30.5. Индивидуальное задание лабораторная работа №31 Тема:качественные реакции на функциональные группы

Цель работы: теоретическое и практическое освоение основных приемов и методов качественного функционального анализа

Задания:1) определить принадлежность выданного вещества к определенному классу органических соединений.

2) решить экспериментальные задачи

3) оформить отчет о работе

31.1. Теоретическая часть

Принадлежность вещества к тому или иному классу соединений устанавливают с помощью качественного функционального анализа, т.е. путем проведения характерных качественных реакций

Качественные реакции на углеводороды

В качественном функциональном анализе самой сложной задачей является обнаружение вида углеводородов. Эта задача решается посредством сравнения различного отношения к серной кислоте. Предельные и ароматические углеводороды не растворимы в серной кислоте, в то время как непредельные - растворимы.

Непредельные углеводороды обесцвечивают растворы Br₂ в СCl₄ на холоду, а полиалкилбензолы не обесцвечивают.

Отличие этиленовых углеводородов от ацетиленовых состоит в способности последних образовывать ацетилениды:

R-C≡CH + Cu(NH₃)₂Cl ® R-C≡CCu + NH₄Cl + NH₃

или с реактивом Несслера: 2R-C≡CH + K₂HgJ₄ ® (R-C≡C)₂Hg + 4KJ + 2H₂O

Идентификация ароматических углеводородов проводится при помощи пробы с безводным AlCl₃, с которым арены дают окраску:

При взаимодействии бензола с хлороформом в присутствии AlCI₃ происходит образование трифенилметана, хлористого трифенилметана, а также его комплексной соли, которая имеет окраску:

CHCI₃

C₆H₆ ¾® (C₆H₅)₃ CCI + (C₆H₅)₃ CH +(C₆H₅)₂CH₂ + HCI

(C₆H₅)₃ CCI + AlCI₃ ® [(C₆H₅)₃ C]⁺AlCI₄^-

Эта реакция является качественной на ароматические углеводороды.

.Качественные реакции на спирты

1. Самой чувствительной реакцией является ксантогеновая проба, в соответствии с которой вещество смешивают с СS₂, прибавляют NaOH и CuSO₄. В присутствие спиртовой группы образуется ксантогенат меди, имеющий коричневую окраску, в отсутствие спирта – синий цвет. Химизм процесса:

ROH + NaOH + CS₂ ® ROC(S) – SK + H₂O

4ROC(S) – SK + 2CuSO₄ ® 2(ROC(S) –S)₂ Cu + (ROC(S)S)₂ + 2Na₂SO₄

2.Взаимодействие с металлическим натрием.

2ROH + 2Na ® 2RONa + H₂

3. Взаимодействие спиртов с хлорангидридами кислот. По выделению белого облачка HCI судят о присутствии спирта.

ROH + CH₃COCI ® CH₃COOR + HCI

Первичные, вторичные и третичные спирты различают с помощью пробы Лукаса (ZnCI₂ + HCI). Быстрее всего реагируют третичные спирты, наиболее медленно – первичные (необходимо нагревание), вторичные занимают промежуточное положение. Кроме того, первичные спирты при окислении дают альдегиды, которые можно открыть реакцией “серебряного зеркала“, вторичные окисляются до кетонов, не вступающих в такую реакцию.

Атомность спиртов устанавливают по внешним признакам:

- одноатомные спирты представляют собой легкоподвижные жидкости, растворимые в воде (низшие спирты);

- двух- и трехатомные спирты – вязкие, сладковатые на вкус жидкости. С увеличением числа ОН-групп растворимость увеличивается.

Качественной реакцией на многоатомные спирты является реакция с гидроксидом меди в щелочной среде:

В процессе реакции происходит растворение синего осадка гидроксида меди(II) с образованием комплексного глицерата меди сине-фиолетового цвета.

Фенолы легко распознают с помощью хлорного железа. Одноатомные фенолы дают с FeCI₃ фиолетовую окраску за счет образования комплексного фенолята железа Fe(OC₆H₅)₃

Если в фенольном кольце не будет заместителей второго рода, то окраска будет слабой или или вообще исчезнет. Окраска усиливается при наличии в кольце карбонильной и карбоксильной групп.

Многоатомные фенолы дают цветные реакции c хлорным железом и с другими реагентами. Так, пирогаллол в спиртовом растворе в присутствии следов иода окрашивается в пурпурно-красный цвет. При взаимодействии фенолов с оксиальдегидами образуются ярко-окрашенные фумароны. Симметричные фенолы дают цветную реакцию при действии на сосновую лучину, смоченную HCI.

Для открытия фенола используют его способность реагировать с бромом в обычных условиях с образованием 2,4,6-трибромфенола, выпадающего в виде белого осадка:

С₆Н₅ОН + 3Br₂ ® C₆H₂Br₃OH + 3HBr

Качественные реакции карбонильных соединений основаны на способности альдегидов окисляться аммиачным раствором гидроксида серебра (реактив Толленса):

RCOH + 2Ag(NH₃)₂ OH ® RCOOH + 2Ag + 4NH₃ + H₂O

Металлическое серебро выделяется тонким слоем на стенках пробирки, поэтому реакция носит название реакции ”серебряного зеркала”. Специфической реакцией альдегидной группы является также ее способность восстанавливать Феллингову жидкость – реакция “медного зеркала”:

RCOH + 2Cu(OH)₂ ® RCOOH + Cu₂O + 2H₂O

На стенках пробирки образуется красный налет оксида меди(I). Эти две реакции позволяют отличить альдегиды от кетонов (кетоны не окисляются этими окислителями).

Характерной реакцией на альдегидную группу является реакция с 2,4-динитрофенилгидразином с образованием желтого осадка 2,4-динитрофенилгидразона:

Качественной реакцией на ацетон является реакция с нитропруссидом натрия – окрашивание смеси в красный цвет.

Карбоновые кислоты в водном растворе диссоциируют с образованием карбоксилат-аниона и протона:

RCOOH « RCOO^- + H⁺

Протон гидроксила в карбоксильной группе отщепляется легче, чем в спиртах (влияние полярной карбонильной группы). Образование карбоксилат-аниона с делокализованным зарядом:

также является причиной увеличения кислотности карбоновых кислот по сравнению со спиртами. На легкость отщепления протона влияет также радикал, связанный с карбоксильной группой.

Карбоновые кислоты дают характерное окрашивание с индикаторами (лакмус, метилоранж окрашиваются в красный цвет), проводят электрический ток (т.е. являются электролитами) и проявляют кислотные свойства, сходные со свойствами минеральных кислот, но это более слабые кислоты. Однако, угольная кислота слабее карбоновых и может быть вытеснена из ее солей:

2СН₃СООН + Na₂CO₃ ® 2CH₃COONa + CO₂ + H₂O

Выделение углекислого газа при действии карбоновых кислот на карбонаты металлов является качественной реакцией на карбоновые кислоты.

Некоторые карбоновые кислоты характеризуются специфическими свойствами, на чем и основаны качественные реакции. Так, муравьиная кислота дает реакцию серебряного зеркала, дикарбоновые кислоты в зависимости от строения дают специфические продукты при нагревании. Оксикислоты можно распознать по двойственной функции, как и фенолокислоты. Оксикислоты в зависимости от различного расположения окси- и карбоксильной групп по-разному ведут себя при нагревании.