

Р е а к т и в ы: бензойная кислота, вода

В коническую колбу емкостью 100 мл помещают 1 г бензойной кислоты и 50 мл воды. Смесь нагревают до кипения - бензойная кислота полностью растворяется. Горячий раствор быстро фильтруют через складчатый фильтр и фильтрат поровну разливают в две колбы. Содержимое одной колбы быстро охлаждают под струей водопроводной воды или во льду и встряхивают. Бензойная кислота выпадает в виде мелких кристаллов.

Раствор в другой колбе выдерживают при комнатной температуре в течение 20-25 минут. Происходит медленная кристаллизация и образуются блестящие крупные пластинчатые кристаллы бензойной кислоты. Полученные кристаллы отфильтровывают и высушивают. Т.пл.=1220С.

Опыт 2. ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ АЦЕТАНИЛИДА

В СПИРТОВОМ РАСТВОРЕ

Р е а к т и в ы: ацетанилид, этиловый спирт

В колбу помещают 1 г ацетанилида и 5 мл этилового спирта. Содержимое колбы, постоянно встряхивая, нагревают на горячей водяной бане до начала кипения смеси, достигая полного растворения ацетанилида. Половину полученного спиртового раствора отливают в пробирку и охлаждают ее. К оставшейся части горячего раствора при встряхивании добавляют теплую воду (12-15 мл) до появления слабой мути, после чего раствор слегка подогревают до просветления и дают ему остыть. При охлаждении спиртового раствора осадок ацетанилида не образуется, в то времы как из водно-спиртового раствора при легком встряхивании выделяются кристаллы.

Растворимость ацетанилида в воде гораздо меньше, чем в спирте. Добавление воды к спиртовому раствору понижает растворимость ацетанилида, чем достигается насыщенность горячего раствора, при охлаждении которого наблюдается образование обильного кристаллического осадка. Т.пл.=1140С.

I.4.3 ВОЗГОНКА

Возгонкой (сублимация) называется процесс испарения твердого вещества с последующей конденсацией его паров непосредственно в твердое вещество, минуя жидкую фазу. Возгонку применяют для очистки тех органических веществ, кристаллизация которых затруднена.

Для возгонки небольшого количества вещества при атмосферном давлении его помещают в фарфоровую чашку и накрывают кружочком фильтровальной бумаги с мелкими отверстиями, проделанными иглой. Сверху помещают опрокинутую стеклянную воронку, носик которой плотно закрывают ватным тампоном (рис. 1.28). Чашку осторожно нагревают. Пары возгоняющегося вещества проходят через отверстия на фильтре и конденсируются на внутренних стенках воронки. Перегородка защищает кристаллы чистого вещества от падения в зону нагрева.

Рис. 1.28. Приборы для возгонки: а) при атмосферном давлении, б) в вакууме

Скорость возгонки обратно пропорциональна внешнему давлению. Для увеличения скорости процесса можно повышать температуру, пропускать над веществом слабый ток воздуха или понижать давление. Проведение возгонки под вакуумом позволяет также понизить температуру, что очень важно в случае разлагающихся веществ. Как и при любом испарении, скорость возгонки пропорциональна площади испаряемой поверхности, поэтому вещество перед возгонкой необходимо тщательно измельчить и не допускать его плавления.

Недостатками возгонки являются относительно большая длительность процесса и ограниченность применения. Однако данный метод чистки выгодно отличается от перекристаллизации отсутствием контакта вещества с растворителем и высоким конечным выходом.

ПРАКТИКУМ

Опыт 3. ОЧИСТКА НАФТАЛИНА И АНТРАХИНОНА МЕТОДОМ СУБЛИМАЦИИ

Р е а к т и в ы: нафталин, антрахинон

В фарфоровую чашку помещают нафталин (антрахинон), собирают систему для возгонки. После сублимации наблюдают выпадение кристаллов очищенного нафталина (антрахинона) на фильтровальной бумаге. Т.пл.=80,30С.

I.4.4 ПЕРЕГОНКА

Перегонка - это процесс разделения многокомпонентных жидких смесей на отдельные, отличающиеся по составу фракции. С помощью перегонки осуществляют очистку и разделение летучих веществ, как правило, жидкостей. Перегонка применима лишь тогда, когда перегоняемое вещество устойчиво при температуре кипения.

В зависимости от условий проведения процесса различают простую, фракционную перегонку, перегонку с водяным паром и под вакуумом.

Простая перегонка эффективна в тех случаях, когда температуры кипения входящих в состав смеси веществ существенно различаются (не менее чем на 800С). Типичный прибор для простой перегонки при атмосферном давлении состоит из круглодонной длинногорлой колбы с отводом (колба Вюрца), прямого холодильника, аллонжа и колбы-приемника (рис.1.29).

Рис. 1.29. Прибор для простой перегонки жидких веществ:

) горелка Бунзена, 2) кольцо с зажимом и асбестовой сеткой, 3) перегонная колба (колба Вюрца), 4) лапка с зажимом, 5) термометр, 6) штативы, 7) холодильник Либиха, 8) аллонж, 9) приемная колба

В горло колбы Вюрца вставляют термометр таким образом, чтобы ртутный шарик термометра находился на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки колбы Вюрца. В зависимости от температуры кипения жидкости используют водяной (до 110-1200С) или воздушный (выше 1200С) холодильники.

Жидкость, подлежащую перегонке, вносят в колбу Вюрца через воронку, носик которой должен быть ниже отвода колбы Вюрца. При этом перегонную колбу заполняют не более чем на 2/3 объема. Чтобы не возникло перегрева и жидкость кипела равномерно, в перегонную колбу вносят так называемые «кипятильники» - небольшие кусочки неглазурованной тарелки или капилляры, опущенные открытым концом вниз.

Выбор нагревательного прибора зависит от температуры кипения перегоняемой жидкости, ее горючести и взрывоопасности. Для равномерного нагревания лучше всего помещать перегонную колбу в соответствующую баню. Перегонку ведут с такой скоростью, чтобы в течении секунды в приемник стекало не более двух капель перегонной жидкости (дистиллята). Перегонку нельзя проводить досуха, В колбе всегда должно оставаться не менее 2-3 мл жидкости.

В течение всей перегонки индивидуального вещества температура паров должна оставаться постоянной. Если в ходе перегонки температура поднимается, значит, перегоняется смесь веществ. В начальный момент перегонки температура обычно бывает ниже ожидаемой. Это может быть связано либо с инерцией ртутного термометра, либо с тем, что в первый момент отгоняются более летучие примеси. Поэтому первые порции дистиллята (до достижения постоянной температуры перегонки) собирают отдельно и выбрасывают. После того, как температура установилась, собирают основную фракцию вещества. Как только температура вновь начинает возрастать, приемник меняют для сбора другой фракции.

Температура кипения вещества зависит от давления. Если перегонку вести при остаточном давлении, то температура кипения перегоняемого вещества будет отличаться от справочной. В связи с этим нужно всегда фиксировать величину атмосферного давления, при котором производят перегонку.

Фракционная перегонка служит для разделения смешивающихся жидкостей, кипящих при различной температуре.

Фракционную перегонку проводят в приборе, принципиально одинаковом с прибором для простой перегонки, но снабженном дефлегматором (рис. 1.30).

Рис. 1.30. Прибор для фракционной перегонки:

) перегонная колба, 2) дефлегматор, 3) термометр, 4) холодильник, 5) аллонж с хлоркальциевой трубкой, 6) приемник

Получаемый конденсат паров собирают в виде нескольких фракций. Чем больше число фракций, тем эффективнее окажется разделение. В каждой из полученных фракций содержится смесь веществ, но первые фракции обогащены более летучим компонентом, а последние - менее летучим.

Для повышения эффективности разделения смеси и, следовательно, уменьшения числа повторных перегонок, используют дефлегматоры. Сущность действия дефлегматора состоит в том, что при прохождении по нему паров происходит их охлаждение на стенках дефлегматора м частичная конденсация, в первую очередь более высококипящего компонента. Конденсирующие пары в виде жидкости (флегмы) стекают обратно в перегонную колбу (отсюда и возникло название дефлегматора). Процесс повторяется многократно и это обеспечивает высокую эффективность разделения.

Для исключения контакта перегнанного вещества с влагой воздуха служит аллонж с тубусом (отводной трубкой). Аллонж герметично соединен с колбой-приемником, а тубус - с хлоркальциевой трубкой. Хлоркальциевые трубки предотвращают попадание паров влаги во внутреннее пространство прибора, обеспечивая при этом сообщение с атмосферой.

Перегонка с водяным паром основана на том, что высококипящие не смешивающиеся или мало смешивающиеся с водой вещества при пропускании через них водяного пара улетучиваются и вместе конденсируются в холодильнике. Собранный в приемник дистиллят в виде двух слоев несмешивающихся жидкостей разделяют затем в делительной воронке. С помощью перегонки с водяным паром удается перегнать при температуре 1000С вещества, кипящие существенно выше (табл. 1.4).

Таблица 1.4.

Некоторые вещества, перегоняемые с водяным паром

ВеществоТ.кип., 0ССодержание вещества в дистилляте, %Чистое веществоСмесь вещества с водяным паромФенол182,098,620,6Анилин184,498,523,1о-Крезол190,198,819,3Нитробензол210,999,315,3Нафталин218,299,314,4Бромбензол156,295,561.0

С водяным паром можно перегонять органические вещества, которые практически не смешиваются с водой или ограниченно смешиваются с нею при температуре кипения, но химически не взаимодействуют.

Перегонку с водяным паром проводят в приборе, состоящем из парообразователя, перегонной колбы, холодильника и приемника (рис. 1.31).

Рис. 1.31. Прибор для перегонки с водяным паром:

) парообразователь, 2) перегонная колба, 3) холодильник, 4) аллонж, 5) приемник

Парообразователь представляет собой металлический сосуд, снабженный водомерным стеклом и предохранительной трубкой. Трубка должна доходить почти до дна и служит для выравнивания давления. Перегонку начинают с того, что воду в парообразователе доводят до кипения и, перекрыв зажим на тройнике, направляют струю пара в перегонную колбу. Пар проходит через перегоняемую смесь и, увлекая за собой перегоняемый компонент смеси, поступает в холодильник и далее в виде конденсата в приемник. Обычно перегонную колбу также нагревают, чтобы в ней не конденсировался водяной пар. Перегонку ведут до тех пор, пока дистиллят не перестанет разделяться на две фазы. Когда будет перегоняться только вода, открывают зажим на тройнике и лишь после этого прекращают нагревание парообразователя.

Очистка органических веществ путем перегонки с паром часто дает лучшие результаты, чем обычная перегонка. Особенно она эффективна в тех случаях, когда очистке подлежит продукт, сильно загрязненный смолистыми веществами.

Когда для снижения опасности разложения перегоняемого вещества необходимо понизить температуру кипения, целесообразно проводить перегонку в вакууме. Для приблизительной оценки температуры кипения вещества в вакууме руководствуются следующим правилом: при уменьшении внешнего давления вдвое температура кипения вещества понижается на 15-200С.

Прибор для перегонки в вакууме (рис. 1.32) отличается от прибора для простой перегонки тем, что в качестве перегонной колбы используется колба с насадкой Кляйзена, снабженная капилляром с очень маленьким внутренним диаметром. Через этот капилляр в вакуумированную систему тонкой струйкой, пробулькивая через жидкость в перегонной колбе, поступает воздух, и таким образом капилляр выполняет ту же роль, что и кипятильники при простой перегонке. Капилляр должен доходить практически до самого дна колбы. Сверху на него надевают кусок резинового вакуумного шланга со вставленной тонкой проволочкой, снабженный винтовым зажимом Гофмана для тонкой регулировки скорости прохождения через него пузырьков воздуха.

Отбор фракций при фракционной вакуумной перегонке производят с помощью специальных аллонжей различных конструкций, называемых «пауками». «Паук» позволяет менять приемник, не отключая систему от вакуума. В систему для вакуумной перегонки обязательно входят предохранительная склянка и манометр. Если собирается прибор на шлифах, все они должны быть предварительно смазаны вакуумной смазкой. Перегоняемое вещество помещают в колбу Кляйзена, соединяют систему с вакуумом и проверяют герметичность системы с помощью манометра.

Рис. 1.32. Прибор для перегонки в вакууме:

) перегонная колба, 2) капилляр, 3) термометр, 4) холодильник, 5) аллонж («паук»), 7) предохранительная склянка, 8) манометр

По достижении нужного вакуума начинают нагревание колбы. В ходе перегонки необходимо следить за температурой и давлением. По окончании перегонки сначала удаляют источник нагрева, колбе дают немного охладиться и лишь после этого медленно соединяют прибор с атмосферой. Для этого сначала полностью открывают зажим Гофмана на капилляре, затем открывают трехходовой кран и только тогда выключают насос. Осторожно открывая кран манометра, медленно впускают в него воздух.

ПРАКТИКУМ

Опыт 4. ПРОСТАЯ ПЕРЕГОНКА ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Р е а к т и в ы: ацетон, хлороформ, дихлорэтан, бензол

Собирают прибор для простой перегонки (рис.1.29) и проводят перегонку одну из ниже приведенных жидкостей: ацетон (560С), хлороформ (610С), дихлорэтан (83,70С), бензол (800С).

Опыт 5. ФРАКЦИОННАЯ ПЕРЕГОНКА ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Р е а к т и в ы: смеси анилин-хлороформ, хлороформ-ксилол, бензол-ксилол

Собирают прибор для фракционной перегонки (рис.1.30) и проводят перегонку одной из нижеприведенных смесей: смеси анилин (1840С)-хлороформ (610С), хлороформ (610С)-м-ксилол (1390С), бензол (800С)-м-ксилол (1390С).

Опыт 6. ПЕРЕГОНКА ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С ВОДЯНЫМ ПАРОМ

Р е а к т и в ы: анилин

Собирают прибор для перегонки с водяным паром (рис.1.31) и проводят перегонку анилина. Анилин отделяют от воды с помощью делительной воронки, сушат над хлористым кальцием, сливают с хлористого кальция в сухую склянку и перегоняют методом простой перегонки.

I.5 Важнейшие физические константы

Каждое органическое вещество характеризуется постоянными физическими свойствами в определенных условиях (температура и давление).

В химической литературе чаще всего приводятся следующие физические свойства: температура плавления (Т.пл.), температура кипения (Т.кип.), показатель преломления, удельное вращение, плотность, вязкость, УФ-, ИК-, ПМР-спектры.

Определив важнейшие физические константы неизвестного соединения и сравнив их с литературными данными, можно идентифицировать неизвестное вещество (установить структуру) и доказать его чистоту.

I.5.1 ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ

Термином «температура плавления» обозначают диапозон температур, в котором происходит превращение твердого вещества в жидкое. Начальная температура плавления - та температура, при которой появляется первая жидкая капля. Конечная температура плавления - та, при которой все твердое вещество переходит в жидкое. Разность между конечной и начальной температурой плавления должна быть не более 10С. Для чистых органических веществ температура плавления должна быть четкой.

Для определения температуры плавления небольшое количество исследуемого вещества растирают в ступке и помещают в капилляр, запаянный с одного конца, постукивая открытым концом, набирают в него немного вещества и бросают запаянным концом вниз в длинную стеклянную трубку, вертикально стоящую на жесткой поверхности, для перевода вещества к запаянному концу. Капилляр, наполненный веществом, прикрепляют с помощью резинового кольца к термометру таким образом, чтобы вещество находилось на уровне середины шарика термометра. Термометр с одним или несколькими капиллярами укрепляют в чистой сухой пробирке с помощью пробки, имеющей вырез напротив шкалы термометра (рис. 1.33). Он не должен соприкасаться со стенками пробирки, а его резервуар должен находиться выше дна пробирки на 0,5-1 см.

Рис. 1.33. Прибор для определения температуры плавления:

) круглодонная колба, 2) капилляр с веществом, 3) пробирка, 4) отростки для удерживания пробирки, 5) отверстие, 6) пробка с термометром

Пробирку с термометром укрепляют вертикально в лапке штатива и подводят под нее на кольце с сеткой стакан (колбу) с вазелиновым маслом. Уровень жидкости должен быть выше резервуара термометра, а пробирка должна находиться на расстоянии не меньше чем 0,5-1 см от дна стакана (колбы). Собранный прибор медленно нагревают, внимательно следя за повышением температуры и состоянием вещества в капилляре. Наблюдая за веществом в капилляре, отмечают и записывают изменение окраски, разложение, слипание, спекание и т.п. Когда столбик вещества начинает заметно сжиматься и «мокнуть», нагревание прекращают. Началом плавления считают появление первой капли в капилляре, а окончанием - исчезновение последних кристаллов.

Некоторые органические вещества не имеют характерной точки перехода из твердого состояния в жидкое и при быстром и сильном нагревании обугливаются, улетучиваются. К числу таких веществ относится ацетилсалициловая кислота (аспирин), температура плавления которой определяется по иному. Наполняют капилляр, как обычно, растертым порошком исследуемого вещества, прикрепляют к термометру, но в прибор помещают термометр без вещества. Когда температура достигнет 123-1250С. вносят в прибор термометр с капилляром и продолжают, как обычно, определение температуры плавления.

ПРАКТИКУМ

Опыт 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Р е а к т и в ы: салол, нафталин, ацетанилид, бензойная кислота, аспирин

Собирается прибор для определения температуры плавления (рис.1.33.) и определяют температуру плавления следующих веществ: салол (420С), нафталин (80,30С), ацетанилид (1140С), бензойная кислота (1220С), аспирин (1350С). Полученные данные сравнивают со справочными данными.

I.5.2 ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ

Температура кипения - это температура, при которой происходит переход вещества из жидкого агрегатного состояния в газообразное. Температуру кипения исследуемого вещества можно определить двумя способами: 1) путем его перегонки, 2) микрометодом по Сиволобову.

Для выполнения первого способа определения температуры кипения собирают прибор для простой перегонки (рис. 1.30) и проводят перегонку исследуемого вещества. При попадании в приемник первой капли отгона отмечают температуру и условно считают ее температурой начала кипения. Чистое вещество перегоняется практически полностью в пределах 1-20С. Следует помнить, что для соединений с Т.кип.<1500С используют водяной холодильник, при Т.кип.>1500С водяной холодильник заменяют воздушным (стеклянная трубка такой же длины).

Для определения температуры кипения малого количества жидкости используют микрометод Сиволобова. Каплю жидкости помещают в запаянную с одного конца тонкостенную стеклянную трубку диаметром 2,5-3 мм. В нее открытым концом опускают капилляр, который в верхней части на расстоянии 1 см от открытого конца запаян. Прикрепляют трубку к термометру (рис. 1.34) и нагревают в приборе для определения температуры плавления.

Рис. 1.34. Прибор Сиволобова

Как только исследуемая жидкость в капилляре нагреется до температуры, чуть выше температуры ее кипения, из капилляра непрерывно начнут выходить пузырьки. Для точного установления температуры кипения дальнейшее нагревание прекращают и отмечают ту температуру, при которой прекратится выделение пузырьков.

ПРАКТИКУМ

Опыт 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Р е а к т и в ы: хлороформ, дихлорэтан

Определяют температуру кипения хлороформа, дихлорэтана методом простой перегонки и микрометодом Сиволобова.

  1. МЕТОДЫ УСТАНОВЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Существует два основных метода установления строения органических соединений. Если исследуемое вещество ранее изучено, то для доказательства его структуры определяют физические константы и спектральные характеристики, которые сравнивают с литературными данными. Если же органическое соединение получено впервые, сначала его подвергают качественному и количественному элементному анализу, а затем определяют молекулярную массу.

На основании молекулярной массы и данных элементного анализа устанавливают молекулярную формулу вещества. Определяют структуру углеродного скелета, природу и положение атомов в пространстве. Для этих целей используют химические и физические методы. На основании полученных данных выводят структурную или стереохимическую формулу.

II.1 КАЧЕСТВЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Качественный элементный анализ - это совокупность методов, позволяющих установить, из каких элементов состоит органическое соединение. Для определения элементного состава органическое вещество подвергают разрушению, переводят в простое неорганическое путем полного сжигания, окисления или минерализации (сплавлением со щелочными металлами), которое затем исследуют аналитическими методами.

ПРАКТИКУМ

Опыт 9. ОБНАРУЖЕНИЕ УГЛЕРОДА

Р е а к т и в ы: сахароза, хлорид натрия, концентрированная серная кислота

На кончик скальпеля или металлического шпателя помещают несколько кристалликов сахарозы (или любое другое органическое вещество) и осторожно нагревают в пламени горелки. Сахароза расплавляется, темнеет, обугливается и полностью сгорает. Для сравнения подобный опыт проводится с хлористым натрием. Хлористый натрий, внесенный на кончике скальпеля в пламя горелки, даже при длительном нагревании не претерпевает никаких изменений.

Небольшое количество тонкорастертого порошка сахарозы помещают в фарфоровую чашку и добавляют несколько капель концентрированной серной кислоты - происходит потемнение белого порошка, обугливание.

Данные опыты подтверждают, что сахароза содержит углерод, то есть является органическим веществом, легко изменяющимся при нагревании и под действием концентрированной серной кислоты.

Опыт 10. ОБНАРУЖЕНИЕ УГЛЕРОДА И ВОДОРОДА

Р е а к т и в ы: глюкоза, оксид меди (II), безводный сульфат меди (II), баритова вода

Метод основан на реакции окисления органического вещества порошком оксида меди (II). В результате окисления углерод, входящий в состав анализируемого вещества, образует углекислый газ, а водород - воду. Качественно углерод определяют по образованию белого осадка карбоната бария при взаимодействии углекислого газа с баритовой водой. Водород обнаруживают по образованию кристаллогидрата СuSO4 . 5H2O синего цвета.

В пробирку помещают порошок оксида меди (II) на высоту 10 мм, добавляют равное количество органического вещества и тщательно перемешивают. В верхнюю часть пробирки помещают небольшой комочек ваты, на который тонким слоем насыпают белый порошок безводного сульфата меди (II). Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой так, чтобы один её конец почти касался ваты, а второй - погружают во вторую пробирку с 1 мл баритовой воды. Осторожно нагревают в пламени горелки сначала верхний слой смеси вещества с оксидом меди (II), затем - нижний. При наличии углерода наблюдают помутнение баритовой воды, обусловленное образованием осадка карбоната бария. После появления осадка пробирку 3 удаляют, а пробирку 1 продолжают нагревать до тех пор, пока пары воды не достигнут безводного сульфата меди (II). В присутствии воды наблюдают изменение окраски кристаллов сульфата меди (II) вследствие образования кристаллогидрата СuSO4 . 5H2O.

С6Н12О6 + СuО ¾® Сu + СО2 + H2O

СuSO4 + Н2O ¾® СuSO4. 5Н2O

Ва(ОН)2 + СО2 ¾® ВаСО3 + H2O

Опыт 11. ОБНАРУЖЕНИЕ ГАЛОГЕНОВ

А. Реакция Бейльштейна

Р е а к т и в ы: хлороформ, медная проволка

Метод обнаружения галогенов (хлор, бром, йод) в органических соединениях основан на способности оксида меди (II) при высокой температуре разлагать галогеносодержащие органические соединения с образованием галогенидов меди (II):

CuO ¾® CuHal2 + CO2 + H2O

Медную проволочку предварительно очищают: смачивают в соляной кислоте и прокаливают в пламени горелки до исчезновения окрашивания пламени. Медь при этом покрывается черным налетом окиси. После охлаждения проволочки небольшое количество испытуемого вещества помещают на кончик проволочки, свернутый в виде петли, и вносят в пламя горелки. При наличии галогена пламя окрашивается в красивый зеленый цвет.

Б. Метод А.В.Степанова

Р е а к т и в ы: хлороформ, этиловый спирт, металлический натрий,

% раствор нитрата серебра

Метод основан на переводе ковалентносвязанного галогена в составе органического соединения в ионное состояние действием металлического натрия в спиртовом растворе.

В пробирку помещают 4 капли хлороформа, 2-3 мл этанола и кусочек металлического натрия (2х2 мм). Реакционная смесь начинает бурно кипеть (выделение водорода), после чего пробирку помещают в стакан с водой для охлаждения.

С2H5OH + Na ¾® C2H5ONa + H­+ 2H ¾® CH4 + HCl

По окончании выделения пузырьков водорода проверяют, полностью ли прореагировал металлический натрий, для чего добавляют 3-5 капель этанола. Убедившись в отсутствии натрия, приливают 3-4 мл воды и подкисляют 20%-ным раствором азотной кислоты до кислой среды по лакмусу. При последующем добавлении 1-2 капель 1%-ного раствора нитрата серебра наблюдают появление обильного осадка xлорида серебра:

Ag+ ¾® AgCl¯

Быстрота и полнота отщепления атома галогена в этих условиях объясняется одновременным воздействием на хлороформ алкоголята натрия и водорода в момент выделения.

С2H5ONa + Н2О ¾® C2H5OН + NaОН

NaОН + HCl ¾® NaCl + H2О

NaОН + НNО3 ¾® NaNО3 + H2О

NaCl + AgNО3 ¾® AgCl + NaNО3

В. Открытие галогена разрушением органического вещества сожжением

Р е а к т и в ы: хлороформ, 1% раствор нитрата серебра

Галогены обнаруживают в виде галогенид-ионов по образованию хлопьевидных осадков серебра галогенидов различного цвета: хлорид серебра - белый, темнеющий на свету осадок; бромид серебра - бледно-желтый; йодид серебра - интенсивно-желтый.

Полоску фильтровальной бумаги смачивают хлороформом и зажигают под перевернутым большим стаканом. После сгорания бумаги на внутренних стенках стакана появляются росинки воды. Стакан переворачивают и приливают несколько капель 1%-ного раствора нитрата серебра. Образование мути или белого творожистого осадка указывает на присутствие галогена в исследуемом хлороформе.

CHCl3 + О ¾® CО2 + Н2О + HCl

НCl + AgNО3 ¾® AgCl + НNО3

Опыт 12. ОБНАРУЖЕНИЕ АЗОТА

Р е а к т и в ы: мочевина, металлический натрий, 5% раствор сульфата железа, 1% раствор хлорида железа, 8% раствор соляной кислоты, этиловый спирт.

Азот качественно обнаруживают по образованию берлинской лазури - Fe43 - синее окрашивание.

Опыт проводят в вытяжном шкафу за стеклом или в предохранительных очках, выполняя приведенные ниже указания. При неосторожном обращении с металлическим натрием может произойти несчастный случай.

Несколько кристалликов испытуемого вещества мочевины помещают в сухую пробирку, туда же вносят маленький кусочек металлического натрия, хорошо очищенного от окисленного слоя. Осторожно нагревают пробирку на пламени горелки, держа её в деревянном зажиме и следя за тем, чтобы натрий плавился вмeстe с веществом; отверстие пробирки направляют от себя. Через некоторое время может произойти вспышка. Пробирку продолжают нагревать до получения однородного сплава, затем её охлаждают и добавляют несколько капель спирта для удаления остатков металлического натрия, который реагирует со спиртом по уравнению:

H5ОH + Na C2H5ONа + Н2

В пробирку приливают 1-2 мл воды и нагревают до растворения, к части раствора прибавляют 2-3 капли свежеприготовленного раствора сульфата железа, каплю хлорида железа и подкисляют соляной кислотой (для нейтрализации образующейся в растворе щелочи). При наличии в испытуемом веществе азота появляется синий осадок берлинской лазури:

NCONH2 + Na NaCN+ FeSO4 Na2SO4 + Fe(CN)2(CN)2 + NaCN Na4Fe(CN)6Fe(CN)6 + FeCl3 Fe43

Опыт 13. ОБНАРУЖЕНИЕ СЕРЫ

Р е а к т и в ы: сульфаниловая кислота, металлический натрий, ацетат свинца, 1% раствор нитропруссида натрия, 8% раствор соляной кислоты, этиловый спирт

Серу качественно обнаруживают по образованию темно-коричневого осадка сульфида свинца (II), а также красно-фиолетового комплекса с раствором нитропруссида натрия.

В сухую пробирку помещают небольшое количество серосодержащего органического вещества - сульфаниловой кислоты и небольшой кусочек металлического натрия. Разрушение вещества сплавлением с металлическим натрием производят так, как и при определении азота. Если полученный paствор темнеет, его отфильтровывают от частичек угля. Раствор делят на три части.

Для обнаружения иона S2- одну часть раствора подкисляют соляной кислотой - ощущается характерный запах сероводорода:

Н2NС6Н4SО3Н + Na Na2SS + HCl H2S­ + NaCl

Ко второй части раствора приливают раствор ацетата свинца, подкисляют - выпадает черный осадок PbS или коричневая муть:

РЬ (СН3СОО)2 + Na2S PbS¯ + 2СНзСООNа

К третьей части раствора прибавляют несколько капель свежеприготовленного раствора нитропруссида натрия. Наблюдают появление красно-фиолетовой окраски, обусловленное образованием комплексной соли:

Na2S + Nа2 Nа4

  1. ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ, СВОЙСТВА И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

III.1 КЛАССИФИКАЦИЯ, ИЗОМЕРИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

В середине IX века с интенсивным развитием в области органической химии возникла необходимость определения новой теории. В 1861 году на Международном съезде естествоиспытателей и врачей в Шпейере А.М.Бутлеровым была предложена новая теория строения органических веществ, положения которой заключаются в следующем:

1.Атомы в органических соединениях связаны друг с другом в строгой последовательности, согласно их валентности. Последовательность связывания атомов в молекуле называется химическим строением.

2.Химические свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав молекулы, но и от того, в какой последовательности они связаны между собой, т.е. от химического строения молекулы.

.Атомы в органических соединениях оказывают взаимное влияние друг на друга, от чего зависит реакционная способность молекулы.

.Изучив реакционную способность вещества, можно установить его строение и, наоборот, по строению вещества судить о его свойствах.

Одними из классифицированных признаков органических соединений являются строение углеродного скелета и природа функциональных групп. По первому признаку органические вещества подразделяются следующим образом:

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

АЦИКЛИЧЕСКИЕ ЦИКЛИЧЕСКИЕ

КАРБОЦИКЛИЧЕСКИЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ

АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ

Функциональные группы - это атомы или группы атомов неуглеводородного характера, которые, являясь заместителями в углеводородной цепи, определяют химические свойства молекул.

По природе функциональной группы различают разнообразные классы органических соединений, основные которых приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Классификация органических соединений по природе функциональных групп.

Название классаФункциональная группаОбщая формула классаГалогенопроизводные углеводородов-F, -Cl, -Br, -IR-HalСпирты, фенолы-OHR-OHТиоспирты, тиофенолы-SHR-SHПростые эфиры-ORR-O-RАльдегиды-CH=OR-CH=OКетоны>C=OR2C=OКарбоновые кислоты-COOHR-COOHСульфокислоты-SO3HR-SO3HСложные эфиры-COORR-COOR¢Амиды-CONH2R-CONH2Нитрилы-CºNR-CºNНитросоединения-NO2R-NO2Амины-NH2R-NH2

По количеству и однородности функциональных групп органические соединения делят на монофункциональные, полифункциональные и гетерофункциональные. Монофункциональные органические соединения содержат одну функциональную группу, полифункциональные - несколько одинаковых, гетерофункциональные - несколько различных групп.

Номенклатура органических соединений складывалась на протяжении всего периода развития органической химии. В историческом аспекте следует выделить основные номенклатурные системы: тривиальную, рациональную и международную.

Тривиальные названия случайные, они отражают способы получения веществ, их отличительные свойства или природный источник, из которого соединения впервые выделялись, например, пирагаллол - продукт пиролиза галловой кислоты, флуоресцеин - флуоресцирует. Многие тривиальные названия органических соединений прочно укрепились и до сих пор общепризнанны, особенно в химии природных и гетероциклических соединений.

Согласно рациональной номенклатуре все вещества в определенном гомологическом ряду рассматриваются как производные простейшего представителя данного ряда, в частности у алканов - метана, у алкенов - этилена, у ацетиленов - ацетилена и т.д. Однако в связи с усложнением химических структур данная номенклатура оказалось непригодной, поэтому на XIX конгрессе Международного союза теоретической и прикладной химии в 1957 году были разработаны правила современной номенклатуры, известной под названием «номенклатура ИЮПАК».

Номенклатура ИЮПАК предусматривает несколько вариантов названий органических соединений: заместительный и радикало-функциональный.

При названии алканов по заместительной номенклатуре ИЮПАК придерживаются следующих правил:

1.За основу названия принимают название углеводорода, которому отвечает наиболее длинная неразветвленная цепь (главная углеродная цепь). Если в углеводороде имеется несколько цепей одинаковой длины, за главную из них принимается та, которая имеет наибольшее число разветвлений.

2.Нумеруют атомы углерода главной цепи с того конца, к которому ближе находится заместитель, если в молекуле алкана заместители расположены на равном расстоянии от обоих концов, то нумерацию проводят с того конца, к которому ближе расположен заместитель с названием, стоящим в алфавитном порядке раньше. Если же на равном расстоянии от обоих концов главной цепи расположены одинаковые заместители, но с одной стороны количество разветвлений больше, чем с другой, нумерацию начинают с того конца, где большее число заместителей.

CH3-CH-CH-CH2-C-CH2-CH2-CH32,5-диметил-5-этил-3-изопропилоктан

CH3 CH2-CH3

Многообразие органических соединений обусловлено явлением изомерии.

Изомеры - соединения с одинаковым элементным составом, молекулярной массой, но отличающиеся строением.

Различают следующие виды изомерий:

ИЗОМЕРИЯ

СТРУКТУРНАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ

(изомерия строения) (стереоизомерия)

ЦЕПИ ПОЛОЖЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП

КОНФИГУРАЦИОННАЯ КОНФОРМАЦИОННАЯ

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИЧЕСКАЯ

Например:

Изомеры цепи

СН3-СН2-СН2-СН3 и СН3-СН-СН3

н-бутан СН3 2-метилпропан (изобутан)

Изомеры положения

СН2=СН-СН2-СН3 и СН3-СН=СН-СН3

бутен-1 бутен-2

3.изомеры по функциональной группе

бутаналь метилэтилкетон

4.геометрические изомеры бутена-2

цис-бутен-2 транс-бутен-2

5.конформационные изомеры пропана

заслоненная заторможенная


1.Назовите основные способы изображения органических молекул. Напишите структурные и сокращенные формулы следующих соединений: а) н-бутан, б) циклопентан, в) пропен, г) этанол, д) уксусная кислота.

2.Назовите основные преимущества структурных формул в сравнении с молекулярными (брутто-) формулами. Напишите все возможные структурные формулы соединений, брутто-формула которых: а) С4Н8, б) С3Н8О, в) С3Н7С1.

.Назовите приведенные соединения.

а) Н3С-С=СН-СН2-СН3 б) Н3С-СН-СООН

ïï

в) H3C-CH-CH2-CH2-COOH г) H3C-C-CH2-CH2Br

ïïï

д) СН3-СН2-С = С-СН3 е) Н2С=СH-СºС-СН3

Н3С СН2-СН3

4.Назовите основные номенклатурные системы органических соединений и укажите, по какой из них образованы названия следующих соединений: а) н-гептан, б) тетраметилметан, в) этиловый спирт, г) глицерин, д) уксусная кислота, е) пентанол-2, к) пропановая кислота. Напишите их стуктурные формулы.

5.Напишите структурные формулы и укажите первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода в следующих соединениях: а) 3-метилпентан, б) 2,2,4,4-тетраметилгексан, в) этилциклогексан, г) 2-метил-2-фенилбутан.

.Напишите структурные формулы следующих соединений: а) 2,2,4-триметилпентан, б) 2-хлорпропен, в) 3-бромгексан, г) 2-метил-3-хлор-3-этилгексан, д) 2-метилбутен-2, е) метилацетилен.

.Назовите соединения по заместительной номенклатуре ИЮПАК и рациональной номенклатуре:

СН2-СН3 СН3

ïï

а) СН3-СН-СН-СН3 б) СН3-СН2-СН-СН2-СН-СН3

ïï

СН3 СН2-СН3

Н3С-Н2С СН3 СН3

ïïï

в) СН3-СН-СН-С-СН3 г) СН3-СН2-СН-СН-СН3

ïïï

СН3 СН-СН3 Н3С-СН-СН3

8.Дайте определение понятий «изомерия», «структурные изомеры», «стереоизомеры», «конформационные изомеры», «геометрические изомеры» и «оптические изомеры».

9.Напишите структурные формулы и назовите изомеры состава С6Н14.

.С помощью проекционных формул Ньюмена изобразите заслоненные и заторможенные конформации н-бутана, возникающие в результате вращения вокруг С1-С2, С2-С3-связей. Укажите анти- и гош-конформации.

.Используя проекционные формулы Ньюмена, приведите конформационные изомеры: а) 2-хлорэтанола, 2) 2-аминоэтанола, в) 1,2-дибромэтана, г) этиленгликоля. Укажите энергетически более стабильные конформеры.

Назовите соединения, соответствующие приведенным формулам Ньюмена:

а) б) в)

III.2 ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ АТОМОВ В ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ

В органических соединениях различают четыре основных типа химических связей: ковалентную, ионную, водородную, донорно-акцепторную.

Связь, образованная за счет общих электронных пар, называется ковалентной связью. Она образуется между атомами, равными или близкими по электроотрицательности и является основным типом химической связи в органических соединениях. Связь, образованная между атомами с одинаковой электроотрицательностью, называется ковалентной неполярной, и связь, образованная между атомами с незначительной разницей в электроотрицательности, называется ковалентной полярной.

Ионная связь образуется между атомами, которые значительно отличаются по электроотрицательности. В результате образуются противоположно заряженные ионы, которые электростатически притягиваются друг к другу.

СН3СОО- Na+ ионная связь

Донорно-акцепторная связь представляет собой разновидность ковалентной связи и отличается от последней только способом образования. Если ковалентная связь образуется путем обобществления пары электронов по одному от каждого атома, то донорно-акцепторная - за счет двух электронов, предоставляемых одним из атомов. При этом поставляющий пару электронов в общее пользование, называют донором, а атом принимающий электроны, - акцептором.

Например:

Н N: + Н+ Н N Н

H донор акцептор Н

Частным случаем донорно-акцепторной связи является семиполярная связь. Она образуется при взаимодействии атомов, имеющих неподеленные электронные пары (доноры), с электронейтральными частицами, которые содержат секстет электронов (акцепторы).

Водородная связь образуется в результате электростатического взаимодействия между активными атомами водорода в молекуле и атомами с неподеленной электронной парой (О, N, F) в этой же или в другой молекуле.

N ¬H ··· N- -N ¬ H···O <

водородная связь

Энергия водородной связи (10-40 кДж/моль) невелика по сравнению с энергией ковалентной связи (340-360 кДж/моль). Различают внутримолекулярные и межмолекулярные водородные связи. Внутримолекулярные водородные связи возникают в пределах одной молекулы с образованием пяти-, шести- или семичленных хелатообразных структур (1). Межмолекулярные водородные связи возникают между двумя или несколькими молекулами с образованием димеров (2) или ассоциатов (3).

Для атома углерода характерны три вида гибридизации с участием s- и р-орбиталей: sр3-, sр2-, sр-. sр3-гибридизация характерна для алканов, sр2- для алкенов, sр- для алкинов.

В органических соединениях различают два вида электронных смещений: индуктивный эффект и мезомерный эффект.

Cмещение электронной плотности по цепи s-связей называется индуктивным эффектом (I), а по системе p-связей - мезомерным эффектом (М).

Индуктивный эффект проявляется всегда при наличии в молекуле атомов с различной электроотрицательностью, распространяется только в одном направлении и затухает через 3-4 s-связи. Бывает положительным (+I) и отрицательным (-I).

СН3 СН2 СН2 Сl (-I) СН2 =СН СН3 (+I)

Мезомерный эффект проявляется лишь в том случае, когда заместитель включен в сопряженную систему молекулы. Различают р,p-сопряжение (=-. .) и p,p-сопряжение (= - =).

СН2=СН Сl: СН2=СН СH= O СН2=СН СН2 Cl

(+М) (-М) (М=0)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Сформулируйте основные положения теории химического строения органических молекул А.М.Бутлерова.

2.Укажите типы химических связей в следующих соединениях:

тринитроглицерин этанол

ацетонитрил натрий γ-оксибутират

метиламмоний йодид винил ацетилен

Приведите электронные формулы атомов углерода, азота и кислорода. Объясните, почему углерод в органических соединениях четырехвалентный.

Какие виды гибридизации возможны для атома углерода в органических соединениях? Изобразите атомно-орбитальные модели в молекулах этана, этилена и ацетилена. Как изменяется электроотрицательность атома углерода в зависимости от гибридизации?

Определите гибридизацию атома углерода в исходных соединениях и конечных продуктах реакции:

6.Индуктивный эффект. Покажите графически проявление индуктивного эффекта заместителей в следующих органических соединениях, указав электродонорные и электроакцепторные заместители:

а) СН3-СН2-С1 б) СН3-СН2-СООН в) СН2=СН-СºСН

г) СН3-С(О)Н д) СН3-СН=СН2 е) СН3-СºN

7.Сопряженные системы с открытой и замкнутой цепью. Определите виды сопряжения и покажите распределение электронной плотности в молекулах следующих соединений:

а) СН3-СН=СН2 б) СН2=СН-СН=СН2 в) СН2=СН-С1

г) СН3-СН=СН-СООН д) С6Н5ОН е) С6Н5-С1

8.Мезомерный эффект. Совместное проявление индуктивного и мезомерного эффектов заместителей. Укажите индуктивные и мезомерный эффекты в следующих соединениях:

9.Какие свойства - электронодонорные или электроноакцепторные - проявляют функциональные группы в молекуле 3-метоксипропаналя?

10.Напишите транс-изомер коричной кислоты (С6Н5-СН=СН-СООН) определите сопряженную систему, вид и знак электронных эффектов карбоксильной группы.

.Укажите вид и знак электронных эффектов для следующих соединений: хлоропрен, 4-гидроксибутановая кислота, 2-этоксибутан, этоксибензол (фенетол), метоксибензол (анизола), анилин, 2-гидроксибензойная кислота, бензальдегид, бензиловый спирт, хлорбензол, бензилхлорид, аллилхлорид, винилхлорид, кротоновая кислота, бутановая кислота.

Проявляют ли одинаковые функциональные группы одни и те же электронные эффекты в молекулах 2-аминоэтансульфоновой кислоты (таурина) и п-аминобензолсульфоновой (сульфаниловой) кислоты?

Приведите пространственное расположение орбиталей в молекуле пропилена, пропина и пропана. Укажите количество s-, p-, sp3-, sp2-, sp-орбиталей

III.3 АЛКАНЫ. ЦИКЛОАЛКАНЫ

Алканами или предельными углеводородами называют углеводороды алифатического ряда, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой только простыми ковалентными связями.

Состав их выражается общей формулой СnH2n+2. Родоначальником гомологического ряда является метан. Каждый член этого ряда отличается от последующего на звено СН2. Окончание -ан является характерным для алканов.

Все атомы углерода в алканах находятся в sp3-гибридизации и имеют тетраэдрическую форму.

Называют алканы с разветвленной углеродной цепью согласно заместительной номенклатуре ИЮПАК и рациональной.

Для алканов характерна структурная и оптическая изомерия. Структурная изомерия алканов обусловлена разной последовательностью связывания атомов углерода в молекуле (изомерия цепи). Начиная с углеводорода С7Н16, для алканов возможна оптическая изомерия. Например, 3-метилгексан

СН3-СН2-СН-СН2-СН2-СН3

имеет ассиметрический атом углерода и существует в виде двух энантиомеров (зеркальных изомеров):

ïï

СН3-СН2 СН2-СН2-СН3 СН3-СН2-СН2 СН2-СН3

R-3-метилгексан S-3-метилгексан

Главными природными источниками алканов являются нефть и природный газ. Для получения из нефти смеси алканов и других углеводородов ее подвергают фракционной перегонке. Существуют и синтетические способы их получения: а) каталитическое гидрирование оксида углерода (II) (синтез Фишера-Тропша), б) каталитическое гидрирование алкенов и алкинов, в) взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца), г) сплавление солей карбоновых кислот со щелочами.

В обычных условиях алканы являются малореакционноспособными соединениями. Они устойчивы к действию кислот, щелочей и окислителей. Химические превращения алканов чаще сопровождаются гомолитическим расщеплением связей С-Н с последующим замещением атома водорода другими атомами или группами, т.е. для них характерны реакции замещения, происходящие по радикальному механизму (SR). При высоких температурах может наблюдаться гомолитический разрыв связей С-С.

Циклоалканами называют циклические углеводороды, в которых все углеродные атомы, образующие цикл, находятся в sp3-гибридизованном состоянии.

Циклоалканы классифицируют по размеру цикла, числу циклов и способу соединения циклов. В соответствии с правилами ИЮПАК названия моноциклических циклоалканов образуют от названий алканов с соответствующим количеством атомов углерода, прибавляя префикс цикло-.

Для циклоалканов характерна структурная, геометрическая и оптическая изомерия.

Такие циклоалканы, как циклопропан и циклогексан, а также их гомологи входят в состав некоторых видов нефти, из которых могут быть выделены в чистом виде. Наряду с этим для получения циклоалканов существует ряд синтетических методов: а) взаимодействие дигалогеналканов с металлическим натрием или цинком, б) пиролиз кальциевых солей дикарбоновых кислот, в) реакции циклоприсоединения.

Аналогично алканам в молекулах циклоалканов атомы углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации. Но если молекулы алканов обладают значительной гибкостью за счет свободного вращения вокруг углерод-углеродных связей, то молекулы циклоалканов, несмотря на возможные конформационные повороты, представляют собой в определенной степени жесткие образования.

В химическом отношении циклоалканы во многом ведут себя подобно алканам. Однако для них характерны не только реакции замещения, протекающие по радикальному механизму (SR) (для обычных циклов - пяти- и шестичленных), но и реакции присоединения в соответствии с правилом Марковникова по электрофильному механизму (АЕ) (для малых циклов - трех- и четырехчленных). Данное явление объясняется пространственным строением циклоалканов.

Алканы и циклоалканы широко используются в химической промышленности в качестве сырья для получения широкого спектра многих органических веществ, медицине, фармации при изготовлении лекарственных форм, в парфюмерно-косметической промышленности. Например, вазелин (смесь жидких и твердых алканов с числом углеродных атомов от 12 до 25) широко используется в фармации в качестве основы для приготовления мазей, циклопропан применяется в медицинской практике как средство для ингаляционного наркоза.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

  1. Напишите структурные формулы следующих соединений назовите их по рациональной номенклатуре: а) 2-метил-4-этилгексан, б) 2,2-диметил-пропан, в) 2,2,3-триметилпентан, г) 2,4-диметил-4-пропилгептан, д) 2,4-диметил-3-этилпентан.
  2. Напишите структурные формулы следующих углеводородов и назовите их по номенклатуре ИЮПАК: а) диизопропилметан, б) диметилэтилметан, в) метилдиэтилизопропилметан, г) втор-бутил-трет-бутилметан, д) метил-пропилметан.
  3. Назовите по систематической и рациональной номенклатуре следующие углеводороды:

СН2-СН3 СН3

ïï

а) СН3-СН-СН3 б) СН3-СН2-С-СН2-СН-СН3

ïï

СН3 СН2-СН3

СН3 СН3 СН3 СН2-СН3

ïïïï

в) СН3-СН-СН-С-СН3 г) СН3-СН-СН-СН3 д) СН3-С-СН3

ïïïï

Н3С СН-СН3 Н3С-СН-СН3 СН3-СН-СН3

  1. Напишите формулы структурных изомеров состава С6Н14, обозначте первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода. Назовите соединения по систематической номенклатуре.
  2. Какие углеводороды образуются при действии металлического натрия на смесь: а) йодистого метила и йодистого изопропила, б) йодистого этила и йодистого изобутила, в) бромистого пропила и бромистого втор-бутила, г) йодистого этила и йодистого пропила.
  3. Приведите возможные способы получения изопентана и напишите схемы его нитрования и сульфирования. Назовите продукты.
  4. В чем сущность крекинга и пиролиза нефтепродуктов?
  5. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить химические превращения: а) пропановая кислота → 2-нитробутан, б) пропан → 2,3-диметилбутан.
  6. Приведите схему реакции Коновалова для 2-метилбутана. В каких условиях протекает взаимодействие? Опишите механизм реакции.
  7. На примере циклопропана и циклогексана объясните общность и различие в реакционной способности циклоалканов. Напишите соответствующие уравнения реакций.
  8. Какие соединения образуются в результате бромирования следующих соединений: 2,2,4-триметилпентана, метилциклопропана и циклогексана? Приведите схемы реакций и назовите продукты реакций.
  9. Напишите схему реакции получения 1,3-диметилциклопентана из соответствующего дигалогеналкана, Назовите исходное соединение.
  10. Приведите схему получения 1-метил-4-этилциклогексана по реакции Дильса-Альдера.
  11. Какие виды напряжения существуют в органических молекулах? Какие виды напряжения имеют место в молекуле циклогексана, находящейся в конформации ванны?
  12. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие химические превращения:

SO2, Cl2, hv

NaOH Вr2, hv Na разб. HNO3,t,p

а) СН3-СН-СООNa 1 2 3 5

ï

CH3 Cl2, hv

HBr

H2, кат.

Zn 3

б) 1,3-дибром-2-метилпропан 1 Cl2, hv

Cl2