33

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ульяновский государственный педагогический

университет имени И.Н. Ульянова

Кафедра химии

Лабораторные работы

по органической химии и ВМС

Методические рекомендации для студентов

отделения «Биология-экология»

Ульяновск, 2007

КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗЫ

ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Опыт №1. Определение углерода и водорода

Обычно углерод и водород в органическом веществе открывают совместно. Для этого вещество нагревают с каким-либо окислителем, чаще с окисью меди. Углерод, окисляясь за счет кислорода окиси меди, образует углекислый газ, который обнаруживают образованием осадков СаСО₃ или ВаСО₃ при пропускании его в раствор баритовой или известковой воды. Водород, окисляясь, образует воду, которая вызывает посинение безводной сернокислой меди, и, кроме того, в виде капель осаждается на холодных частях пробирки. Опыт проводят в пробирке с газоотводной трубкой. В сухую пробирку с газоотводной трубкой помещают 0,5г сахара или 1 мл глицерина и туда же добавляют 0,5г окиси меди. Смесь перемешивают и нагревают. Капли воды на стенках пробирки и помутнение известковой воды свидетельствуют о наличии в веществе водорода и углерода.

Опыт №2. Определение азота.

Азот в органическом веществе можно открыть двумя способами:

а) нагреванием испытуемого вещества (хлеба, мочевины, шерсти, гликокола и т.д.) в пробирке с натронной известью. Образующийся при этом аммиак можно распознать либо по запаху, либо по посинению влажной лакмусовой бумажки, поднесенной к отверстию пробирки.

б) методом Лассена (работу проводить под тягой и в защитных очках!). Хорошо получается опыт с мочевиной, гликоколом, хлебом. Для опыта берут 0,2 - 0,3 г вещества и осторожно накаливают его в сухой пробирке с 0,2 - 0,3 г металлического натрия на пламени спиртовки. Примечание: Натрий должен быть тщательно очищен от окиси и высушен фильтровальной бумагой!

В результате накаливания вещества с металлическим натрием происходит вспышка. После этого вещество еще накаливают в течение 2-3 минут, в результате чего образуется цианистый натрий за счет соединения углерода и азота органического вещества с металлическим натрием. Еще горячую пробирку опускают в химический стакан с 7 - 10 мл холодной воды. Пробирка трескается, ее разбивают, слегка ударяя о дно стакана, (Осторожно! Вода и металлический натрий могут дать взрыв!). Содержимое пробирки растворяется в воде (выщелачивается). Раствор фильтруют через бумажный фильтр от осколков стекла. К фильтрату приливают несколько капель раствора FeSO₄ для перевода цианистого натрия в железистосинеродистую соль, затем прибавляют столько же капель хлорного железа; и подкисляют несколькими каплями конц. соляной кислоты до кислой реакции. Образуется синий осадок берлинской лазури, свидетельствующий о наличии в веществе азота. Иногда осадок появляется через 7 - 10 минут стояния. Если же азота в веществе было мало, то получается лишь синезеленое окрашивание.

Опыт №3. Определение серы.

В сухую пробирку помещают 0,3 - 0,5 г используемого вещества (хорошо опыт получается с тиомочевиной, с шерстью животных, волосами) и, прибавив 0,3 г металлического натрия (защитные очки, тяга), накаливают смесь на пламени спиртовки. Также как и в предыдущем опыте, горячую пробирку - вносят в стакан с холодной водой. Сплав выщелачивают водой, фильтруют от осколков стекла и фильтрат делят на две части. К одной части приливают несколько капель свежеприготовленного 1% раствора нитропруссида натрия. Появление фиолетового окрашивания указывает на наличие серы в веществе. Ко второй части раствора приливают немного раствора уксуснокислого свинца и разбавленной уксусной кислоты. Выпадает черный осадок сернисто­го свинца. Если серы мало в веществе - осадок имеет коричневый цвет»

Опыт №4. Определение галоидов.

а) открытие хлора в хлороформе по Бельштейну (также его можно открыть в четыреххлористом углероде, хлорбензоле и т.д.). На ушко платиновой проволоки кладут кусочек окиси меди, смоченной 1 - 2 каплями хлороформа и вносят в пламя спиртовки. В случае наличия галоида в органическом веществе, пламя спиртовки окрашивается в сине-зеленый цвет вследствие образования летучих галоидных солей меди.

б) если не имеется платиновой проволочки, то опыт можно видоизменись следующим образом:

Медную проволоку с ушком на конце или кусочек медной сетки прокаливают в окислительном пламени спиртовки до прекращения окрашивания пламени. Проволоку, либо сетку, охлаждают и, смочив каплей хлороформа, вносят в пламя спиртовки. Окраска пламени такая же, как и в первом случае, если вещество содержит галоид. Вместо платиновой проволоки можно применять графитовый сердечник от простого карандаша. Графитовый сердечник смачивают в хлороформе, затем, быстро погрузив в порошок окиси меди, вносят в пламя спиртовки. Оно окрашивается в зеленый цвет.

в) Следующий вариант опыта открытия галоида в органическом веществе рекомендует И.А. Кобазев в "Лабораторно-практических занятиях по органической химии". Полоску фильтровальной бумаги смачивают хлороформом и сжигают на асбестовой сетке под перевернутым вверх дном большим химическим стаканом. Когда бумага сгорит и стенки стакана будут покрыты каплями воды, в стакан приливают несколько капель АgNO₃. Образуется муть или осадок. Для качественного открытия кислорода нет специфических реакций, его определяют, исходя из данных количественного анализа.

Алифатические соединения

Алифатические или ациклические соединения характеризуются отк­рытой цепью атомов углерода. К ним относятся все углеводороды и их производные, не содержащие в молекуле циклов. В основу классификации, вследствии простоты строения, взят класс углеводородов. Остальные классы рассматриваются как их производные.

Предельные углеводороды

ОБЩЕЙ ФОРМУЛЫ С_nH_2n+2

Природным источником предельных углеводородов служит нефть. Много предельных углеводородов содержится в природном газе, в газе коксовальных печей. Образуются они также при сухой перегонке дерева. В химическом отношении предельные углеводороды мало активны при обычных условиях. Они неспособны к реакциям прямого присоединения, трудно окисляются, нитруются, сульфируются. Характерными реакциями для углеводородов этого ряда являются реакции замещения (металепсии) на различные атомы или группы атомов. Легче всего реакция металепсии проходит с хлором.

Опыт №1. Получение метана из уксуснокислого кальция.

Уксуснокислый кальций не гигроскопичен, его не нужно прокаливать перед опытом, поэтому более удобно в лаборатории получать метан из этой соли, а не из уксуснокислого натрия. Натронную известь и едкий натр прокаливают раз в год и сохраняют в герметических склянках. Выделение метана происходит более обильно, чем в опыте с уксуснокислым натрием. В сухую пробирку с газоотводной трубкой помещают 2,5 г тонкоизмельченного уксуснокислого кальция, 1,5 г натронной извести и 1 г едкого натра. Нагревают, сначала обогревая всю пробирку, а потом нагревают сильно около дна. Выделяющийся метан собирают в банку под водой (методом вытеснения воды) и поджигают. Он сгорает согласно уравнения:

СН₄ + 2О₂ —> СО₂ + 2Н₂О.

Оставшуюся в пробирке соль еще нагревают и пропускают метан в отдельные пробирки с раствором марганцовокислого калия и в раствор бромной воды. После охлаждения в пробирку, из которой получали метан, прибавляют разбавленной HCl (1:1).При этом происходит выделение углекислого газа, что свидетельствует об образовании в процессе реакции соды.

Непредельные углеводороды ряда этилена общей формулы СnH2n

Наличие двойной связи в молекуле этилена является причиной их высокой реакционной способности. Характерными реакциями этиленовых углеводородов являются реакции присоединения, окисления и полимеризации.

Опыт № 1. Получение этилена из этилового спирта

В пробирку с газоотводной трубкой помещают 4 - 5 мл заранее приготовленной смеси (1 часть спирта и 6 частей по объему конц. серной кислоты). Для равномерного кипения добавляют немного песка или мелкие кусочки стеклянных трубок 1,0 -1,5 см длины. Пробирку осторожно нагревают пламенем спиртовки и этилен пропускают в заранее приготовленные пробирки с растворами брома и марганцевокислого калия.

Опыт № 2. Присоединение брома к этилену

Пропустить этилен в пробирку с 5 - 6 мл бромной воды. Бромная вода обесцвечивается, т.к. образуется бромистый этилен (дибромэтан).

Опыт № 3. Окисление этилена (Реакция Е.Е. Вагнера)

В пробирку с 5 мл слабого раствора КМnО₄, подщелоченного содой, пропускают этилен. Розовая окраска раствора исчезает и появляется бурое окрашивание от выделяющейся двуокиси марганца. Этилен при этом окисляется, образуя двухатомный спирт - этиленгликоль. Затем поджигают этилен у конца газоотводной трубки. Он сгорает светящимся пламенем.