Organicheskaia_khimiia

2.Какие из изученных классов соединений химически более активны? Почему?

3.Какие реакции характерны для предельных и непредельных углеводородов? Ответ подтвердите схемами реакций.

4.Почему в ряду соединений метан, этен, этин при их горении пламя становится более коптящим? Ответ подтвердите расчётом массовой доли углерода в этих соединениях. Как изменяется массовая доля углерода в гомологических рядах

алканов, алкенов, алкинов?

ÏолесÃÓЛабораторная работа № 4.

Спирты. Фенолы

Цель: изучить некоторые физиче кие и химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов и фенолов. Оценить взаимное влияние гидроксильной группы и бензольного ядра. Отм тить качественные реакции на спирты и фено ы.

Реактивы и материа ы: спирты: этиловый, изоамиловый, глицерин, мета ический натрий; 1% спиртовой раствор фенолфталеина, безв дный и 2 н раствор сульфата меди (II), концентрир ванный и 2 н раствор серной кислоты, концентрированный раств р азотной кислоты, 2 н раствора соляной кислоты, 2 н раствор гидроксида натрия, медная проволока, песок, фенол, пирокатехин, резорцин, гидрохинон, пирогаллол, бромная вода, синяя лакмусовая бумага.

Оборудование: набор пробирок, пробка газоотводной трубкой, стаканчик (100 мл), пипетки, водяная баня, спиртовка, предметное стекло, фарфоровая чашка, спички.

Обратите внимание! При работе с фенолом нельзя допускать его попадания на кожу, он вызывает ожоги. Если это случилось, необходимо промыть пораженное место обильно теплой водой. После выполнения опытов содержимое всех

61

пробирок выливают только в специальный слив. Хорошо промойте пробирки.

Опыт 1. Отношение спиртов к активным металлам

В пробирку с 1 мл обезвоженного этилового или изоамилового спирта бросают небольшой кусочек металлического натрия, очищенный и высушенный фильтровальной бумагой. (Если разогревание приводит к вскипанию спирта, то смесь охлаждают в стакане с холодной водой).

Пробирку закрывают пробкой со стеклянной трубкой. ВыделяющийсяÏолесÃÓгаз поджигают. Если натрий прореагировал не полностью, то добавляют избыток спирта, доводя реакцию до конца. После того как весь натрий прореагирует, пробирку охлаждают и добавляют 3-4 капли воды и 1 каплю фенолфталеина.

Вопросы и задания

1. Напишите схему реакции. Какой газ выделяется при взаимодействии натрия со спиртом? Как доказать его наличие?

2. Почему спирт долж н быть об звоженным и зачем необходимо, чтобы натрий прор агировал со спиртом полностью?

3. Напишите схему реакции полученного продукта с водой. Что п казывает индикатор?

4. Сделайте выв д кислотных свойствах спиртов.

Опыт 2. Получение диэтилового эфира

В сухую пробирку вносят 0,5 мл этанола и 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Смесь осторожно подогревают до начала кипения и образования бурого раствора, к еще горячей смеси очень осторожно приливают еще 5-10 капель этилового спирта. При этом появляется запах эфира.

Вопросы и задания.

1. Напишите схему реакции получения простого эфира. По какому признаку можно определить диэтиловый эфир?

62

2.Почему реакцию проводят при незначительном нагревании? Какие побочные продукты могут образоваться в данной реакции? Приведите схемы реакций.

3.Имеет ли влияние на состав продуктов реакции соотношение этанола и серной кислоты? Ответ подтвердите схемами реакций.

4.Сделайте вывод о возможности получения простых эфиров реакцией межмолекулярной дегидратации.

Опыт 3. Окисление этанола оксидом меди (II)

ÏолесÃÓВ пламени спиртовки прокаливают медную проволоку (красного цвета), имеющую на конце петлю. до появления оксида меди чёрного цвета. Затем опускают ее в пробирку с 0,5 мл этанола.

Обратите внимание на появление запаха и на изменение цвета проволоки. Если не наблюдает я во становление меди, то опыт повторяют.

Вопросы и задания

1. Какого цвета становит я м дная проволока после прокаливания? Почему? Напишите сх му реакции.

2. Какого цвета становится проволока после ее опускания в этанол? Появ яется и запах? Какому веществу он соответствует? Св и рассуждения подтвердите схемами реакций

3. Сделайте выв д возможности окисления первичных спирт в до альдегид в.

Опыт 4. Взаимодействие многоатомных спиртов с гидроксидом меди (II)

В пробирку помещают 3 капли раствора сульфата меди и 3 капли раствора гидроксида натрия.

Появляется голубой студенистый осадок гидроксида меда (II), который при нагревании до кипения разлагается, выделяя черный осадок оксида меди (II).

Повторите опыт, но перед кипячением гидроксида меди (II) добавьте в пробирку 3 капели многоатомного спирта глицерина.

63

При взбалтывании осадок растворяется и появляется тёмно-синее окрашивание образовавшегося глицерата меди

(II).

Повторите опыт, заменив глицерин этанолом.

Вопросы и задания

1. Опишите наблюдаемые явления и составьте соответствующие схемы реакций. Отметьте цвет образующихся продуктов реакций.

2. Почему с этанолом не появляется тёмно-синее окрашивание?

3. ÏолесÃÓСравнив кислотные свойства этанола и глицерина. Ответ подтвердите схемами реакций.

4. Сделайте вывод о возможности распознавания многоатомных спиртов.

Опыт 5. Растворимость фенола в воде, образование и разложение фенолята натрия

В пробирку помещают н колько кри таллов фенола и 2 мл воды. Пробирку закрывают пробкой и энергично встряхивают. Осторожно нагр вают сод ржимое пробирки, а затем снова охлаждают. В пробирку с раствором вносят 2-3 капли раствора гидроксида натрия и каплю фенолфталеина. К содержимому пр бирки д бав яют при встряхивании по каплям раств р фен а до исчезновения окраски.

Полученный раств р разделяют на две части и к одной из них (для сравнения) д бавляют 2 капли раствора соляной кислоты. Наблюдают помутнение раствора в результате разложения фенолята натрия и выделения малорастворимого в воде фенола.

Вопросы и задания

1. Сделайте вывод зависимости растворимости фенола в воде от температуры.

2. Объясните наблюдаемые явления при добавлении к фенолу растворов щелочи и соляной кислоты. Напишите схемы реакций.

64

3.Сравните отношение фенолов и спиртов к щелочам? В чем отличие?

4.Сделайте вывод по данному опыту, оценив влияние бензольного ядра на гидроксильную группу.

Опыт 6. Бромирование фенола

К раствору фенола из опыта 5 (оставшаяся пробирка) добавляют по капелям бромную воду при постоянном встряхивании до образования осадка.

Вопросы и задания

фенола с раствором Br2

2. Составьте схему реакции. Можно ли считать её качественной на фенолы?

3. Сравните условия бромирования фенола с бензолом, толуолом. Ответ подтвердите хемами реакций.

4. Сделайте вывод по данному опыту, оценив влияние гидроксильной группы на б нзольное ядро.

ÏолесÃÓ1. Опишите наблюдаемые явления при взаимодействии

Опыт 7. Нитрование ф нола

Готовят нитрующий р аг нт, смешивая 0,3 мл концентрированной азотной кис оты с таким же объемом воды.

В друг й пр бирке растворяют несколько кристаллов фенола в 0,3 мл в ды. Разбавленную азотную кислоту по каплям при встряхивании и охлаждении приливают к раствору фен ла. Д бавляют в пробирку еще 0,5 мл воды и закрывают ее пробкой газоотводной трубкой.

Осторожно нагревая содержимое пробирки до кипения, перегоняют часть жидкости с о-нитрофенолом в сухую чистую пробирку (не допускайте перебрасывания жидкости!). При охлаждении -нитрофенол образует желтые кристаллы с характерным запахом горького миндаля.

В реакционной пробирке остается п-изомер.

Вопросы и задания

1. Составьте схему реакции нитрования фенола.

65

2.Сравните условия нитрования фенола и бензола. Ответ подтвердите схемами реакций

3.Сделайте вывод по данному опыту, оценив влияние гидроксильной группы на бензольное ядро.

Опыт 8. Реакции фенолов с хлоридом железа (III)

В пробирку с 0,5 мл раствора фенола добавляют 2 капли раствора хлорида железа (III).

Аналогичные опыты приводят с водными растворами пирокатехина, резорцина, гидрохинона, пирогаллола.

В ÏолесÃÓпробирке с фенолом появляется сине-фиолетовая окраска, пирокатехином — зелёная, с резорцином — фиолетовая, с гидрохиноном — зелёная, очень быстро переходящая в жёлтую (гидрохинон окисляется в хинон).

Вопросы и задания

1. Объясните изменения окра ки при добавлении раствора хлорида железа (III).

2. Напишите схемы р акции. К какому типу они относится? Можно ли считать их кач тв нными?

3. Сделайте вывод по данному опыту.

Контрольные вопросы

1. Чем преде яются свойства, характерные для спиртов? Какие это св йства?

2. Какие вещества бразуются в результате окисления первичных, вт ричных и третичных спиртов?

3. Какие качественные реакции на одноатомные и многоатомные спирты были изучены?

4. Какие спирты более реакционноспособны: одноили многоатомные? Как это подтвердить?

5. Сравните химические свойства и реакционную способность спиртов и фенолов.

6.Какие типы реакций характерны для фенолов? Каково взаимное влияние групп в феноле?

7.Какие реакции можно считать качественными на фе-

нолы?

66

Лабораторная работа № 5

Синтез бромэтана

Цель: ознакомиться со способом непрямого галогенирования спиртов, научиться выделять полученный продукт из реакционной смеси.

Реактивы: спирт этиловый, 5 % раствор азотной кислоты, концентрированная серная кислота, 10 % раствор уксус-

ной кислоты, 1 н раствор гидроксида натрия, калий бромистыйÏолесÃÓ(тв.), кальций хлористый безводный, 2 % раствор нитрата серебра, иодид натрия (тв.), ацетон, лед, вода дистилли-

рованная.

Посуда и приборы: установка для синтеза, электрическая плитка, баня песчаная, делительная воронка, воронка, мерный цилиндр (50 см3), мерный цилиндр (100 см3), ёмкость для отходов, капельница, штатив пробирками (20 шт.), кол- ба-приемник, фильтровальная бумага, пробка с хлоркальциевой трубкой.

Синтез галогенугл водородов может быть осуществлен из алканов (по радика ьному м ханизму), из алкенов (по механизму радика ьного и и э ектрофильного присоединения), из ар матических уг еводородов (электрофильным замещением), из спирт в (нук еофи ьным замещением гидроксила), взаим действием карб нильных соединений галогенидами фосф ра, ти нил м, ф сгеном.

В реакциях нуклеофильного замещения реакционная способность спиртов изменяется следующим образом: в третичных спиртах гидроксил замещается легче, чем во вторичных, а вторичные спирты более реакционноспособные, чем первичные.

Электрофильное присоединение к алкенам протекает по правилу Марковникова, радикальное – против правила Марковникова. В реакциях радикального замещения наиболее активный атом водорода у третичного атома углерода.

67

Бромистый этил и другие галогенуглеводороды применяют в органическом синтезе для алкилирования. Галогеналкилы вступают в реакцию со многими классами органических соединений и поэтому нашли применение как в промышленном, так и в препаративном синтезе. В лабораторных условиях галогеналкилы часто получают нуклеофильным замещением гидроксила в спирте на галоген.

Для получения бромистого этила применяют этиловый спирт

При этом также протекают и побочные реакции:

CН3СН2ОSО3Н + НОСН2СН3→ H2SO4 + CН3СН2ОCН2СН3

Для уменьшения потери продукта необходимо соблюдать условия проведения реакции.

Опыт 1. Сборка установки для интеза

В круглодонную колбу наливают 20 м3 этилового спирта, 17,5 см3 воды и осторожно, н большими порциями 37,5 см3 концентрированной с рной ки лоты. Ра твор охлаждают под струей воды до комнатной т мп ратуры, перемешивая его вращательными движ ниями. Зат м небольшими порциями (через воронку, чтобы не загрязнить горловину колбы) всыпают т нко растертый порошок бромистого калия массой

30 г.

Разбавление спирта и измельчение бромистого калия проводят при хлаждении (лед), чтобы избежать побочной реакции, протекающей выделением брома и диоксида серы.

ÏолесÃÓ2HBr + H2SO4 → Br2 + H2O + SO2

К колбе присоединяют дефлегматор, холодильник Либиха и алонж. Конец алонжа опускают в коническую колбу, в которую наливают воду и помещают кусочки льда. Конец алонжа погружают в воду на 2-3 см. (Правильность сборки установки проверяет преподаватель или лаборант. Установка для синтеза должна соответствовать рисунку 8 из лабораторной работы №2 «Способы очистки и выделения органических соединений»).

68

В случае сильного вспенивания из-за развития побочных реакций нагрев уменьшают. После выделения основной части бромэтана в колбе создается разрежение, и вода через алонж из приемника поднимается в холодильник и может попасть в колбу с нагретой серной кислотой. Необходимо быть внимательным при проведении синтеза, и в случае подъема жидкости в алонже сдвинуть его с холодильника. В колбе создастся атмосферное давление, и жидкость опустится. После этого ставят алонж в первоначальное положение и продолжают ра-

боту, реакцию ведут до прекращения выделения маслянистых капель бромэтана.

ÏолесÃÓСушат в течение 20 мин. Затем бромэтан отделяют от хлористого кальция фильтрованием (рисунок 1 из лаборатор-

Вопросы и задания

Зарисуйте схему установки для синтеза, указав составные

её части.

Опыт 2. Выделение и очи тка бромэтана

Содержимое конической колбы-приемника переносят в

делительную воронку, пр дварит льно проверив герметичность крана (рисунку 6 из лабораторной работы №2 «Способы очистки и выд л ния органич ских соединений») и проводят экстрагирование.

Нижний с ой бромэтана сливают из воронки в колбу-

ной работы №2 «Способы очистки и выделения органических соединений») и перегоняют (установка для перегонки должна соответствовать рисунку 8 из лабораторной работы №2 «Способы очистки и выделения органических соединений»).

Температура кипения чистого бромэтана 38°С. Полученный бромэтан может содержать примеси диэтилового эфира и спирта. Для освобождения от спирта и эфира бромэтан можно промыть серной кислотой. Необходимость в такой операции можно определить хроматографически.

69

Вопросы и задания

1.Какие методы выделения и очистки используются в данном опыте? В чём их суть?

2.Опишите проведение хроматографии.

3.Предложите другие возможные осушители для бром-

этана.

Опыт 3. Качественное определение галогеналкана

Каплю пробы прибавляют к 2 см3 2 % раствора нитрата серебра в этиловом спирте. Если не будет заметно никакой реакцииÏолпо истечении 5есÃÓмин (при комнатной температуре), то раствор подогревают до кипения и обращают внимание на цвет образующегося осадка.

Затем прибавляют 2 капли разбавленной 5 % азотной кислоты и наблюдают, растворился ли осадок. Галогениды серебра не растворяются в разбавленной азотной кислоте.

Примечание. Таким методом не могут быть обнаружены галогенарилы, галогенвинилы, ч тыр ххлори тый углерод и некоторые аналогичные по стро нию динения.

Вопросы и задания

На чём основано кач ств нное опр деление бромэтана.

Опыт 4. Опреде ение га огенпроизводных алканов раствором й дист го натрия в ацетоне

Две капли пр бы прибав яют к 1 см3 ацетонового раствора иодида натрия или и дида калия.

Для приг т вления реактива необходимо 0,5 г иодида натрия или иодида калия растворить в 10 г чистого ацетона.

Пробирку встряхивают и раствору дают постоять 3 мин при комнатной температуре. Обращают внимание на то, образовался ли осадок и принял ли раствор красно-бурую окраску вследствие выделения свободного йода.

Примечание. Галоидные винилы и арилы не могут быть обнаружены этой реакцией.

Вопросы и задания

Почему галоидные винилы и арилы не могут быть обнаружены реакцией раствором йодистого натрия в ацетоне?

70