2.5 Определение показателя преломления

Показатель преломления широко используется для идентификации жидких веществ и проверки их чистоты. Показатель преломленияn– величина постоянная для данного вещества, равна отношению синусов угла падения света на поверхность раздела двух сред и угла преломления света:

n = sinά / sinβ;

Показатель преломления зависит от температуры и резко меняется с изменением длины волны света, поэтому измерения проводят при постоянной температуре и монохроматическом свете. Как правило, измерения проводят при 20⁰С и при длине волны, соответствующей длине волны желтойD-линии натрия (λ= 589,3 нм). Символ «n_D²⁰» означает, что показатель преломления был определен для линииDпри 20⁰С. Для большинства жидких органических веществ показатель преломления находится в пределах от 1,3 до 1,8.

Для определения показателя преломления используют рефрактометры различного типа. Перед определением показателя преломления исследуемого вещества, прибор проверяют на точность по воде, имеющей n_D²⁰= 1,3333.

Работу проводят следующим образом: открывают верхнее полушарие измерительной головки. Протирают смоченной диэтиловым эфиром или спиртом ваткой поверхности осветительной и измерительной призм. Дают эфиру испариться. На плоскость измерительной призмы наносят каплю исследуемого вещества, не касаясь призмы пипеткой. Осторожно закрывают верхнее полушарие. Осветительное зеркало устанавливают так, чтобы свет от источника поступал к осветительной призме и равномерно освещал поле зрения. Зеркало ставят так, чтобы свет поступал в окошко, освещающее шкалу прибора. Вращая маховичок и наблюдая в окуляр зрительной трубы, находят границу света и тени, совмещают ее с перекрестием сетки и снимают отсчет по шкале показателя преломления. Показатель преломления измеряется с точностью до 4–го знака после запятой.

Задание 3.Вам предложено жидкое вещество, которое следует очистить с помощью перегонки. С помощью справочника определите, каким типом перегонки следует воспользоваться. Соберите прибор и выполните перегонку. Определите показатель преломления для очищенного образца и оцените степень чистоты.

3 Получение алкилгалогенидов

Иодоформ

H₃C – CO – CH₃+ 3J₂ CJ₃ – CO – CH₃ + 3HJ

HJ₃ – CO – CH₃+ NaOH CHJ₃ + CH₃COONa

Реактивы: ацетон – 4 г(5 мл); иод -2 г; иодид калия – 4 г; гидроксид натрия – 10% -ный раствор.

В стакане емкостью 150 мл помещают 4 г иодида калия, приливают 7,5 мл дистиллированной воды и после растворения соли добавляют 2 г иода. К полученному раствору приливают 17, 5 мл воды. Затем в реакционную массу вводят 5мл ацетона и при перемешивании по каплям добавляют из капельной воронки 10%-ный раствор гидроксида натрия до исчезновения красноватой окраски раствора (приблизительно 5-6 мл). Иодоформ, который при этом выпадает в виде желтого кристаллического осадка, через 30 минут отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают небольшим количеством воды и высушивают на воздухе. Выход 0,93 г (90% от теоретического).

Иодоформ (трииодметан) – твердое кристаллическое вещество желтого цвета со специфическим запахом и Тпл 190^оС. Растворяется в этиловом спирте, эфире, хлороформе. В воде практически нерастворим, не перегоняется с водяным паром. Быстро гидролизуется раствором щелочи, поэтому следует избегать сильнощелочной среды в процессе синтеза.

Бромэтан

KBr + H₂SO₄ HBr + KHSO₄

C₂H₅OH + H₂SO₄ C₂H₅–O–SO₃H + H₂O

C₂H₅–O–SO₃H + HBr C₂H₅Br + H₂SO

Реактивы :этанол (95%) -16 мл; бромид калия -15 г; серная кислота – (ρ =1,84 г/см³)

К 16 мл концентрированной серной кислоты, помещенной в круглодонную колбу емкостью 200 мл, быстро и при постоянном перемешивании приливают 16 мл этанола. После охлаждения до комнатной температуры к реакционной смеси осторожно при перемешивании и внешнем охлаждении приливают 10 мл воды. Затем прибавляют 15 г тонко растертого бромида калия. Воду добавляют с целью подавления побочной реакции – образования эфира - и устранения потери бромоводородной кислоты за счет улетучивания. Для более полного использования бромоводорода этанол берут в некотором избытке.

Колбу соединяют с прямым холодильником (установка для простой перегонки), через рубашку которого пропускают сильную струю воды. Бром этан летуч, поэтому его собирают под воду. Конец аллонжа опускают примерно на 1 см в воду с кусочками льда, налитую в приемник. Много воды наливать в приемник не следует, так как бромэтан несколько растворим в ней: при 20⁰С в 100 г воды растворяется 0,914 г бромэтана. Снаружи колбу – приемник охлаждают в бане со льдом.

Реакционную колбу нагревают, следя за тем, чтобы вспенивающуюся реакционную смесь не перебросило в приемник. Бромэтан отгоняется в виде тяжелых маслянистых капель. Если во время перегонки вода из приемника поднимается в аллонж, приемник опускают настолько, чтобы конец аллонжа лишь немного был погружен в нее.

Когда перегонка бромэтана закончится, содержимое приемника переливают в делительную воронку и сливают бромэтан (нижний слой) в сухую колбу. Колбу с бромэтаном охлаждают смесью льда и соли. Осторожно по каплям и при встряхивании добавляют из капельной воронки концентрированную серную кислоту до тех пор, пока она не соберется в виде отдельного слоя под бромэтаном. При обработке серной кислотой из бромэтана извлекаются этанол, диэтиловый эфир (побочный продукт) и вода (происходит высушивание).

Бромэтан переносят в сухую делительную воронку, отделяют верхний слой и переносят в колбу для перегонки. Перегонку сухого бромэтана ведут на водяной бане; приемник охлаждают снаружи ледяной водой. Собирают фракцию, отгоняющуюся в интервале 35 – 40⁰С. Выход бромэтана – 12 г.

Бромэтан (бромистый этил, этилбромид) – бесцветная жидкость; смешивается со спиртом, диэтиловым эфиром, хлороформом. Т_кип=38, 4⁰С;ρ=1,4555 г/см³;n_D²⁰ =1, 4239.

1 – Бромбутан

KBr+H₂SO₄HBr+KHSO₄

C₄H₉OH + H₂SO₄ C₄H₉–O–SO₃H + H₂O

C₄H₅–O–SO₃H + HBr C₄H₅Br + H₂SO₄

Реактивы: бутанол–1 – 15 мл; бромид калия – 25 г; конц. серная кислота (ρ =1, 84 г/см³); гидросульфит натрия; гидрокарбонат натрия; хлорид кальция.

В двухгорлую колбу емкостью 250 мл помещают 15 мл бутанола-1 и 23 мл воды. Затем вносят 25 г мелко растертого бромида калия и несколько кипелок. К колбе присоединяют капельную воронку и обратный водяной холодильник. Из капельной воронки небольшими порциями (2-3 мл) приливают 17 мл концентрированной серной кислоты. После прибавления каждой порции смесь перемешивают покачиванием колбы. Реакционную смесь нагревают до кипения и выдерживают при слабом кипении 2 ч. Затем обратный холодильник заменяют нисходящим и, усилив нагревание, отгоняют 1–бромбутан.

Сырой продукт, содержащий примеси (дибутиловый эфир, бутанол–1, вода, бутены и следы брома), переносят в делительную воронку и промывают разбавленным раствором гидросульфита натрия (для удаления следов брома). Примеси эфира и спирта удаляют путем обработки продукта равным объемом концентрированной серной кислоты (осторожно!). С помощью сухой делительной воронки отделяют кислоту (нижний слой) и в той же воронке промывают 1–бромбутан водой, затем разбавленным раствором гидрокарбоната натрия и снова водой. Из делительной воронки 1–бромбутан сливают в небольшую сухую колбу и сушат хлоридом кальция.

Сухой 1–бромбутан перегоняют, собирая фракцию, кипящую в интервале 98–103⁰С. Выход – 16 г.

1-Бромбутан (бромистый бутил, н–бутилбромид) – бесцветная жидкость. Т_пл= 112,4^оС; Т_кип=101,6^оС;ρ=1,299 г/см³;n_D²⁰= 1,4398. При хранении на свету 1– бромбутан разлагается с выделение брома, поэтому хранят его в склянках из темного стекла.

1–Иодпентан

6С₅Н₁₁ОН + 2Р + 3J₂6 С₅Н₁₁J+ 2 Н₃РО₃

Реактивы: пентанол–1 – 11,1 мл; красный фосфор – 1 г; иод – 12,7 г; гидроксид натрия; хлорид кальция.

В круглодонную колбу емкостью 100 мл помещают 11,1 мл пентанола-1 и 1 г красного фосфора. Постепенно при частом встряхивании и охлаждении колбы в бане с холодной водой (10 – 15⁰С) вносят 12.7 г тонко растертого иода (в вытяжном шкафу). После добавления всего иода колбу соединяют с воздушным обратным холодильником и нагревают на водяной бане при 80⁰С в течение 2 ч, также при периодическом встряхивании. По окончании реакции 1–иодпентан отгоняют с водяным паром, отделяют от воды в делительной воронке (нижний слой) и промывают сначала 10%-ым раствором гидроксида натрия до обесцвечивания и потом водой. 1–Иодпентан сушат хлоридом кальция и перегоняют в вакууме. Выход – 10 г.

1–Иодпентан (амилиодид, иодистый амил) – бесцветная жидкость; смешивается с эфиром, растворим в этаноле, в воде нерастворим; Т_пл=85,6⁰С; Т_кип=156⁰С;ρ =1,517 г/см³; n_D²⁰ =1,4955. 1–Иодпентан хранят в склянках темного цвета.