Лабораторная работа №1

1. Галогенопроизводные алифатических углеводородов Опыт 1. Получение хлорэтана

Реактивы и оборудование: смесь этилового спирта и концентрированной серной кислоты в отношении 2:1 (по объему), хлорид натрия; прямые газоотводные трубки с оттянутым концом, пробирки.

В пробирку наливают 3—4 мл смеси этилового спирта и концентрированной серной кислоты (2:1), добавляют на кончике шпателя растертого в порошок хлорида натрия (~ 0,1 г). Пробирку закрывают пробкой с прямой газоотводной трубкой с оттянутым концом и очень осторожно нагревают в пламени горелки. Выделяющийся хлорэтан поджигают у конца газоотводной трубки; он горит характерным пламенем с зеленой каймой.

NaCl(к) + Н₂SО₄(конц.) = HCl  + NaHSO₄

H₂SO₄ + ^-OSO₃H

CH₃— CH₂— OH  CH₃— CH₂— O—H  CH₃—CH₂—OS0₃H

- ^-OSO₃H  -H₂0

H

CH₃—CH₂—OS0₃H + HCl  CH₃—CH₂—Cl + H₂S0₄

Рассмотрите механизмы реакций (S_N2) образования этилсерной кислоты и этилхлорида.

Опыт 2. Щелочной гидролиз алкилгалогенидов (реакции нуклеофилыюго замещения)

Реактивы и оборудование: этилбромид, этилиодид, трет-бутилбромид, трет-бутилиодид (или другие алкилгалогениды), 10%-ный раствор гидроксида натрия, 1%-ный раствор нитрата серебра, 20%-ный раствор азотной кислоты; пипетки, обратные холодильники к пробиркам, пробирки.

Обычно для данного опыта используют несколько алкилгалогенидов с различной подвижностью галогена.

В несколько пробирок наливают по 0,5 мл исследуемых алкилгалогенидов и каждый из них 2—3 раза промывают дистиллированной водой. Для этого в каждую пробирку добавляют по 3 мл воды, смесь интенсивно встряхивают и после расслоения большую часть воды сливают. После промывания к алкилгалогенидам приливают по 2 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия, пробирки закрывают пробками с обратными холодильниками, содержимое пробирок интенсивно встряхивают. Очень осторожно при встряхивании смесь нагревают, не доводя до интенсивного кипения, так как алкилгалогенид может испариться:

R—Hal + NaOH  R—ОН + NaHal

После охлаждения по 1 мл щелочного раствора переливают в другие пробирки. Гидролизаты подкисляют 20%-ным раствором азотной кислоты и добавляют несколько капель 1%-ного раствора нитрата серебра:

NaHal + AgNO₃  AgHal  + NaNO₃

Количество образующегося осадка AgHal зависит от подвижности галогена в используемых алкилгалогенидах.

Напишите уравнения реакций щелочного гидролиза взятых для опыта алкилгалогенидов и рассмотрите их механизмы (S_N2 и S_N1). По какому механизму вступают в реакцию первичные, вторичные и третичные алкилгалогениды? Зависит ли скорость реакции замещения галогена в алкилгалогенидах от природы галогена? Приведите объяснение.

Опыт 3. Свойства хлороформа

Реактивы и оборудование: хлороформ, 10%-ный раствор гидроксида натрия, раствор иода в иодиде калия, 1%-ный раствор нитрата серебра, 10%-ный раствор аммиака, 20%-ный раствор азотной кислоты; обратные холодильники к пробиркам, стаканы на 100 мл, лед, пробирки.

3.1. В пробирку наливают 1 мл хлороформа и 1 мл воды. Закрывают пробирку пробкой и интенсивно встряхивают. Через некоторое время образуются два слоя, так как хлороформ практически нерастворим в воде.

3.2. В пробирку наливают 1 мл хлороформа и добавляют несколько капель раствора иода в иодиде калия. Смесь интенсивно встряхивают. Через некоторое время нижний слой приобретает розовую окраску. Хлороформ хорошо растворяет иод, при встряхивании иод переходит из водного слоя в хлороформ, окрашивая его в розовый цвет.

3..3. Щелочной гидролиз хлороформа. В пробирку наливают 1 мл хлороформа и 3 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия. Пробирку закрывают пробкой с обратным холодильником. Смесь очень осторожно при встряхивании нагревают на газовой горелке до кипения, а затем охлаждают в ледяной бане. В этих условиях происходит гидролиз хлороформа с образованием хлорида натрия и натриевой соли муравьиной кислоты:

Для обнаружения хлорид-ионов часть гидролизата отливают в другую пробирку и после подкисления 20%-ной азотной кислотой добавляют несколько капель нитрата серебра. Наблюдают выпадение белого творожистого осадка хлорида серебра:

NaCl + AgNO₃ = AgCl  + NaNO₃

Обнаружение муравьиной кислоты в растворе основано на ее способности легко окисляться благодаря наличию карбонильной группы. К оставшейся части гидролизата хлороформа приливают свежеприготовленный аммиачный раствор гидроксида серебра. Пробирку нагревают на горячей водяной бане. Через некоторое время наблюдают образование металлического серебра (реакция «серебряного зеркала»):

HCOONa + 2[Ag(NH₃)₂]OH = NaHCO₃ + 2Ag  + 4NH₃ + H₂O

Лабораторная работа №2

2. ОКСИПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ

2.1. Спирты

Опыт 4. Образование и свойства этилата натрия

Реактивы и оборудование: этиловый спирт (абсолютный), металлический натрий, 1%-ный спиртовой раствор фенолфталеина; прямые газоотводные трубки с оттянутыми концами, пробирки.

В сухую пробирку наливают 2—3 мл абсолютного этилового спирта и аккуратно вносят кусочек металлического натрия величиной с маленькую горошину. Пробирку закрывают пробкой с прямой газоотводной трубкой. Реакция идет бурно с выделением водорода:

2СН₃—СН₂—ОН + 2Na = 2СН₃—СН₂—ONa + Н₂

Через минуту после начала реакции поджигают выделяющийся газ у конца газоотводной трубки:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

Если реакция этанола с натрием сильно замедляется, пробирку можно немного подогреть.

Почему для этого опыта нужно брать абсолютный спирт, а не ректификат? Какие свойства спирта (основные или кислотные) проявляются в реакции с металлическим натрием? Почему этанол взаимодействует с натрием более спокойно, чем вода?

Осторожно нагревая пробирку, доводят реакцию этанола с натрием до конца. На дне пробирки образуется белый осадок этилата натрия. (В пробирке не должен оставаться металлический натрий.) В пробирку добавляют 1 каплю спиртового раствора фенолфталеина, а затем 1—2 мл дистиллированной воды. В присутствии воды происходит гидролиз этилата натрия:

СН₃—СН₂—ONa + Н₂О  СН₃— СН₂— ОН + NaOH

Так как при гидролизе этилата натрия образуется щелочь, то фенолфталеин окрашивает раствор в малиновый цвет.