Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по органической химии
.pdf
Поокончаниивыделения ацетилена в пробирку 1 добавьте1каплю1%-ногоспиртовогорастворафенолфталеина.Приэтомпоявляетсямалиновоеокрашивание.
Наблюденияиуравнениереакцииполученияацетиленидамеди(I)
запишитевлабораторномжурнале.
Вопросы и задания
1. Напишитесхемыреакцийполученияацетилена.
2. Напишитесхемыреакцийгидратацииалкинов.
3. Какиепродуктыобразуютсяпривзаимодействиис водойкарбидакальция,карбидаалюминия.Какиереакцииможноиспользовать
длядоказательствастроенияполученныхгазов?
4. Объяснитепричинуналичиящелочнойсредывпробиркесводой
икарбидомкальция,обнаруживаемойспомощьюфенолфталеина.
5. Очем свидетельствуетв наблюдаемомопыте обесцвечивание
бромнойводыираствораперманганатакалия?
6. Рассчитайтеколичествотеплоты,котороевыделитсяприсгораниигазов– этилена, ацетилена и этана,массойпо 100 г.Какойгаз
предпочтительнееиспользоватьдляполучениятепла?
7. Рассчитайтеколичествотеплоты,котороевыделитсяприсгораниигазов–этилена,ацетиленаиэтана,объемомпо100л(н.у.).Какойгазпредпочтительнееиспользоватьдляполучениятепла?(Теплотысгоранияэтана,этиленаиацетиленасоответственноравны70129,
64937и58657кДж\м3).
8. Напишитеструктурныеформулыизомеровлинейногостроения
алкина С5Н8. Назовите их по рациональной и систематической номенклатуре.
9. Какиеалкины могутреагироватьс аммиачным раствором гидроксидасеребра?Приведитепримеры.
10.Каковаразницавструктуреиреакционнойспособностимежду
насыщеннымии ненасыщеннымиуглеводородами?Проиллюстрируйтесвойответнапримеререакцийдвухпредставителейэтихклассов.
31
Лабораторная работа 4
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕПРЕДЕЛЬНЫХ
УГЛЕВОДОРОДОВ. АРЕНЫ
Цель работы: изучить химические свойства ароматических соединенийвреакцияхгалогенирования,нитрования,сульфированияи
окисления.
Приборы:пробирки,водянаябаня, часовые стекла, штатив,шариковыйхолодильник,спиртоваягорелка,фильтрыстеклянные(Шотта).
Реактивы:бензол,толуол,ксилол,нафталин,5%-ныйрастворбромавчетыреххлористомуглероде,железные опилки, универсальный
индикатор,5%-ныйводныйрастворперманганатакалия,нитратаммония, серная кислота (конц.), азотная кислота (конц.),раствор гидроксиданатрия(конц.).
Ароматическиесоединения(арены) – циклические органические
соединения,которыеимеютвсвоёмсоставеароматическуюсистему
связей. Они могут иметь насыщенные или ненасыщенные боковые
цепи.
Первый ароматический углеводород – бензол – был выделен
М.Фарадеемв1825г.изсветильнойжидкости,котораяиспользоваласьдляосвещенияулиц.ФарадейустановилэмпирическуюформулубензолаСnHn.Термин«ароматический»возникпотому, что многиесоединения–бензальдегид,бензиловыйспирт,эфирыбензойной
кислоты,содержащие,какибензол,радикалфенилС6Н5,быливыделеныизразличногородаладанов,ароматическихмаселибальзамов.
ПозднееХюккелембылиопределеныкритерии,покоторымвещества
можноотнестикароматическим.Ароматическиеуглеводороды(арены)–этоплоскиециклическиесопряженныесоединения,циклкоторыхсодержит (4n+2)π-электронов,гдеn = 1, 2, 3…(правилоХюккеля). Ароматические соединения отличаются от неароматических
особойгеометриймолекулы.Аренысодержатπ-электроннуюсистему, образованную перекрыванием атомныхр-орбиталей. Замкнутая
π-электронная система обусловливает тенденцию к выравниванию
связейвароматическомцикле.Вбензолевсеуглерод-углеродныесвязиравноценныиимеютдлину1,397Ǻ.
Главным источником ароматических углеводородов в настоящее
время является каменноугольная смола, нефть и нефтепродукты.
32
Восновепромышленногополученияареновлежатреакциидегидрированияциклоалкановидегидроциклизацииалканов.Эти процессы
получилиназваниекаталитическогориформинганефти.Большоезначениеимеютсинтетическиеметодыполучения.Ароматическиеуглеводороды–исходныепродуктыдляполучениякетонов,альдегидови
кислотароматическогоряда,атакжемногихдругихвеществ.
Все ароматические соединения –твердыеили жидкие вещества.
Отличаютсяоталифатическихиалициклическиханалоговвысокими
показателямипреломленияи поглощения в близкойУФи видимой
областиспектра.Дляароматическихсоединенийхарактерныреакции
замещениякакэлектрофильного(галогенирование,нитрование,сульфирование,алкилирование,ацилированиеидр.),такинуклеофильного(по различныммеханизмам).Возможны реакции присоединения,
окисления(дляареновбензойногоряда–ввесьмажесткихусловиях
и/илискатализаторами).
Наиболее характерными для аренов являются реакции электрофильногозамещения.Наличиезаместителявбензольномкольцевлияетнанаправлениеискоростьэлектрофильногозамещения.Относительнаяреакционнаяспособностьразличныхположенийбензольного
кольцавзамещенномбензоленоситназваниепозиционнойселективностиориентирующегоэффектазаместителя.Всезаместителиделят
на три группы с учетом их активирующегоили дезактивирующего
влияния,атакжеориентациизамещениявбензольномкольце:
1) активирующие орто-пара-ориентирующие группы, такие как
,NH2,NHR,OH,OR,NHAc,OAc,Alkидр.
NR
2
2)дезактивирующиеорто-пара-ориентирующиегруппы–этога-
логеныF,Cl,Br,I.
3) дезактивирующие мета-ориентирующие группы – NO
H,SO2R,SOR,COH,COR,COOH,COOR,CNидр.
SO
3
, NO,
2
Все активирующие группы являются орто-пара-ориентантами,
все мета-ориентанты дезактивируют замещение. Если два заместителяпринадлежаткразнымклассам,всегдапреобладаеториентирующийэффектактивирующегозаместителя.
Опыт 4.1. Бромирование толуола
Вдвепробиркипоместитепо10капельтолуолаи4–5капель5%ногорастворабромавтетрахлорметане.Вовторуюпробиркувнесите
лопаточкужелезныхопилок.Каждуюпробиркуподсоединитеквоздушномухолодильникуи нагрейте на кипящей водянойбане. При-
33
знаком протекания реакции бромирования является исчезновение
окрашивания и выделение бромоводорода,который можно обнаружитьпопокраснениюсмоченнойводойлакмусовойбумажки,поднесеннойкотверстиювоздушногохолодильника.
После окончанияреакции несколькокапельиз каждойпробирки
поместите на часовые стекла и нагрейте стекла на почти кипящей
водянойбане. По мере испарения непрореагировавшеготолуола на
одномизчасовыхстекол(каком?)начинаетощущатьсярезкийзапах
бензилбромида(лакриматор).
Вопросы и задания
1.Какойпродукт образуетсяпри взаимодействии толуолас бро-
момпринагревании?Напишитесхемуреакции.
2. С какойцелью в данномопыте добавляют железные опилки?
Какиепродукты образуютсявовторойпробирке?Чтопроисходитс
железомвданномопыте?Напишитесхемуреакции.
3.Сравнитереакционнуюспособность бензолаициклогексанав
реакциях замещения; реакционную способность бензола и этилена
(циклогексена)вреакцияхприсоединения.
Опыт 4.2. Нитрование бензола
Впробиркупоместите1лопаточкунитратааммонияирастворите
егов1млконцентрированнойсернойкислоты.Впробиркудобавьте
3–4каплибензолаинагревайтепробиркувпламенигорелкивтечение 5–7 минут.При хорошем перемешивании бензол растворяется.
Вылейте жидкость в другую пробирку с холодной водой, при этом
выпадаетбелыйосадок.
Осадок отфильтруйте на воронке с гвоздиком и высушите.
Определите температуру плавления и по полученному значению
идентифицируйте продукт реакции. Справочные данные: т. пл.
о-динитробензола117°С,м-динитробензола90°С,п-динитробензола
174°С.
Опыт 4.3. Нитрование нафталина
Впробиркувнесите2лопаточкинафталина,добавьте1млконцентрированнойазотнойкислоты.Смесь нагрейте накипящейводяной
баневтечение5–10мин,азатемвылейтевстаканчикс10млхолоднойводы.Приэтомвыделяютсяжелтыешарикиα-нитронафталина.
34
Отфильтруйтеα-нитронафталиннаворонкесгвоздиком,высушитеи
определитетемпературуплавления(т.пл.α-нитронафталина61°С).
Вопросы и задания
1. Напишитесхемуреакцииполучениянитробензолаизбензола.
Покакомумеханизмупротекаетэтареакция?
2. Объяснитеориентирующеевлияниенитрогруппыи напишите
реакциюпоследующегонитрованиянитробензола.
3. Напишите схему реакции нитрования нафталина. Исходя из
экспериментально полученного значения температуры плавления
α-нитронафталина оцените, требуется ли перекристаллизация с цельюочисткипродуктареакции.
4. Почемуэлектрофильноезамещениевнафталинепротекаетпреимущественнопоα-,анепоβ-положению?
5. Укажите, какие реагенты используются при алкилировании и
ацилированиибензолаикаковыусловияпротеканияданныхреакций.
Опыт 4.4. Сульфирование бензола
и его гомологов
Втрипробиркипоместитепо10капельсоответственнобензола,толуолаиксилола(любогоегоизомера).Добавьтевкаждуюпробиркупо
1млконцентрированнойсернойкислотыиподсоединитеквоздушным
холодильникам.Нагревайтена водянойбане (60–80°С)при частоми
сильном встряхивании. Углеводороды сначала образуют с кислотой
эмульсию, а затем постепенно растворяются. Отметьте различие во
времени,потребовавшемсядля полногорастворенияразличных углеводородовприодинаковомрежименагреванияивстряхивания.
Пробирки охладите и вылейте содержимое каждой пробирки в
стаканчики с водой.Сульфоновые кислоты хорошо растворяются в
воде.Отсутствие слоя углеводороданад водойсвидетельствует,что
прошлополноесульфированиеуглеводорода.
Опыт 4.5. Сульфирование нафталина
Впробиркупоместите1лопаточкунафталина и нагрейте егодо
расплавления. После остывания добавьте к затвердевшему нафталину10капельконцентрированнойсерной кислоты.Осторожнонагрейтепробиркунадпламенемгорелки,постоянновстряхиваядодостиженияполнойоднородностисмеси.Охладитесмесьдокомнатной
35
температуры,добавьтекней10 капельводыисноваслегканагрейте.Приохлаждениивыделяютсякристаллыβ-нафталинсульфоновой
кислоты.
Вопросы и задания
1. Напишите схемы реакций сульфирования бензола, толуола,
ксилола(любогоегоизомера).
2. Какиеизиспользуемыхвопытеареновсульфируютсябыстрее?
Чемобъясняетсяразличнаяскоростьсульфированияаренов?
3. Напишите схему реакции сульфирования нафталина (в условияхопыта реакция протекает при температуре 140–190 °С). Какой
продуктобразуется при сульфированиинафталинапри температуре
80°С?
Опыт 4.6 Окисление аренов
Втрипробиркиналейтепо1млбензола,толуолаиксилолаидобавьтепо1мл5%-ногораствораKMnO4ипо1мл2н.H
дую.
Пробиркислегканагрейте(до50–60°С),затемэнергичновстряхнитеихсодержимое.НаблюдайтеизменениеокраскиKMnO4.
Сделайтевыводыинапишитеуравненияреакцийокислениятолуолаиксилола.
2SO4
вкаж-
Вопросы и задания
1. Протекаетлиреакцияокислениябензола?
2. Какие продукты образуются при окислении толуола и
о-ксилола?Напишитесхемыэтихреакций.
Опыт 4.7. Окисление нафталина
Впробиркупоместите1лопаточкунафталина,20капель2%-ного
раствораперманганатакалия,добавьте1млводыи10капельконцентрированногорастворагидроксиданатрия.Закройтепробиркупробкойс прямой газоотводной трубкой.Нагрейте пробирку в пламени
горелки,а затем продолжитенагревание на кипящей водянойбане.
Отметьтеисчезновениерозовато-фиолетовойокраскираствораипоявлениетемногоосадка.Еслиокраскаперманганатакалияполностью
неисчезает,прибавьтенесколькокапельэтиловогоспиртадообесцве-
36
чивания.Отфильтруйтебурыйосадококсидамарганца(IV),фильтрат
перенеситев фарфоровуючашкуиупарьтенаводянойбане.Вфарфоровойчашкевыпадаетвосадоккристаллическийпродуктреакции.
Вопросы и задания
1. Какоесоединениеполучаетсяврезультатеокислениянафтали-
на?
2. Какие продукты образуются при окислении толуола и
о-ксилола?Напишитесхемыэтихреакций.
3. Назовите продукты окисления о-ксилола, м-ксилола и
п-ксилола.
37
Лабораторная работа 5
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПИРТОВ
Цель работы: идентифицировать первичные, вторичные и третичныеспиртыреактивомЛукаса.Провестиреакцииэтерификациии
окисленияспиртов.
Приборы:пробирки,спиртоваягорелка.
Реактивы:реактивЛукаса,этанол,изопропанол,третбутанол,ацетатнатрия(безв.),амиловыйспирт,сернаякислота(конц.),10%-ный
растворсернойкислоты,10%-ныйрастворбихроматакалия,раствор
фуксинсернистойкислоты,2%-ныйрастворперманганатакалия,пиперидин,растворнитропруссиданатрия.
Спиртаминазываютсоединения,которыесодержатоднуилинесколькогидроксильныхгруппвместоатомовводородавалканах.По
числу гидроксильных групп спирты делятся на одноатомные,двухатомные,трехатомныеит.д.Одноатомныеспиртыможнорассматриватькакпроизводныеводы,гдеодинатомводородазамещеналкильной группой. Общая формула простых предельных ациклических
спиртовCnH
OH.Валентныеуглыв109и110°указываютнаsp
2n+1
гибридизациюатомовуглеродаикислорода.Двенеподеленныепары
электроновкислородарасположенынаsp3-гибридныхорбиталях.
Взависимостиоттого,прикакоматомеуглероданаходитсягруппа–OH, различаютспиртыпервичные,вторичныеитретичные. Названияалифатическиходноатомныхспиртовобразуютсяизназвания
углеводорода с самой длинной углероднойцепью, содержащей гидроксильнуюгруппу,путёмдобавлениясуффикса-ол.
Наличиемежмолекулярныхводородныхсвязейобусловливаетвысокиетемпературыкипениянизшихспиртовпосравнениюсдругими
соединениями близкоймолекулярноймассы,а также хорошуюрастворимостьнизшихспиртоввводе,гдевозникаютмежмолекулярные
водородныесвязимеждумолекуламиспиртаиводы.Физико-химическиесвойстваспиртовопределяютсявосновномстроениемуглеводородногорадикалаифункциональнойгруппы-OH,атакжеихвзаимнымвлиянием:
1.Чембольшерадикал,темсильнееонвлияетнафункциональную
группу,снижаяполярностьсвязиO-Н,поэтомуреакции,основанные
наразрывеэтихсвязей,протекаютболеемедленно.
3
-
38
2.Гидроксильнаягруппа-ОНвлияетнауглеводородныйрадикал,
уменьшаяэлектронную плотность σ-связейсоседнегоатомарадикала,вызываяиндуктивныйэффектповсейуглероднойцепи.
Воснове промышленногополученияэтанолалежитгидратациянепредельных углеводородов в присутствии концентрированной серной
кислоты.Для получения другихспиртовв лабораторнойпрактикераспространенспособ,основанныйнареакцииоксимеркурирования-демеркурированияалкенов.Кспособамполученияспиртовтакжеотносятся:
– гидроборированиеалкеновспоследующимокислением;
– восстановлениесложныхэфировикарбоновыхкислот;
– взаимодействиеалкилгалогенидовиалкилтозилатовссуперок-
сидомкалия;
– окислениепредельныхуглеводородов,
– восстановлениеальдегидовикетонов,
– взаимодействиегалогенопроизводныхуглеводородовсощело-
чью(гидролизгалогеналканов).
Спирты широкоприменяются как растворители, используются в
медицине и косметике для приготовления экстрактов.В последнее
времярастетрольспиртовкактоплива.
СпиртыявляютсяслабымиОН-кислотами. КакОН-кислотыспирты
реагируютсщелочными,щелочноземельнымиметаллами,алюминиеми
др.собразованиемионныхиковалентныхалкоголятов.Спиртытакже
проявляютсвойства оснований Льюиса, образуядонорно-акцепторные
комплексы с галогенидами, оксигалогенидами фосфора, серы и др., с
сильнымиминеральнымикислотамиспиртыобразуютсолиалкоксония.
Наэтихсвойствахоснованымногиеважныереакцииспиртов,средикоторыхследуетвыделить замещение гидроксильнойгруппы нагалоген
(привзаимодействиисгалогеноводородами,галогенидамифосфора,тионилхлоридомидр.),дегидратациюспиртовиэтерификациюспиртовс
помощьюорганическихинеорганическихкислотиихпроизводных.Однимизважнейшихпревращенийфункциональныхгруппиоценкойизбирательногодействияокислительногоагента является окисление первичныхспиртоввальдегидыивторичныхспиртоввкетоны.
Опыт 5.1. Сравнение спиртов
по их растворимости в воде и по плотности
Вчетырепробиркиприлейтепо2–3каплиэтанола,пропанола,бутиловогоиизоамиловогоспиртов,атакжепо5капельН2О,встряхните.Тожепроделайтесглицерином.
39
К1млдистиллированнойН2Одобавьте1каплюраствораI2вKI.
Осторожноприлейте~1млизоамиловогоспиртаивстряхните.Объяснитеизменения,происходящиеприэтомвокраскеводнойиорганическойфаз.
Сделайте выводы о физических свойствах спиртов (плотность,
растворимость,запахи,качестворастворителя).
Вопросы и задания
1. Объяснитеизменениерастворимостиспиртоввводе.
2. Запишитеструктурные формулы спиртов, рассчитайте ихмо-
лярныемассы.
3. Приведитеопределениетермина«экстракция».
4. Приведитеопределениетермина«водороднаясвязь»иприме-
рысоединений,вкоторыхприсутствуетводороднаясвязь.
Опыт 5.2. Идентификация первичных,
вторичных и третичных спиртов
Первичные,вторичныеитретичныеалифатическиеспиртысчисломатомовуглеродаменьшешестивзаимодействуютсконцентрированнойхлористоводороднойкислотойв присутствии хлоридацинка
(реактивом Лукаса) с получением соответствующих галогеноалканов.Галогеноалканыобразуютсясразличнымискоростями,что используется для идентификации исходных спиртов (проба Лукаса).
Третичныеспиртыреагируюточеньбыстросвыделениемнесмешивающегосясводойслояхлороалкана,вторичные–медленнее,спомутнениемраствораивыделениемкапельхлороалкана.Заисключениемаллиловогоибензиловогоспиртоврастворыпервичныхспиртов
вреактивеЛукасаостаютсяпрозрачными.
Вкаждуюиз трех пробирок, содержащихпо 3–4 каплисоответственноэтилового,изопропиловогои трет-бутиловогоспиртов,добавьтепо6капельреактиваЛукаса,встряхнитеинаблюдайтезаизменениями,происходящимивпробиркахприкомнатнойтемпературе
втечение5мин.
Наблюденияиуравненияреакцийзапишитевлабораторныйжурнал.
Вопросы и задания
1. НапишитесхемуреакциикаждогоизспиртовсреактивомЛукасаиукажитемеханизмреакции.Объяснитерольхлоридацинкакак
кислотыЛьюиса.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]