Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по органической химии
.pdf
Лабораторная работа 2
ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ
Цель работы:освоениекачественныхметодовобнаруженияорга-
ногенныхэлементоввсоставеразличныхорганическихвеществ.
Приборы: пробирки, газоотводнаятрубка,штатив, спиртовая го-
релка.
Реактивы:медная проволока,оксидмеди,медныйкупорос, сахароза,вазелин,известковаявода,мочевина,10%-ныйрастворгидроксиданатрия,лакмус,гидроксиднатриятвердый,0,1Мрастворнитратасвинца,хлороформ(CНCl3).
Органическиевеществасодержатвсвоемсоставеодинилинесколько(какправило,множество)атомовуглерода.Внастоящеевремянасчитываетсяболее20миллионоворганическихвеществ. Такоемногообразиесоединенийуглеродаобусловленоегоспособностьюкобразованию
прочныхсвязейнетолькодругсдругом,ноисдругимиэлементами.Качественныйанализпозволяетопределить,изкакихэлементовпостроены
молекулы вещества и установить его простейшую формулу.Наиболее
частовсоставорганическихвеществ,помимоуглеродаиводорода,входяткислород,сера,азотигалогены.Привыполненииэлементногоанализаорганическоесоединениеразлагаюттакимобразом,чтобыисследуемыеэлементы«перешли»всоставнеорганическихвеществ–углеродв
оксидуглерода(IV),водород–вводу,азот–вцианид-ион,аммиакили
молекулярныйазот,сера–всульфид-ионилидиоксидсеры.
Опыт 2.1. Обнаружение углерода и водорода
Соберитеприбор,какпоказанонарис.2.1.
Приготовьтереакционную смесь:вфарфоровойчашкесмешайте
1гсахарозыс2гCuO.
Прокалите1гCuSO4×5Н2Одополногообезвоживания.
Поместитевпробиркуреакционнуюсмесь.Вверхнюючастьпробиркипоместитекомочекваты,накоторыйнасыпьтенемногообезвоженногоCuSO4.
Нагревайтереакционнуюсмесь.Принагревесмесиидетреакция
С
12Н22О11
+24CuO=12СО2+11Н2О+24Cu.
21
Выделяющийсяприразложениисахарозыгазпропускаетсячерез
растворизвестковой(баритовой)водыдля обнаружениявнемCO2.
Фактобразования водыфиксируетсяспомощьюбезводногоCuSO
которыйобразуетсинийкристаллогидратCuSO
×5H2O.
4
4
Напишитесоответствующиеуравненияреакцийисделайтевывод
оналичиивсоставесахарозыуглеродаиводорода.
Рис.2.1.Схемаприборадляобнаруженияуглеродаиводорода
Опыт 2.2. Обнаружение азота в составе мочевины
по образованию аммиака
Растворите~0,5гмочевиныв2млдистиллированнойH2Oидобавьте2мл10%-ногораствораNaOH.Нагрейтепробиркувпламени
спиртовки.Красныйлакмус,смоченныйводой,держитенадпарами
(безконтакталакмусасощелочью),рис.2.2.
Напишитеуравненияреакцийивыводы.
,
Рис.2.2.Схемаприборадляобнаруженияаммиака
Опыт 2.3. Обнаружение серы в составе
тиомочевины по образованию осадка PbS
Сульфидсвинца – очень плохорастворимое соединение черного
цвета.Добавлениерастворимыхсолейсвинцакрастворам,содержа-
22
щиманионS2–,приводитк образованиючерногоосадкаиявляется
чувствительнойреакциейнаcульфиднуюсеру.
К небольшому количеству раствора тиомочевины добавьте 1–2
каплирастворасолисвинца.ОбъяснитеотсутствиеосадкаPbS.
В сухую пробирку поместите ~0,5 г тиомочевины и таблетку
NaOH.Смесьсплавьте,охладитеирастворитев2–3млдистиллированнойH2O–переводорганическойсерывнеорганическоесостояние(S2–).Добавьтекрастворуплавасоликаплюнитратасвинца.
Напишите структурную формулу тиомочевины, уравнения реакций,наблюденияивыводы.
Опыт 2.4. Обнаружение галогена пробой
Ф.Ф. Бейльштейна
Припрокаливанииорганическогогалогеносодержащеговещества
с оксидом меди (II) происходит его окисление. Углеродпревращаетсяв оксидуглерода(IV),водород– в воду,галогены (кроме фтора)– в галогениды меди (II), окрашивающиепламяв ярко-зеленый
цвет(проба Бейльштейна). Реакциявысокочувствительна.Однакоее
нельзяиспользоватьдляобнаружениягалогеноввсоединениях,имеющиходновременноазотсодержащиезаместители,таккаконитоже
окрашиваютпламя.
Меднуюпроволокудлиной10смоднимконцомзакрепляютвпробке,анадругомееконцеделаютпетлю.Державрукепробку,прокалите
петлювпламенигорелкидопрекращенияокрашиванияпламенииобразованиянаповерхностипроволокичерногоналетаоксидамеди(II)
2Cu+O
После остывания петлю опустите в хлороформ (CHCl
=2CuO.
2
) и вновь
3
поместите в пламя. Сначалапламя становится светящимся (сгорает
углерод),азатемпоявляетсяинтенсивноезеленоеокрашивание.
Расставьтекоэффициентыв уравнении реакции, используя электронныйбаланс.Запишитенаблюденияивывод
СНСl
+CuO→CuCl+CuCl2+CO2+H2O.
3
Вопросы и задания
1. Какиесоединенияотносятсякорганическимвеществам?
2. Чтотакоефункциональнаягруппа?Назовитефункциональные
группы,содержащиекислород,приведитепримеры.
23
3. Рациональнаяисистематическаяноменклатуры.
4. Чтотакоеизвестковаяибаритоваявода?
5. КакиевеществаможноиспользоватьдляулавливанияСО
6. Докакоговеществаокислитсяазотприсгоранииметиламина,
триэтиламина,анилина?Напишитеуравненияреакций.
7. Напишите уравнения реакций горения нитрометана и нитро-
бензола.
8. Какие продукты получатся при сгорании этилового спирта и
диметиловогоэфира?Напишитеуравненияреакций.
9. Напишитеуравненияреакциигорениямочевиныитиомочеви-
ны.
10.ПочемунельзяиспользоватьпробуБейльштейнадляопределе-
ниясодержанияфтора?
?
2
24
Лабораторная работа 3
ПОЛУЧЕНИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НЕПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ:
АЛКЕНОВ И АЛКИНОВ
Цель работы: получить непредельные углеводороды этилен и
ацетилен,изучитьиххимическиесвойствавреакцияхгалогенированияиокисления.
Приборы:колба,пробирки,газоотводнаятрубка,штатив,спиртоваягорелка,промывнаясклянка.
Реактивы:этиловыйспирт,2%-ныйводныйрастворперманганата
калия,сернаякислота(конц.),бромнаявода,карбидкальция,водный
аммиак,растворхлоридамеди(I).
Алкены(иначеолефины или этиленовые углеводороды)— ациклические непредельные углеводороды,содержащие одну двойную
связь между атомами углерода, образующие гомологический ряд с
общейформулойCnH2n.Атомыуглеродапридвойнойсвязинаходятся
всостоянииsp²-гибридизации.Простейшималкеномявляетсяэтилен
(C2H4).ПономенклатуреIUPACназванияалкеновобразуютсяотназванийсоответствующихалканов заменойсуффикса«-ан»на «-ен»;
положениедвойной связи указывается арабской цифрой. Углеводородныерадикалы,образованныеоталкенов,имеютсуффикс«-енил».
Сохранились тривиальные названия, например, СH2= CH-«винил»,
CH2=CH-CH2-«аллил».
Алкены, число атомов углерода в которых больше трёх, имеют
изомеры.Дляалкеновхарактерныизомерияуглеродногоскелета,изомерияположениядвойной связи, межклассовая и пространственная
изомерия.
Алкенымогутсуществоватьввидепространственных(геометрическихизомеров),такимобразом,различают:цис-изомеры:заместителирасположеныпооднусторонуотдвойнойсвязи;транс-изомеры:
заместителирасположеныпоразныестороныотдвойнойсвязи.
IUPACрекомендуетназыватьгеометрические изомеры по следующейноменклатуре:Z-изомеры:старшиезаместителиууглеродных
атомовдвойнойсвязинаходятсяпооднусторонуотносительнодвойнойсвязи;
E-изомеры: старшие заместители у углеродных атомов двойной
связинаходятсяпоразныестороныотносительнодвойнойсвязи.
25
Основным промышленным методомполученияалкенов является
каталитическийивысокотемпературныйкрекингуглеводородовнефтииприродногогаза.Дляпроизводстванизшихалкеновиспользуют
такжереакциюдегидратациисоответствующихспиртов.
ВажнымпромышленнымметодомполученияалкеновявляетсядегидрированиеалкановприповышеннойтемпературесиспользованиемвкачествекатализатораCr
.Такжеиспользуютсяалюмомолиб-
2O3
деновыеиалюмоплатиновыекатализаторы.
Влабораторнойпрактикеприменяютследующиеметоды:
– дегидратация спиртов в присутствии сильных минеральных
кислот;
– гидрирование алкинов с использованием палладия в качестве
катализатора;
– синтезалкеновизкарбонильныхсоединенийпореакцииВиттига;
– дегидрогалогенирование и дегалогенирование соответствую-
щихгалогенпроизводных;
– синтезыГофмана,Чугаеваидр.
Алкеныхимическиактивны.Их химическиесвойстваво многом
определяютсяналичиемдвойнойсвязи.Дляалкеновнаиболеехарактерныреакцииэлектрофильногоприсоединенияиреакциирадикальногоприсоединения. Алкены легко вступают в реакции окисления,
гидрируютсясильнымивосстановителями или водородомв присутствиикатализаторовдоалканов,атакжеспособныкаллильномурадикальномузамещению.
Алкены являются важнейшим химическим сырьем. Так, этилен
используется для производства целого ряда химических соединений:винилхлорида, стирола,этанола,диоксана,дихлроэтана,уксусногоальдегида и уксуснойкислоты.Полимеризацией этилена и его
прямыхпроизводныхполучаютполиэтилен,поливинилацетат,поливинилхлорид,каучукии смазочныемасла. Пропилен впромышленности применяется в основном для синтеза полипропилена. Изобутилен–сырьедляполучениябутилкаучука,изопрена,трет-бутанола.
Егосополимерысбутенамиприменяюткакприсадкикмасламигерметики.ВысшиеалкеныС10-С18применяютприсинтезеПАВ,атакжедляполучениявысшихспиртов.
Алкины(иначеацетиленовые углеводороды)–углеводороды,содержащиетройнуюсвязьмежду атомамиуглерода,с общей формулойCnH
.Атомыуглеродапритройнойсвязинаходятсявсостоя-
2n-2
нииsp-гибридизации.
26
Дляалкиновхарактерныреакцииприсоединения,крометого,большаяподвижностьатомаводородаприsp-гибридноматомеуглеродаобусловливаеткислотныесвойстваалкиноввреакцияхзамещения.
Простейшим алкином является этин (ацетиленC2H2).По номенклатуре IUPAC названия алкинов образуются от названий соответствующих алканов заменой суффикса «-ан» на «-ин»; положение
тройнойсвязиуказываетсяарабскойцифрой.Углеводородныерадикалы,образованныеоталкинов,имеютсуффикс«-инил»,такCH≡C-
называется«этинил».
Основным промышленным способом получения ацетилена является электро-или термокрекингметана, пиролиз природногогазаи
углеводородов,карбидный метод(взаимодействиеоксидакальцияс
коксомприt=1800–2000°С).Такжеалкиныполучаютприэлектролизесолейкарбоновыхкислот.
В лабораторииалкины получают различными способами, такими
как:дегидрогалогенированиегалогеналкановподдействиемсильного
основания,алкилированиеалкиновсконцевойтройнойсвязьюидр.
АлкинысконцевойтройнойсвязьюявляютсяС-H-кислотами,которыесоченьсильнымиоснованиямимогутобразовыватьсоли–алкиниды.Алкинидыявляютсясильныминуклеофиламиилегковступаютвреакции нуклеофильного замещения. При взаимодействиис
галогенамивщелочнойсредеполучаютсяалкинилгалогениды.
К реакциям электрофильногоприсоединения к алкинам относятся:
реакция с галогенами, гидрогалогенирование,гидратация, присоединениекарбоновых кислотидр. Вобщемслучаекатализаторомтаких реакций являются кислоты. К реакциям нуклеофильного присоединения
относятся:взаимодействиесаминами,аммиаком,сероводородомидр.В
присутствииперекисейилив условиях, способствующихобразованию
свободныхрадикалов,присоединениекалкинамидетпорадикальному
механизму. Гидрированиеалкинов водородомкакна гетерогенных,так
игомогенныхкатализаторах,какправило,приводиткобразованиюпродуктовцис-присоединения.КатализаторамигидрированияслужатпроизводныеNi,Pd,Ptидр.Восстановлениеалкинов доалкеновпроводятс
амидомнатриявжидкомаммиакеилиалюмогидридомлитиявтетрагидрофуране.Входереакцииобразуютсятранс-алкены.
Из всех ацетиленовых углеводородов серьезное промышленное
значениеимеетвосновномацетилен,которыйявляется важнейшим
химическимсырьёмииспользуетсядлясинтезарастворителей,поливинилхлорида,уксуснойкислоты,полимеров,каучуковидр.
27
Опыт 3.1. Получение этилена
Вколбу1 (рис.3.1)поместите10капельконцентрированнойсернойкислоты,6–8капельэтанолаинесколькокрупинококсидаалюминия.Закройте колбупробкойс газоотводнойтрубкойизакрепите
еевлапкештатива.
Нагревайте колбу сначала медленно, затем усильте нагрев. Подожгитевыделяющийсягазуконцагазоотводнойтрубкииотметьтесвечениепламени.Временноотставьтеколбуипрекратитенагревание.
Рис.3.1.Прибордляполученияэтилена:1–колбаВюрца,2–отво-
днаятрубка,3 –промывнаясклянка,4 –газоотводнаятрубка
Наблюденияиуравнениереакцииполученияэтиленазапишитев
лабораторномжурнале.
Опыт 3.2. Галогенирование этилена
Впробиркупоместите5–6млбромнойводы.Опуститевнеегазоотводнуютрубкутак,чтобыконецтрубкибылпогруженвбромную
воду. Осторожно нагрейте реакционную смесь в первой пробирке.
Кактолькобромнаяводаобесцветится,уберитепробирку.
Наблюденияиуравнениереакциивзаимодействияэтиленасбромнойводойзапишитевлабораторномжурнале.
Опыт 3.3. Окисление этилена (реакция Вагнера)
Впробиркупоместите1каплю2%-ногораствораперманганатакалия
и5 капельводы,опуститев нее конецгазоотводнойтрубки. Нагрейте
колбу1.Обратитевниманиенаизменениеокраскирастворавпробирке.
Наблюденияи уравнениереакциимягкогоокисления этилена запишитевлабораторномжурнале.
28
Вопросы и задания
1. Напишитесхемыреакцийполучения,бромированияимягкого
окисления(гидроксилирования)пропилена.
2. Очем свидетельствует наблюдаемое в опыте обесцвечивание
бромнойводыираствораперманганатакалия?
3. Объясните,почемугеометрическаяизомериявозможнадляалкенов,нонедляалкановилиалкинов?Нарисуйтеиназовитегеометрическиеизомерыследующихсоединений:
а)СН
б)СН3СН=СНС2Н5;
в)CICH=CHBr;
г)CICH=CBrCH
4.Установлено,что100см
этогоалкенареагируетс25см3водорода.Определитемолярнуюмассуалкенаиегомолекулярнуюформулу.Напишитеструктурныеформулыидайтеназваниявсехизомерныхалкеновтакогосостава.
5.СформулируйтеправилоМарковникова.Напишитеструктурные
формулыпродуктовприсоединениябромоводородакпропену,стиролу,этиловомуэфируакриловойкислоты.
6.Чтотакоесопряженноеприсоединение?Напишитеформулыи
названиявеществ, образующихсяпри действиинапропен:раствора
хлоравтетрахлорметане,хлорнойводы,бромнойводы.
7.Какойосновнойпродуктобразуетсявреакциибутена-1сбромоводородом(вприсутствииССl4)?Какойещепродуктобразуетсяв
небольшомколичестве?Ответобоснуйте.
8.СформулируйтеправилоЗайцева.Какойпродуктполучитсяпри
кислотнокатализируемойдегидратации2-бутанола?
СН=СНСl;
3
.
3
3
алкена(прин.у.)весят0,231г.25см3
Опыт 3.4. Получение ацетилена
Вколбу2поместитекусочеккарбидакальция,добавьте10–12капельводы(рис.3.2).Сразуже начинаетсявыделениегазообразного
ацетилена.
Закройтепробиркупробкойсгазоотводнойтрубкойизакрепитев
штативе.Подожгитевыделяющийся ацетилен у концагазоотводной
трубкииотметьтесвечениепламени.Погаситепламя.
Наблюденияиуравнениереакцииполученияацетиленазапишите
влабораторномжурнале.
29
Опыт 3.5. Бромирование ацетилена
Впробирку1поместите6капельбромнойводыиопуститевнееко-
нецгазоотводнойтрубки.Происходитобесцвечиваниебромнойводы.
Наблюдения и уравнение реакции взаимодействия ацетилена с
бромнойводойзапишитевлабораторномжурнале.
Опыт 3.6. Окисление ацетилена
Впробирку1поместите1каплю2%-ногораствораперманганатака-
лия,6капельводыиопуститевнееконецгазоотводнойтрубки(рис.3.2).
Наблюденияиуравнениереакцииокисленияацетиленазапишите
влабораторномжурнале.
Опыт 3.7. Образование ацетиленида меди
1.В фармацевтическоманализе реакция саммиачнымраствором
хлоридамеди (I) используетсядля установления подлинностинекоторыхлекарственныхвеществ,содержащихконцевуютройнуюсвязь.
Удалитепробирку1,выньтепробкусгазоотводнойтрубкойизколбы.
Рис.3.2.Прибордляполученияацетилена:1 –газоприемник,
2–микроколба,3 –газоотводнаятрубка).
2.Внеситевотверстиепробирки1полоскуфильтровальнойбумаги,смоченнойаммиачнымрастворомхлоридамеди(I).
Набумагепоявляетсякрасновато-коричневоеокрашивание,свиде-
тельствующееобобразованииацетиленидамеди(I).
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]