2928

10

в) в третьей пробирке образуется ацетиленид меди красного цвета; напишите уравнение реакции. К какому типу органических реакций она относится? В сухом виде ацетиленид меди взрывается при ударе или нагревании. Эта реакция может применяться для открытия следов ацетилена в воздухе помещений, где работают с ацетиленом;

г) в четвертой пробирке образуется осадок ацетиленида серебра бледножелтого цвета; напишите уравнение реакции.

Опыт 4. Получение йодоформа

Получение йодоформа основано на реакции

C2H5OH + 4I2 +6 NaOH → CHI3 + HCOONa + 5 NaI + 5 H2O

В конической колбе растворяют около 1 г NaOH в 20 мл воды, добавляют 10 мл этилового спирта. Полученную смесь нагревают на водяной бане до 60-65 оС и осторожно, небольшими порциями при перемешивании прибавляют 3,0 г йода. При этом наблюдается исчезновение бурой окраски йода. В дальнейшем при медленном охлаждении реакционной массы наблюдается выпадение чистых кристаллов йодоформа.

Лабораторная работа № 2

АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Алициклические углеводороды во многом повторяют свойства алифатических углеводородов с открытой цепью. Но отличительной их особенностью являются реакции присоединения за счет раскрытия цикла. Эти реакции протекают тем легче, чем менее устойчив цикл. В свою очередь устойчивость цикла определяется его строением, а именно: 1) отклонением валентного угла от 109о 28' и 2) конформацией цикла, т. е. пространственным расположением атомов.

Особое место среди циклических углеводородов занимают циклические терпены, то есть углеводороды состава С10Н16. Они широко распространены в природе и встречаются в смоле хвойных растений и многих эфирных маслах. Циклические терпеновые углеводороды подразделяются на:

12

Опыт 6. Легкая окисляемость терпенов

В пробирку вносят 5-6 капель скипидара, прибавляют столько же разбавленного раствора марганцовокислого калия и встряхивают. Розовая окраска исчезает, выпадает бурый осадок двуокиси марганца и образуется пинангликоль.

Опыт 7. Активирование кислорода терпенами

В пробирку вносят 5-6 капель 0,5 % раствора крахмала, 0,5 % раствора йодистого калия, скипидара и несколько капель пероксида водорода. Содержимое пробирки встряхивают в течение одной минуты. Постепенно появляется синее окрашивание.

Терпены легко окисляются кислородом воздуха по месту двойной связи

собразованием пероксидов, которые легко разлагаются и образуют атомарный кислород. При взаимодействии атомарного кислорода с молекулярным кислородом образуется озон. Кроме того, происходит окисление йодистого калия; в результате чего выделяется свободный йод, который и дает цветную реакцию

скрахмалом.

[O] + O2 → O3

2 KI + [O] + HOH → 2 KOH + I2

13

Опыт 8. Определение бромного числа терпенов

Принцип химического метода определения количества двойных связей состоит в действии на ненасыщенное соединение измеренного количества галоида, причем неизрасходованный остаток галоида определяется титрованием. Реакция протекает по схеме

–– СН == СН –– + Br2 → –– CHBr –– CHBr –– .

Определяемое бромное число обозначает количество брома, присоединяющееся к 100 г вещества. Если бромное число определено и найдена молекулярная масса, то нетрудно вычислить и количество двойных связей в исследуемом веществе.

В коническую колбу отвесить точную навеску (0,1 г) α-пинена, а в другую – пинана и добавить в каждую по 10 мл хлороформа. Параллельно ставят контрольный опыт без навески. После растворения навески в колбы добавляют из бюретки или пипетки точно 10 мл бромид – броматного раствора (см. примечание) и 5 мл 10 %-го раствора соляной кислоты и, периодически взбалтывая, раствор выдерживают в темноте в течение 20 мин. Затем приливают 5 мл 10 %-го раствора КI, 50 мл Н2О и титрируют выделившийся йод 0,1 н раствором тиосульфата в присутствии раствора крахмала. Бромное число (Б.Ч.) вычисляют по формуле

где а – количество раствора тиосульфата, израсходованного на титрование в контрольном опыте, мл;

b – количество раствора тиосульфата, израсходованного на титрование испытуемого раствора, мл;

0,008 – количество брома, соответствующее 1 мл 0,1н раствора тиосульфата, г; g – навеска вещества, г.

Количество двойных связей на основании полученного бромного числа высчитывается по формуле

14

где Б.Ч. – бромное число, г; М – молекулярная масса вещества;

160 – количество брома, присоединяющегося к молю вещества с одной двойной связью, г.

Примечание. Бромид-броматный раствор выделяет свободный бром под действием соляной кислоты, реакция протекает по уравнению

KBrO3 + 5 KBr + 6 HCI → 3 Br2 +3 H2O + 6 KCI .

Бромид-броматный раствор приготовляют, растворяя 5,568 г КBrО3 и 40 г КBrО3 в 1 л воды.

Напишите уравнения реакций:

а) избытка брома с йодидом калия и б) объясните исчезновение окраски в реакции

I2 + 2 Na2 S2 O3 → 2 NaI + Na2S4O6 (тетратионат натрия).

Лабораторная работа № 3

АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ)

Арены имеют специфическое строение, которое обуславливает устойчивость бензольного ядра к окислению и неспособность в обычных условиях к реакциям присоединения. Наиболее характерными реакциями являются реакции замещения водорода на галогены, нитро- и сульфогруппы.

Исследование свойств аренов в лабораторном практикуме на примере бензола невозможно, так как бензол ядовит. Систематическое вдыхание его паров вызывает анемию и лейкемию. Другие арены, например, толуол, значительно менее опасны.

Для толуола характерны две группы реакций. К первой группе относятся реакции замещения и присоединения с участием ароматического кольца, ко второй – реакции метильной группы или боковой цепи, как ее часто называют.

Толуол легче, чем бензол, вступает в реакции электрофильного замещения, и при этом требуются более мягкие условия. В жестких условиях в молекулу может вводиться более одной замещающей группы.

15

При освещении УФ светом и использовании радикалообразующих катализаторов (например, перекисей), хлор и бром замещают атомы водорода метильной группы, а не кольца. Галогенирование толуола в этих условиях протекает по такому же механизму, как галогенирование алканов. Следует помнить о разнице между радикальным галогенированием в боковую цепь и ионным галогенированием в ядро.

Опыт 9. Влияние температуры на бромирование толуола

В сухую пробирку помещают 1 мл толуола, добавляют 1 мл бромной воды и встряхивают. Затем делят смесь на 2 части, отливая половину объема в другую пробирку. Одну часть нагревают до кипения.

Признаками реакции бромирования является исчезновение окраски брома и выделение дымящего на воздухе бромистого водорода. Сделайте вывод: как влияет температура на скорость бромирования. Напишите уравнения реакций, назовите продукты реакции.

Опыт 10. Влияние катализатора на бромирование толуола

В пробирке смешайте 3 мл толуола и 3 мл бромной воды, разделите смесь на 3 части. К двум порциям добавьте катализаторы:

в первую – кристаллики йода, во вторую – пероксид водорода, в третью катализатор не добавляйте.

Смеси взболтайте, наблюдайте ход реакции.

Отметьте влияние катализаторов на скорость бромирования и на направление бромирования. Напишите уравнения реакций.

Опыт 11. Окисление гомологов бензола

В пробирку наливают 1 мл раствора перманганата калия, 4-5 капель 10 %-го раствора серной кислоты и 1 мл толуола или этилбензола. Перемешайте, нагревайте слегка. Наблюдайте обесцвечивание раствора.

Объясните, почему в тех же условиях бензол не подвергается окислению. Напишите реакцию окисления: а) толуола, б) n-диметилбензола.

16

Лабораторная работа № 4

СПИРТЫ И ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ. ФЕНОЛЫ

Студенты должны обратить внимание на то, что спирты изомерны простым эфирам, содержащим одинаковое число атомов углеродных атомов. Общая формула этих соединений СnH2n+2О или R– OH. Нужно четко представлять первичные, вторичные, третичные спирты, изучить химические свойства спиртов: реакции с металлическим натрием, органическими кислотами, с PCI5, кислородом. В отличие от спиртов, простые эфиры устойчивы к действию металлического натрия на холоде, минеральных кислот (кроме HI) и окислителей.

При изучении фенолов студенты должны обратить внимание на химические свойства фенолов, уметь объяснить их кислый характер, выделить реакции, проходящие по гидроксильной группе и реакции подвижных атомов водорода бензольного кольца. Необходимо изучить правила замещения в ароматическом ряду, знать реакции замещения – нитрирования, сульфирования, галогенирования. Особо отметить реакцию поликонденсации с формальдегидом и ее использование в ТДО. Сравните строение фенолов и ароматических спиртов, обратите внимание на их различное отношение к щелочам.

Работа с фенолом требует осторожности, так как его кристаллы обладают прижигающим действием, пары фенола раздражают слизистые оболочки.

Опыт 12. Получение алкоголята натрия

В пробирку с 0,5-1 мл этилового спирта бросьте кусочек натрия, предварительно высушенного фильтрованной бумагой. Что наблюдается? Подожгите выделившийся газ (осторожно!). Когда весь натрий прореагирует, прилейте немного воды и добавьте 2 капли раствора фенолфталеина. Составьте уравнения реакций получения и гидролиза алкоголята. Сделайте вывод о свойствах спиртов и устойчивости алкоголятов.

Опыт 13. Получение диэтилового эфира

Впробирку с газоотводной трубкой налейте по 0,5 мл этилового спирта

иконцентрированной серной кислоты. Смесь осторожно перемешайте и нагрейте до начала кипения. Прекратите нагревание и добавьте к смеси 3-5 ка-

17

пель спирта (осторожно!). При этом появляется запах эфира. После окончания опыта слейте смесь в специальную банку. Напишите уравнения реакции получения эфира и его горения.

Опыт 14. Получение глицерата меди

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора сульфата меди и добавьте 10 %-го раствора едкого натра до образования осадка гидроксида меди Cu(OH)2. К полученному осадку прибавьте немного глицерина и перемешайте содержимое пробирки.

Что наблюдается? Чем объяснить происходящее явление? Каков цвет раствора? Напишите уравнения реакций. Какие химические свойства проявляет глицерин? Отметьте, что это качественная реакция на многоатомные спирты.

Опыт 15. Качественная реакция на фенолы

В три пробирки поместите по несколько кристаллов: а) пирокатехина, б) резорцина, в) гидрохинона и в каждую налейте по 5 мл воды. Встряхните, нагрейте, если нет растворения при комнатной температуре. Затем в каждую пробирку добавьте по 5 капель раствора хлорного железа. Какая окраска растворов наблюдается?

Опыт 16. Получение и свойства фенолята

Взболтав раствор фенола, возьмите в пробирку около 2 мл его и прилейте 20 %-й раствор едкого натра. При этом жидкость становится прозрачной. Почему?

К прозрачному раствору фенолята добавьте несколько капель фенолфталеина и прилейте по каплям 10 %-й раствор серной кислоты до кислой реакции. Вновь выделяется фенол в виде эмульсии.

Напишите уравнения реакций получения фенолята натрия и разложения его серной кислотой. Сделайте вывод о свойствах фенола и фенолятов.

Опыт 17. Бромирование фенола

В пробирку с 2 мл раствора фенола в воде при постоянном взбалтывании добавьте насыщенный раствор бромной воды до образования осадка. Определите цвет осадка. Напишите уравнение реакции бромирования фенола. Объясните, почему фенол легко (легче бензола) реагирует с галогенами.

18

Лабораторная работа № 5

КАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

При изучении альдегидов и кетонов следует помнить следующее.

1. Альдегиды и кетоны имеют общую формулу СnН2nО и содержат карбонильную группу СО (оксогруппа), которая в альдегидах связана с углеводородным радикалом и атомом водорода (R –– C O), а кетонах с двумя радикалами R

R

2. Альдегиды и кетоны имеют много общего как в способах получения, так и в химических свойствах, вступают в реакции присоединения по двойной С == О связи, в реакции замещения атома кислорода с аммиаком и его производными – гидразином, фенилгидразином, гидроксиламином, реакция замещения α–атома водорода в углеводородном радикале, реакции конденсации и полимеризации.

3. Отличительными свойствами альдегидов являются: а) реакции серебряного и медного зеркала; б) цветная реакция с фуксиносернистой кислотой; в) полимеризация.

Кетоны этих реакций не дают.

Студенты должны обратить внимание на применение формальдегида в производстве мочевино-, меламино-, фенолоформальдегидных смол, полиформальдегида. Кетоны, в частности, ацетон находят широкое применение в качестве растворителей полимеров.

Ацетон и другие кетоны легко воспламеняются в присутствии открытого огня. Работа с этими веществами требует осторожности.

Опыт 18. Окисление альдегидов окисью серебра

Вчистую пробирку вносят 5-6 капель аммиачного раствора окиси серебра

иприбавляют 1-2 капли 10 %-го раствора формальдегида или уксусного альдегида и слегка подогревают или же держат пробирку некоторое время в руке. Выделяется металлическое серебро в виде блестящего зеркального налета на стенках пробирки или образуется черный осадок металлического серебра.

19

2 [Ag(NH3)2]OH + 3H2O → Ag2O + 4NH4OH

R –– C –– H + Ag2O → R –– C –– OH + 2Ag

O O

Опыт 19. Восстановление гидроксида меди Cu(OH)2 уксусным альдегидом

В пробирку налейте 2-3 мл раствора уксусного альдегида и столько же 10 %-го раствора едкого натра. По каплям добавляйте 1–2 %-й раствор сернокислой меди. Смесь нагревайте. Что наблюдается? Составьте уравнение реакций окисления муравьиного и уксусного альдегидов. Сделайте вывод о свойствах альдегидов.

Опыт 20. Действие ацетона на пластмассы

Налейте в пробирку 3-4 мл ацетона и при помешивании стеклянной палочкой растворите несколько кусочков целлулоида. Когда раствор станет вязким, смочите им ватку и натрите гладкий кусочек дерева. После улетучивания ацетона предмет покроется слоем лака.

Два кусочка целлулоида смочите с концов ацетоном и через 1-2 мин наложите их концы друг на друга и слегка сдавите. После высыхания они прочно склеиваются.

Лабораторная работа № 6

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ

Необходимо отметить, что кислоты и сложные эфиры, содержащие одинаковое количество углеродных атомов, изомерны и имеют общую формулу CnH2nO2. Различают их по реакции с разбавленными растворами щелочей: кислоты на холоде дают соли, а сложные эфиры при нагревании дают спирт и соль органической кислоты. Студенты часто испытывают затруднения при изучении производных кислот, особенно ангидридов, амидов, нитрилов. Особое внимание нужно обратить на строение непредельных кислот, полимеризация которых дает высокомолекулярные соединения.