Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по органической химии
.pdf
Вопросы и задания
1. Напишитесхемуреакцииполучениядиэтиловогоэфира.
2. Какиепобочныепродуктымогутобразоватьсявэтойреакции?
Опыт 8.2. Получение метилового эфира
β-нафтола
Впробиркупоместите1лопаточкуβ-нафтолаиприлейтедополногоегорастворения10%-ныйрастворгидроксиданатрия.Крастворудобавьте4каплидиметилсульфата,пробиркузакройтерезиновой
пробкойи сильно встряхните. Затем удалите пробку и содержимое
пробиркинагрейтевтечениенесколькихминутнакипящейводяной
бане. Появление запаха черемухи свидетельствует об образовании
метил-β-нафтилового эфира. Диметилсульфат ядовит. При работе с
нимследуетсоблюдатьосторожность.
Вопросы и задания
1. Напишите схему реакции получения метилового эфира
β-нафтола.
2. Почему реакцию о-метилирования β-нафтола проводят в ще-
лочнойсреде?
3. Какиедругие метилирующие агентыможноиспользоватьдля
полученияпростыхэфиров?
Опыт 8.3. Основные свойства диэтилового эфира
Впробиркувнесите5капельконцентрированнойсернойиликонцентрированнойхлороводороднойкислоты. При охлаждениихолоднойводойивзбалтывании медленнодобавьте5капельдиэтилового
эфира.Образовавшийсягомогенныйрастворне имеет запахаэфира
(почему?).Далее при охлаждении и взбалтывании прибавьтевпробирку 5 капель холодной воды. Над слоем разбавленной кислоты
всплываетэфир(верхнийслой)иощущаетсяeгохарактерныйзапах.
Вопросы и задания
1. Напишитесхемы реакций диэтилового эфира с концентрированнымисернойихлороводороднойкислотами.Какиесвойствапроявляетдиэтиловыйэфирвэтихреакциях?
2. Напишитесхемуреакциигидросульфатадиэтилоксониясводой.
61
3. Сравнитеосновныесвойствадиэтиловогоэфираиводы.
4. Растворяютсялипростыеэфирывконцентрированныхраство-
рахщелочей?
Опыт 8.4. Обнаружение алкилфениловых эфиров
Впервуюпробиркувнесите5капельанизола,1лопаточкущавелевой
кислотыи1лопаточкуйодидакалия.Пробиркузакройтепробкойсгазоотводнойтрубкойинагревайтенапесчанойбане,опустивконецтрубки
вовторуюпробирку.Соберитевовторуюпробирку2–3каплижидкости.
Втретьейпробиркерастворите1 кристаллик нитрита натрияв3
капляхконцентрированнойсернойкислоты.Кполученномураствору
прибавьте1каплюжидкостиизвторойпробирки.Отметьтепоявляющеесяокрашивание.
Коставшейсявовторойпробиркежидкостидобавьте1каплю1%ногорастворахлоридажелеза(III).Отметьтепоявляющеесяокрашивание.
Вопросы и задания
1. Напишитесхемуреакциианизоласйодоводороднойкислотой.
Покакомумеханизмупротекаетэтареакция?
2. Какойизпродуктоврасщепленияанизолаобнаруживаетсяспомо-
щьюиндофеноловойпробыицветнойреакциисхлоридомжелеза(III)?
Опыт 8.5. Обнаружение простых эфиров,
содержащих этокси-группу
Впробирку поместите 1каплюфенетола,2капли10%-ногорастворадихроматакалия,1каплю10%-ногорастворасернойкислотыи
смесьвстряхните.Нанеситеспомощьюстекляннойпалочки1каплю
реакционнойсмесинаполоскуфильтровальнойбумаги,смоченную1
каплей5%-ногорастворанитропруссиданатрияи1каплейпиперидина.Черезнесколькоминутпоявляетсясинееокрашивание,свидетельствующееоналичиивреакционнойсмесиальдегида.
Вопросы и задания
1. Напишитесхемуреакциикислотногогидролизафенетола.
2. Какой из продуктов реакции обнаруживается при взаимодей-
ствииснитропруссидомнатрия?
62
Лабораторная работа 9
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ
КИСЛОТ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
ПРОИЗВОДНЫХ
Цель работы: исследоватькислотныесвойствакарбоновых кислот,получитьбензойнуюкислотуокислениембензальдегида.Провестиреакцииобнаружениякарбоновыхкислот,получитьихфункциональныепроизводные.
Приборы:пробирки,спиртоваягорелка,универсальнаяиндикаторнаябумага,предметноестекло,водянаябаня,воронка,фильтрШотта,
эксикатор, капилляр, микроскоп, термометр, термоплавильный столик,шпатель,пипетка,пробкасгазоотводнойтрубкой.
Реактивы: уксусная кислота, лакмус синий, метиловый оранжевый, 1%-ный спиртовой раствор фенолфталеина, бензальдегид,
2%-ныйрастворперманганатакалия, этанол,10%-ныйрастворсерной кислоты, бензойная кислота, 10%-ный раствор гидроксида натрия, 10%-ный раствор хлороводороднойкислоты,1%-ный раствор
хлорида железа (III), щавелевая кислота, 5%-ный раствор хлорида
кальция, муравьиная кислота, баритовая вода, 1%-ный раствор нитратасеребра,10%-ныйраствораммиака, безводныйацетатнатрия,
этанол, изопентиловый спирт, концентрированный раствор гидроксида натрия, дистиллированная вода, гидрохлорид гидроксиламина, этилацетат, ацетамид, бромная вода, 2%-ный раствор сульфата
меди(II).
Карбоновые кислоты – это соединения, содержащие в молекуле
функциональнуюгруппу–СООН.Этагруппаноситназваниекарбоксильной.Карбоновыекислотыможнорассматриватькакпроизводные
углеводородов,вмолекулахкоторыходинатомводородазамещенна
карбоксильнуюгруппуR–СООН.
Почислукарбоксильныхгрупп(поосновности)различают:одноосновные(монокарбоновые),двухосновные(дикарбоновые)имногоосновные (поликарбоновые) кислоты. Например, НСООН – одноосновная муравьиная кислота, СН3СООН – одноосновная уксусная
кислота; НООС-СН2-СООН – двухосновная малоновая кислота,
НООС-СН2-С (ОН) (СООН)-СН2-СООН – трехосновная лимонная
кислота.
63
Похарактерууглеводородногорадикаларазличаюткислоты:
H3C CH2CH
CH
3
CH2CH2CHOHCH2COOH
H3C CH
2
CHClCOOH
CH2CH2CH2COOH
предельные(собщейформулойCnH
непредельные(собщейформулойC
ароматические(RС
6Н4
СООН);
COOH);
2n+1
nH2nO2
);
алициклические СН2 СН СООН (циклопропанкарбоновая
кислота).
СН
2
Одноосновныекислоты салкильнымиалкенильнымрадикалами
называютжирнымикислотами.Помеждународнымправиламназваниекарбоновыхкислот составляетсядобавлениемк названию углеводорода окончания -овая и слова «кислота». Например, Н-СООН
метановаякислота;СН3-СООНэтановаякислота;СН3-СН(СН3)-СН
2
СООН2-метилбутановаякислота; СН3–СН(СН3)–СН=СН-СООН
4-метилпентен-2-оваякислота.Длянизшихчленоврядакарбоновых
кислотнаиболееупотребительнытривиальныеназвания:муравьиная,
уксусная,изовалериановая кислоты соответственно (табл. 9.1). Для
названиязамещенныхкарбоновыхкислотвыбираютнаиболеедлинную цепь, обязательносодержащую карбоксильныйатом углерода,
которыйопределяетначалонумерациииимеетпервыйномер.
-
3-гидрокси-5-метилоктановаякислота
Длятривиальныхназванийзамещенныхкарбоновыхкислотширокоиспользуютсяобозначениязаместителейгреческимибуквамиα,β,
γит.д.
α–хлормаслянаякислотаили2-хлорбутановаякислота
γ–фенилмаслянаякислотаили4-фенилбутановаякислота
Дляциклическихкарбоновыхкислотможноприменятьидругую
номенклатуру,вкоторойкислотыносятназваниециклоалканкарбоновыхкислот,например,
64
COOH
циклогексанкарбоноваякислота
CH
3
COOH
Br
COOH
Cl
1-метилциклопентанкарбоноваякислота
1-бром-2-хлорциклопентанкарбоноваякислота
НазваниегруппыRСОО–(карбоксилат)входитвназваниясолейи
сложныхэфировкарбоновыхкислот.
Длямногоосновныхкислотприменяютсуффиксы-диовая,-трио-
ваяит.д.Например,
НООС–СООНэтандиовая(щавелевая)кислота
НООС–СН2-СООНпропандиовая(малоновая)кислота
Еслиатомуглеродакарбоксильнойгруппыневходитвсоставглавной углероднойцепи, название кислоты строится из названия этой
структуры,суффикса– карбоноваяисловакислота.С6Н5–СООН
бензолкарбоноваякислота(бензойная).
Таблица 9.1
Формула
НСООН Сетановая Муравьиная Формиат
СН
СООН Этановая Уксусная Ацетат
3
СН
С
С
С
С
С
С
СН
СООН Пропановая Пропионовая Пропионат
3СН2
СООН Бутановая Масляная Бутират
3Н7
СООН Пентановая Валерьяновая Валерат
4Н9
СООН Гексановая Капроновая Капрат
5Н11
СООН Гексадекановая Пальмитиновая Пальмитат
15Н31
СООН Октадекановая Стеариновая Стеарат
17Н35
СООН Бензолкарбоновая Бензойная Бензоат
6Н5
=СН-СООН Пропеновая Акриловая Акрилат
2
Систематическое Тривиальное
Названиекислоты
Названиеостатка
65
Изомериякарбоновыхкислот:структурная(изомерияуглеродно-
H3C CH2CH2CH2CH2C
O
Cl
H3C CH2CH2CH2CH2C
O
NH
2
H3C CH
CH
3
CH2CH2C
NH
2
O
госкелета,начинаясС4),межклассовая(например,формулеС2Н4О
соответствует4изомера,относящихсякразличнымклассаморганических соединений), пространственная (возможнав случаенепредельных карбоновых кислот), оптическая (проявляют карбоновые
кислоты,в молекулахкоторых присутствуетасимметрический атом
углерода).
Функциональными производными карбоновых кислот обычно
называют такие классы соединений, как ангидриды кислот, амиды,
сложныеэфиры,нитрилыкислот.
Номенклатурапроизводныхкарбоновыхкислотпроста иисходит
из названий самих кислот. Ангидриды называют, добавляя слово
«ангидрид»кназваниюсоответствующейкислоты.
(СН3СО)2Оангидридуксуснойкислотыилиуксусныйангидрид
Приназванииацилгалогенидов окончаниекислоты «-овая»заменяетсяна«-оил»сдобавлениемназваниягалогена.
гексаноилхлорид
Дляобозначенияамидовокончание«-овая»заменяетсяна«амид»
илиокончание«карбоновая»кислотазаменяетсяна«карбоксиамид».
2
гексанамид
4-метилпентанамид
Вназваниисложных эфировпервуючастьзанимаетобозначение
алкильнойгруппы,авторуюсоставляетобозначениекарбоновойкислоты,вкоторомокончание«-овая»замененонаокончание«-ат».
66
H3C C
O
O CH2CH
3
этилацетат
H3C CH2CH2CH2CH2C
O
O CH
3
H3C CH2CH
2
CH2CH
2
C
N
метилгексаноат
Приназваниинитрилов кназваниюалкана добавляется оконча-
ние«нитрил».
гексаннитрил
Получают карбоновые кислоты, во-первых, способами, основанными на окислении органических веществ: алкенов, первичных
спиртов, альдегидов, кетонов, ароматических углеводородов и т.д.
Во-вторых, способами, основанными на гидролизе. Так, омыление
нитриловвкислой илищелочнойсредесначаладаетамидыкислот,
гидролизующихсядалеедокислот.Этот способ позволяет получать
кислотысудлиненнойнаодинатомуглеродацепью.Гидролизтригалоидпроизводныхтакжеприводиткобразованиюкислот.В-третьих,
карбонизацияметаллоорганических соединений,длячегоиспользуютреактивГриньяра.В-четвертых,методкарбонилированияалкенов
придействииокисьюуглеродаиводойпридавленииитемпературе.
Для кислот характерны реакции, связанные с кислотными свойствами (сопровождающиеся разрывом связи кислород – водород),
а также реакции замещения гидроксильной группы. Кислоты легко
вступаютвреакциисоснованиями,основнымиоксидами,свободнымиметалламисобразованиемсолей.
R–СООН+NаОН→R–СООNа+Н
R–СООН+Mg→(R–СОО)
Путем замещения гидроксильной группы различными группами
изкислотможнополучитьихпроизводные:
О
2
Mg+Н
2
2
67
R–СООR←R–СООН→R–СООСl
↓
R–СООNН
(R–СОО)2О R–СООСN
2
Поддействием галогенов (брома,хлора)вприсутствиикрасного
фосфораобразуютсяα–бром(хлор)замещенныекислоты.
СН
СООН+Br2→СН3СНBrСООН+НBr
3СН2
Под действием восстановителей (алюмогидрид лития или диборан)карбоновыекислотывосстанавливаютсядопервичныхспиртов.
Йодистыйводородвосстанавливаетихвуглеводороды.
СН
СООН+6НI→СН3СН
3
3
Насыщенные кислоты с нормальной углеродной цепью окисляютсятрудно.Вотличиеотдругихкислотмуравьинаякислота легко
окисляетсяс образованиемуглекислогогазаиводы.Кислотыстретичныматомомуглеродадаютприокисленииоксикислотыстемже
числоматомовуглеродавмолекуле.
(СН
СНСООН[О]→(СН3)2С(ОН)СООН
3)2
α–оксиизомаслянаякислота
Придействииперекисиводородаполучаютсяβ-оксикислоты.
Опыт 9.1. Кислотные свойства карбоновых
кислот
Втрипробирки поместите по1каплеуксуснойкислотыиводы.
Впервуюпробиркудобавьте1каплюлакмуса синего(интервалрН
переходаокраски8–5),вовторую–метиловогооранжевого(интервал
рН3,1–4,4),в третью–1%-ного спиртовогораствора фенолфталеина(интервалрН8,2–10,0).Отметьте,в какихпробиркахпроисходит
изменениеокраскииндикатора,иопределитеприблизительноезначениерНрастворауксуснойкислоты.
Вопросы и задания
1. Напишитесхемудиссоциацииуксуснойкислотывводномрас-
творе.Какподтвердитьэтотпроцессэкспериментально?
2. Приведитестроениеацетат-иона.
68
Опыт 9.2. Получение бензойной кислоты
Окисление бензальдегида кислородом воздуха. На предметное
стеклонанесите3каплибензальдегидаиоставьтенавоздухе.Через
некотороевремяпоявляютсякристаллыбензойнойкислоты.
Вопросы и задания
1. Напишитесхемуреакцииокислениябензальдегидакислородом
воздуха.
Опыт 9.3. Получение бензоатов натрия и железа (III)
Впробиркупоместитенесколькокристалловбензойнойкислотыи
2капливоды.Затемпривстряхиванииприбавьте2–3капли10%-ного
растворагидроксиданатриядополногорастворениякристаллов.
Кполученномупрозрачномурастворуприбавьте2–3капли10%нойхлороводороднойкислоты.Какиеизменениянаблюдаютсявпробирке?СновадобавьтеNaOHдорастворенияосадка(избегатьизбыткащелочи!).
Кполученномураствору бензоатанатриядобавьтенесколькокапельFeCl3.Напишитевсеуравненияреакций.
Вопросы и задания
1. Напишитесхемуреакцииполучениябензоатанатрия.
2. Напишитесхемуреакции бензоата натрия с хлороводородной
кислотой. Почему хлороводородная кислота разлагает бензоат натрия?
3. Наоснованиипроделанногоопытасделайтевыводорастворимостивводебензойнойкислотыиеенатриевойсоли.
Опыт 9.4. Обнаружение уксусной кислоты
Впробиркупоместитепо3каплиуксуснойкислотыиводы.Прибавьтекраствору2–3капли10%-ногорастворагидроксиданатриядо
полнойнейтрализациирастворапосинемулакмусу.Послеэтогодобавьте2–3капли1%-ногорастворахлоридажелеза(III).Появляется
желто-красноеокрашивание,свидетельствующееобобразованииацетатажелеза (III). Подогрейтераствордокипения. Выделяется красно-бурыйосадокнерастворимоговводегидроксидадиацетатажелеза
(III).Приотстаиваниирастворнадосадкомстановитсябесцветным.
69
Ацетатжелеза(III)–сольслабойкислотыиоченьслабогооснования–гидролизуетсяпокатионуступенчато:1-яступень–вмомент
образования средней соли; 2-я ступень – при нагревании; 3-я ступень–прикипячении.Растворимость:гидроксоацетат(р);дигидроксоацетат(м);гидроксиджелеза(III)(н).Даннаяреакцияиспользуется
дляудалениятрехвалентногожелезаизраствора.Напишитесоответствующиеуравненияреакций.
Вопросы и задания
1. Напишитесхемуреакцииуксуснойкислотысгидроксидомнатрия.Какспомощьюсинеголакмусаопределяетсямоментнейтрализациираствора?
2. Напишитесхемуреакцииобразованияацетатажелеза(III).
Опыт 9.5. Обнаружение щавелевой кислоты
Впробиркупоместителопаточкущавелевойкислотыиприбавьте
3–4капливодыдополногорастворения.Пипеткойвозьмите1каплю
полученногораствораинанеситенапредметное стекло. Добавьтек
ней 1 каплю 5%-ного раствора хлорида кальция. Появляются кристаллыоксалатакальция.Спомощьюстекляннойпалочкиразделите
кристаллы на предметном стекле на двечасти.К одной части прибавьте1каплюуксуснойкислоты,кдругой–1каплю10%-ногорастворахлороводороднойкислоты.Вкакомслучаенаблюдаетсярастворениекристалловоксалатакальция?
Вопросы и задания
1. Напишитесхемуреакцииобразованияоксалатакальция.
2. Какаяиз кислот –уксуснаяили хлороводородная– разлагает
оксалаткальция?Напишитесхемуреакции.
Опыт 9.6. Окисление муравьиной кислоты
Окисление перманганатом кальция. Поместитев первуюпробир-
ку3каплимуравьинойкислоты,2 капли10%-ногорастворасерной
кислотыи5капель2%-ногораствораперманганатакалия.Плотнозакройтепробиркупробкойсгазоотводнойтрубкой,конецкоторойопуститевовторуюпробиркус4–5каплямибаритовойводы.Осторожно
нагрейтепервуюпробиркудопоявленияосадкавовторойпробирке.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]