Методичка по органике

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Юго-Западный государственный университет»
(ЮЗГУ)
Кафедра фундаментальной химии и химической технологии
УТВЕРЖДАЮ
Первый проректор –
проректор по учебной работе
_________
О.Г.Локтионова
«_____» ____________2015 г.
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Методические указания по выполнению лабораторных работ
по курсу «Органическая химия» для студентов направления
подготовки бакалавров 260100.62 «Продукты питания из
растительного сырья», 260200 «Продукты питания животного
происхождения», 262200 «Конструирование изделий из легкой
промышленности»
Курск 2015
1
УДК 547.1
Составители: А.А. Корчевский.
Рецензент
Кандидат химических наук, доцент Н.А. Борщ
Органическая химия: методические указания по выполнению
лабораторных работ по курсу «органическая химия» / Юго-Зап.
гос. ун-т; сост.: А.А. Корчевский. Курск, 2015. … с.: ил. 2.
Библиогр.: .
В методических указаниях приведены методики малого лабораторного
практикума для изучения химии органических соединений и даны
необходимые указания по соблюдению техники безопасности.
Методические указания соответствуют требованиям программы,
утвержденной учебно-методическим объединением по курсу «Органическая
химия» для студентов направления подготовки бакалавров 260100.62
«Продукты питания из растительного сырья», 260200 «Продукты питания
животного происхождения», 262200 «Конструирование изделий из легкой
промышленности»
Текст печатается в авторской редакции
Подписано в печать
Формат 60х84 1/16.
Усл.печ.л. 1,6.
Уч.-изд.л. 1,5.
Тираж 50 экз. Заказ. Бесплатно.
Юго-Западный государственный университет.
305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.
2
Оглавление
Правила техники безопасности при работе в лаборатории
органического синтеза.……………...………………...……………….4
Лабораторная работа №1. Перекристаллизация щавелевой
кислоты………………………………………………….…………….10
Лабораторная работа №2. Алканы……………………………….….12
Лабораторная работа №3. Алкены………………..…………………15
Лабораторная работа №4. Алкины…………………………………..19
Лабораторная работа №5. Ароматические углеводороды……...….21
Лабораторная работа №6. Галогенпроизводные углеводородов….26
Лабораторная работа №7. Определение состава органических
соединений……………………………………………….…………...32
Лабораторная работа №8. Спирты……………………..……………38
Лабораторная работа №9. Фенолы…………………………………..41
Лабораторная работа №10. Альдегиды……..……………………....46
Лабораторная работа №11. Кетоны………………………………....50
Лабораторная работа №12. Карбоновые кислоты………………….53
Лабораторная работа №13. Сложные эфиры. Жиры……………….57
Лабораторная работа №14. Углеводы…………………………..…..60
Лабораторная работа №15. Амины………………………………….66
Лабораторная работа №16. Диазо- и азосоединения……………….71
Лабораторная работа №17. Аминокислоты………………………...73
3
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В
ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
1. Общие правила работы в лаборатории органического синтеза.
1) Во время работы в химической лаборатории соблюдайте
тишину, порядок, чистоту, рационально организуйте свою
деятельность, выполняйте все точно, аккуратно, быстро, но
без спешки.
2) Не приступайте к работе без разрешения преподавателя или
лаборанта.
3) Запрещается находиться в лаборатории одному.
4) Каждый учащийся должен работать на закрепленном за ним
месте.
5) Содержите рабочий стол в чистоте и не загромождайте его.
6) Экономьте газ, воду, электричество, реактивы.
7) Во время работы надевайте халат; имейте в лаборатории мыло,
полотенце.
8) Запрещается курить и принимать пищу в лаборатории.
9) При возникновении пожара, немедленно выключите газ и
электричество во всей лаборатории, уберите из помещения все
горючие вещества, засыпьте песком и прикройте одеялом очаг
пожара и сообщите дежурному пожарной охраны о
случившемся. Усвойте и соблюдайте правила пожарной
безопасности.
10)Уходя из лаборатории, проверьте, выключены ли газ, вода и
электричество.
11)Аккуратно и осторожно обращайтесь с химической посудой,
реактивами и приборами. Во избежание несчастных случаев
вследствие возможных выбросов реакционной смеси не
заглядывайте в пробирку или колбу сверху.
12)Не работайте с грязной посудой, не оставляйте ее немытой.
13)Не пускайте ни одного прибора без предварительной
проверки. Не оставляйте действующий прибор без присмотра.
14)Не выносите из лаборатории приборы, посуду и реактивы.
15)Не путайте пробки от склянок, содержащих разные реактивы,
во избежание загрязнения последних.
16)Работу с ядовитыми веществами проводите в вытяжном
шкафу.
4
17)Соблюдайте меры предосторожности при работе с
взрывоопасными и легковоспламеняющимися веществами.
18)Не выливайте в раковины остатки кислот, щелочей,
огнеопасных жидкостей и т.д. Сливайте эти вещества в
специальные склянки, помещенные в вытяжном шкафу. Не
бросайте в раковину бумагу, песок, другие твердые вещества.
19)Растворы, содержащие концентрированные кислоты и
щелочи, перед тем, как выливать в склянки, нейтрализуйте.
Остро пахнущие и ядовитые вещества должны быть
обезврежены химической обработкой или сожжены в
специально отведенном месте вне пределов лаборатории,
желательно на воздухе.
20)Работайте с кислотами и щелочами только на столах со
специальным покрытием.
21)Не оставляйте никаких веществ в посуде без этикеток.
22)При взвешивании сухих реактивов, не высыпайте их прямо на
чашку весов.
2. Меры предосторожности при работе в лаборатории
1.) Работа с ядовитыми веществами:
 Все работы с ядовитыми и горючими газами и парами
следует проводить в вытяжном шкафу.
 Не закрывать плотно дверцы вытяжного шкафа и оставлять
их на указанном преподавателем уровне.
 Не влезать в вытяжной шкаф с головой.
 Не разбирать прибор, пока из него под тягой не будет
вытеснен водой или воздухом ядовитый газ и пары.
 Работая с хлором, бромом и другими ядовитыми
веществами иметь наготове противогаз.
2.) Измельчение едких щелочей, натронной извести, йода,
хромпика, солей анилина проводить в вытяжном шкафу и
надевать защитные очки.
3.) При обращении с концентрированными кислотами, олеумом и
аммиаком следует соблюдать особые меры предосторожности:
 разливать указанные жидкости только через воронку и
под тягой;
 при разбавлении концентрированной серной кислоты
вливать кислоту порциями в воду и слегка перемешивать;
5
 не разбавлять олеум водой;
 при растворении концентрированной серной кислоты в
воде, при изготовлении хромовой смеси, при смешивании
концентрированной серной и азотной кислот можно
пользоваться тонкостенной химической посудой.
4.) Не вливать горячих жидкостей в толстостенную посуду и
приборы.
5.) Работать с бромом следует в вытяжном шкафу, при этом
необходимо:
 остерегаться вдыхать его пары, беречь глаза, руки;
 при наливании брома тщательно снимать каплю с края
горлышка склянки о край сосуда;
 при переливании больших количеств брома, надевать
резиновые перчатки.
6.) При работе с металлическим натрием необходимо соблюдать
особую осторожность:
 для защиты лица и головы следует применять очки и
экран из органического стекла;
 хранить натрий нужно под слоем керосина в банке,
закрытой корковой пробкой;
 резать натрий нужно на только сухой бумаге;
 не бросать обрезки натрия в раковину и не оставлять их
на столе открытыми, а сразу же собирать в банку с
керосином;
 брать натрий только пинцетом или щипцами.
3. Работа с легковоспламеняющимися веществами:
В препаративной органической химии часто приходится
пользоваться огнеопасными растворителями, такими как спирты,
бензол, ацетон и т.д. Работать с этими веществами нужно особенно
осторожно, т.к. их пары могут воспламениться.
1.) Не держать эти растворители вблизи открытого огня, в теплом
месте или вблизи нагревательных приборов.
2.) Не нагревать их на открытом огне, на сетке, вблизи огня или
открытых сосудах, а только на водяной бане с обратным водяным
холодильником.
3.) Не хранить в тонкостенной посуде с плотно закрытой
пробкой.
6
4.) Не выливать в раковину.
5.) Не держать больших количеств на рабочем месте.
6.) Перегонять только на водяной бане с водяным холодильником
на специальном лабораторном столе. При работе с эфиром
нагревание водяной бани должно быть произведено вдали от
места перегонки.
7.) Не перегонять долго хранившийся эфир без предварительной
проверки на присутствие перекисей.
8.) Если в лаборатории по какой-либо причине оказалось пролито
значительное количество легковоспламеняющейся жидкости, то
необходимо
погасить
все
горелки
и
выключить
электронагревательные приборы, открыть окна и собрать
пролитую жидкость тряпкой или полотенцем.
4. Работа со стеклом.
1.) При разламывании надрезанных напильником стеклянных
трубок или палочек стараться как бы разорвать ее, чтобы не
порезать руки краями стекла.
2.) Вставляя стеклянную трубку, холодильник, капельную
воронку, термометр в пробку, нужно держать их рукой как можно
ближе к вставляемому концу и не вдавливать в пробку, а слегка
ввинчивать. В случае применения резиновых пробок следует
смазать их глицерином, а затем избыток глицерина снять.
3.) Не нагревать толстостенную посуду.
5. Первая помощь при несчастных случаях.
1.) При легких термических ожогах кожу следует обмыть
спиртом, а затем смазать глицерином или вазелином. При более
сильных ожогах обожженное место после обмывания
концентрированным раствором перманганата калия и спиртом
необходимо смазать мазью от ожогов (например, сульфединовой
эмульсией).
2.) При ожогах бромом тщательно обмыть пораженное место
бензолом или спиртом, а затем 10% раствором тиосульфата
натрия. После вдыхания паров брома следует понюхать
разбавленный раствор аммиака и выйти на свежий воздух.
3.) При ожогах жидким фенолом необходимо растирать
побелевший участок глицерином до тех пор, пока не установится
нормальный цвет кожи, затем промыть пораженный участок
7
водой и наложить компресс из ваты и марли, смоченной
глицерином.
4.) При ожогах крепкими кислотами следует немедленно обмыть
обожженное место большим количеством воды, а затем 3%-ным
раствором соды или нашатырного спирта.
5.) При ожогах крепкими щелочами кожу надо промыть водой, а
затем нейтрализовать 1%-ным раствором борной кислоты.
Аммиак почти не действует на кожу, однако при попадании в
глаза может вызвать сильные повреждения и даже слепоту.
6.) При попадании реактивов внутрь нужно выпить побольше
воды, а также: а) при отравлении кислотами: стакан 2%-ного
карбоната натрия; б) при отравлении щелочами: стакан 2%-ной
уксусной или лимонной кислоты.
7.) При отравлении необходимо вывести пострадавшего на
свежий воздух, сделать искусственное дыхание и вызвать врача.
8.) При неосторожном изгибании трубок, вставлении трубки или
термометра в отверстие колбы, возможны порезы и ранения. При
порезах, в первую очередь необходимо удалить из раны осколки,
края раны дезинфицировать 3%-ным спиртовым раствором йода,
а затем наложить стерильную повязку. При сильных
кровотечениях следует наложить выше раны жгут, вызвать врача
и направить пострадавшего в поликлинику.
6. Тушение местных загораний и горящей одежды.
1.) В случае воспламенения горючей жидкости следует погасить
все горелки, прикрыть пламя асбестовым полотенцем или
засыпать его песком, или воспользоваться огнетушителем с
углекислым газом.
2.) Растворимые в воде огнеопасные вещества, такие как спирт,
ацетон и другие, можно тушить водой.
3.) Если горит малорастворимое в воде вещество (эфир, бензол,
скипидар, бензин), то нельзя применять для тушения воду, т.к.
пожар может даже усилиться. Пламя тушат с помощью песка или
огнетушителя.
4.) В случае воспламенения одежды не следует бежать; надо
набросить на пострадавшего халат, пиджак, брезент, шерстяное
или войлочное одеяло, которое должно всегда лежать на видном
и доступном месте.
8
7. Мытье и сушка приборов
Химическая посуда должна быть чистой, так как грязь может
резко изменить ход синтеза. Необходимость твердо устроить:
грязную посуду следует мыть сразу же по окончании . Посуда
считается чистой, если на ее стенках не образуется отдельных
капель и вода оставляет равномерную пленку. Удалить
загрязнения со стенок сосудов можно различными методами:
механическими, физическими, химическими и т.п.
Если химическая посуда не загрязнена смолами, жирами и
другими не растворяющимися в воде в веществами, то ее можно
мыть теплой водой, применяя щетки и ерши. Для удаления
жировых загрязнений лучше мыть посуду струей водяного пара,
но этот способ очень длителен и применяется довольно редко.
Для удаления из посуды продуктов перегонки нефти
(парафин, керосин, воск, масло) и других нерастворимых
органических соединений, часто пользуются органическими
растворителями: диэтиловым эфиром, ацетоном, спиртом,
бензином, скипидаром и др. Большинство органических
растворителей – огнеопасные жидкости, поэтому работать с ними
нужно осторожно, вдали от огня. Загрязненные органические
растворители следует собирать, а затем очищать перегонкой.
Литература:
1. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу.
Ленинград: Изд. 4-е, испр. «Химия», 1977. – С. 9-25.
Лабораторная работа №1.
Перекристаллизация щавелевой кислоты
9
Цель: освоение метода очистки органических соединений с
помощью перекристаллизации на примере щавелевой кислоты.
Реактивы и оборудование:
 щавелевая кислота (техн.),
 стаканы,
 колбы,
 химические воронки,
 электроплитка,
 эксикатор,
 чашки Петри,
 фильтровальная бумага,
 воронка Бюхнера,
 колба Бунзена,
 насос Комовского.
Сущность метода: перекристаллизация - один из самых
эффективных методов очистки твердых соединений. Этот метод
основан на различной растворимости химических соединений в
горячем и холодном растворителе (изогидрическая кристаллизация)
или на изменении концентрации раствора (изотермическая
кристаллизация).
Растворимость большинства органических соединений
существенно зависит от температуры растворителя: с увеличение
температуры – увеличивается растворимость. В итоге в горячем
растворителе удается растворить большее количества вещества,
чем может содержать тот же самый растворитель при низкой
температуре. И, при охлаждении, из насыщенного при высокой
температуре раствора выпадает "лишнее" вещество.
Ход работы:
Перекристаллизацию
щавелевой
кислоты
проводят
следующим образом: 5 г щавелевой кислоты взвешивают с
точностью до первого десятичного знака и растворяют при
кипячении в 8,5 см3 воды. Горячий раствор быстро фильтруют на
воронке с обрезанным носиком через фильтровальную бумагу и
охлаждают, непрерывно перемешивая. Выделившиеся кристаллы
10
отфильтровывают
на
воронке
Бюхнера
и
повторно
перекристаллизовывают, растворяя при кипячении в 7,0 см3 воды.
Затем раствор охлаждают, непрерывно перемешивая.
Выделившиеся кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера,
отжимают между листами фильтровальной бумаги и высушивают
на воздухе в течение 30 мин (кристаллы не должны прилипать к
стеклянной палочке). Кристаллы щавелевой кислоты переносят,
рассыпая тонким слоем, в чашку Петри, помещают в сушильный
шкаф и выдерживают при температуре (100,0±2,5)°С в течение 3 ч,
периодически перемешивая.
Далее чашку Петри с кристаллами щавелевой кислоты
помещают в эксикатор с водой, где выдерживают не менее 2 суток.
Крышка эксикатора должна быть закрыта негерметично (между
крышкой и эксикатором прокладывают фильтровальную бумагу
толщиной в 2-4 сложения). Полученные кристаллы гидрата
щавелевой кислоты хранят в стеклянной банке с притертой
пробкой.
Контрольные вопросы:
1. Метод кристаллизации веществ
2. Подбор растворителя
3. Проведение перекристаллизации
4. Отделение кристаллов
Литература:
1. Крутов С.М., Лабутин Д.В. Лабораторные работы по
органической химии. СПб. Государственной лесотехническая
академия, 2007. – 40 с.
2. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу.
Ленинград: Изд. Химия. – С. 51-54.
Лабораторная работа №2
Алканы
11
Цель:
экспериментальное получение и изучение свойств
предельных углеводородов
Опыт 1. Получение метана и изучение его свойств
Реактивы
и
материалы:
уксуснокислый
натрий,
обезвоженный; натронная известь; бромная вода, насыщенный
раствор; перманганат калия, 1 н. раствор. Оборудование:
газоотводная трубка.
1. Получение метана и его горение.
В сухую пробирку 1, снабженную пробкой с газоотводной
трубкой (рис. 1), помещают смесь из обезвоженного
уксуснокислого натрия и натронной извести (смеси едкого натра и
оксида кальция в отношении 1:2 для предотвращения разрушения
стекла щелочью) (высота слоя 6— 10 мм). Затем укрепляют
пробирку горизонтально и нагревают смесь в пламени горелки.
Рис 1. Прибор для получения метана
При нагревании натриевой соли уксусной кислоты с
натронной известью происходит расщепление соли с образованием
метана. Нагревание натриевых солей карбоновых кислот с
натронной известью является общим лабораторным способом
получения предельных углеводородов.
Химизм процесса: CH3COONa+ NaOH → СН4↑ + Na2CО3
Поджигают выделяющийся газообразный метан у конца
газоотводной трубки. Метан горит голубоватым несветящимся
пламенем. Химизм процесса: СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О
2. Отношение метана к бромной воде и перманганату калия.
В пробирку 2 помещают 5 капель раствора перманганата
калия и в пробирку 3 — 5 капель бромной воды. Не прекращая
нагревания смеси в пробирке 1, вводят поочередно конец
газоотводной трубки в пробирки 2 и 3. Обесцвечивания растворов
перманганата калия и бромной воды не происходит. В обычных
условиях алканы устойчивы к действию окислителей. Реакции
замещения у них идут в довольно жестких условиях, к реакциям
присоединения алканы не способны.
12
Опыт 2. Бромирование предельных углеводородов
Реактивы и материалы: жидкие алканы; раствор брома в
органическом растворителе; аммиак, 25%-ный раствор;
лакмусовая бумага синяя. Оборудование: пинцет; стеклянная
палочка.
Специальное указание: опыт проводят в вытяжном шкафу!
В сухую пробирку помещают 4 капли смеси жидких алканов и
добавляют 1—2 капли раствора брома. Содержимое пробирки
перемешивают на холоду. Окраска брома при этом не исчезает.
Нагревают содержимое пробирки до исчезновения окраски. В
отверстие пробирки вносят стеклянную палочку, смоченную
раствором аммиака, - появляется белый дымок NH4Br. Пинцетом
вносят в пробирку синюю лакмусовую бумагу, смоченную водой, лакмусовая бумага краснеет.
Химизм процесса:
СН3-СН-СН2-СН3 + Вr2 → СН3–CВr-СН2-СН3 + НВr
|
|
СН3
СН3
2 метилбутан
2-бром-2-метилбутан
Реакция бромирования жидких алканов сопровождается
выделением бромистого водорода и проходит значительно
медленнее,
чем
бромирование
газообразных
алканов.
Бромирование ускоряется добавлением катализаторов: железных
опилок, амальгамированного алюминия, кристаллического йода.
Легче всего галогенируются углеводороды с третичным
атомом углерода в молекуле, труднее всего замещаются атомы
водорода при первичном атоме углерода. Энергия связи водорода с
третичным атомом углерода равна 90 ккал/моль (376,8 кДж/моль), у
вторичного – 94 ккал/моль (393,5 кД ж/мо л ь ), а у первичного – 99
ккал/моль (414,5 кДж/моль). Разница в скорости реакции
галогенирования особенно сказывается при действии брома.
Опыт 3. Окисление предельных углеводородов
Реактивы и материалы: жидкие алканы; перманганат калия
(1 н. раствор); углекислый натрий (1 н. раствор).
В пробирку помещают 1 каплю исследуемого алкана (или
смеси алканов), 1 каплю раствора углекислого натрия и 2-3 капли
раствора перманганата калия. Содержимое пробирки энергично
взбалтывают. Фиолетовая окраска водного слоя не изменяется, так
как алканы в этих условиях не окисляются.
13
Опыт 4. Действие концентрированной серной кислоты на
предельные углеводороды
Реактивы и материалы: жидкие алканы; серная кислота
(H2SO4) концентрированная (d = 1,84 г/см3).
В пробирку помещают 2 капли жидкого алкана и 2 капли
серной кислоты. Содержимое пробирки энергично перемешивают
1-2 мин, охлаждая пробирку проточной водой. В условиях опыта
алканы с серной кислотой не реагируют.
При небольшом нагревании дымящая серная кислота образует
с алканами, содержащими третичный углеродный атом,
сульфокислоты. При высоких температурах серная кислота
действует как окислитель.
Опыт 5. Действие концентрированной азотной кислоты на
предельные углеводороды
Реактивы и материалы: жидкие алканы; азотная кислота (d
= 1,4 г/см3).
В пробирку помещают 2 капли исследуемого алкана и
добавляют 2 капли азотной кислоты. Смесь встряхивают в течение
1-2 мин. Никакого изменения в пробирке не наблюдается.
Концентрированная азотная кислота на холоду не реагирует с
алканами, при высокой температуре она действует как окислитель.
Реакция нитрования алканов идет хорошо с разбавленной азотной
кислотой при нагревании и повышенном давлении.
Легче всего нитруются алканы, содержащие в молекуле
третичный углеродный атом. Алканы легко нитруются в газовой
фазе двуокисью азота или парами азотной кислоты при 250-500°С.
Эта реакция идет по радикальному механизму.
Литература:
1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по
органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 24-26.
Лабораторная работа №3
Алкены
14
Цель:
экспериментальное получение
непредельных углеводородов.
и
изучение
свойств
Опыт 1. Получение этилена и его горение
Реактивы и материалы: этанол, 96%-ный; серная кислота
(d= 1,84 г/см3). Оборудование: песок, газоотводная трубка.
В сухую пробирку помещают несколько крупинок песка, 6
капель этилового спирта и 8 капель концентрированной серной
кислоты. Закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой и
осторожно нагревают смесь на пламени горелки. Выделяющийся
газ поджигают у конца газоотводной трубки – он горит светящимся
пламенем.
Химизм процесса:
СН3-СН2ОН + HО–SО3H → СН3-СН2О-SО3H + Н2О
этилсерная кислота
Этилсерная
кислота
–
моноэфир
неорганической
двухосновной кислоты – при нагревании разлагается:
СН3-СН2О-SО3H → СН2=СН2 + H2SO4
Выделяющийся этилен горит светящимся пламенем:
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
Концентрированная серная кислота является окислителем.
При нагревании смеси спирта с концентрированной серной
кислотой образуется кроме этилена и следов диэтилового эфира
(C2H5 – O – C2H5) ряд продуктов окисления органических
соединений, например СО2, уголь С (обычно смесь в пробирке
чернеет). Серная кислота при этом восстанавливается углеродом до
диоксида
серы:
2H2SO4 + С → СO2 + 2SO2 + 2Н2O
Диоксид серы также может обесцвечивать растворы брома и
перманганата калия подобно этилену. Поэтому обычно
образующийся этилен промывают раствором щелочи для очистки
от SO2. Если реакцию вести в присутствии песка, сульфата
алюминия (катализаторы, ускоряющие дегидратацию спирта),
почернения смеси не происходит, следовательно, диоксид серы не
образуется. Дегидратация спиртов является общим способом
получения непредельных углеводородов.
Опыт 2. Присоединение к этилену брома
Реактивы и материалы: этилен; бромная вода, насыщенный
15
раствор.
Не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта и
серной кислоты (см. опыт 1), опускают конец газоотводной трубки
в пробирку с 5 каплями бромной воды. Бромная вода быстро
обесцвечивается вследствие присоединения атомов брома по месту
двойной связи.
Химизм процесса:
СН2=СН2 + Вr2 → СН2Br-СН2Br
1,2- дибромэтан
Для алкенов характерны реакции присоединения по месту
двойной связи. Реакция обесцвечивания водного раствора брома
служит качественной реакцией на двойную связь.
Опыт 3. Бромирование непредельных углеводородов
Реактивы и материалы: жидкие алкены (керосин); раствор
брома в органическом растворителе; аммиак, 25%-ный раствор;
лакмусовая бумага синяя. Оборудование: стеклянная палочка.
Специальное указание: опыт проводят в вытяжном шкафу!
В сухую пробирку помещают 1 каплю смеси жидких алкенов,
добавляют 1—2 капли раствора брома и перемешивают смесь. Если
желтая окраска не исчезает, то смесь нагревают в пламени горелки
до исчезновения окраски.
В
пробирку
вносят
синюю
лакмусовую
бумагу,
предварительно смоченную водой. Цвет лакмусовой бумаги не
изменяется. Раствор аммиака, внесенный на стеклянной палочке в
пробирку, не вызывает образования белого дыма.
Химизм процесса:
СН3-С=СН-СН3 + Вr2 → СН3-СВr-CHBr-CH3
|
|
СН3
СН3
2-метил-2-бутен
2,3-дибром-2-метилбутан
Присоединение брома по месту двойной связи идет по
электрофильному механизму с образованием промежуточного
комплекса.
Опыт 4. Окисление непредельных углеводородов
Реактивы и материалы: жидкие алкены (керосин);
перманганат калия КМnO4, 0,1 н. раствор; карбонат натрня
Na2CO3, 1 н. раствор.
16
В пробирку вводят 1 каплю жидкого алкена, 1 каплю раствора
углекислого натрия и добавляют при энергичном взбалтывании 2-3
капли раствора перманганата калия. Фиолетовый цвет исчезает, и
появляется коричневая окраска от образовавшегося диоксида
марганца:
ОН ОН
| |
CH3—С=СН—СН3 + [О] + H2O → CH3—С – СН—СН3
|
|
CH3
CH3
2-метилбутен-2
2-метил-2,3- бутандиол
Реакция окисления алкенов перманганатом калия в
нейтральном или щелочном водных растворах служит
аналитической реакцией на двойную связь. В более жестких
условиях – в кислой среде и при нагревании – происходит
расщепление молекулы по месту двойной связи. По продуктам
окисления устанавливают структуру алкена и положение двойной
связи.
Опыт 5. Действие концентрированной серной кислоты на
непредельные углеводороды
Реактивы и материалы: жидкие алкены; серная кислота
(d=1,84 г/см3).
В пробирку помещают 2 капли жидкого алкена и 2 капли
серной кислоты. Содержимое пробирки хорошо перемешивают в
течение 1-2 мин, охлаждая пробирку проточной водой. Смесь
разогревается, слой алкена исчезает.
Химизм процесса:
О—SO3H
|
CH3—С=СН—СН3 + HО–SО3H → CH3—С – СН2—СН3
|
|
CH3
CH3
2-метил-2-бутен
изоамилсерная кислота
Серная кислота взаимодействует с алкенами с образованием
алкилсерных кислот. Эту реакцию применяют в газовом анализе
17
для выделения газообразных алкенов из их смеси с другими газами
и для получения спиртов.
Опыт 6. Действие концентрированной азотной кислоты на
непредельные углеводороды
Реактивы и материалы: жидкие алкены; азотная кислота
(d= 1,4 г/см3).
В пробирку помещают 2 капли исследуемого алкена и
добавляют 2 капли азотной кислоты. Содержимое пробирки
встряхивают в течение минуты. Смесь разогревается и буреет. В
результате реакции образуется сложная смесь, содержащая
смолообразные продукты. Алкены способны также присоединять
высшие окислы азота и хлористый нитрозил C1NO с образованием
нитрозитов и нитрозохлоридов:
NO NO2
|
|
CH3—C = C—CH3 + ON—ONO → CH3—С – С—СН3
|
|
|
|
CH3 CH3
СН3 СН3
нитрозит тетраметилэтилеиа
Сl NO
|
|
CH3—C = C—CH3 + Cl—ON → CH3—С – С—СН3
|
|
|
|
CH3 CH3
СН3 СН3
нитрозохлорид тетраметилэтилена
Литература:
1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по
органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 27-31.
Лабораторная работа №4.
Алкины
18
Цель: экспериментальное получение
ацетиленовых углеводородов.
и
изучение
свойств
Опыт 1. Получение ацетилена и его горение.
Реактивы и материалы: карбид кальция СаС2 (в кусочках).
Оборудование: газоотводная трубка с оттянутым концом.
Работу с ацетиленом необходимо проводить в вытяжном
шкафу, так как неочищенный ацетилен, полученный из карбида
кальция, содержит вредные, неприятно пахнущие примеси.
В пробирку помещают маленький кусочек карбида кальция
СаС2, добавляют 2 капли воды и закрывают пробирку пробкой с
газоотводной трубкой, имеющей оттянутый конец. В пробирке
бурно выделяется газообразный ацетилен.
Химизм процесса:
СаС2 + 2Н2О → НС≡СН + Са(ОН)2
Поджигают ацетилен у конца газоотводной трубки. Он горит
светящимся, коптящим пламенем. Реакция взаимодействия карбида
кальция с водой экзотермична.
Ацетилен, полученный из карбида кальция, содержит
незначительные количества NH3, РН3, АsН3 и других примесей и
поэтому имеет характерный запах. Примеси можно удалить
промыванием ацетилена водным раствором дихромата калия,
подкисленного серной кислотой.
Опыт 2. Присоединение к ацетилену брома.
Реактивы и материалы: ацетилен; бромная вода,
насыщенный раствор. Оборудование: газоотводная трубка.
Добавляют в пробирку с карбидом кальция (см. опыт 1) еще 2
капли воды и закрывают ее пробкой с газоотводной трубкой, коней
которой опускают в пробирку с 5 каплями бромной воды. Бромная
вода обесцвечивается вследствие присоединения атомов брома по
месту тройной связи.
Химизм процесса:
НС≡СН + 2Вr2 → CHBr2–СНВr2
1,1,2,2-тетрабромэтан
Опыт 3. Отношение ацетилена к окислителям.
Реактивы и материалы: ацетилен; перманганат калия, 0,1 н.
раствор. Оборудование: газоотводная трубка.
В пробирку помещают 1 каплю перманганата калия и 4 капли
воды. В пробирку с кусочками карбида кальция добавляют еще 2
19
капли воды и закрывают пробкой с газоотводной трубкой, конец
которой опускают в приготовленный раствор перманганата калия.
Розовый раствор быстро обесцвечивается: происходит
окисление ацетилена по месту разрыва тройной связи с
образованием промежуточного продукта окисления – щавелевой
кислоты, которая окисляется дальше до диоксида углерода:
[O]
НС≡СН + 4[O] → HO – C – C – OH → 2CO2 + H2O
|| ||
O O
щавелевая кислота
Обесцвечивание бромной воды и раствора перманганата калия
доказывает непредельность ацетилена.
Опыт 4. Образование ацетиленида серебра.
Реактивы и материалы: ацетилен; нитрат серебра, 0,2 н.
раствор; аммиак, концентрированный раствор.
В пробирку вносят 2 капли раствора нитрата серебра и
прибавляют 1 каплю раствора аммиака – образуется осадок
гидроксида серебра. При добавлении 1-2 капель раствора аммиака
осадок AgOH легко растворяется с образованием аммиачного
раствора оксида серебра ([Ag(NH3)2]OH).
Через аммиачный раствор оксида серебра пропускают
ацетилен (см. опыт 1). В пробирке образуется светло-желтый
осадок ацетиленида серебра, который затем становится серым.
Химизм процесса:
НС≡СН + 2[Ag(NH3)2]ОН → AgС≡СAg↓ + 4NH3 + 2Н2О
Опыт 5. Образование ацетиленида меди.
Реактивы и материалы: карбид кальция; хлорид меди CuCl 2,
аммиачный раствор. Оборудование: фильтровальная бумага
(полоски размером 5*40 мм).
В сухую пробирку помещают 1-2 кусочка карбида кальция и
добавляют 2 капли воды. В отверстие пробирки вводят полоску
фильтровальной бумаги, смоченной аммиачным раствором хлорида
меди CuCl2, содержащим комплексный аммиакат состава
[Cu(NH3)2]C12. Появляется красно-бурое окрашивание вследствие
образования ацетиленида меди.
В водных растворах ацетилениды серебра и меди устойчивы.
В сухом состоянии при нагревании или при ударе они взрываются с
большой силой.
20
Химизм процесса:
НС≡СН + 2[Cu(NH3)2]C1 → CuС≡СCu↓ + 2NH4Cl + 2NH3
Литература:
1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по
органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 31-33.
Лабораторная работа №5
Ароматические углеводороды.
Цель: экспериментальное получение
ароматических углеводородов.
и
изучение
свойств
Опыт 1. Свойства бензола.
Реактивы и материалы: бензол, х.ч.; этиловый спирт;
диэтиловый эфир; бромная вода; перманганат калия, 0,1 н.
раствор; серная кислота, 2 н. раствор. Оборудование: фарфоровая
чашка.
1. Растворимость бензола в различных растворителях.
В три пробирки помещают по одной капле бензола. В одну
пробирку добавляют 3 капли воды, в другую – 3 капли спирта, в
третью – 3 капли эфира. Содержимое пробирок тщательно
взбалтывают. В пробирке с водой образуется 2 слоя, в пробирках со
спиртом и эфиром получается однородный раствор. Следовательно,
бензол в воде практически нерастворим и хорошо растворяется в
органических растворителях.
2. Горение бензола. (Опыт проводят в вытяжном шкафу!)
В фарфоровую чашечку помещают одну каплю бензола и
поджигают. Бензол горит ярким коптящим пламенем.
3. Действие бромной воды на бензол. В пробирку помещают 3
капли бромной воды и 2 капли бензола. Содержимое пробирки
энергично взбалтывают и дают отстояться. Нижний слой (бромная
вода) обесцвечивается, а верхний слой (бензол) окрашивается в
21
коричневато-желтый цвет. Бром легче растворяется в бензоле, чем
в воде, и поэтому переходит в верхний бензольный слой.
Присоединение брома в этих условиях не происходит.
4. Действие перманганата калия. В пробирку помещают 3 капли
воды, каплю раствора перманганата калия и каплю раствора серной
кислоты. К полученному раствору добавляют каплю бензола и
встряхивают содержимое пробирки.
Розовый раствор при этом не обесцвечивается. Для этого
опыта бензол предварительно очищают от примесей, охлаждая его
до +5°С. При этом, бензол затвердевает, а примеси остаются
жидкими и легко отделяются. Перекристаллизацию бензола делают
два-три раза.
Одним из важнейших свойств бензола является его
устойчивость к действию окислителей. Наиболее резкое отличие
ароматических углеводородов от ненасыщенных углеводородов
жирного ряда – отношение к окислителям.
Опыт 2. Окисление гомологов бензола.
Реактивы и материалы: толуол; перманганат калия, 0,1 н.
раствор; серная кислота, 2 н раствор.
В пробирку помещают 3 капли воды, каплю раствора перманганата
калия и 1 каплю раствора серной кислоты. Затем добавляют каплю
толуола и энергично встряхивают в течение 1-2 мин.
Розовая окраска постепенно исчезает, и раствор
обесцвечивается.
Химизм процесса:
бензойная кислота
Гомологи бензола окисляются значительно легче бензола. Но
у них ароматическое ядро более устойчиво к действию
окислителей, чем соединенные с ядром углеводородные радикалы.
Как бы ни была сложна боковая цепь, она при действии сильных
22
окислителей разрушается, за исключением атома углерода,
ближайшего к ядру.
Атом углерода, соединенный с ароматическим ядром,
окисляется в карбоксильную группу. По основности полученных
кислот судят о структуре гомологов бензола.
Опыт 3. Бромирование ароматических углеводородов.
Реактивы и материалы: бензол; толуол; бром (раствор в
четыреххлористом углероде).
Специальное указание: опыт проводят в вытяжном шкафу!
Для проведения опыта берут 2 сухие пробирки. В одну
пробирку помещают 2 капли бензола, в другую – 2 капли толуола.
В обе пробирки приливают по капле раствора брома и встряхивают
в течение 1-2 мин.
Признаком идущей реакции является выделение бромистого
водорода, дымящего на воздухе, и обесцвечивание брома. В
пробирке с бензолом реакция бромирования не обнаруживается.
Толуол в этих условиях бромируется медленно, но вполне
отчетливо. Содержимое обеих пробирок нагревают до кипения.
Толуол при этом бромируется очень легко, а бензол не бромируется
даже при кипячении.
Химизм процесса:
толуол
бромистый бензил
Действие хлора и брома на ароматические соединения в
условиях радикальной реакции (нагревание, освещение) приводит к
замещению водорода в боковой цепи.
Опыт 4. Получение бензолсульфокислоты.
Реактивы и материалы: бензол; серная кислота (d = 1,84
3
г/см ). Оборудование: водяная баня.
В пробирку помещают 3 капли бензола и 5 капель
концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирки
23
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.
Химизм процесса:
Легкость сульфирования при действии серной кислоты так же
характерна для ароматических соединений, как способность к
нитрованию. Реакция сульфирования, в отличие от реакций
галогенирования и нитрования, обратима.
Сульфирующими агентами являются S03 и бисульфониевый
ион HSO3+, образующиеся в результате реакции молекул серной
кислоты между собой:
2H2SO4 → SO3 + H3O+ + HSO4Это сильные электрофильные реагенты с недостатком
электронов у атома серы (смещение электронной плотности к
кислороду). При взаимодействии с ароматическим ядром
образуется промежуточный карбониевый бензол сульфокислота HAr+-SO3-, отщепляющий с одинаковыми скоростями SO3- или Н+.
Чтобы полностью использовать серную кислоту, реакцию
сульфирования ведут в избытке бензола при нагревании.
Опыт 5. Получение трифенилметана.
Реактивы и материалы: бензол; хлороформ; хлористый
алюминий, безводный порошок.
Специальное указание: опыт проводят в вытяжном шкафу!
В сухую пробирку помещают немного хлорида алюминия, 4
капли бензола и 2 капли хлороформа. Содержимое пробирки слегка
нагревают. Реакция идет очень энергично, выделяется дымящий на
воздухе хлороводород. В результате реакции образуется густое
окрашенное масло.
Химизм процесса:
24
трифенилметан
Хлорид алюминия образует с исходными, а иногда и с
конечными продуктами реакции маслообразные комплексные
соединения. Для выделения чистого конечного продукта комплекс
разрушают соляной кислотой. Три фенильных ядра влияют на атом
водорода при третичном углероде, поэтому этот атом водорода
обладает особенно высокой реакционной способностью; легко
окисляется, легко замещается на атом хлора или брома.
Опыт 6. Возгонка нафталина.
Реактивы и материалы: нафталин. Оборудование:
микроскоп;
предметное
стекло;
стеклянная
палочка;
фильтровальная бумага.
В сухую пробирку помешают несколько кристаллов
нафталина и укрепляют ее в штативе. Верхнюю половину пробирки
обертывают влажной фильтровальной бумагой и начинают очень
осторожно нагревать дно пробирки. В охлаждаемой части пробирки
образуются кристаллы нафталина.
Стеклянной палочкой переносят кристаллы на предметное
стекло и рассматривают под микроскопом. Рекомендуется
зарисовать форму кристаллов. Способность нафталина возгоняться
используют в промышленности для его очистки.
Опыт 7. Нитрование нафталина.
Реактивы и материалы: нафталин; азотная кислота (d = 1,4
г/см3).Оборудование: водяная баня; стеклянная палочка.
В пробирку помещают несколько кристаллов нафталина и
приливают 5 капель азотной кислоты. Содержимое пробирки
перемешивают стеклянной палочкой и нагревают в слабо кипящей
водяной бане 1-2 мин.
25
Горячий раствор выливают в пробирку с холодной водой.
Нитронафталин опускается на дно в виде оранжевой маслянистой
жидкости, затвердевающей при взбалтывании.
Химизм процесса:
α-нитронафталин
Нитрование нафталина идет значительно легче, чем в ряду
бензола. Поэтому вместо нитрующей смеси можно применять
концентрированную азотную кислоту. При нитровании нафталина
получается α-нитронафталин. Более энергичное нитрование
приводит к образованию 1,5-и 1,8-динитронафталинов.
β-Нитронафталин
получается
диазотированием
βнафтиламина в азотнокислом растворе в присутствии оксида меди
(I) Сu2O (обмен диазогруппы на NO2).
Опыт 8. Сульфирование нафталина.
Реактивы и материалы: нафталин; серная кислота (d= 1,84
3
г/см ).
В сухую пробирку помешают несколько кристаллов
нафталина, нагревают в пламени горелки до плавления и
охлаждают. К затвердевшему нафталину приливают 5 капель
концентрированной серной кислоты и осторожно нагревают смесь
при постоянном взбалтывании до получения однородной массы.
После этого дают содержимому пробирки остыть. К
полученной сульфомассе добавляют 6 капель воды, слегка
нагревают и охлаждают до 10-12°С – выделяются кристаллы (βнафталинсульфокислоты).
Химизм процесса:
Если на нафталин действовать серной кислотой при 80°С,
получается почти исключительно α-нафталинсульфокислота. При
26
160°С получается β-нафталинсульфокислота. При промежуточных
температурах получается равновесная смесь обоих изомеров:
Сульфокислоты нафталина — важнейшие промежуточные
соединения для получения более сложных производных ряда
нафталина.
Литература:
1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по
органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 34-40.
Лабораторная работа №6
Галогенпроизводные углеводородов
Цель: экспериментальное получение
галогенпроизводных углеводородов.
и
изучение
свойств
Опыт 1. Получение бромистого этила.
Реактивы и материалы: этиловый спирт; бромид калия
(порошок); серная кислота (d = 1,84 г/см3).
В пробирку с отводной трубкой помещают 3 капли спирта, 2
капли воды и 3 капли серной кислоты. Охладив разогревшуюся
спирто-кислотную смесь, в нее помещают на конце микролопатки
несколько кристаллов бромида калия.
Пробирку укрепляют наклонно в лапке штатива и осторожно
нагревают содержимое пробирки до кипения. Конец отводной
трубки погружают в другую пробирку, содержащую 6-7 капель
воды и охлаждаемую льдом.
Нагревание ведут до исчезновения кристаллов бромида калия в
реакционной пробирке. В приемнике образуется два слоя: нижний –
бромистый этил, верхний – вода. С помощью пипетки удаляют
верхний слой.
Стеклянной палочкой вносят 1 каплю бромистого этила в
пламя горелки. Пламя окрашивается по краям в зеленый цвет.
Химизм процесса:
С2Н5ОН + НО—SO3Н → С2Н5 – О – S03H + Н2О
этилсерная кислота
КВr + H2SO4 → НВr + KHSO4
27
гидросульфат калия
С2Н5 – О – S03H + HBr → C2H5Br + H2SO4
бромистый этил
Наиболее удобным способом получения галогеналкилов
является замещение гидроксильной группы спиртов R—ОН на
галоген. Получение галогенопроизводных из спиртов применяется
в больших масштабах, так как спирты – легкодоступные и хорошо
изученные соединения. В некоторых случаях при получении
галогеналкилов вместо галогеноводородов применяют галогениды
фосфора.
Опыт 2. Получение хлористого этила.
Реактивы и материалы: этиловый спирт; серная кислота (d
= 1,84 г/см3).
В пробирку насыпают мелкие кристаллы хлорида натрия
(слой высотой 1 мм), затем добавляют 3 капли этилового спирта, 3
капли концентрированной серной кислоты и нагревают смесь в
пламени горелки.
Время от времени подносят отверстие пробирки к пламени
горелки. Выделяющийся хлористый этил загорается, образуя
характерное колечко, окрашенное в зеленый цвет.
Химизм процесса:
С2Н5ОН + НО—SO3Н → С2Н5 – О – SO3H + Н2О
NaCl + H2SO4 → HCl + NaHSO4
С2Н5 – О – SO3H + HCl → C2H5Cl + H2SO4
Хлористый этил — газ, легко сгущается в жидкость с т. кип.
12,4°С.
Опыт 3. Определение хлора действием металлического натрия
на спиртовой раствор органического вещества (метод А. В.
Степанова).
Реактивы и материалы: хлороформ; этиловый спирт;
металлический натрий; нитрат серебра, 0,1 н. раствор; азотная
кислота, 0,1 н. раствор.
В пробирку помещают 3 капли хлороформа, 3 капли
этилового спирта и взбалтывают. Затем вводят в раствор кусочек
металлического натрия величиной со спичечную головку. Смесь в
пробирке начинает бурно кипеть, и для охлаждения пробирку
погружают в холодную воду.
28
Жидкость в пробирке мутнеет или из нее выпадает осадок
плохо растворимого в спирте хлорида RC1. По окончании
выделения пузырьков водорода проверяют, полностью ли
растворился металлический натрий. Если натрий растворился,
приливают к смеси 3-4 капли дистиллированной воды и добавляют
разбавленную азотную кислоту до кислой реакции.
Затем прибавляют 2-3 капли раствора нитрата серебра –
выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра.
Химизм процесса:
2С2Н5ОН + 2Na → 2C2H5ONa + Н2
этилат натрия
RC1 + 2H+ → R-H + HC1
углеводород
R-Cl + C2H5ONa → R-O-C2H5 + NaCl
простой эфир
HC1 + C2H5ONa → C2H5OH + NaCl
NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3
Реакцию образования нерастворимых серебряных солей
галогеноводородных кислот при действии азотнокислого серебра
непосредственно нельзя использовать для определения галогена в
органических соединениях, так как они не диссоциируют на ионы и
в растворе нет ионов галогена.
Необходимо сначала перевести галоген в неорганическое
соединение – в данном случае хлорид натрия. При действии
водорода в момент выделения происходит отщепление галогена.
Опыт 4. Получение йодоформа из этилового спирта.
Реактивы и материалы: этиловый спирт; едкий натр, 2 н.
раствор; раствор йода в йодиде калия. Оборудование: микроскоп;
предметное стекло.
В пробирку помещают 1 каплю этилового спирта, 3 капли
раствора йода в иодиде калия и 3 капли раствора едкого натра.
Содержимое пробирки нагревают, не допуская закипания раствора,
так как в кипящем растворе йодоформ расщепляется 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, пока
не начнется выделение кристаллов.
29
Две капли осадка переносят на предметное
стекло и рассматривают их под микроскопом
(рис. 5). Кристаллы йодоформа имеют вид
шестиугольников
или
шестиконечных
снежинок.
Химизм процесса:
I2 + 2NaOH → NaOI + NaI + Н2O
NaOI → NaI + [О]
CH3CH2OH + [O] → CH3COH + H2O
CH3COH + 3I2 → CI3COH + 3HI
CI3COH + NaOH → CHI3 + HCOONa
Йодоформ образует кристаллы желтого цвета с температурой
плавления 119°С, обладает сильным, очень навязчивым запахом.
Это прекрасный антисептик.
Опыт 5. Получение бромбензола.
Реактивы и материалы: бензол; бром; железо (опилки);
натронная известь; едкий натр, 2 н. раствор. Оборудование:
пробирка с плотно вставленной изогнутой отводной трубкой:
стеклянная трубка-поглотитель; ватный тампон; водяная баня,
термометр.
Специальное указание: опыт проводят в
вытяжном шкафу!
В сухую пробирку помещают немного
железных опилок, 5 капель бензола и 2 капли
брома. Отверстие пробирки сразу же закрывают
пробкой с газоотводной трубкой, к которой
прикреплена стеклянная трубка-поглотитель с
натронной известью (рис.5).
Рис. 5.
Реакция начинается немедленно, смесь при этом почти не
разогревается. После того как в реакционной пробирке прекратится
выделение пузырьков НВr и исчезнут окрашенные пары брома, ее
помещают в водяную баню и нагревают 2 мин при температуре 60700С.
Полученный бромбензол охлаждают и промывают от следов
брома раствором едкого натра почти до обесцвечивания. Верхний
водный слой отбирают при помощи пипетки. С бромбензолом
проводят качественную реакцию на галоген.
Химизм процесса:
2Fe + ЗВr2 → 2FeBr3
FeBr3
30
С6Н6 + Вr2 → С6Н5Вr + НВr
Опыт 6. Прочность галогена, стоящего в бензольном кольце.
Реактивы и материалы: хлорбензол; нитрат серебра, 0,2 н.
раствор.
В пробирку помещают 1 каплю хлорбензола, 5 капель воды и
нагревают до кипения. К горячему раствору приливают 1 каплю
раствора нитрата серебра. Появление белого осадка или мути
хлорида серебра не происходит.
Это подтверждает прочность связи галогена с ядром. Атом
галогена сопряжен с бензольным ядром, в результате которого
уменьшается длины связи С-Hal и возрастает ее энергии.
Сопряжение уменьшает полярность связи С-Hal и тем самым
затрудняет условия для протекания реакций замещения.
Подвижность галогена в ядре увеличивают электроноакцепторные
заместители. Например, нитрогруппа в пара- или орто-положении к
галогену.
Опыт 7. Легкая подвижность галогена боковой цепи.
Реактивы и материалы: хлористый бензил; нитрат серебра,
0,2 н. раствор.
В пробирку помещают 1 каплю хлористого бензила, 5 капель
воды, нагревают до кипения и прибавляют 1 каплю раствора
нитрата серебра. Немедленно выпадает белый осадок хлорида
серебра.
Химизм процесса:
С6Н5-СН2С1 + НОН → С6Н5-CH2OH + НС1
хлористый бензил
бензиловый спирт
НС1 + AgNO3 → AgCl + HNO3
Атом галогена у углеродного атома боковой цепи обладает
большой подвижностью.
Литература:
1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по
органической химии. М.: Высшая школа, 1980. – С. 34-40.
31
Лабораторная работа №7.
Определение состава органических соединений
Цель: определение качественного
органических соединений.
элементного
состава
В состав органических веществ, кроме углерода, чаще всего
входят еще водород, кислород и азот. Наряду с ними в молекулу
органического вещества могут входить и другие элементы,
например сера, галогены, фосфор и др.
Для определения элементов, входящих в состав органических
веществ,
их
необходимо
предварительно
перевести
в
неорганические соединения, для дальнейшего исследования
которых применяют методы обычного качественного анализа.
Например, специальными методами углерод переводят в диоксид
углерода, водород – в воду, азот – в цианистый натрий, серу – в
сульфид натрия и т. д.
Рассмотрим определение углерода, водорода, азота, серы и
галогенов. Для определения кислорода обычно не пользуются
качественными реакциями. О его присутствии чаще всего судят по
данным количественного анализа.
Опыт 1. Определение углерода пробой на обугливание
Реактивы и материалы: глюкоза кристаллическая (или
сахар); казеин сухой; серная кислота, 0,1 н раствор. Оборудование:
фильтровальная бумага; скальпель (или крышка тигля).
Специальное указание: опыт проводят в вытяжном шкафу!
Присутствие углерода во многих органических веществах
можно обнаружить по обугливанию вещества при осторожном его
прокаливании.
1. На кончик скальпеля (или крышку тигля) помещают несколько
кристаллов глюкозы (или сахара) и осторожно нагревают в пламени
горелки. Глюкоза расплавляется, темнеет и загорается. На
скальпеле остается обуглившаяся масса черного цвета – углерод.
Следовательно, глюкоза является органическим веществом.
2. На кончик скальпеля (или крышку тигля) помещают крупинку
казеина и осторожно нагревают в пламени горелки. Казеин
вспучивается, обугливается и загорается. Па кончике скальпеля
остается обуглившаяся черная масса – углерод.
32
Следовательно, белки являются органическими веществами.
При сгорании натурального белка ощущается характерный запах
жженых волос или перьев.
3. Иногда обугливание наблюдается также при действии на
органические вещества (сахар, крахмал, клетчатку, спирты и т. д.)
водоотнимающих веществ, например концентрированной серной
кислоты.
Особенно ясно обугливание проявляется при нагревании. Так,
при над нагревании обугливающее действие оказывает даже
разбавленная серная кислота.
На кусочек фильтровальной бумаги (клетчатка) помещают
каплю раствора серной кислоты. При высыхании на бумаге не
остается следа. Осторожно подогревают бумагу над пламенем
горелки. Участок фильтровальной бумаги, смоченной серной
кислотой, обугливается раньше, чем чистая бумага. Следовательно,
и клетчатка относится к органическим веществам.
Проба на обугливание является только вспомогательным
способом определения углерода в исследуемом веществе, так как
она достоверна только при наличии обугливания. Если обугливания
не происходит, то это не дает еще основания делать вывод об
отсутствии в исследуемом веществе углерода, так как ряд веществ
нельзя
обугливать обычным путем.
Некоторые органические вещества, например спирт и эфир,
при нагревании испаряются раньше, чем успевают обуглиться;
другие, например мочевина, фталевый ангидрид, возгоняются.
Поэтому наиболее общим методом открытия углерода и
одновременно с ним водорода является сжигание органического
вещества в смеси с окислителем, в качестве которого применяют
мелкий порошок оксида меди.
Опыт 2. Определение углерода и водорода сожжением вещества
с оксидом меди (II)
Реактивы и материалы: глюкоза (или глицерин, крахмал,
сахар); оксид меди (порошок); баритовая вода, насыщенный
водный раствор; сульфат меди (II) безводный. Оборудование:
газоотводная трубка с пробкой; стеклянная палочка;
микролопатка.
33
В сухую пробирку 1 (рис. 8) насыпают черный порошок
оксида меди (слой высотой около 5 мм).
Добавляют половину микролопатки
глюкозы и тщательно перемешивают,
встряхивая пробирку. В верхнюю часть
пробирки помещают небольшой комочек
ваты, на который насыпают немного
белого порошка безводного сульфата
меди (II). Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой.
При этом конец трубки должен почти упираться в вату с CuSО4.
Нижний конец трубки опускают в пробирку 2, предварительно
налив в нее 5-6 капель баритовой (или известковой) воды.
Пробирку 1 нагревают на пламени
горелки.
Через несколько секунд из газоотводной трубки начинают
выходить пузырьки газа, и баритовая вода мутнеет вследствие
выделения белого осадка углекислого бария. Пробирку 2 удаляют.
Продолжают нагревать пробирку 1, пока пары воды не достигнут
белого порошка обезвоженного медного купороса, находящегося на
ватной пробке, и не вызовут изменения его окраски вследствие
образования кристаллогидрата CuSO4*5H2O .
Химизм процесса:
C6H12O6 + 12CuO → 6CO2 + 6H2O + 12Cu
CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O
CuSO4 + 5H2O → CuSO4*5H2O
Метод основан на том, что при прокаливании органического
вещества в смеси с окислителем (СuО) происходит окисление
углерода органического вещества в диоксид углерода, а водорода –
в воду. Оксид меди при этом восстанавливается до металлической
меди.
Выделение диоксида углерода доказывается появлением
белого осадка углекислого бария. Воду в продуктах сжигания
обнаруживают по образованию синих кристаллов медного
купороса.
Опыт 3. Определение азота сплавлением вещества с
металлическим натрием
Реактивы и материалы: мочевина кристаллическая; натрий
металлический, сульфат железа (II) FeSО4, 0,1 н. раствор; хлорид
34
железа (III) FeCl3, 0,1 н. раствор; соляная кислота, 2 н. раствор;
этиловый спирт, 90%-ный. Оборудование: стекла предметные;
пипетки.
В сухую пробирку помещают 5-10 мг мочевины (несколько
кристаллов) и вносят небольшой кусочек металлического натрия.
Смесь осторожно нагревают в пламени микрогорелки до
сплавления мочевины с натрием. При этом иногда наблюдается
небольшая вспышка.
После охлаждения пробирки со сплавом в нее добавляют 3
капли этилового спирта для устранения остатков металлического
натрия, который реагирует со спиртом, но не так бурно, как с
водой. При этом образуется алкоголят натрия и выделяется
водород:
2С2Н5ОН + 2Na → 2С2Н5ОNa + H2
Затем в пробирку добавляют 5 капель дистиллированной воды
и нагревают на пламени горелки для растворения образовавшегося
цианистого натрия. С помощью пипетки переносят раствор
цианистого натрия на предметное стекло, добавляют 1 каплю
железного купороса и 1 каплю хлорида железа (III), которые в
присутствии щелочи, образовавшейся при реакции алкоголята
натрия с водой, дают грязно-зеленый осадок гидроксида железа (II)
Fe(ОН)2 и желтый осадок гидроксида железа (III) Fe(ОН)3:
С2Н5ОNa + НОН → С2Н5ОН + NaOH
FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2 + Na2SO4
FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl
Если в растворе имеется избыток цианистого натрия, то
образуется гексациано(II)феррат натрия Na4[Fe(CN)6]. Наносят
пипеткой на фильтровальную бумагу (30*30 мм) одну каплю
мутной жидкости. После того как капля впитается, на это же место
наносят одну каплю соляной кислоты.
Химизм процесса:
Na + [С] + [N] → NaCN
2NaCN + FeSO4 → Fe(CN)2 + Na2SO4
Fe(CN)2 + 4NaCN → Na4[Fe(CN)6]
гексацианоферрат(II)натрия
Образовавшийся комплекс с солями железа (III) может дать
синий осадок – берлинскую лазурь. Однако присутствующая в
растворе щелочь связывает ионы Fe3+ в гидроксид железа (III).
35
Поэтому берлинская лазурь может образоваться только после
растворения гидроксида в кислоте:
Fe(OH)3 + 3НС1 → FeCl3 + ЗH2O
3Na4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 → Fe4[Fe(CN)6] + 12NaCl
берлинская лазурь
При проведении опыта необходимо обратить внимание на то,
чтобы натрий плавился вместе с органическим веществом. Если
натрий плавится отдельно от вещества, то даже при наличии в
веществе азота цианистый натрий не образуется и опыт будет
неудачным.
Опыт 4. Определение серы сплавлением вещества с
металлическим натрием
Реактивы и материалы: металлический натрий; стрептоцид
белый (или сульфаниловая кислота); этиловый спирт;
уксуснокислый свинец, 0,1 н. раствор; нитропруссид натрия, 0,5 н.
раствор. Оборудование: фильтровальная бумага.
В сухую пробирку помещают испытуемое вещество, например
белый стрептоцид или сульфаниловую кислоту (несколько
крупинок 5-6 мг), и вносят небольшой кусочек металлического
натрия.
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.
Складывают
вместе
два
кусочка
фильтровальной бумаги 30*30 мм и наносят с
помощью пипетки по 2 капли темной
жидкости на противоположные углы бумажки
(рис.).
Верхняя
фильтровальная
бумажка
служит фильтром, через который фильтруется
раствор сернистого натрия от частичек угля, образовавшегося при
обугливании вещества. На нижней фильтровальной бумажке
появляются два бесцветных пятна. На одно из них наносят каплю
раствора уксуснокислого свинца: мгновенно появляется коричневое
36
окрашивание от образовавшегося сульфида свинца. На другое
пятно наносят одну каплю свежеприготовленного раствора
нитропруссида натрия Na2[Fe(CN)5(NO)], при этом тотчас
появляется
красно-фиолетовое
окрашивание,
постепенно
изменяющее свой цвет.
Эта цветная реакция на ион S2- обусловлена образованием
комплексной соли состава Na4[Fe(CN)5(NO)S].
Химизм процесса:
2Na + [S] → Na2S
Na2S + (CH3COO)2Pb → PbS + 2CH3COONa
Na2S + Na2[Fe(CN)5NO] → Na4[Fe(CN)5(NO)S].
Опыт 5. Определение хлора по зеленой окраске пламени
Реактивы и материалы: хлороформ (или дихлорэтан); медная
проволока.
Галогены проще всего открываются по Бейльштейну –
прокаливанием органического вещества с оксидом меди в пламени
горелки.
Медную проволоку длиной 10 см с петлей на конце
прокаливают на пламени горелки до исчезновения посторонней
окраски пламени (признак отсутствия загрязнения медной петли).
Остывшую петлю, покрывшуюся черным налетом оксида меди,
опускают в пробирку с 1-2 каплями испытуемого вещества,
например хлороформа, и вновь вносят в пламя горелки.
Немедленно появляется характерная ярко-зеленая окраска
пламени. При прокаливании кислород оксида меди окисляет
углерод и водород органического вещества в диоксид углерода и
воду, медь же образует с галогеном летучие соединения, которые и
окрашивают пламя горелки в зеленый цвет. Появление зеленого
окрашивания указывает на присутствие в органическом соединении
галогена.
Химизм процесса:
2СНС13 + 5СuО → CuCl2 + 4СuС1 + 2СO2 + Н2O
Чтобы очистить проволоку, ее смачивают соляной кислотой и
снова прокаливают. Для открытия галогенов органическое
вещество разрушают. При этом галогены переходят в
неорганические соли, которые могут быть обнаружены обычными
ионными реакциями.
37
Галогены можно отщепить и перевести в соли
галогеноводородных кислот методом А. В. Степанова – действием
металлического натрия на спиртовой раствор органического
вещества. Этот метод будет рассмотрен нами в дальнейшем.
Лабораторная работа №8
Спирты
Цель: исследовать химические свойства одноатомных и
многоатомных спиртов, осуществить качественные реакции на
гидроксильные соединения.
Опыт 1. Определение строения спиртов
Реактивы и материалы: реактив Лукаса; пропанол; 2пропанол, спирт; трет-бутанол.
Берут 3 пробирки, нумеруют восковым карандашом и
приливают в каждую по 2 капли спирта (в первую – пропанол, во
вторую – 2-пропанол и в третью – трет-бутанол). Затем в пробирки
приливают по 5 капель реактива Лукаса (хлористый цинк,
растворенный в концентрированной соляной кислоте), взбалтывают
содержимое пробирок и оставляют стоять 1 мин. В пробирке с
пропанолом спиртом раствор остается прозрачным, раствор 2пропанола слегка мутнеет, а в пробирке с трет-бутанолом
образуется на дне маслянистая капля.
При помощи пробы Лукаса можно установить, является ли
данный спирт первичным, вторичным или третичным: первичный
спирт отается прозрачным, вторичный – мутнеет, а третичный
вступает в химическую реакцию с образованием галогеналкила.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 2. Обнаружение присутствия воды в спирте и
обезвоживание спирта.
Реактивы и материалы: этанол (ректификат); сульфат
меди безводный (порошок).
В сухую пробирку помещают несколько кристаллов
безводного сульфата меди и добавляют 3-4 капли этанола спирта.
38
Смесь хорошо встряхивают и слегка нагревают. Белый порошок
быстро окрашивается в голубой цвет.
Спирты содержат примесь растворенной воды. В обычном
спирте-ректификате содержится около 5% воды, которую нельзя
удалить перегонкой, так как ректификат является азеотропной
смесью. Безводный сульфат меди, связывая воду, переходит в
синий кристаллогидрат CuSO4*5H2O. По изменению окраски судят
о наличии воды в спирте и о ходе обезвоживания спирта.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 3. Свойства изоамилового спирта
Реактивы и материалы: изоамиловый спирт; раствор йода в
KI, 0,1 н.
В сухую пробирку помещают 2 капли изоамилового спирта и
отмечают его запах. Изоамиловый спирт имеет специфический
запах, он раздражает дыхательные пути (вызывает кашель). К 2
каплям изоамилового спирта добавляют 5 капель воды и
взбалтывают. Образуется мутная жидкость – эмульсия, которая
быстро расслаивается.
В пробирку со смесью изоамилового спирта и воды добавляют
каплю водного раствора йода в йодистом калии и взбалтывают. Йод
растворяется в изоамиловом спирте лучше, чем в воде, поэтому при
встряхивании переходит из водного в спиртовой слой, окрашивая
его в желтый цвет.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 4. Взаимодействие глицерина с гидроксидом меди (II)
Реактивы и материалы: глицерин; сульфат меди, 0,2 н.
раствор; едкий натр, 2 н раствор.
Помещают в пробирку 2 капли раствора сульфата меди, 2
капли раствора едкого натра и перемешивают — образуется
голубой студенистый осадок гидроксида меди (П). В пробирку
добавляют 1 каплю глицерина и взбалтывают содержимое. Осадок
растворяется и появляется темно-синее окрашивание вследствие
образования глицерата меди.
Химизм процесса:
39
Глицерин – трехатомный спирт. Кислотность его больше, чем
одноатомных спиртов: увеличение числа гидроксильных групп
усиливает кислотный характер. Глицерин легко образует глицераты
с гидроксидами тяжелых металлов.
Однако способность его образовывать металлические
производные (глицераты) с многовалентными металлами
объясняется не столько его повышенной кислотностью, сколько
тем, что при этом образуются внутрикомплексные соединения,
обладающие особой устойчивостью. Соединения такого типа часто
называют хелатными (от греческого «хела» - клешня).
Опыт 5. Окисление этанола оксидом меди(II)
Реактивы и материалы: этанол; фуксинсернистая кислота;
спираль из медной проволоки, пинцет.
В сухую пробирку помещают 2 капли этанола. Держа спираль
из медной проволоки пинцетом, нагревают ее в пламени горелки до
появления черного налета оксида меди (II). Далее горячую спираль
опускают в пробирку с этанолом. Черная поверхность спирали
немедленно становится золотистой вследствие восстановления
оксида меди. При этом ощущается характерный запах этаналя
(запах яблок).
Подтверждением образования этаналя может служеть цветная
реакция с фуксинсернистой кислотой. В пробирку помещают 3
капли раствора фуксинсернистой кислоты и пипеткой вносят 1
каплю полученного раствора. Появляется розово-фиолетовая
окраска (цветная реакция на альдегид).
Химизм процесса:
С2Н5ОН + CuO = CH3COH + Cu + H2O
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 6. Окисление этанола хромовой смесью
40
Реактивы и материалы: этанол; дихромат калия, 0,5 н.
раствор; серная кислота, 2 н. раствор.
Окисление спиртов в лабораторных условиях чаще всего
осуществляется хромовой смесью. В пробирку помещают 2 капли
этанола, добавляют 1 каплю раствора серной кислоты и 2 капли
раствора двухромовокислого калия. Оранжевый раствор нагревают
над пламенем горелки до начала изменения окраски на синеватозеленую. Одновременно ощущается характерный запах этаналя.
Химизм процесса:
K2Cr2O7 + H2SO4 = H2Cr2O7+ K2SO4
H2Cr2O7 = 2CrO3 + H2O
2CrO3 = Cr2O3 + 3O
С2Н5ОН + [O] = CH3COOH
Cr2O3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3H2O
K2Cr2O7 + 3C2H5OH + 4H2SO4 =
3CH3COH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 7. Получение диэтилового эфира
Реактивы и материалы: этанол, 96%-ный; серная кислота.
В сухую пробирку вносят 2 капли этанола и 2 капли серной
кислоты. Смесь осторожно нагревают над пламенем горелки до
побурения раствора. К горячей смеси очень осторожно добавляют
еще 2 капли этанола. Ощущается характерный запах диэтилового
эфира. Химизм процесса:
1300C, H2SO4
C2H5-OH + HO-C2H5
C2H5–O–C2H5 + H2O
Реакция проходит в две стадии. Сначала спирт реагирует с
серной кислотой, образуя кислый сложный эфир серной кислоты –
этилсульфат, или этилсерную кислоту:
CH3-CH2-OH + HO-SO3H = CH3–CH2–O–SO3H
Если спирт берется в избытке, то образуется простой эфир:
CH3–CH2–O–SO3H + HO–CH2–CH3 = CH3–CH2–O–CH2–CH3 +
H2SO4
Если в реакцию вступает относительно много серной кислоты
и мало спирта, то при дальнейшем нагревании (до 160оС)
образуется олефин. Следовательно, в зависимости от темпрературы
реакции и количественных соотношений спирта и серной кислоты
возможны два случая дегидратации: а) с образованием этиленового
41
углеводорода (внутримолекулярная дегидротация) и б)
образованием простого эфира (межмолекулярная дегидротация).
с
Лабораторная работа №9
Фенолы
Цель: исследовать химические свойства одноатомных и
многоатомных фенолов, осуществить качественные реакции на
гидроксильные соединения.
Опыт 1. Растворение фенола в воде
Реактивы и материалы: раствор фенола.
Помещают в пробирку 2 капли раствора фенола, прибавляют 2
капли воды и взбалтывают. Образуется мутная жидкость —
эмульсия фенола. Дают содержимому пробирки отстояться. После
отстаивания эмульсия постепенно расслаивается: верхний слой —
раствор фенола в воде, нижний — раствор воды в феноле. Фенол
плохо растворим в холодной воде. Осторожно нагревают
содержимое пробирки. Получается однородный раствор. При
охлаждении вновь образуется мутная жидкость. При повышении
температуры увеличивается растворимость как воды в феноле, так
и фенола в воде, и при 68°С они смешиваются друг с другом в
любых соотношениях.
Примечание. Простейший фенол С6Н5ОН представляет собой
бесцветное кристаллическое вещество с характерным запахом,
плавящееся при 41°С. Температура плавления фенола сильно
понижается
от
примеси
небольших
количеств
воды
(кристаллогидрат С6Н6ОН*Н20 плавится при 16°С). Фенол
гигроскопичен, кристаллы его при стоянии на воздухе
расплываются, образуя так называемый жидкий фенол.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 2. Реакция фенола с хлоридом железа (III)
Реактивы и материалы: фенол, насыщенный водный раствор;
хлорид железа (III), 0,1 н. раствор.
42
Помещают в пробирку 2 капли раствора фенола, добавляют 3
капли воды и 1 каплю раствора хлорида железа (III). Появляется
интенсивное красно-фиолетовое окрашивание.
Фенолы с хлоридом железа в водном растворе дают цветную
реакцию вследствие образования окрашенного комплексного
соединения С6Н5ОFеСl2 (или, точнее, окрашенного иона
C6H5OFe2+). Эта реакция служит для качественного открытия
фенолов.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 3. Получение 2,4,6-трибромфенола
Реактивы и материалы: фенол, водный раствор; бромная
вода, насыщенный раствор.
В пробирку вносят капли бромной воды и добавляют каплю
водного раствора фенола. При этом бромная вода обесцвечивается
и жидкость мутнеет вследствие образования белого осадка 2,4,6трибромфенола. Химизм процесса:
OH
OH
Br
Br
+ 3HBr
+ 3Br 2
Br
Гидроксильная группа относится к числу наиболее сильных
орто-пара-ориентантов. Реакции электрофильного замещения
водорода в бензольном ядре для фенолов проходят значительно
легче и в более мягких условиях, чем для бензола.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 4. Сульфирование фенола
Реактивы и материалы: фенол; серная кислота (d=l,84 г/см3),: водяная
баня.
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.
43
Реакционную смесь в 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.
Химизм процесса:
OH
100oC SO3 H
OH
+
+ H2O
HO
SO3H
20oC
Сформулируйте вывод по работе.
OH
SO3H
Опыт 5. Нитрование фенола
Реактивы и материалы: фенол, азотная кислота (d=l,4
г/см3), газоотводная трубка.
В пробирку помещают несколько кристалликов фенола, 2—3
капли воды и встряхивают до образования однородного раствора. В
другую пробирку помещают 3 капли концентрированной азотной
кислоты 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 пробиркуприемник. Мутная капля жидкости в приемнике имеет характерный
горько-миндальный запах о-нитрофенола. П-изомер остается в
реакционной пробирке:
44
OH
NO2
OH
+ H2O
+ HO-NO 2
OH
O2 N
Гидроксильная группа — заместитель, активирующий
содержащее ее ядро. Реакции замещения фенолов протекают
значительно легче, чем у ароматических углеводородов. Фенол
нитруется разбавленной азотной кислотой, тогда как при
нитровании бензола нужна смесь концентрированных азотной и
серной кислот.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 6. Цветные реакции многоатомных фенолов с хлоридом
железа
Реактивы и материалы: 1%-ные растворы пирокатехина,
резорцина, гидрохинона, пирогаллола; хлорид железа FeCl3, 0,1 н.
раствор.
В одну пробирку вносят 3 капли раствора пирокатехина, в
другую — 3 капли раствора резорцина, в третью — гидрохинона и
в четвертую — пирогаллола. В каждую из пробирок добавляют по 1
капле раствора хлорида железа. При этом в первой пробирке
появляется зеленое окрашивание, во второй — фиолетовое, в треть
ей — зеленое, моментально переходящее в желтое, и в четвертой —
красное.
Одновременно с образованием фенолятов хлорид железа
действует на фенолы и как окислитель. Появление быстро
изменяющейся зеленой окраски в пробирке с гидрохиноном
указывает на то, что при окислении гидрохинона в хинон
образуется
промежуточное
соединение
одной
молекулы
гидрохинона с одной молекулой хинона, так называемый
хингидрон.
Заметить зеленую окраску можно только в первый момент
попадания капли хлорида железа в раствор гидрохинона при
рассматривании на белом фоне. Окраска становится заметнее при
45
насыщенном растворе гидрохинона и более слабом растворе
хлорида железа.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 7. Цветные реакции многоатомных фенолов с хлоридом
железа на фильтровальной бумаге
Реактивы и материалы: 1%-ные растворы пирокатехина и
пирогаллола, хлорид железа FeCl3, 0,1 н. раствор, фильтровальная
бумага.
На полоску фильтровальной бумаги (3х7 см) наносят по 1
капле раствора пирокатехина и пирогаллола. Когда капли
расплывутся, в центр каждого пятна помещают по капле раствора
хлорида железа (III) —продукты окисления распределяются в виде
концентрических
колец,
т.
Е.
удается
наблюдать
распределительную хроматографию на бумаге.
Полученную хроматограмму приложите к рабочему журналу
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 8. Цветные реакции нафтолов с хлорным железом
Реактивы и материалы: α-нафтол; β-нафтол, этанол, хлорид
железа FeCI3, 0,1 н. раствор.
В пробирку помещают несколько кристаллов α-нафтола и
добавляют 3 капли этанол (нафтолы плохо растворимы в воде). К
спиртовому раствору α-нафтол добавляют 1 каплю хлорида железа
(III) — появляется фиолетовое окрашивание. Такой же опыт
повторяют с β-нафтолом, который дает сначала зеленоватое
окрашивание, а затем выпадает осадок белого цвета.
Лабораторная работа №10
Альдегиды
Цель: исследовать химические свойства альдегидов и осуществить
качественные реакции на карбонильные соединения.
Опыт 1. Цветная реакция на альдегиды с фуксинсернистой
кислотой
Реактивы и материалы: формальдегид, 40%-ный водный
раствор; этаналь; фуксинсернистая кислота.
46
В две пробирки помещают по 2 капли раствора
фуксинсернистой кислоты и добавляют в одну из них 2 капли
раствора формальдегида, в другую – 2 капли этаналя. Раствор
фуксинсернистой кислоты при добавлении раствора формальдегида
постепенно окрашивается в фиолетовый цвет, при добавлении
этаналя — в розово-фиолетовый цвет.
Опыт 2. Самоокисление водных растворов формальдегида
Реактивы и материалы: формальдегид, 40%-ный водный
раствор, метиловый красный, раствор.
В пробирку помещают 2—3 капли раствора формальдегида и
добавляют 1 каплю индикатора метилового красного. Раствор
принимает красную окраску, что указывает на кислую реакцию.
Альдегиды очень легко окисляются. В водных растворах они
могут окисляться до кислоты за счет кислорода другой молекулы
альдегида, восстанавливая ее в спирт — происходит реакция
окислительного восстановления (дисмутации):
H
OH
O
O
H
+
C
H
C
H
H
C
H
H
+
H
C
H
OH
OH
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 3. Окисление альдегидов аммиачным раствором оксида
серебра (реакция «серебряного зеркала»)
Реактивы и материалы: формальдегид, 40%-ный водный
раствор; аммиак, 2 н. раствор; нитрат серебра, 0,2 н. раствор.
В чистую пробирку вводят 2 капли раствора нитрата серебра и
прибавляют каплю аммиака. Образующийся бурый осадок
гидроксида серебра растворяют, добавляя избыток (1—2 капли)
раствора аммиака. Затем прибавляют
каплю раствора
формальдегида и медленно подогревают содержимое пробирки над
пламенем горелки. При осторожном нагревании содержимое
пробирки буреет и на ее стенках может выделиться серебро в виде
блестящего зеркального налета (комплексный ион металла
восстанавливается до металлического серебра). Альдегид
окисляется до кислоты, которая образует аммониевую соль.
Химизм процесса:
AgNO3 + NH4OH
47
AgOH + NH4NO3
Ag2O + H2O
2AgOH
AgOH + 4NH4OH
2 Ag(NO3)2 OH + 3H2O
O
O
H
+ 2 Ag(NH3) 2 OH
C
H
H
C
+ 2Ag + 3NH3 + H2O
ONH 4
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 4. Окисление альдегидов гидроксидом меди (II)
Реактивы и материалы: формальдегид, 40%-ный водный
раствор; сульфат меди CuSO4, 0,2 н. раствор; едкий натр, 2 н.
раствор.
В пробирку помещают 4 капли раствора едкого натра,
разбавляют 4 каплями воды и добавляют 2 капли раствора сульфата
меди (II). К выпавшему осадку гидроксида меди (II) прибавляют 1
каплю раствора формальдегида и взбалтывают содержимое
пробирки. Нагревают над пламенем горелки до кипения только
верхнюю часть раствора так, чтобы нижняя часть оставалась для
контроля холодной. В нагретой части пробирки выделяется желтый
осадок гидроксида меди (I) (СuОН), переходящий в красный оксид
меди (I) (Сu2О), а иногда на стенках пробирки выделяется даже
металлическая медь.
Химизм процесса:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
2Cu(OH)2 + HCOH = HCOOH + Cu2O + 2H2O
Повторите этот опыт, заменив раствор формальдегида
раствором этаналя.
Сформулируйте вывод по работе.
Опыт 5. Реакция бензальдегида с гидросульфитом натрия
Реактивы и оборудование: бензальдегид; гидросульфит
натрия (насыщенный раствор; водяная баня.
В пробирку помещают 3 капли бензойного альдегида,
добавляют 5 капель насыщенного раствора гидросульфита натрия и
энергично
встряхивают
смесь.
Образуются
кристаллы
гидросульфитного соединения.
Затем к смеси добавляют 6 капель воды и помещают пробирку
в горячую водяную баню. Кристаллы быстр исчезают, в растворе
появляются маслянистые капли ощущается характерный запах
бензальдегида. Химизм процесса:
48
OH
O
+ NaHSO3
C
C
H
SO 3Na
H
При нагревании в водном растворе гидросульфитное
соединение легко разлагается на исходные вещества:
O
OH
C
SO 3Na
H
Сформулируйте вывод по работе.
+ NaHSO3
C
H
Опыт 6. Свойства ализарина.
Реактивы и оборудование: ализарин; алюминиевые квасцы,
насыщенный водный раствор; едкий нарт, 0,1 н. раствор; белая
хлопчатобумажная ткань; фарфоровая чашка.
В пробирку помещают 3-5 капель ализарина, добавляют 6
капель щелочи и тщательно взбалтывают. Получается раствор,
окрашенный в фиолетовый цвет.
1.В пробирку помещают 2 капли раствора ализарина и
добавляют 3 капли раствора квасцов. Образуется оранжевокрасный осадок алюминиевого ализаринового лака.
2.Кусочек белой ткани простирывают с мылом и тщательно
прополаскивают в воде. В фарфоровую чашечку наливают раствор
квасцов, пропитывают им ткань и отжимают.
В пробирку помещают 5 капель щелочного раствора
ализарина, нагревают и в горячий раствор погружают кусочек
«протравленной» ткани на 1—2 мин. Затем ткань, окрашенную в
красный цвет, промывают водой.
Ализарин, или 1,2-диоксиантрахинон, образует оранжевые
игольчатые кристаллы с т. пл. 290°С. Он нерастворим в воде и
растворим в обычных органических растворителях. Растворяется он
также в водном растворе едкого натра, причем раствор имеет
пурпурную окраску.
Ализарин — протравной краситель. С алюминиевой
протравой он дает ярко-красную окраску; с оловянной —
фиолетово-красную; с железной — черно-фиолетовую. С ионами
этих металлов ализарин образует хелатные соединения за счет
групп С=О и группы ОН, находящейся в α-положении:
49
O
O
Al
O
OH
3
Лабораторная работа №11
Кетоны
Цель: исследовать химические свойства кетонов и осуществить
качественные реакции на карбонильные соединения.
Опыт 1. Получение ацетона из уксуснокислого натрия
Реактивы и оборудование: уксуснокислый натрий, обезвоженный;
соляная кислота, концентрированная; газоотводная трубка с пробкой.
В сухую пробирку помещают около 0,1 г обезвоженного
уксуснокислого натрия CH3COONa (высота слоя должна быть
около 3 мм). Закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой,
нижний конец которой опускают в пробирку с 6—8 каплями воды.
Держа пробирку с уксуснокислым натрием в горизонтальном
положении, нагревают ее в пламени горелки. Пары ацетона
конденсируются в воде, находящейся во второй пробирке.
Ощущается характерный запах ацетона.
После остывания первой пробирки добавляют в нее каплю
концентрированной соляной кислоты. Происходит сильное
вспенивание вследствие выделения двуокиси углерода. Химизм
процесса:
2CH3COONa
CH3 – C – CH3 + Na2CO3
||
O
Na2CO3 + 2HCl
2NaCl + CO2 + H2O
Опыт 2. Цветная реакция на ацетон с нитропруссидом натрия
Реактивы и оборудование: ацетон, раствор; нитропруссид
натрия, 0,5 н. раствор; уксусная кислота, 2 н. раствор; едкий
натр, 2 н. раствор; предметное стекло.
На предметное стекло наносят каплю раствора нитропруссида
натрия, 2 капли воды и 1 каплю водного раствора ацетона. При
50
добавлении капли раствора едкого натра смесь окрашивается в
красный цвет, который от добавления 1 капли раствора уксусной
кислоты принимает вишнево-красный оттенок.
Опыт 3. Реакция ацетона с гидросульфитом натрия
Реактивы и оборудование: ацетон; гидросульфит натрия,
насыщенный раствор, соляная кислота, 2 н. раствор; микроскоп;
предметное стекло; запаянный капилляр.
На предметное стекло наносят 2 капли насыщенного раствора
бисульфита натрия, добавляют 1 каплю ацетона и размешивают
концом запаянного капилляра. Вскоре начинает выпадать
кристаллический осадок гидросульфитного соединения ацетона.
Предметное стекло переносят под микроскоп и рассматривают
кристаллы. Кристаллы гидросульфитного соединения ацетона
представляют собой неправильной формы четырехугольные
таблички (рис. 2)
Рисунок 2 – Кристаллы гидросульфитного соединения ацетона
Добавляют к осадку каплю раствора соляной кислоты —
осадок гидросульфитного соединения ацетона растворяется:
OH
H 3C
C
CH3
SO 3Na
+ HCl
H 3C
C
O
+ NaCl +H2O + SO2
CH3
Реакцию широко используют для отделения карбонильных
соединений от веществ, с которыми гидросульфит натрия не
вступает в реакцию. Продукты присоединения гидросульфита
натрия при обработке слабой щелочью или разбавленной кислотой
(НСl, H2SO4) разлагаются, образуя исходные карбонильные
соединения.
Карбонильные соединения относятся к числу весьма
реакционноспособных органических веществ. Их химические
свойства связаны с особенностями электронного строения
51
карбонильной группы. Связь между атомом углерода и атомом
кислорода вследствие большой электроотрицательности кислорода
по сравнению с углеродом сильно поляризована за счет смещения
C
O
электронной плотности π-связи к кислороду:
. Сильная
поляризация связи С=О в карбонильных соединениях ведет к тому,
что на кислороде сосредотачивается отрицательный заряд, а на
карбонильном
углероде
—
положительный.
Полярность
карбонильной группы определяет и ее реакции. Большинство
реакций карбонильных соединений — это реакции, в которых
положительно
заряженный
карбонильный
углерод
—
электрофильный центр молекулы — взаимодействует с
нуклеофильными реагентами. Реакция присоединения бисульфита
натрия к карбонильной группе относится к реакциям, проходящим
по механизму нуклеофильного присоединения.
Опыт 4. Действие ацетона на пластмассы
Реактивы и оборудование: ацетон; кинопленка (ацетилцеллюлоза).
Оборудование: стеклянная палочка.
Помещают в сухую пробирку 5—6 капель ацетона и при
помешивании стеклянной палочкой растворяют в нем маленький
кусочек целлулоида (кинопленки). Когда раствор станет вязким,
смачивают в нем ватку и натирают гладкий кусочек дерева. После
улетучивания ацетона на дереве остается пленка лака.
Два кусочка очищенной кинопленки смачивают с концов
ацетоном, через 1—2 мин накладывают концы пленки друг на друга
и слегка сдавливают. После высыхания кусочки пленки прочно
склеиваются.
Опыт 5. Получение йодоформа из ацетона
Реактивы и материалы: ацетон; раствор йода в йодиде
калия; едкий натр, 2 н. раствор.
Помещают в пробирку 3 капли раствора йода в йодистом
калии и 5 капель раствора едкого натра. Раствор обесцвечивается. К
обесцвеченному раствору иодноватистокислого натрия добавляют
1 каплю ацетона. Мгновенно без нагревания выпадает желтоватобелый осадок с характерным запахом йодоформа.
Химизм процесса:
I2 + 2NaOH
52
NaOI + NaI + H2O
H 3C
C
CH3
H 3C
+ 3NaOI
C
+ 3NaOH
O
O
H 3C
CI 3
C
CI 3
+
H 3C
NaOH
C
ONa
+ CHI3
O
O
Реакция очень чувствительная и используется для открытия
ацетона (йодоформная проба на ацетон).
Лабораторная работа №12
Карбоновые кислоты
Цель: исследовать химические свойства карбоновых кислот и
осуществить качественные реакции на карбонильные соединения.
Опыт 1. Кислотные свойства карбоновых кислот.
Реактивы и материалы: уксусная кислота, 0,1 н. раствор;
магний (порошок или стружка); карбонат натрия; баритовая
вода; метиловый оранжевый, раствор; лакмус синий, раствор;
фенолфталеин, 1 %-ный спиртовой раствор.
1.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.
2.В пробирку помещают 2 капли раствора уксусной кислоты и
добавляют немного магния. К отверстию пробирки подносят
горящую
лучинку.
При
этом
наблюдается
вспышка,
сопровождающаяся резким звуком, характерным для вспышки
смеси водорода и воздуха. Химизм процесса:
O
H 3C
O
H 3C
C
C
O
Mg
+ Mg
OH
H 3C
C
O
O
53
+ H2
3. В пробирку наливают 2—3 капли раствора уксусной
кислоты и добавляют несколько крупинок углекислого натрия. К
отверстию пробирки подносят горящую лучинку. Лучинка гаснет.
Химизм процесса:
O
O
2 H 3C
C
OH
+ Na2CO3
2 H3C
C
ONa
+ CO2 + H2O
Карбоновые кислоты в водном растворе диссоциируют с
образованием карбоксилат-аниона и протона:
+ H
Протон гидроксида в карбоксильной группе отщепляется
легче, чем в спиртах (влияние полярной карбонильной группы).
Образование карбоксилат-аниона является причиной увеличения
кислотности карбоновых кислот по сравнению со спиртами. На
легкость отщепления протона влияет также радикал, связанный с
карбоксильной группой. Поэтому карбоновые кислоты дают
характерное окрашивание с индикаторами, проводят электрический
ток, т. е. являются электролитами. Карбоновые кислоты по
сравнению с неорганическими — слабые кислоты. Константа
диссоциации у них порядка 10-5.
R
COOH
R
COO
Опыт 2. Образование и гидролиз уксуснокислого железа.
Реактивы и материалы: уксуснокислый натрий
кристаллический; хлорид железа FeCl3, 0,1 н. раствор.
В
пробирку
помещают
несколько
кристалликов
уксуснокислого 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. Химизм процесса:
3CH3COONa + FeCl3
(CH3COO)3Fe + 3NaCl
(CH3COO)3Fe + HOH
(CH3COO)3Fe + 2HOH
(CH3COO)3Fe + 3HOH
(CH3COO)2Fe(OH) + CH3COOH
(CH3COO)Fe(OH)2 + 2CH3COOH
Fe(OH)3 + 3CH3COOH
Уксусная кислота, как и большинство карбоновых кислот,—
слабая кислота. Поэтому ее соли легко гидролизуются с
образованием основных солей и продуктов водного гидролиза.
54
Опыт 3. Качественная реакция α-оксикислот с хлоридом
железа (III)
Реактивы и материалы: хлорид железа (III), 0,1 н. раствор;
фенол, водный раствор; молочная кислота; уксусная кислота
концентрированная.
В две пробирки вводят по 1 капле раствора хлорида железа и
добавляют по 2 капли раствора фенола. Растворы окрашиваются в
фиолетовый цвет. В одну пробирку добавляют 2 капли молочной
кислоты, а в другую— столько же капель уксусной кислоты. В
пробирке с молочной кислотой появляется зеленовато-желтое
окрашивание, в пробирке с уксусной кислотой цвет раствора не
изменяется.
α-Оксикислоты вытесняют фенол из комплексного фенолята,
и фиолетовая окраска раствора переходит в желтую. В присутствии
молочной кислоты фиолетовый цвет железного комплекса
изменяется на зеленовато-желтый вследствие образования лактата
железа (молочнокислого железа):
H3C
CH(OH)
COOH + FeCl 3
H3C
CH(OH)
COO
Fe + 3HCl
3
Эта реакция представляет большой интерес и используется в
клинической практике для определения молочной кислоты (как
патологического продукта) в желудочном соке.
Опыт 4. Цветная реакция салициловой, галловой кислоты и
танина с хлоридом железа (Ш)
Реактивы и материалы: салициловая кислота, насыщенный
раствор; хлорид железа FeCl, 0,1 н. раствор; этиловый спирт
96%-ный; галловая кислота, танин (насыщенные растворы);
хлорид железа (III), 0,1 н. раствор.
В пробирку вводят 2 капли раствора салициловой кислоты и
прибавляют I каплю раствора хлорида железа. Раствор
окрашивается в темно-фиолетовый цвет, что указывает на наличие
в салициловой кислоте фенольного гидроксила. Добавляют к
раствору 4 капли этилового спирта; окраска не исчезает (в отличие
от фенола).
В одну пробирку вносят 2 капли раствора галловой кислоты, в
другую—-2 капли танина,-прибавляют в каж¬дую пробирку по
капле раствора хлорида железа. Гал¬ловая кислота с хлоридом
55
железа дает зеленовато-черное окрашивание, а танин — синечерное.
Опыт 5. Разложение муравьиной и щавелевой кислот при
нагревании с концентрированной серной кислотой
Реактивы и материалы: муравьиная кислота безводная;
серная кислота концентрированная (d == 1,84 г/см3); щавелевая
кислота кристаллическая; серная кислота (d=l,84 г/см3);
баритовая вода, насыщенный раствор.
Оборудование: газоотводная трубка.
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. Химизм процесса:
O
H2 SO4
H
C
CO + H2O
OH
Муравьиная кислота под действием концентрированной
серной кислоты разлагается с образованием оксида углерода. Это
свойство отличает муравьиную кислоту от остальных карбоновых
кислот.
В пробирку помещают несколько кристаллов щавелевой
кислоты и добавляют 2 капли серной кислоты. Пробирку
закрывают пробкой с газоотводной трубкой и нагревают на
пламени горелки. Поджигают выделяющийся газ — он горит
голубоватыми вспышками. После этого конец газоотводной трубки
опускают в баритовую воду. Баритовая вода мутнеет. Химизм
процесса:
H2 SO4
HCOO
COOH
CO + CO2 + H2O
BaCO2 + H2O
CO2 + Ba(OH)2
Под действием концентрированной
серной кислоты
щавелевая кислота в отличие от других двухосновных кислот
разлагается.
Опыт 6. Окисление перманганатом
щавелевой кислот и растительных масел
56
калия
олеиновой,
Реактивы и материалы: щавелевая кислота кристаллическая;
перманганат калия, 0,1 н. раствор; серная кислота, 0,2 н. раствор;
баритовая вода, насыщенный раствор; олеиновая кислота;
раствор; карбонат натрия. 0,5 н. раствор.
Оборудование: газоотводная трубка.
В пробирку помещают несколько кристаллов щавелевой
кислоты, добавляют 2 капли перманганата калия и I каплю серной
кислоты. Отверстие пробирки закрывают Пробкой с газоотводной
трубкой, конец которой опущен и пробирку с баритовой водой.
Реакционную смесь нагревают. Розовый раствор перманганата
калия обесцвечивается, а в пробирке с баритовой водой появляется
белый осадок карбоната. Химизм процесса:
HOOC
COOH +
O
2CO2 + H2O
В отличие от высших гомологов щавелевая кислота обладает
восстановительными свойствами: она количественно окисляется
перманганатом калия в кислом растворе.
На этой реакции окисления щавелевой кислоты основано ее
применение в аналитической химии для установления титра
перманганата калия.
В пробирку помещают по 2 капли олеиновой кислоты,
раствора карбоната натрия и раствора перманганата калия. При
встряхивании смеси розовая окраска исчезает. Химизм процесса:
H 3C
(CH2 )7
C
H
H 3C
(CH2 )7
C
H
(CH 2 )7
COOH
H
C
H
C
(CH 2 )7
OH
OH
+ O + HOH
COOH
Обесцвечивание бромной воды и раствора перманганата калия
указывает на наличие кратной связи в молекуле олеиновой
кислоты.
Лабораторная работа №13
Сложные эфиры. Жиры.
Цель: исследовать химические свойства жиров и сложных эфиров
и осуществить качественные реакции на растительные масла.
Опыт 1. Окисление растительных масел перманганатом калия
57
Реактивы и материалы: масло растительное; перманганат
калия, 0,1 н. раствор; карбонат натрия, 2 н. раствор.
В пробирку вводят 2 капли растительного масла
(подсолнечного), 2 капли раствора карбоната натрия и 2 капли
водного раствора перманганата калия. Встряхивают содержимое
пробирки. Малиновая окраска перманганата калия исчезает, что
указывает на окисление глицеридов непредельных высших кислот,
входящих в состав растительного масла. Химизм процесса:
H 2C
O
CO
(CH2 )7
C
H
C
H
(CH 2 )7
CH3
HC
O
CO
(CH2 )7
C
H
C
H
(CH 2 )7
CH3
H 2C
O
CO
(CH2 )7
C
H
C
H
(CH 2 )7
CH3
H 2C
O
CO
(CH2 )7
HC
O
CO
(CH2 )7
H 2C
O
CO
(CH2 )7
HO
+ 3 O + HOH
OH
OH
C
H
H
C
C
H
H
C
(CH 2 )7
CH3
(CH 2 )7
CH3
H
C
H
C
OH
(CH 2 )7
CH3
OH
OH
Опыт 2. Получение бензойноэтилового эфира
Реактивы и материалы: бензойная кислота, этиловый спирт,
серная кислота (d=l,84 г/см3).
В пробирку помещают несколько кристаллов бензойной
кислоты, прибавляют 4 капли этилового спирта и 2 капли серной
кислоты. Содержимое пробирки встряхивают и осторожно
нагревают до кипения. Выливают полученную бесцветную
жидкость в пробирку с холодной водой. Ощущается характерный
запах бензойноэтилового эфира (этилбензоата). Часть бензойной
кислоты, не вошедшая в реакцию, выпадает в осадок. Химизм
процесса:
C6H5COOH + C2H5OH
C6H5
COOC2H5
+ H2O
Опыт 3. Омыление жиров в водно-спиртовом растворе
Реактивы и материалы: твердый жир (говяжий, бараний,
свиной); едкий натр, 15%-ный спиртовой раствор; хлорид натрия,
насыщенный раствор.
Оборудование: водяная баня, стеклянная палочка.
58
В широкую пробирку помещают 2 г жира и приливают 6 мл
спиртового раствора щелочи. Перемешивают смесь стеклянной
палочкой и нагревают на водяной бане до начала кипения.
Омыление ведут 3—5 мин, пока жидкость не станет однородной.
Для определения конца омыления помещают в пробирку
несколько капель полученной смеси, добавляют 4—5 мл воды и
нагревают раствор при встряхивании на пламени горелки. Если
смесь растворяется в воде нацело, без выделения капель жира, то
омыление можно считать законченным. Если выделяются капли
жира, то продолжают нагревать смесь на водяной бане еще
несколько минут, а затем снова проверяют полноту омыления. К
полученной густой жидкости добавляют 6—7 мл насыщенного
раствора поваренной соли. Жидкость мутнеет и выделяется слой
мыла, всплывающий на поверхность. Дают смеси отстояться, затем
охлаждают пробирку холодной водой. Затвердевшее мыло
отделяют.
Химизм процесса:
O
H 2C
O
C
HC
O
C
H 2C
O
C
O
O
CH2 OH
C 7H 35
C 7H 35
C 7H 35
+ 2NaOH
3C17H35COONa + CHOH
CH2 OH
Будучи сложными эфирами, жиры подвергаются гидролизу с
образованием глицерина и смеси высших жирных кислот. Большое
значение имеет гидролиз жиров, проводимый при нагревании с
водой в присутствии едких щелочей. При этом получаются
глицерин и смесь солей высших кислот—мыло. Этот процесс
называется омылением жиров и применяется в мыловаренном
производствею.
Опыт 4. Гидролиз спиртового раствора мыла
Реактивы и материалы: этиловый спирт; мыло твердое;
фенолфталеин, 1 %-ный спиртовой раствор.
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 дистиллированную воду. По мере
59
прибавления
воды
появляется
розовое
Интенсивность окраски постепенно увеличивается.
Химизм процесса:
окрашивание.
C17H35COOH + NaOH
C17H35COONa + HOH
C17H35COO + Na
C17H35COONa
C17H35COO + HOH
C17H35COOH + OH
Разбавление спиртового раствора мыла водой вызывает
гидролиз мыла. В результате образуются малодиссоциированные
жирные кислоты и едкий натр. Розовое окрашивание говорит о
появлении в растворе гидроксильных ионов. Реакция водных
растворов мыла всегда щелочная.
Лабораторная работа №14.
Углеводы.
Опыт 1. Доказательство наличия гидроксильных групп в
глюкозе
Реактивы и материалы: глюкоза, 0,5%-ный раствор; едкий
нарт, 2 н. раствор; сульфат меди (II), 0,2 н. раствор.
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)
Сu(ОН)2 мгновенно растворяется, получается прозрачный раствор
глюконата меди (II), имеющий слабую синюю окраску:
60
Моносахариды взаимодействуют с гидроксидами, а также с
оксидами тяжелых металлов, подобно многоатомным спиртам. При
этом водород гидроксильных групп замещается на металл, и
образуются производные моносахаридов типа алкоголятов,
называемые сахаратами. Растворение гидроксида меди (II) Сu(ОН)2
доказывает наличие гидроксильных групп в глюкозе. Полученный
раствор сохраняют для следующего опыта.
Опыт 2. Окисление глюкозы гидроксидом меди (II) в
присутствии щелочи.
Реактивы и материалы: раствор сахарата меди.
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
нагретая часть синего раствора окрашивается в оранжево-желтый
цвет вследствие образования гидроксида меди (I) СuОН. При более
продолжительном нагревании может образоваться красный осадок
оксида меди (I) Cu2O
Химизм процесса:
Выделяющийся при восстановлении гидроксида меди Сu(ОН)2
кислород идет на окисление глюкозы. Окисление моносахаридов
(альдоз и кетоз) в щелочной среде протекает неоднородно и
сложно, с разрывом молекулы и образованием более простых
молекул, обладающих восстановительными свойствами, например
формальдегида, ацетальдегида, муравьиной кислоты и других
соединений.
Опыт 3. Окисление глюкозы реактивом Фелинга
Реактивы и материалы: глюкоза, 0,5%-ный раствор; реактив
Фелинга.
61
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 оранжевожелтый цвет вследствие образования гидроксида меди (I) СuОН,
которая в дальнейшем переходит в красный осадок оксида меди (I)
Сu2О.
Реактивом Фелинга проводить окисление удобнее, чем
гидроксидом меди Сu(ОН)2 в присутствии щелочи, так как при
добавлении большего количества сернокислой меди, указано в
предыдущем опыте, может пройти побочная реакция образования
избытка гидроксида меди (II) Сu(ОН)2 и частично оксида меди (II)
СuО черного цвета. При окислении реактивом Фелинга сегнетова
соль связывает избыток гидроксида меди (II) Сu(ОН)2 и основная
реакция окисления глюкозы протекает быстрее и более четко.
Окисление реактивом Фелинга служит качественной реакцией
на глюкозу.
Опыт 4. Окисление глюкозы аммиачным раствором
оксида серебра (реакция «серебряного зеркала»)
Реактивы и материалы: глюкоза, 0,5%-ный раствор; нитрат
серебра, 0,2 н. раствор; аммиак, 2 н. раствор; едкий натр, 2 н.
раствор.
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. Химизм процесса:
62
OH
H
C
C
O
O
H
OH
HO
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H
OH
HO
H
H
H
CH2 OH
O
CH2 OH
Моносахариды легко окисляются, причем в зависимости от
условий получаются разнообразные продукты окисления. При
осторожном окислении альдоз в кислой или нейтральной среде
образуются альдоновые кислоты(одноосновные многоатомные
оксикислоты). Кетозы (например, фруктоза) в этих условиях не
окисляются.
При окислении моносахаридов в щелочной среде происходит
их глубокое расщепление с образованием ряда продуктов, в том
числе очень легко окисляющихся. Поэтому моносахариды
являются сильными восстановителями.
При окислении моносахаридов в щелочном растворе не
удается выделить продукты окисления с тем же числом углеродных
атомов (как альдоновые кислоты при окисления альцоз в кислой
среде).
Подобно
альдегидам,
моносахариды
восстанавливают
аммиачный раствор оксида серебра с образованием осадка
металлического серебра («серебряного зеркала»). Эту реакцию
дают как альдозы, так и кетозы.
Окисление оксидом серебра в щелочной среде служит
качественной реакцией на моносахариды.
Примечание. Пробирку для опыта необходимо тщательно
вымыть (обезжирить) — прокипятить со щелочью и промыть
водой. Если стенки пробирки грязные, то металлическое серебро
выделяется в виде черного осадка.
Опыт 5. Отсутствие восстанавливающей способности у
сахарозы
Реактивы и материалы: сахарат меди, раствор.
63
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,
что указывает на отсутствие в ее молекуле свободной альдегидной
группы.
Опыт 6. Кислотный гидролиз сахарозы
Реактивы и материалы: сахароза, 1%-ный раствор; соляная
кислота, 2 н. раствор; соляная кислота (d=l,19 г/см 3); сульфат
меди (II), 0,2 н. раствор; резорцин; лакмусовая бумага.
В пробирку помещают 1 каплю раствора сахарозы, 1 каплю 2
н. соляной кислоты, 3 капли воды и осторожно нагревают над
пламенем горелки 20—30 мин. Половину раствора отливают в
другую пробирку и добавляют к ней 4—5 капель раствора щелочи
(до щелочной реакции на лакмус) и 3—4 капли воды. Затем
добавляют 1 каплю раствора сульфата меди и нагревают верхнюю
часть синего раствора до кипения. Появляется оранжево-желтое
окрашивание, доказывающее образование глюкозы.
К оставшейся части гидролизованного раствора сахарозы
(первая пробирка) прибавляют кристаллик резорцина, 2 капли
концентрированной соляной кислоты и нагревают до кипения.
Появляется
красноватое
окрашивание,
указывающее
на
образование фруктозы (реакция Селиванова). Химизм процесса:
6
CH2 OH
5
H
4
H
OH
1
O
H
3
H
+ HOH
O
1
5
OH
H
2
6
O
OH
H
CH 2OH
H
2
OH
CH 2OH
3
4
OH
H
Остаток α – D- глюкозы остаток β – D- глюкозы
CH 2 OH
O
H
H
OH
OH
H
OH
H
CH 2OHO
+
H
OH
64
H
H
OH
CH2 OH
H
OH
H
α – D- глюкоза
β – D- глюкоза
Молекула сахарозы легко расщепляется при гидролизе на
молекулу глюкозы и молекулу фруктозы. Оба моносахарида входят
в состав сахарозы в циклических формах. В создании связи между
ними участвуют оба гликозидных гидроксида.
В сахарозе остаток фруктозы находится в виде непрочного
пятичленного кольца — фуранозы; такие сложные сахара очень
легко гидролизуются.
Опыт 7. Реакция крахмала с йодом
Реактивы и материалы: крахмальный клейстер, 2%-ный
раствор; йод, 0,1 н. водный раствор.
В пробирку помещают 2 капли крахмального клейстера и 1
каплю раствора йода. Содержимое пробирки окрашивается в синий
цвет. Полученную темно-синюю жидкость нагревают до кипения.
Окраска при этом исчезает, но при охлаждении появляется вновь.
Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов —
амилозы (20%) и амилопектина (80%). Амилоза растворима в
теплой воде и дает с йодом синее окрашивание. И амилоза, и
амилопектин состоят из остатков глюкозы, связанных αгликозидными связями, но они отличаются формой молекул.
Амилоза представляет собой линейный полисахарид,
построенный из нескольких тысяч остатков глюкозы, обладающий
структурой винта или спирали. Внутри спирали остается
свободный канал диаметром около 5 мкм, в который могут
внедряться посторонние молекулы, образуя особого типа
комплексы — так называемые соединения включения. Одним из
них является соединение амилозы с йодом, имеющее синее
окрашивание.
Амилопектин в теплой воде нерастворим, набухает в Вей,
образуя крахмальный клейстер. В состав амилопектина в отличие
от амилозы входят разветвленные цепи глюкозных остатков.
Амилопектин с йодом дает красновато-фиолетовое окрашивание.
65
Лабораторная работа №15.
Амины.
Опыт 1. Определение строения аминов
Реактивы
и
материалы:
анилин;
дифениламин;
диметиланилин; нитрит натрия, 0,5 н. раствор; β-нафтол,
щелочной раствор; соляная кислота; щелочь, 2 н. раствор.
1.В три пробирки вносят по капле или несколько кристаллов
испытуемых аминов, 2 капли соляной кислоты и 3 капли раствора
нитрита натрия. Взбалтывают содержимое и добавляют каплю
щелочного раствора β-нафтола. Появление окраски доказывает, что
в данной пробирке находится первичный амин.
2.Содержимое двух пробирок, в которых не появилась
окраска, подщелачивают, добавляя по 4 капли раствора щелочи.
Появление зеленой окраски служит доказательством того, что
данный амин является третичным жирноароматическим амином,
который в этих условиях дает пара-нитрозамин.
Опыт 2. Свойства аминов жирного ряда
Реактивы и материалы: метиламин (или диэтиламин),
водный раствор; фенолфталеин, 1%-нын спиртовой раствор;
хлороформ; едкий натр, концентрированный раствор; сульфат
меди (II), 0,02 н. раствор; хлорид железа, 0,1 н. раствор; соляная
кислота (d=l,19 г/см3); лакмусовая бумага красная.
1.Проверка водного раствора на индикаторы. К отверстию
газоотводной трубки прибора для получения метиламина подносят
влажную красную лакмусовую бумажку. Бумажка синеет.
В пробирку помещают 2 капли водного раствора метиламина
и добавляют 1 каплю раствора фенолфталеина. Появляется розовое
окрашивание. Химизм процесса:
CH3NH2 + HOH
Метиламин
CH3NH3
OH
гидроокись метиламония
CH3NH3 + OH
ион метиламмония
В водных растворах амины, подобно аммиаку, содержатся в
виде гидроокисей замещенного аммония, которые в результате
электролитической диссоциации образуют ион замещенного
аммония и гидроксил. Поэтому водные растворы аминов имеют
щелочную реакцию.
66
2.Изонитрильная реакция. В пробирку помещают 3 капли
раствора метиламина, 1 каплю хлороформа, 1 каплю
концентрированного раствора щелочи и нагревают смесь.
Появляется характерный, очень неприятный запах изонитрила.
Химизм процесса:
H
H3 C
Cl
+
N
H
H3 C
C
H
HCl
C
+ HCl + 2 H2O
N
C
+ 3HCl
Cl
Эта реакция является специфической реакцией для открытия
первичных аминов.
Примечание. Так как изонитрил очень ядовит, после
проведения опыта его разлагают. Пробирку с изонитрилом
помещают в стакан с разбавленной серной или соляной кислотой.
Изонитрил быстро гидролизуется с образованием соли амина и
муравьиной кислоты:
H3C
N
CH3NH3
Cl + HCOOH
3. Реакция с раствором сульфата меди. В пробирку помещают
2 капли раствора метиламина и добавляют 2 капли сульфата меди
(II) —выпадает голубой осадок. К реакционной смеси добавляют по
каплям избыток раствора амина. Осадок растворяется, раствор
окрашива¬ется в интенсивный фиолетовый цвет.
Из раствора солей меди (II) метиламин как довольно сильное
основание осаждает гидроксид меди, а избыток амина образует с
ионами меди комплексные соединения, легко растворимые в воде.
4.Реакция с раствором хлорида железа. В пробирку вводят 2—
3 капли раствора метиламина и добавляют несколько капель
раствора хлорида железа FeCl. Выпадает осадок гидроксида железа
(III) Fe(OH)3:
3 CH3NH3 OH + FeCl3
3 CH3NH3 Cl + Fe(OH)3
5.Реакция газообразного метиламина с концентрированной
соляной кислотой. К отверстию газоотводной трубки прибора для
получения метиламина подносят стеклянную палочку, смоченную
концентрированной соляной кислотой. Образуется белый осадок
солянокислой соли метиламина:
CH3NH2 Cl
или CH3NH2 Cl
Амины как производные аммиака проявляют основные
свойства и являются органическими основаниями.
CH3NH2 + HCl
67
Опыт 3. Образование солей анилина и их разложение
Реактивы и материалы: анилин; серная кислота, 2 н.
раствор; соляная кислота (d=1,19 г/см3); едкий натр, 2 н. раствор;
фенолфталеин, 1%-ный спиртной раствор, лакмусовая бумага
красная.
Оборудование: микроскоп; предметные стекла; стеклянная
палочка
1.В пробирку помещаю 1 каплю анилина, 8 капель воды и
встряхивают содержимое пробирки. Одну каплю эмульсии наносят
на лакмусною бумажку. Цвет красного лакмуса не меняется,
2.Приготовленную эмульсию анилина делят па две части. К
одной част 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 их
форму в микроскоп (рис. 1). Химизм процесса:
NH2
NH3
SO4H
+ H2SO4
3. К другой части эмульсии анилина добавляют по каплям
концентрированную соляную кислоту до получения однородного
раствора.
К прозрачному раствору солянокислого анилина добавляют
1—2 капли фенолфталеина и по каплям раствор щелочи. Жидкость
мутнеет еще до появления малиновой окраски. Химизм процесса:
NH3
NH2
+ HCl
Cl
NH2
NH3
Cl + NaOH
+ NaCl + H2O
Основные свойства аминогруппы, связанной с ароматическим
ядром, значительно ослаблены по сравнению с аминами жирного
ряда. Водный раствор анилина не окрашивает лакмус в синий цвет.
68
Анилин образует соли только с сильными минеральными
кислотами. Водные растворы этих солей имеют кислую реакцию и
их можно титровать щелочами.
Рисунок 1 – Кристаллы сернокислого анилина.
Опыт 4. Цветные реакции анилина
Реактивы и материалы: анилин; хлорная известь,
насыщенный раствор; дихромат калия, 0,5 н. раствор; соляная
кислота (d=1,19 г/см3), серная кислота, 2 н. раствор; лигнин
(газетная бумага, лучинка). Оборудование: предметное стекло;
стеклянная палочка.
1.Цветная реакция с лигнином. 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 лигнина.
Если
раствором
соли
анилина
смочить
полоску
фильтровальной бумаги, окрашивания не произойдет, так как
фильтровальная бумага представляет собой чистую клетчатку без
примеси лигнина.
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 5. Бромирование анилина
69
Реактивы и материалы: анилин (разбавленная анилиновая
эмульсия); бромная вода, насыщенный раствор.
В пробирку помещают 3 капли бромной воды и 1 каплю
анилиновой воды. Выпадает белый осадок триброманилина:
NH 2
NH 2
Br
Br
+ 3 Br2
+ 3HBr
Br
Являясь электронодонорным заместителем, аминогруппа
повышает электронную плотность в ароматическом ядре, облегчая
этим реакции электрофильного замещения.
Вместо анилина можно использовать для этого опыта соли
анилина. Они бромируются так же легко, как и сам анилин.
Опыт 6. Цветная реакция дифениламина с азотной
кислотой
Реактивы и материалы: дифениламин; азотная кислота
(d=1,4 г/см3); серная кислота (d=l,84 г/см3). Оборудование:
предметное стекло; стеклянная палочка.
На предметное стекло помещают 2—3 кристалла
дифениламина и каплю серной кислоты. Стеклянной палочкой
размешивают кристаллы до растворения, т. е. до образования
сернокислой соли дифениламина.
В пробирку помещают каплю азотной кислоты, доливают ее
почти доверху водой и перемешивают. Одну каплю полученного
разбавленного раствора азотной кислоты наносят на предметное
стекло рядом с каплей сернокислого дифениламина. В месте
соприкосновения появляется яркое синее окрашивание.
Раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте
применяется в аналитической химии как чувствительный реактив
на анион N03-.
Примечание. Соли дифениламина гидролизуются избытком
воды. Поэтому при проведении опыта следует добавить только
одну каплю раствора азотной кислоты во избежание гидролиза.
70
Лабораторная работа №16.
Диазо- и азосоединения.
Опыт 15. Диазотирование анилина
Реактивы и материалы: анилин (свежеперегнанный); соляная
кислота, 2 н. раствор; нитрит натрия 0,5 н. раствор;
йодкрахмальная бумага. Оборудование: стеклянная палочка, лед.
В пробирку помещают 1 каплю анилина, 5 капель соляной
кислоты и кусочек льда. По одной капле, постоянно встряхивая
содержимое пробирки, добавляют 5 капель раствора нитрита
натрия. Одну каплю полученной реакционной смеси с помощью
стеклянной палочки наносят на полоску йодкрахмальной бумаги.
Если
диазотирование
анилина
закончено,
то
на
йодкрахмальной бумаге появляется голубое пятно, указывающее на
наличие свободной азотистой кислоты в растворе. Пробу
повторяют через минуту, не добавляя раствора нитрита. Если
голубое пятно сохранилось, реакция диазотирования окончена.
Если пятно исчезает, добавляют еще 2 капли раствора
азотистокислого натрия и делают повторную пробу с
йодкрахмальной бумагой.
Пробирку с полученным раствором помещают в
охлаждающую смесь и сохраняют для следующего опыта.
Химизм процесса:
Последнее уравнение реакции соответствует определению
конца диазотирования по йодкрахмальной бумажке.
Установлено, что азотистая кислота не взаимодействует
непосредственно, а превращается в результате быстрой
равновесной реакции сначала в активную форму. При
диазотировании в кислой среде активной формой является катион
нитрозония
71
(играет роль электрофильной частицы):
Медленной стадией, определяющей скорость процесса,
является реакция этой активной формы с первичным амином. В
нейтральном растворе или в растворе с небольшой кислотностью
активной формой является триоксид азота. Амины диазотируются
тем легче, чем выше их основность.
Опыт 16. Диазотирование сульфаниловой кислоты
Реактивы и материалы: сульфаниловая кислота; едкий натр,
1 н. раствор, нитрит натрия, 0,5 н. раствор; серная кислота
(d=1,84 г/см3).
В
пробирку
помещают
на
конце
микролопатки
сульфаниловую кислоту, 4 капли раствора едкого натра и слегка
нагревают в пламени горелки. Затем приливают 6 капель раствора
нитрита натрия. В другую пробирку помещают кусочек льда,
осторожно приливают 2 капли серной кислоты и при помешивании
вливают содержимое первой пробирки.
Выделяется белый осадок диазобензолсульфокислоты.
Немного влажной диазобензолсульфокислоты на стеклянной
палочке вносят в пламя горелки. Происходит вспышка.
Химизм процесса:
Диазотировать можно любое ароматическое соединение,
содержащее первичную аминогруппу в ароматическом ядре.
Диазосоединения в твердом состоянии разлагаются со взрывом.
Опыт 17. Получение β-нафтолазобензола.
Реактивы и материалы: р-нафтол; едкий натр, 2 н. раствор;
раствор хлористого фенилдиазония (опыт 15).
В пробирку помещают на кончике микролопатки р-нафтол,
добавляют 3 капли раствора щелочи и встряхивают содержимое
пробирки до растворения β-нафтола. В другую пробирку наливают
2 капли раствора хлористого фенилдиазония и приливают каплю
щелочного раствора р-нафтола. Выпадает осадок оранжевокрасного цвета. Это азокраситель β-нафтолазобензол.
Химизм процесса:
72
Лабораторная работа №17
Аминокислоты.
Цель: изучение химических свойств аминокислот.
Опыт 1. Отношение аминокислот к индикаторам.
Реактивы и материалы: аминоуксусная кислота, 0,2 н.
раствор; метиловый оранжевый, раствор; метиловый красный,
раствор; лакмус, раствор.
В пробирку помещают 2 капли раствора аминруксусной
кислоты и добавляют 1 каплю метилового оранжевого. Такой ж е
опыт проделывают с метиловым красным и лакмусом. Окраска
индикаторов не меняется.
Аминокислоты обладают как кислотными, так и основными
свойствами; кислотная группа - СООН и основная - NH2 взаимно
нейтрализуются, следовательно, аминокислоты имеют структуру
амфотерных, или биполярных, ионов (внутренние соли): H3N+-СН2СОО-. Поэтому водные растворы одноосновных моноаминокислот
нейтральны по отношению к индикаторам.
Опыт 2. Образование медной соли аминоуксусной кислоты.
Реактивы и материалы: аминоуксусная кислота, 0,2н.
раствор; оксид меди (II) СuО, порошок; едкий натр, 2 н. раствор.
В пробирку помещают немного порошка оксида меди (II)
СuО, 4 капли раствора аминоуксусной кислоты и нагревают в
пламени горелки, встряхивая содержимое пробирки. Пробирку ста
вят на некоторое время в штатив, чтобы осел избыток черного
порошка оксида меди.
73
К отстоявшемуся синему раствору приливают 1 каплю
раствора едкого натра. Раствор остается прозрачным. Для
аминокислот характерно образование медных солей, окрашенных в
синий цвет. а-Аминокислоты дают с медью окрашенные
внутренние комплексные соли, очень устойчивые:
Связь между атомами меди и азота
координационная за счет свободной пары
электронов азота аминогруппы.
Опыт 3. Действие муравьиного альдегида на аминокислоты.
Реактивы и материалы: аминоуксусная кислота, 0,2 н.
раствор; формальдегид, 40%-ный раствор; метиловый красный,
раствор. Оборудование: пипетка с капиллярным отверстием.
В пробирку помещают 3 капли раствора формальдегида и 1
каплю метилового красного. Из-за дисмутации муравьиного
альдегида раствор окрашивается в красный цвет. При помощи
пипетки с капиллярным отверстием приливают по каплям раствор
щелочи до появления желтой окраски (нейтральная среда на
метиловый красный).
В отдельную пробирку помещают 3 капли аминоуксусной
кислоты и приливают к ней содержимое первой пробирки. Тотчас
же появляется красное окрашивание: блокированная муравьиным
альдегидом аминогруппа не влияет на карбоксил, и раствор
аминокислоты приобретает кислую реакцию.
монооксиметиламинокислота
Опыт 4. Действие азотистой кислоты на аминокислоты
Реактивы и материалы: нитрит натрия, 1 н. раствор
свежеприготовленный); аминоуксусная кислота, 0,2 н. раствор;
соляная кислота, 2 н. раствор.
В пробирку помещают 2 капли раствора аминокислоты, 2
капли раствора нитрита натрия и 2 капли соляной кислоты. При
встряхивании содержимого пробирки выделяются пузырьки газа.
Химизм реакции:
NaNO2 + HCl → HNO2 + NaCl
74
На этой реакции основано количественное определение
аминогрупп в аминокислотах, а также в белках и продуктах их
распада. Выделяющийся азот определяется объемным методом.
75