Органическая химия. Учебно-методическое пособие для студентов заочного отделения биологических специальностей вузов

Лабораторная работа 5. Гетерофункциональные соединения

Гетерофункциональными (гетерос — различный) называются вещества, содержащие в молекуле две и более различные функциональные группы. Примером таких веществ служат гидроксикарбоновые, оксокарбоновые и аминокарбоновые кислоты. Так, гидроксикарбоновые кислоты (гидроксикислоты) содержат в своем составе гидроксильные ОН- и карбоксильные СООНфункциональные группы. Гидроксильную ОН-группу иначе называют оксигруппой, поэтому и гидроксикислоты часто называют оксикислотами. Оксокарбоновые кислоты (оксокислоты) в составе молекул имеют оксогруппы (карбонильные группы) С=О и карбоксильные группы СООН. Аминокарбоновые кислоты (аминокислоты) характеризуются наличием в их молекулах аминогрупп NH2 и карбоксильных групп СООН.

Свойства гидроксикислот

Реактивы: молочная кислота (2—5%-ный водный раствор), 1%-ный раствор хлорида железа (III), 1%-ный раствор фенола, 2—3%-ный раствор сульфата меди (II), 10—15%-ный раствор гидроксида натрия, 35%-ный раствор сегнетовой соли.

Оборудование: пробирки.

Опыт 1. Реакция гидроксикислот с хлоридом железа (III). Â

пробирку наливают 1—2 мл раствора молочной кислоты и добавляют 2—3 капли раствора хлорида железа (III). Сразу же смесь окрашивается в лимонно-желтый цвет. В результате реакции образуется лактат железа (III), раствор которого имеет желтую окраску. Уравнение реакции:

Эта реакция является качественной на гидроксикислоты.

Опыт 2. Обнаружение молочной кислоты в кожном экскрете.

Кожа человека наряду с почками — важный орган выделения. Через кожу происходит удаление из организма различных метаболитов белкового, углеводного, жирового обмена, а также различных минеральных солей. Водный раствор этих веществ, выделяемый через кожные

31

покровы, называется экскретом. В нем легко можно обнаружить с помощью качественных реакций один из основных метаболитов углеводного обмена — молочную кислоту (лактат). Для этого два-три пальца руки надо ополоснуть в 50 мл дистиллированной воды, налитой в химический стакан. Затем в полученный смыв добавить 2—3 капли раствора хлорида железа (III). Сразу же смесь окрашивается в лимонножелтый цвет. Отсюда можно сделать вывод о том, что через кожу человека постоянно выделяется молочная кислота. Уравнение реакции представлено в опыте 1.

Опыт 3. Реакция гидроксикислот с фенолятом железа (III). Сна- чала готовят фенолят железа (III). Для этого в пробирку наливают 1—2 мл раствора фенола и добавляют туда 2—3 капли раствора хлорида железа (III). В результате реакции образуется фенолят железа (III), имеющий фиолетовую окраску. Уравнение реакции:

3 Ñ6Í5ÎÍ + FeCl3 (Ñ6Í5Î)3Fe + 3 ÍCl.

Затем в пробирку с раствором фенолята железа (III) прибавляют 1—2 мл раствора молочной кислоты. В результате реакции образуется лактат железа (III) и смесь приобретает лимонно-желтый цвет. Уравнение реакции:

Эта реакция также является качественной на гидроксикислоты.

Опыт 4. Реакция сегнетовой соли с гидроксидом меди (II). Сегнетова соль — это двойная соль натрия, калия и винной кислоты, или смешанная натрий-калиевая соль винной кислоты.

HOOC-CH-CH-COOH; KOOC-CH-CH-COONa

Из формулы видно, что в составе молекулы сегнетовой соли — две карбоксильные и две гидроксильные группы, и она (как и сама винная кислота) проявляет свойства многоатомных спиртов. Например, реагирует с гидроксидом меди (II) в щелочной среде, при этом голубой осадок Сu(ОН)2 растворяется с образованием ярко-синего

32

раствора комплексной соли меди и винной кислоты (качественная реакция на многоатомные спирты).

В пробирку наливают 1 мл раствора гидроксида натрия, добавляют 3—5 капель раствора сульфата меди и наблюдают выпадение голубого осадка гидроксида меди (II):

2NaÎÍ + ÑuSÎ4 Na2SÎ4 + Ñu(ÎÍ)2.

Êобразовавшемуся осадку гидроксида меди (II) приливают 1 мл раствора сегнетовой соли. При этом осадок растворяется и образуется прозрачный раствор ярко-синего (василькового) цвета. Уравнение реакции:

Щелочной раствор комплексного соединения двухвалентной меди с солью винной кислоты называют феллинговой жидкостью. Она легко окисляет альдегиды и широко используется для качественного и количественного анализа органических веществ, содержащих концевую карбонильную группу.

Свойства аминокислот

Реактивы: 10%-ный раствор аминоуксусной кислоты (глицина), 1%-ный раствор аминоуксусной кислоты, 10%-ный раствор нитрита натрия, ледяная уксусная кислота. 0,1%-ный раствор нингидрина.

Оборудование: пробирки, пробиркодержатели, «кипятильники» (кусочки битого фарфора).

Опыт 5. Реакция аминокислот с азотистой кислотой. Аминокислоты, как и первичные амины, реагируют с азотистой кислотой с выделением азота. Эту реакцию используют для количественного определения аминокислот.

В пробирку наливают 2 мл 10%-ного раствора аминоуксусной кислоты (глицина), добавляют 2 мл 10%-ного раствора нитрита натрия и 2 капли ледяной (концентрированной) уксусной кислоты. При встряхива-

33

нии содержимого пробирки обильно выделяются пузырьки газа (азота). Уравнения реакций:

NaNÎ2 + ÑÍ3–ÑÎÎÍ ÍNÎ2 + ÑÍ3–ÑÎÎNa; Í2N–ÑÍ2–ÑÎÎÍ + ÍNÎ2 N2 + ÍΖÑÍ2–ÑÎÎÍ + Í2Î.

Опыт 6. Реакция аминокислот с нингидрином. В пробирку наливают 2 мл 1%-íîãî раствора аминоуксусной кислоты (глицина), добавляют 2—3 раствора нингидрина. Пробирку закрепляют в пробиркодержатель, бросают туда «кипятильник» (кусочек битого фарфора)

èсмесь нагревают на газовой горелке. Через некоторое время появляется фиолетово-синяя окраска. Объяснить это можно следующим образом. Нингидрин разлагает аминокислоты на альдегиды, оксид углерода (IV) и аммиак. Аммиак конденсируется с избытком нингидрина

èпродуктами его восстановления. Продукты конденсации окрашены в различные оттенки фиолетового цвета. Реакция аминокислот с нингидрином очень чувствительна. Ее применяют для качественного и количественного определения аминокислот.

Свойства углеводов

Опыт 7. Реакция глюкозы с гидроксидом меди (II). В пробирку наливают 1 мл 5%-íîãî раствора глюкозы. Затем добавляют несколько капель 1%-íîãî раствора сульфата меди и 2—3 ìë 10%-íîãî раствора гидроксида натрия. Выпавший первоначально голубой осадок гидроксида меди растворяется с образованием ярко-синего раствора (качественная реакция на многоатомные спирты). Опыт доказывает принадлежность углеводов к многоатомным спиртам. Уравнение реакции в упрощенном виде:

Затем в содержимое пробирки бросают «кипятильник» (кусочек битого фарфора) и смесь нагревают на газовой горелке. Через некоторое время в пробирке появляется осадок кирпично-красного цвета, что указывает на наличие в молекуле глюкозы концевой карбонильной (альдегидной) группы и принадлежность ее к карбонильным веществам. Уравнение реакции:

34

C6H12O6 + 2 Cu(OH)2 C6H12O7 + Cu2O + H2O.

Опыты повторяют с другими углеводами — фруктозой, мальтозой, сахарозой.

Опыт 8. Реакция крахмала с йодом. В пробирку наливают 1 мл 1%-íîãî раствора крахмального клейстера, затем добавляют несколько капель сильно разбавленного водой раствора йода в йодиде калия (раствора Люголя). В пробирке сразу появляется интенсивное синее окрашивание. При нагревании этого раствора до кипения синяя окраска исчезает, при охлаждении раствора снова появляется. Йодкрахмальная реакция применяется в аналитической химии для определения как крахмала, так и йода. Крахмал широко применяется в качестве индикатора в йодометрии.

Опыт 9. Обнаружение крахмала в продуктах питания. Крахмал — один из самых распространенных природных высокомолекулярных углеводов. Он содержится во многих природных объектах (прежде всего в растениях, где образуется в результате фотосинтеза) и является важнейшим продуктом питания.

Отрезают кусочек белого хлеба и кусочек сырого (или вареного) картофеля. На срезы помещают 2—3 капли раствора йода (или раствора Люголя). Сразу же наблюдают появление синего окрашивания, свидетельствующего о наличии крахмала в этих продуктах питания.

35

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Вариант 1

1.Составьте структурные формулы для следующих соединений, дайте им систематические названия: а) триметилэтилметан; б) диизопропилкарбинол; в) âòîðбутилбромид.

2.Изобразите структурные формулы изомерных алканов состава С6Í14, назовите их.

3.Как, исходя из метана и любых неорганических веществ, полу- чить триэтиламин? Запишите уравнения соответствующих реакций.

4.Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия, тип

превращений и назовите продукты: а) дегидрирования бутана; б) 2-хлор-

пропана с металлическим натрием; в) изобутанола с H2SO4 при 90 С; г) 2-метил-2-нитропентана с Н2.

Вариант 2

1.Составьте структурные формулы для следующих соединений, дайте им систематические названия: а) метилпропилметан; б) диэтилкарбинол; в) изобутилхлорид.

2.Изобразите структурные формулы изомерных галогеноалканов состава С4Í9Br, назовите их.

3.Как, исходя из этана и любых неорганических веществ, полу- чить пропанол-2? Запишите уравнения соответствующих реакций.

4.Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия, тип превращений и назовите продукты: а) дегалогенирования âèö-дихло-

рэтана; б) крекинга метана; в) âòîðбутанола с H2SO4 при 180°С; г) 3-бромпентана с водным NaOH.

Вариант 3

1. Составьте структурные формулы для следующих соединений, дайте им систематические названия: а) метилэтилпропилметан; б) триметилкарбинол; в) òðåòбутилхлорид.

36

2.Изобразите структурные формулы изомерных простых эфиров состава С5Í12О, назовите их.

3.Как, исходя из метана и любых неорганических веществ, полу- чить бутанол-2? Запишите уравнения соответствующих реакций.

4.Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия, тип превращений и назовите продукты: а) каталитического окисления бу-

тана; б) 2-метил-2-хлорпропана с NH3; â) òðåòбутанола с H2SO4 при 120°С; г) 3-метил-2-нитрогептана c H2.

Вариант 4

1.Составьте структурные формулы для следующих соединений, дайте им систематические названия: а) метилэтилбутилметан; б) метилизопропилкарбинол; в) пропилхлорид.

2.Изобразите структурные формулы изомерных аминов состава С4Í11N, назовите их.

3.Как, исходя из пропанола-1 и любых неорганических веществ, получить пропанол-2? Запишите уравнения соответствующих реакций.

4.Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия, тип превращений и назовите продукты: а) 2-бром-3-метилгексана c NaOH

âспирте; б) дегидрирования этана; в) изобутиламина с H2SO4; г) окисления этилового спирта K2Cr2O7 (H+).

Вариант 5

1.Составьте структурные формулы для следующих соединений, дайте им систематические названия: а) метилэтилпропилметан; б) диизобутилкарбинол; в) âòîðбутилхлорид.

2.Изобразите структурные формулы изомерных алканолов состава С5Í11ОН, назовите их.

3.Как, исходя из метана и любых неорганических веществ, полу- чить диэтиловый эфир? Запишите уравнения соответствующих реакций.

4.Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия, тип превращений и назовите продукты: а) дегидрирования пропана; б) изо-

бутилхлорида с Mg; в) окисления 2-пропанола KMnO4 â H2SO4; г) гидролиза 3-бромпентана.

37

Вариант 6

1.Составьте структурные формулы для следующих соединений, дайте им систематические названия: а) диэтилòðåòбутилметан; б) метилизобутилкарбинол; в) пропилйодид.

2.Изобразите структурные формулы изомерных галогеноалканов состава С4Í8Br2, назовите их.

3.Как, исходя из ацетата натрия и любых неорганических веществ, получить 2-бромпропан? Запишите уравнения соответствующих реакций.

4.Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия, тип превращений и назовите продукты: а) этиламина с 2-хлорпропаном;

б) окисления 2-бутанола K2Cr2O7 (H+); в) 3-бром-2-метилпентана с NaOH в спирте; г) крекинга бутана.

Вариант 7

1.Составьте структурные формулы для следующих соединений, дайте им систематические названия: а) триметилâòîðбутилметан; б) триэтилкарбинол; в) изобутилфторид.

2.Изобразите структурные формулы всех изомеров состава С4Í10О, назовите их.

3.Как, исходя из метана и любых неорганических веществ, полу- чить метилэтиламин? Запишите уравнения соответствующих реакций.

4.Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия, тип превращений и назовите продукты: а) окисления этана в присутствии

Í3ÂÎ3; б) 2-нитропентана c H2; â) òðåòбутанола с CH3COOH; г) 2-метил-2-хлорпропана с Na.

Вариант 8

1.Составьте структурные формулы для следующих соединений, дайте им систематические названия: а) трипропилметан; б) этилòðåòбутилкарбинол; в) древесный спирт.

2.Изобразите структурные формулы изомерных первичных спиртов состава С6Í13ОН, назовите их.

3.Как, исходя из бутанола-1 и любых неорганических веществ, получить бутанол-2? Запишите уравнения соответствующих реакций.

38

4. Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия, тип превращений и назовите продукты: а) 2-метил-2-хлорбутана с KOH в спирте; б) бромэтана с HCN; в) диэтиламина с H2SO4; г) окисления этилового спирта KMnO4 â H2SO4.

Вариант 9

1.Составьте структурные формулы всех изомерных алканов с семью атомами углерода в молекуле и назовите их по номенклатуре IUPAC.

2.Напишите структурные формулы следующих органических ве-

ществ: а) öèñ-пентен-2; б) метилэтилпропиламин; в) 2-бром-4-нитро- фенол; г) изопропилформиат; д) -аминопропионовая кислота.

3.Как, исходя из уксусной кислоты, получить этиловый эфир глицина? Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания.

4.Осуществите превращения, укажите условия реакций, опреде-

лите, к какому классу органических веществ относятся продукты реакций: этен этин этаналь этанол бромэтан.

Вариант 10

1.Составьте структурные формулы всех изомерных алкенов с шестью атомами углерода в молекуле и назовите их по номенклатуре IUPAC.

2.Напишите структурные формулы следующих органических веществ: а) 3,4-диметилпентанол-1; б) 2-бром-3-хлорпентановая кислота; в) î-хлоранилин; г) âòîðбутиловый спирт; д) 3-аминогексановая кислота.

3.Как, исходя из этанола, получить 1,1,2,2-тетрабромэтан? Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания.

4.Осуществите превращения, укажите условия реакций, опреде-

лите, к какому классу органических веществ относятся продукты реакций: метан хлорметан этан этен этандиол-1,2.

Вариант 11

1. Составьте структурные формулы всех изомерных алкинов с семью атомами углерода в молекуле и назовите их по номенклатуре IUPAC.

39

2.Напишите структурные формулы следующих органических ве-

ществ: а) метилизопропиламин; б) 2-бром-2-метилпропаналь; в) 3,5-ди- нитробензойная кислота; г) этиловый эфир масляной кислоты; д) -ами- новалериановая кислота.

3.Как, исходя из пропанола-1, получить пропанол-2? Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания.

4.Осуществите превращения, укажите условия реакций, опреде-

лите, к какому классу органических веществ относятся продукты реакций: пропаналь пропанол-1 1-бромпропан пропен полипропилен.

Вариант 12

1.Составьте структурные формулы всех изомерных спиртов с пятью атомами углерода в молекуле и назовите их по номенклатуре IUPAC.

2.Напишите структурные формулы следующих органических веществ: а) транс-гексен-2; б) метилэтиловый эфир; в) ì-диметилбен- зол; г) изобутиловый спирт; д) 2-аминогептановая кислота.

3.Как, исходя из метана, получить уксусную кислоту? Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания.

4.Осуществите превращения, укажите условия реакций, опреде-

лите, к какому классу органических веществ относятся продукты реакций: бутан 1-хлорбутан бутанол-1 бутаналь бутановая кислота.

Вариант 13

1.Составьте структурные формулы всех изомерных альдегидов с шестью атомами углерода в молекуле и назовите их по номенклатуре IUPAC.

2.Напишите структурные формулы следующих органических ве-

ществ: а) 2,4-диметилпентадиен-1,3; б) метиловый эфир уксусной кислоты; в) 2,3-диэтилфенол; г) изоамиловый спирт; д) -аминомасляная кислота.

3.Как, исходя из этана, получить бутанол-1? Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания.

4.Осуществите превращения, укажите условия реакций, опреде-

лите, к какому классу органических веществ относятся продукты реакций: метан ацетилен ацетальдегид уксусная кислота углекислый газ.

40