А.В. Варламов, Е.А. Сорокина, Никитина Е.В.

А.В. Варламов, Е.А. Сорокина, Никитина Е.В.

 

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Для студентов I курса специальности «Лечебное дело»

 

 

 

Москва

Издательство Российского университета дружбы народов

2009

А.В. Варламов, Е.А. Сорокина, Никитина Е.В.

 

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Для студентов I курса специальности «Лечебное дело»

 

 

 

 

Москва

Издательство Российского университета дружбы народов

2009
УГЛЕВОДОРОДЫ

Органические соединения, состоящие только из углерода и водорода, называются углеводородами. Скелет их молекул построен только из атомов углерода. В зависимости от последовательности соединения атомов углерода в углеродном скелете молекулы различают углеводороды линейного, разветвленного и циклического строения.

Углерод может находится в sp³-, sp²-, sp-гибридизованном состоянии. В зависимости от этого характер связей между атомами углерода может различаться (s- и p-связи). Существуют насыщенные (алканы), ненасыщенные (алкены и алкины) и ароматические углеводороды. Многообразие их обусловлено существованием гомологов (т.е. углеводородов, различающихся числом атомов углерода в цепи) и изомеров (углеводороды, отличающиеся порядком соединения атомов углерода). В зависимости от их молекулярной массы углеводороды при обычных условиях могут быть газообразными, жидкими или твердыми. Они не растворимы в воде. Все они горят. В зависимости от процентного содержания углерода в молекуле углеводорода пламя имеет различную окраску, что позволяет сделать предварительное предположение о содержании углерода в молекуле. Так, метан и другие, низкомолекулярные алканы горят на воздухе неокрашенным пламенем, алкены и алкины – светящемся пламенем. Алкины и ароматические углеводороды сильно коптят, так как не весь углерод успевает сгореть.

 

АЛКАНЫ

Алканами называются углеводороды, в которых атомы углерода и водорода соединены между собой только s-связями. Углерод в алканах находится в sp³-гибридизации. Общая формула С_nH_2n+2. В алканах углерод образует максимальное для него количество s-связей, поэтому алканы еще называют насыщенными углеводородами. sp³-Гибридизованный атом углерода имеет тетраэдрическое строение, угол между связями 109°28^¢ .Начиная с четвертого члена гомологического ряда возможно существование изомеров.

Основные природные источники насыщенных углеводородов – нефть и природный газ. Однако из нефти трудно выделить индивидуальные углеводороды, поэтому необходимо прибегать к синтетическим методам.

Способы получения алканов

Химические свойства алканов определяются их строением. Алканы при обычных условиях не обесцвечивают бромную воду и раствор марганцовокислого калия. Насыщенные углеводороды способны только к реакциям замещения. Для них возможно окисление при повышенной температуре, нитрование и сульфоокисление или сульфохлорирование. При высокой температуре алканы подвергаются крекингу. Эти реакции протекают по радикальному механизму, так как только такая высокоактивная частица как радикал может разрушить прочную С-Н или С-С – связи.

 

Химические свойства алканов

На схеме представлено два типа реакций: разложение и замещение. Все они протекают как радикальные. Гомолитическое расщепление С-Н связей протекает либо под действием нагревания (дегидрирование), либо под действием радикальных частиц образующихся из реагентов (Br•, Cl•, NO₂•). Окисление происходит только в жестких условиях (высокая температура).

 

Пример механизма реакции радикального замещения:

 

При бромировании и нитровании по Коновалову образуются преимущественно вторичные и третичные галоидные алкилы и нитрозамещённые, так как вторичные радикалы более устойчивы по сравнению с первичными.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

 

Опыт 1. Горение алканов.

Поместите в фарфоровые чашечки 2 мл гептана и 0.5 г парафина, подожгите. (Опыт выполняется под тягой). Проследите за характером пламени. Напишите уравнения горения гептана и парафина. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

 

Опыт 2. Взаимодействие алканов с бромом.

В две пробирки налейте по 1 мл раствора перманганата калия. В первую пробирку добавьте 1 мл гептана, а во вторую – 1 мл циклогексана. Встряхните пробирки. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

 

Опыт 4. Получение метана.

Пробирку с газоотводной трубкой, в которую помещена смесь ацетата натрия и натронной извести (смесь гидроксида натрия и оксида кальция), нагрейте в пламени горелки до тех пор, пока не начнёт выделяться газ. (Чтобы увидеть выделение газа, опустите газоотводную трубку в пробирку с 2 мл воды). Подожгите газ. Докажите что выделяющийся газ – алкан (опыты 2 и 3).

Уравнение реакции образования метана из ацетата натрия.

 

Задачи (алканы)

1. Какова общая формула гомологического ряда алканов? Напишите структурные формулы и назовите изомеры состава: С₄Н₁₀, С₅Н₁₂, С₆Н₁₄. Укажите в этих формулах первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

2. Напишите структурные формулы изомеров гептана, содержащих третичные и четвертичные атомы углерода и назовите их.

3. Назовите по номенклатуре ИЮПАК следующие углеводороды:

 

4. С какими из приведенных соединений реагирует н-бутан в указанных условиях? 1) HNO₃ (разб.)/t°, р; 2) H₂SO₄ (конц.)/20°С; 3) О₂ (пламя); 4) KMnO₄/H₂O, 20°C; 5) SO₂+Cl₂/hn; 6) HNO₃ (конц.)/20°С; 7) Br₂/hn, 20°C; 8) Br₂/20°C (в темноте). Напишите уравнения этих реакции.

5. Какие, монохлорпроизводные образуются при хлорировании: а) пропана, б) 2-метилбутана, в) 2, 2-диметилпропана? Каковы условия реакции? Каков механизм реакции?

6. При хлорировании 2-метилпропана в условиях радикального замещения получаются 2 изомерных монохлорпроизводных. Какова их структура, и какой из них образуется легче? Каковы условия реакции?

7. Напишите реакцию нитрования по Коновалову (10% HNO₃, 140°С, давление) для следующих углеводородов: этана, пропана, 2-метилбутана. Назовите продукты реакции. Какой из них будет образовываться легче всего? Укажите механизм реакции.

8. Напишите структурную формулу углеводорода состава С₅Н₁₂, если при его бромировании получается только третичное бромпроизводное.

9. Напишите механизм реакции фотохимического сульфохлорирования н-гексана. Что такое СМС? На каких свойствах основано их применение?

10. Получите этан всеми известными Вам методами, дайте определение s-связи. Каковы её основные отличия от ионной связи?

АЛКЕНЫ

Алкенами называются углеводороды, имеющие между атомами углерода двойные связи. Они имеют общую формулу C_nH_2n. Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp²-гибридизации.

Три гибридных sp²-орбитали такого атома углерода расположены в плоскости; угол между ними 120°. Перпендикулярно этой плоскости расположена негибридизованная р-орбиталь.

Модель молекулы этена (этилена) СН₂ = СН₂

 

Одна из кратных связей, образованная за счёт перекрывания гибридных орбиталей, называется s-связью. Другая связь, образованная за счёт бокового перекрывания р_z-орбиталей, называется p-связью. Она менее прочна, чем s-связь. Электроны p-связи более подвижны, чем электроны s-связи. В алкенах p-связь расположена в плоскости перпендикулярной плоскости расположения s-связей.

Для этиленовых углеводородов возможно два типа изомерии: структурная (изомерия цепи и изомерия положения кратной связи) и геометрическая (цис-транс) изомерия. Геометрическая изомерия обусловлена различным расположением заместителей относительно плоскости двойной связи.

 

 

У цис-изомеров заместители расположены по одну сторону от плоскости двойной связи, у транс-изомеров – поразные. Транс-изомеры термодинамически более устойчивы, чем цис-, так как у них отсутствует стерическое (пространственное взаимодействие между заместителями).

Методы получения алкенов основаны на отщеплении водорода, галогенов, воды или галогеноводородов под действием нагревания или соответствующих реагентов (NaOH/ спирт, H₂SO₄, t°C).

Химические свойства алкенов связаны с наличием у них p-связи, которая легко переходит в более устойчивые s-связи, т.е. вступает в реакцию присоединения.

Также легко происходит окисление двойных связей водным раствором перманганата калия.

Эти реакции называются реакциями электрофильного присоединения и протекают в две стадии.

Присоединение к несимметричным алкенам происходит по правилу Марковникова. Преимущественное образование вторичных и третичных производных обусловлено тем, что промежуточно образуется наиболее стабильный третичный или вторичный катион.

Для идентификации алкенов используется их способность к реакциям присоединения. Алкены обычно при комнатной температуре присоединяют бром, образуя бесцветные бромпроизводные, т.е. происходит обесцвечивание бромной воды.

Так же легко происходит обесцвечивание водного раствора перманганата калия. Это тоже проба на двойную связь.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

 

Опыт 1. Горение алкенов.

Налейте в две пробирки по 2 мл бромной воды и раствора перманганата калия, добавьте в каждую пробирку 1 мл циклогексена. Встряхните содержимое пробирок. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал. Обесцвечивание бромной воды и перманганата калия – доказательство наличия двойной связи.

 

Опыт 3. Получение этилена и его свойства.

Этилен получают дегидратацией этанола под действием серной кислоты.

 

В колбу Вюрца, которая соединена с газоотводной трубкой, налейте 5 мл этанола (СН₃СН₂ОН). Осторожно прилейте к спирту 10 мл концентрированной серной кислоты. Охладите содержимое колбы под холодной водой. Опустите в колбу кусочек пористой керамики («кипелка»), закройте колбу пробкой и нагревайте в пламени горелки до тех пор, пока из газоотводной трубки не начнёт выделяться газ, горящий светящимся пламенем.

Докажите, что выделяющийся газ – алкен (см. опыт 2).

Задачи (алкены)

1. Назовите следующие углеводороды по номенклатуре ИЮПАК:

АЛКИНЫ

 

К алкинам относятся углеводороды, содержащие тройную связь. Они имеют общую формулу C_nH_2n-2. Атомы углерода при тройной связи находятся в состоянии sp-гибридизации. Две гибридных sp-орбитали такого атома углерода расположены на одной прямой. Угол между ними 180°. Две негибридизованные p_z- и р_y-орбитали расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. За счёт бокового перекрывания этих орбиталей образуются две p-связи.

Для ацетиленовых углеводородов характерны реакции присоединения, которые протекают ступенчато и труднее, чем в ряду алкенов. Кроме того, у ацетиленовых углеводородов имеют место реакции замещения водорода при тройной связи на металл. В этих реакциях ацетиленовые углеводороды выступают как СН-кислоты. Кислотные свойства водорода, при тройной связи, обусловлены бó льшей электроотрицательностью sp-гибридизованного атома углерода по сравнению с sp²- и sp³-гибридизованными.

Таким образом, для алкинов характерны две группы реакций:

1. реакции присоединения по тройной связи (в две ступени);

2. реакции замещения ацетиленового водорода на металл.

 

Методы получения ацетилена представлены на схеме.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Опыт 1. Получение и свойства ацетилена.

В колбу Вюрца, снабженную капельной воронкой и газоотводной трубкой, поместите 2 г карбида кальция (СаС₂). Из капельной воронки добавьте к карбиду кальция 1-2 мл воды. Начинает выделяться ацетилен.

1. Докажите, что ацетилен имеет p-связи (см. опыт 2 и 3, лабораторная работа № 2).

2. Пропустите ацетилен в пробирку с 1 мл аммиачного раствора хлорида меди (I). Объясните появление красно-бурого осадка. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

3. Подожгите ацетилен, выделяющийся из газоотводной трубки, и опишите характер пламени. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Задачи (алкины)

1. Назовите следующие углеводороды по номенклатуре ИЮПАК:

2. Объясните наличие кислых свойств у ацетиленовых углеводородов. Напишите реакцию бутина-1 с натрием, амидом натрия, аммиачным раствором хлорида меди (I).

3. Расположите в порядке уменьшения кислотности указанные ниже соединения: пропин, серная кислота, аммиак, вода.

4. Напишите реакции бутина-1 со следующими реагентами: 1) NaNH₂/ NH₃; 2) H₂O/ H⁺,

Hg⁺²; 3) 2 моль HCl; 4) HBr; 5) 1 моль Br₂; 6) 1 моль Н₂/ Pd.

5. Сравните реакции пентина-1 и пентена-1 со следующими реагентами:

1) NaNH₂/ NH₃; 2) 1 моль Br₂; 3) H₂О/ Н⁺; 4) 1 моль H₂ (Pt); 5) Ag(NH₃)₂OH; 6) KMnO₄/ H₂O, 20°C; 7) KMnO₄/ H⁺, t°; 8) Cl₂+H₂O/ 20°C; 9) Br₂/ 20°C; 10) 2 моль HBr. Напишите уравнения всех протекающих реакций.

6. Напишите продукты следующих реакций:

а) CH₃ – C º CH + HCl ®

б) CF₃ – C º CH + HBr ®

в) CH₃ – C º CH + HCN ®

г) HC º CH + 2HBr ®

д) CH₃ – C º CH + CH₃COOH®

В каком случае реакции идут против правила Марковникова? Объяснить причину.

7. Ацетилен в присутствии щелочей реагирует с альдегидами и кетонами. Напишите следующие реакции:

8. Окислите перманганатом калия в мягких (KMnO₄/ Н₂О, t°) и жестких (KMnO₄/ H⁺, t°) условиях 4-метилпентин-2.

9. Напишите реакции димеризации и тримеризации ацетилена.

10. Объясните изменение кислотных свойств в следующем ряду: ацетилен (рКа~25) > этилен (рКа~36) > этан (рКа> 40).

 

Задачи (диены)

1. Приведите примеры сопряженных, изолированных и кумулированных диенов. Напишите структурную формулу изопрена. К какому типу диенов относится это соединение.

2. Назовите по IUPAC следующие диены:

 

СН₂=СН-СН=СН₂ СН₂=С=СН-СН₃

СН₂=С(СН₃)-СН=СН-СН₃ СН₂=СН-СН₂-СН=СН₂

3. Изобразите пространственное строение натурального каучука и гуттаперчи. Как строение этих полимеров отражается на их физических свойствах?

4. Напишите уравнения реакции получения и полимеризации хлоропрена.

5. Напишите уравнения реакции дивинила с бромом и бромистым водородом при -80°С и +40°С.

6. Образования, каких галогенопроизводных можно ожидать при присоединении одной молекулы брома к изопрену? Назовите образующиеся дигалогениды.

7. Какие диены образуются преимущественно при действии спиртового раствора щелочи на 1, 4-дибромгексан и 3, 6-дибромоктан, почему?

8. Приведите два метода получения винилацетилена.

9. Напишите реакцию сополимеризации бутадиена-1, 3 с этиленом; пропиленом; стиролом.

 

 

АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

 

Ароматическими углеводородами называются углеводороды, содержащие одно или несколько бензольных ядер. Типичным представителем ароматических углеводородов является бензол ( С₆Н₆ ).

Необходимым условием проявления ароматических свойств являются:

1. Наличие плоской циклической структуры с сопряженными двойными связями.
2. Количество электронов в системе должно подчиняться правилу Хюккеля (4n+2); n³ 0.

Поскольку арены достаточно стабильны, они содержатся в значительных количествах в некоторых сортах нефти.

Способы получения бензола

Химические свойства аренов определяются наличием устойчивой сопряженной системой p-связей. Отличительная их особенность – устойчивость к окислителям и действию галогенов в обычных условиях. Таким образом, бензол и другие представители аренов не обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия при контакте с ним в обычных условиях. Для ароматических углеводородов характерны реакции электрофильного замещения. Они проистекают в несколько стадий, промежуточными частицами являются p- и s- комплексы.

Электронодонорные заместители (алкил, NH₂-, HO-, галогены) повышают электронную плотность в ароматическом ядре, облегчая реакцию электрофильного замещения. Они направляют замещение в орто- и пара-положения.

Электроакцепторные заместители (NO₂-, -COOH, -SO₃H, -⁺NH₃) затрудняют электрофильное замещение и направляют заместитель в мета-положение, где электронная плотность повышена по сравнению с орто- и пара-положениями.

 

 

Для ароматических соединений в жестких условиях возможно также радикальное присоединение по двойным связям Cl₂, Br₂, H₂.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Опыт 1. Горение ароматических соединений.

Поместите в фарфоровые чашечки под тягой 2 мл толуола и 1 г нафталина. Подожгите и наблюдайте характер пламени. Запишите реакции горения.

 

Опыт 2. Взаимодействие толуола с бромной водой и раствором перманганата калия.

В две пробирки налейте по 1 мл толуола и добавьте в одну 1 мл бромной воды, а в другую – 1 мл раствора перманганата калия. Обе пробирки встряхните. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал. Обратите внимание на то, что толуол легче воды.

Опыт 3. Нитрование толуола.

В плоскодонную колбу на 10 мл налейте 2 мл концентрированной серной кислоты и 1 мл концентрированной азотной кислоты. Полученную нитрующую смесь охладите до комнатной температуры. Прилейте к ней 1 мл толуола. Закройте пробкой и энергично встряхивайте в течение 5-6 минут. Затем вылейте смесь в стакан с холодной водой. Образовавшая смесь орто- и пара-нитротолуолов собирается на дне стакана в виде желтоватых маслянистых капель. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Опыт 4. Бромирование толуола.

1. Налейте в пробирку 1 мл толуола и 2 мл бромной воды. Смесь нагрейте на водяной бане в течение 5 минут (до полного обесцвечивания бромной воды). Опустите полоску фильтровальной бумаги в раствор. Затем выньте ее и подсушите. Образовавшийся бромистый бензил можно обнаружить по резкому запаху. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

2. Налейте в пробирку 2 мл толуола, 2 мл бромной воды и прибавьте на кончике шпателя немного железных опилок. Смесь нагрейте на водяной бане в течение 5 минут (до полного обесцвечивания бромной воды). Опустите полоску фильтровальной бумаги в раствор. Затем выньте ее и подсушите. Образовавшиеся орто- и пара-бромтолуол обнаруживается по характерному ароматическому запаху. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Опыт1. Получение бромистого этила.

Налейте в колбу Вюрца 3 мл этилового спирта (CH₃CH₂OH) и 3 мл серной кислоты. Охладите водопроводной водой. Прибавьте в колбу 2 мл воды и 3 г бромистого калия.

Налейте в другую пробирку 5 мл воды и поместите ее в стакан со льдом. Опустите в эту пробирку конец отводной трубки от колбы Вюрца.

Закройте колбу Вюрца пробкой и нагревайте ее содержимое на пламени газовой горелки.

Напишите уравнение происходящей реакции. Образовавшийся бромистый этил

(CH₃CH₂Br) собирается под водой в виде тяжелой маслянистой жидкости.

Докажите присутствие галогена в полученном продукте с помощью пробы Бейльштейна. Для этого прокалите медную проволочку в пламени газовой горелки, пока пламя не перестанет окрашиваться. Охладите, опустите в полученный бромистый этил и снова внесите в пламя горелки. Появление зеленого окрашивания, обусловленного ионами меди, указывает на присутствие галогена в исследуемом веществе.

Опыт 2. Получение йодоформа.

В пробирку налейте 1 мл этилового спирта, 2 мл воды и добавьте несколько кристалликов растертого в порошок йода. Прибавьте 5 капель концентрированного раствора гидроксида натрия. Смесь встряхните до растворения йода и погрейте в руках до появления кристаллического осадка йодоформа с очень стойким запахом. Реакция образования йодоформа протекает по следующей схеме:

I₂ + 2NaOH ® NaOI + NaI + H₂O

NaOI ® NaI + [O]

CH₃CH₂OH + [O] ® CH₃-CHO + H₂O

CH₃-CHO + 3I₂ ® I₃C-CHO + 3HI

I₃C-CHO + NaOH ® I₃CH¯ + HCOONa

3HI + 3NaOH ® 3NaI + 3H₂O

Суммарное уравнение:

CH₃CH₂OH + 4I₂ + 6NaOH ® I₃CH + HCOONa + 5NaI + 5H₂O

Запишите, какой цвет и запах имеют кристаллы йодоформа.

Опыт 3. Гидролиз хлористого бензила и хлорбензола.

Налейте в одну пробирку 0.5 мл хлористого бензила, а в другую 0.5 мл хлорбензола. Затем в каждую пробирку прибавьте по 2 мл спиртового раствора азотнокислого серебра. Смеси встряхните. Вследствие различия подвижности галогена, осадок хлорида серебра появляется только в первой пробирке, так как хлористый бензил легко гидролизуется с образованием HCl. Хлорбензол с нитратом серебра не реагирует. Почему? Напишите уравнения реакций.

 

СПИРТЫ И ФЕНОЛЫ

К спиртам и фенолам относятся производные углеродов, содержащие гидроксильную группу (-OH ).

В спиртах гидроксильная группа связана с алифатическим атомом углерода, в фенолах – с ароматическим ядром (sp²-гибридизованный атом углерода). Число гидроксильных групп, содержащихся в молекуле, называется атомностью. Различают одно-, двух-, трех- и т.д. атомные спирты и фенолы. В зависимости от типа атома углерода, связанного с гидроксильной группой, спирты бывают первичные, вторичные и третичные.

 

Методы получения спиртов

Методы получения фенола

Спирты являются нейтральными соединениями. Атом водорода в их гидроксильной группе менее подвижен, чем в воде, что связано с ( + ) I – эффектом алкильного радикала. У указанных ниже гидроксилсодержащих соединений кислотность увеличивается в следующей последовательности:

Фенол как кислота сильнее, чем вода из-за электроно-акцепторного эффекта (-М–эффект) фенильного радикала. Введение в фенильный радикал электронно-акцепторных заместителей (например, -NO₂, -CN, -COOH) увеличивает кислые свойства фенольного гидроксила.

Химические свойства спиртов связаны с разрывом связи О-Н в гидроксильной группе, а также с замещением или отщеплением гидроксильной группы.

Химические свойства спиртов

Следует отметить, что химической способностью многоатомных спиртов является их способностью реагировать с гидроксидами тяжелых металлов (качественная реакция на многоатомные спирты).

Для фенола характерны реакции, как по гидроксильной группе, так и по ароматическому ядру. При этом гидроксильная группа, повышая электронную плотность на ароматическом кольце, облегчает протекание реакций электрофильного замещения и обеспечивает замещение в орто- и пара-положения относительно ОН-группы.

 

Химические свойства фенола

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Опыт 1. Растворимость в воде спиртов и фенолов.

а) Налейте в 4 пробирки по 1 мл воды и добавьте: в первую – 0.5 мл этилового спирта, во вторую – 0.5 мл бутилового спирта, в третью – 0.5 мл амилового спирта, в четвертую – 0.5 г фенола, все пробирки встряхните. Пробирку с фенолом сохраните для опытов 3, 4 и 5. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 2. Получение этилата натрия.

В сухую пробирку налейте 1 мл абсолютного этилового спирта и внесите небольшой кусочек натрия (0.1 г). После того, как весь натрий прореагирует, определите рН раствора по универсальному индикатору. Добавьте к раствору этилата натрия 5 капель воды, определите рН раствора. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 3. Получение фенолята натрия.

К смеси воды и фенола, из опыта 1 добавьте по каплям 10%-ый раствор едкого натра до полного растворения фенола. Образовавшийся раствор фенолята натрия разделите на две пробирки. В первую пропустите углекислый газ, во вторую добавьте несколько капель разбавленной серной кислоты. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 4. Бромирование фенола.

К смеси воды и фенола из опыта 1 добавьте 1 мл бромной воды, наблюдается выпадение белого осадка. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 5. Цветные реакции на фенольную группу.

а) Поместите с помощью пипетки в пробирку 3 капли раствора фенола в воде (из оп. 1) и добавьте 1 каплю 0.1 н. раствора FeCl₃ – появляется фиолетовое окрашивание. Это характерная реакция на фенолы, так как фенолы с FeCl₃ дают различные окрашенные комплексы.

б) Поместите в пробирку 1 каплю прозрачного раствора фенола в воде (из оп. 1). Добавьте к ней 3 капли 2 н. NH₄OH и затем 3 капли насыщенного раствора бромной воды. Через несколько секунд на белом фоне бумаги можно заметить синее окрашивание, постепенно усиливающееся за счет образования красящегося вещества – индофенола. Это чувствительная реакция на фенол называется индофенольная проба. Появление синей окраски обусловлено возникновением в молекуле индофенола характерной хиноидной группировки:

Опыт 6. Получение глицерата меди.

Налейте в пробирку 0.5 мл 2% раствора сернокислой меди и 1 мл 10%-ого раствора едкого натра. При этом образуется студенистый голубой осадок гидроксида меди (II). В эту же пробирку добавьте 4 капли глицерина. Осадок гидроксида меди растворяется, а раствор окрашивается в синий цвет.

Затем добавьте 1 мл 20% HCI, окраска исчезает. Это качественная реакция на гликоли и полиолы. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

 

Задачи (спирты, фенолы)

1. Назовите по номенклатуре IUPAC и по рациональной номенклатуре следующие соединения:

2. Напишите формулы изомерных спиртов С₅Н₁₁ОН. Назовите их, укажите первичные, вторичные и третичные спирты.

3. Расположите в порядке увеличения кислотных свойств: метанол, фенол, уксусную кислоту, угольную кислоту. Чем обусловлено усиление кислотных свойств фенола по сравнению с aлифатическими спиртами?

4. Напишите реакции изопропилового спирта со следующими реагентами: 1) HBr; 2) PCl₅; 3) SOCl₂; 4) КMnO₄/H₂SO₄; 5) Na; 6) Mg; 7) Cu (250°C).

5. Получите бутанол-1 из бутилбромида; бутиральдегида; формальдегида и пропилиодида; возможно ли получить этот спирт из бутена-1?

6. В чём заключается кумольный метод получения фенола? Напишите схему этого процесса исходя из бензола. Какие другие методы получения фенола Вам известны?

7. Напишите уравнения реакций анизола с азотной кислотой (10%-ой), бромной водой, ацетилхлоридом (AlCl₃), серной кислотой.

8. Какие продукты образуются при действии на бутен-1 раствора перманганата калия в воде при 20°С и перманганата калия в серной кислоте при нагревании.

9. Как в промышленности получают диэтиловый эфир. Почему его называют медицинским? Какой метод Вы можете предложить для синтеза метилэтилового эфира?

10. Какими качественными реакциями можно различить этанол и этандиол; фенол и бензиловый спирт; аллилловый спирт и пропанол?

 

 

АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ

К альдегидам и кетонам относятся производные углеводородов, содержащие карбонильную группу (С=О). Эту группу называют также оксо-группой. В альдегидах карбонильная группа связана с радикалом и водородом, в кетонах – с двумя радикалами. Альдегиды и кетоны являются изомерами, их общая формула С_nH_2nO. В альдегидах и кетонах жирного ряда оксо-группа связана с алифатическими радикалами, в альдегидах и кетонах ароматического ряда – с углеродом ароматического кольца.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Опыт 1. Окисление альдегидов и кетонов.

а) Налейте в две пробирки по 1 мл свежеприготовленного аммиачного раствора гидроксида серебра и добавьте в одну пробирку 2 мл формалина (40%-ый раствор формальдегида в воде), в другую – 1 мл ацетона. Перемешайте содержимое пробирок и поместите их на 5 минут в водяную баню, нагретую до ~50°С. Проследите за изменениями, происшедшими в обеих пробирках. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

б) Налейте в две пробирки по 5 мл раствора Фелинга и добавьте в одну пробирку – 0.5 мл ацетона, в другую – 1 мл формалина. Прогрейте обе пробирки на кипящей водяной бане 5-7 минут. Проследите за происшедшими изменениями. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 2. Получение 2, 4-динитрофенилгидразонов.

В две пробирки налейте по 2 мл 2% раствора 2, 4-динитрофенилгидразина в соляной кислоте и добавьте в первую пробирку 0.5 мл бензальдегида, а во вторую – 0.5 мл ацетона. Пробирки прогрейте на кипящей водяной бане, затем охладите до появления осадка. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 3. Получение йодоформа из ацетона.

В пробирку налейте 0.5 мл ацетона, 2 мл воды и добавьте несколько кристаллов йода, затем прибавьте 5 капель концентрированного раствора гидроксида натрия. Смесь встряхните. Постепенно появится осадок йодоформа.

Опыт 4. Получение бисульфитного производного ацетона.

Налейте в пробирку 1 мл насыщенного раствора бисульфита натрия и 3 мл ацетона, хорошенько встряхните и охладите под холодной водой. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

 

Задачи (альдегиды и кетоны)

1. Написать и назвать по номенклатуре IUPAC структурные формулы изомерных альдегидов и кетонов состава С₄Н₈О.

2. Назовите по номенклатуре IUPAC следующие соединения:

3. Превратите толуол в бензальдегид.

4. Какие, из четырёх изомерных спиртов С₄Н₉ОН можно получить восстановлением соответствующих альдегидов и кетонов, какой спирт таким образом получить нельзя?

5. Напишите реакции п-толуилового альдегида с гидроксиламином, бисульфитом натрия, фенилгидразином, синильной кислотой, аммиачным раствором оксида серебра, бромом в присутствии железа.

6. Напишите уравнения взаимодействия ацетона с PCl₅, гидразином, метанолом (Н⁺­­_­­), PBr₃, 1 молем Br₂, аммиаком.

7. На примере взаимодействия двух молекул пропионового альдегида приведите схему протекания альдольной и кротоновой конденсации. Какие продукты образуются в условиях кротоновой конденсации из смеси ацетона и 2, 2-диметилпропаналя?

8. Определите строение соединения состава С₃Н₆O если известно, что при каталитическом гидрировании оно присоединяет водород, а при нагревании его с гидроксидом меди (II) образуется осадок кирпично-красного цвета.

9. Напишите реакции, с помощью которых можно различить ацетон, пропионовый альдегид, метилацетилен. Почему кетоны (также содержащие группу C=O) в отличие от альдегидов, не дают реакции серебряного зеркала?

10. Как Вы объясните то, что присоединение бромоводорода к акролеину протекает против правила Марковникова?

11. Как получают ацетон в промышленности, где его применяют. Предложите схемы синтеза ацетона из метилацетилена, из пропана, из уксусного альдегида.

12. Что такое реактивы Гриньяра? Как их синтезируют? Напишите уравнения реакций метилмагнийиодида с формальдегидом, метилэтилкетоном, бензальдегидом.

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Карбоновые кислоты содержат карбоксильную группу (- СООН ). Кислоты делятся по числу карбоксильных групп на одноосновные и многоосновные, по структуре радикала – на предельные, непредельные, ароматические. Для карбоновых кислот наиболее употребительны тривиальные названия. Сила карбоновых кислот определяется характером радикала, связанного с карбоксильной группой.

Электроноакцепторные заместители увеличивают дефицит электронной плотности на карбонильном углероде, повышают силу кислот. Электронодонорные заместители, напротив, уменьшают силу кислот.

Методы синтезы кислот

При химических превращениях карбоновых кислот по карбоксильной группе происходит либо замещение водорода гидроксильной группы, либо замещение самой гидроксильной группы с образованием производных карбоновых кислот. Все производные при гидролизе превращаются в карбоновые кислоты. Кроме того, водород в a-положении к карбоксильной группе замещается на атом галогена.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

Опыт 1. Выделение жирных кислот из мыла и получение кальциевых солей.

Получите у лаборанта 10 мл раствора мыла в воде. Раствор разлейте в две пробирки по 5 мл.

а) В первую пробирку с раствором мыла добавьте 2 мл разбавленной серной кислоты. Происходит обменная реакция и выделяется жирная кислота, которая в воде не растворяется. Поэтому раствор становится мутным.

Нагрейте полученную смесь, а затем охладите. При нагревании жирные кислоты всплывают наверх, а при охлаждении они затвердевают. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

б) Во вторую пробирку с раствором прибавьте 2 мл раствора хлористого кальция. Энергично взболтайте. Образуется осадок кальциевых солей высших жирных кислот. Эти соли не растворяются в воде. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

12345678Следующая ⇒

Поделиться: