Техника безопасности при работе в лаборатории органической

Введение

Лабораторные работы являются важнейшим этапом ученого процесса, совершенствующим теоретическую и практическую подготовку будущего специалиста. Лабораторные работы проводятся параллельно лекционному курсу для студентов III курса специальности «Химия», они тесно связаны с основными положениями теоретической части и способствуют успешному усвоению материала. Задачей практикума является ознакомление студентов на опыте с методами синтеза, свойствами и характерными реакциями различных классов органических соединений. Студенты получают и совершенствуют навыки экспериментальной работы в лаборатории органической химии.

Техника безопасности при работе в лаборатории органической

Химии

Экспериментальные работы, в которых используются различные химические соединения, можно проводить только в специально оборудованных помещениях, имеющих водоснабжение, канализацию, принудительную вентиляцию (вытяжные шкафы). В помещении (лаборатории) должны находиться средства пожаротушения (огнетушитель, песок и кошма) и аптечка первой помощи.

Общие правила работы

• Перед любым экспериментом необходимо обязательно ознакомиться с основными свойствами химических соединений, которые предполагается использовать или получить в ходе работы. Любому эксперименту предшествует теоретическая подготовка. Все операции должны выполняться осознанно.
• Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать чистоту, тишину и порядок. Беспорядочность, поспешность или неряшливость часто приводят к несчастным случаям. Посторонним лицам запрещается посещать студентов, работающим в лаборатории, и отвлекать их.
• Не разрешается работать в лаборатории в отсутствии лаборанта или преподавателя. Категорически запрещается работать в лаборатории одному.
• Запрещается производить в лаборатории какие бы то ни было работы, не связанные непосредственно с выполнением задания.
• Перед проведением каждой операции нужно тщательно осмотреть аппаратуру и посуду, убедиться в том, что установка или прибор собраны правильно и что взятые химические вещества соответствуют указанным в работе.
• Нельзя нагревать герметично закрытые сосуды с веществами.
• В любой установке с использованием любого нагревательного элемента (плитка, баня, колбонагреватель и др.) необходимо обеспечить возможность удаления этого нагревательного элемента в любой момент химического эксперимента и в конце его без демонтажа всей конструкции. Рекомендуется использовать подъемные столики.
• Во время нагревания химических веществ в пробирках (колбах) не направлять отверстие сосуда на себя или на соседей, не заглядывать в сосуды сверху, так как в случае возможного выброса нагретого вещества может произойти несчастный случай.
• Категорически запрещается пробовать какие-либо вещества на вкус. Чтобы определить запах соединения, нужно осторожно направить к себе его пары легким движением руки. Ни в коем случае нельзя подносить сосуд к носу и делать глубокий вдох.
• Нельзя выливать в раковины остатки кислот, щелочей и сильно пахнущих жидкостей. Нужно сливать их в специальные склянки.
• Не бросать в раковины бумагу, песок и другие твердые вещества.
• Рабочее место нужно содержать в чистоте и порядке, не загромождать его посудой, реактивами и личными вещами.
• Нужно немедленно сообщить лаборанту или преподавателю о замеченных неисправностях приборов, электрической или канализационной сети.
• Химические реактивы можно хранить в рабочем столе только в соответствующей посуде с этикетками и ясными надписями на них.

1.2Работа со взрывоопасными и горючими веществами

При проведении практических занятий по органической химии приходится иметь дело с горючими и легко воспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ), с металлическим натрием, со щелочами и кислотами, ядовитыми веществами. В учебной лаборатории предполагается работа с небольшими количествами веществ. Это снижает возможность несчастных случаев, но не исключает их полностью. Поэтому каждому работающему в химической лаборатории нужно знать и строго выполнять следующие правила.

 

ЛВЖ (такие как ацетон, диэтиловый эфир, петролейный эфир, этиловый спирт, бензол и др.) нельзя нагревать на открытом огне или вблизи горелки в открытых или герметично закрытых сосудах. Нагрев можно производить только в термостойких колбах, снабженных холодильником. Эти вещества нагревают на водяной или воздушной бане со скрытыми нагревательными элементами.

Нельзя хранить легколетучие жидкости в тонкостенной посуде. Такие вещества следует хранить в реактивных склянках.

Особую осторожность следует соблюдать при работе с металлическим натрием. Натрий хранят под слоем сухого керосина или ксилола в толстостенной склянке. Нельзя работать вблизи системы водоснабжения. Ни в коем случае не допускать соприкосновение его с водой, так как может произойти сильный взрыв, пожар. Приступая к работе, надо насухо вытереть стол, посуду и инструменты. Натрий вынимают из банки пинцетом, отрезают скальпелем необходимое количество. Отрезанный кусочек промокают фильтровальной бумагой, при необходимости очищают, срезая скальпелем, окислившийся поверхностный слой, и сразу же вводят в реакцию.

Категорически запрещается проводить реакции с натрием на кипящей водяной бане, даже при отгонке эфира над натрием следует применять воздушную баню.

Остатки натрия нельзя выбрасывать в раковину (взрыв!) или мусорный бак (пожар!). Остатки и обрезки кладут обратно в банку или уничтожают, растворяя в спирте. При этом следует прибавлять натрий к спирту мельчайшими порциями. Никогда нельзя оставлять кусочки натрия в пустых склянках. Несоблюдение этого правила может стать причиной несчастного случая, так как натрий, покрытый белым налетом гидроксида, легко спутать с другими солями, и можно вызвать взрыв, если налить воду в склянку. Приборы и посуду, в которых можно подозревать присутствие частиц натрия, нужно сначала промыть большим количеством спирта и только после того, как весь металл растворится, можно мыть водой.

Требуют большой осторожности работы с ацетиленидами металлов, так как даже при легком их растирании может произойти взрыв. Особенно это относится к ацетилениду серебра. Получив ацетиленид серебра, нельзя доводить его до сухого состояния – в этом состоянии он взрывается даже от прикосновения (например, при взятии его шпателем или пинцетом). Остатки ацетиленидов серебра или меди необходимо сразу же уничтожать, обливая их концентрированной соляной или азотной кислотой.

 

Общие методические советы

Подготовка к работе

Приступая к проведению лабораторной работы, студент должен прежде всего разобрать по учебнику или по лекционным записям соответствующий теоретический материал, внимательно прочитать, законспектировать и усвоить методику выполнения работы. Такую подготовку следует проводить до занятия в лаборатории. Перед началом эксперимента студент должен сдать допуск к работе. Особое внимании при этом обращается на технику безопасности.

Проведение опыта

Во время проведения опыта на рабочем месте не должно быть ничего лишнего. Некоторые опыты следует проводить в вытяжном шкафу, о чем при описании работ сделаны соответствующие указания. Эксперимент следует вести осознанно, предварительно обдумывая каждую операцию, и ничего не делать механически. Если возникают проблемы и вопросы, следует немедленно проконсультироваться у преподавателя или лаборанта.

После окончания опытов демонтаж установки проводят только после охлаждения реакционной смеси. Утилизация химических отходов требует осмысленных действий. Концентрированные кислотные или щелочные растворы следует предварительно разбавить. Органические фракции собирают в специальную склянку для сливов.

Ведение рабочей тетради

В процессе подготовки, проведения и разбора результатов любого опыта студент ведет записи в рабочей тетради. Все наблюдаемые явления и результаты сразу же отмечают в рабочей тетради. В исследовательской работе никогда нельзя полагаться на свою память, поэтому рабочая тетрадь должна являться точным протоколом проводимой работы, включая все ее детали. Заполненная рабочая тетрадь – основной отчетный документ студента при сдаче им зачета по выполненным лабораторным работам.

 

Простая перегонка

В тех случаях, когда перегоняемое вещество достаточно устойчиво к нагреванию и практически не разлагается при температуре кипения, для очистки пользуются простой перегонкой при атмосферном давлении. Обычно этот способ перегонки целесообразно применять для жидкостей с Т_кип. от 40 до 150⁰С, т.к. выше 150⁰С многие вещества заметно разлагаются, жидкости с Т_кип. ниже 40⁰С перегоняются со значительными потерями.

Простейший прибор для простой перегонки состоит из перегонной колбы (чаще всего колбы Вюрца), нисходящего холодильника Либиха, аллонжона и приемника. Колбу Вюрца подбирают такой величины, чтобы перегоняемая жидкость заполняла ее не более чем на 2/3 объема. Монтаж установки для перегонки производится на двух лабораторных штативах. Уровень, на котором располагается перегонная колба, должен быть таким, чтобы в любой момент перегонки вы могли свободно удалить нагревательный прибор. Можно воспользоваться подъемными столиками для установки нагревательного прибора (например, это очень удобно для бани или колбонагревателя).

Отдельные детали установки соединяются друг с другом с помощью шлифов, которые рекомендуется смазывать специальной смазкой. В верхний тубус колбы вводят термометр, ртутный шарик которого должен находиться примерно на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки. В этом случае шарик термометра хорошо омывается парами перегоняемой жидкости.

Если перегоняемая жидкость кипит при температуре ниже 120–130⁰С, то применяют проточное водяное охлаждение. Подача воды в холодильник осуществляется снизу вверх. При перегонке жидкостей, кипящих выше этой температуры, рекомендуется использовать в качестве охлаждающего компонента непрочную воду (т.е. воду, которая осталась в холодильнике после прекращения ее подачи) или применять воздушный холодильник.

Чтобы жидкость кипела равномерно, в колбу помещают «кипелки» - кусочки обожженного фарфора. Их помещают в холодную жидкость. Если вы забыли поместить кипелки и уже нагрели жидкость, то вам следует снова охладить ее. Если вы бросите кипелки в разогретую жидкость, то может произойти резкое вскипание и выброс жидкости из колбы.

Таким образом, после того, как прибор собран, проверен и заполнен перегоняемой жидкостью, начинают нагрев. Интенсивность нагрева определяет скорость перегонки: оптимальной считается скорость поступления жидкости в приемник 1–2 капли в секунду. Первую порцию (1-2 мл), так называемый предгон, следует отбросить. При перегонке чистого вещества температура кипения в течение всего процесса остается постоянной, и только к концу перегонки она возрастает на 1–2 ⁰С. Заметное повышение температуры в процессе перегонки свидетельствует о том, что перегоняется смесь веществ.

Окончание перегонки: нагрев следует прекратить в случае повышения температуры перегонки выше необходимой или, если в перегонной колбе осталось мене, чем 2-3 мл жидкости. Категорически запрещается перегонять досуха. После охлаждения всей установки до комнатной температуры можно приступать к демонтажу.

Перегонка с водяным паром

Отгонка с водяным паром применяется для выделения мало растворимых в воде веществ, имеющих около 100⁰С заметное давление пара. В этом случае давление пара воды и давление пара не смешивающегося с нею вещества возрастают с повышением температуры практически независимо одно от другого, и перегонка начинается, когда сумма давлений паров достигает атмосферного давления. Таким образом, подобная смесь перегоняется при постоянной и несколько низкой температуре, чем чистая вода, и в холодильнике одновременно конденсируются пары воды и исследуемого вещества. Соотношение их весовых количеств в отгоне равно отношению произведений давлений их паров на соответствующие молекулярные массы:

m_A/ m_Воды = Р_АМ_А / Р_Воды 18

 

Следовательно, отгонка с водяным паром какого–либо не смешивающегося с водой вещества происходит тем легче и быстрее, чем выше давление его пара при температуре перегонки и чем больше молекулярная масса данного вещества. При этом количество вещества в исходной смеси не имеет значения.

 

Перегонка в вакууме

 

Некоторые вещества при нагревании их до температуры кипения при нормальном давлении разлагаются. Поэтому для очистки таких веществ применяют перегонку при пониженном давлении (в вакууме), т.к. с понижением давления снижается температура кипения вещества, и возможность термического разложения уменьшается. Понижение давления в приборе создается обычно с помощью водоструйного или масляного вакуум – насоса. Прибор для перегонки в вакууме состоит из перегонной колбы (колбы Кляйзена или Фаворского) с термометром и капилляром, холодильника, аллонжа специальной формы и приемников.

В одно горло колбы вставляют стеклянную трубку с оттянутым на ее конце капилляром, доходящим до дна. Проходящие через капилляр пузырьки воздуха или инертного газа перемешивают жидкость, препятствуя перебросу и перегреву ее. Внутрь трубки вставляют тонкую проволоку и зажимают винтовым зажимом. Тогда при включении насоса через прибор будут просасываться мелкие пузырьки воздуха.

Во второе горло колбы вставляют термометр, шарик которого должен быть на 0,5 см ниже бокового отвода. Для охлаждения паров жидкости используют водяные холодильники. В качестве приемников служат маленькие крулодонные колбы или толстостенные пробирки, соединенные с холодильником посредством специального аллонжа – «паука». Во время перегонки, поворачивая «паук», можно отобрать в приемники отдельные фракции, отличающиеся по температурам кипения. Все части прибора соединяют между собой с помощью резиновых пробок или стеклянных шлифов. Пробирки и шлифы перед сборкой должны быть слегка смазаны глицерином или вазелином и должны очень плотно прилегать к стеклу, иначе при работе насоса не будет создаваться вакуум в системе.

Между прибором и насосом необходимо ставить предохранительную склянку, чтобы препятствовать возможности переброса воды из насоса в прибор. Можно также ставить ловушку, охлаждаемую жидким азотом или смесью ацетона с твердым диоксидом углерода.

Перед началом перегонки необходимо проверить пустой прибор на герметичность. Для этого на отвод «паука» надевают резиновый шланг от насоса и включают насос. Затем перекрывают поворотом трехходового крана сообщение прибора с атмосферой, закрывают зажимом резиновую трубку, присоединенную к трубке с капилляром. После этого открывают кран у манометра и проверяют установившееся остаточное давление в системе. Выключение вакуума производиться в обратном порядке по сравнению с включением. При этом сначала закрывают кран у манометра. Затем открывают зажим на капиллярной трубке. Постепенно открывают трехходовой кран для впуска воздуха в систему и, наконец, выключают насос. Если прибор не дает нужного разрежения, т.е. где–то происходит подсасывание воздуха в систему, то необходимо еще раз проверить все составные части по отдельности. Для этого еще раз немного смазывают пробки и шлифы и плотнее соединяют каждую часть. Включая насос, проверяют этот узел прибора и так по частям весь прибор. Нельзя делать какие-либо исправления в установке при наличии вакуума в системе!

После проверки прибора на герметичность колбу наполняют перегоняемой жидкостью. Для этого можно временно заменить термометр на химическую воронку. Рекомендуется заполнять не более 2/3 объема колбы. Затем включают насос и трехходовым краном перекрывают сообщение прибора с атмосферой. Закрывают зажим на капиллярной трубке так, чтобы через капилляр воздух проходил со скоростью 5–6 пузырьков в секунду и открывают кран на манометре. После того как установилось давление, начинают нагрев.

При достижении нужных температур кипения отбирают отдельные фракции, меняя при этом приемник поворотом «паука». Вещество должно перегоняться со скоростью 1 – 2 капли в секунду. Нельзя перегонять вещество досуха. После окончания перегонки прекращают нагревание и дают колбе охладиться и только тогда в приборе выравнивают давления. Быстрый впуск воздуха в нагретую колбу может вызвать взрыв вследствие образования взрывоопасной смеси паров вещества с воздухом. Впуск воздуха в систему производят также, как и при проверке прибора на герметичность.

 

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 Тпл190^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.

Бромбутан

 

KBr + H₂SO₄ HBr + 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.

 

Иодпентан

6 С₅Н₁₁ОН + 2Р + 3J₂ 6 С₅Н₁₁ J + 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.

 

Реакции ацилирования

Ацетилсалициловая кислота

Реактивы: cалициловая кислота – 5 г; уксусный ангидрид 4,6 г (4,5 мл); конц. серная кислота (р 1,84 г/см³); хлороформ.

 

В конической колбе, снабженной обратным холодильником, растворяют 5 г салициловой кислоты в 4,5 мл уксусного ангидрида при слабом нагревании и прибавляют 3 капли концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают при встряхивании 1 ч на водяной бане при 60⁰С (термометр в бане). Затем температуру повышают до 90–95⁰С и нагревают еще 1 час. Реакционную смесь охлаждают при помешивании. Закристаллизовавшийся продукт отфильтровывают, промывают ледяной водой и хорошо отжимают. Очищают продукт перекристаллизацией из хлороформа или бензола. Выход 5,7 г.

Ацетилсалициловая кислота (аспирин, о–ацетоксибензойная кислота) – бесцветное кристаллическое вещество, растворяется в этаноле, эфире, трудно - в воде (0,25 г на 100 мл); Т_пл =136,5⁰С.

Ацетанилид

Реактивы: анилин свежеперегнанный – 4,5 мл; уксусный ангидрид – 6 мл.

В конической колбе смешивают 4,5 мл анилина и 20 мл воды. К полученной эмульсии приливают 6 мл уксусного ангидрида. Колбу закрывают пробкой с воздушным холодильником и нагревают 10–15 мин на водяной бане при 70–80⁰С, периодически встряхивая смесь. Примерно через 10 минут содержимое колбы полностью переходит в жидкое состояние. Колбу охлаждают сначала на воздухе, а затем в бане с ледяной водой. Выделившийся ацетанилид отсасывают на воронке Бюхнера, промывают небольшим количеством ледяной воды и сушат на воздухе межу листами фильтровальной бумаги или в сушильном шкафу при 50–60⁰С. Продукт перекристаллизовывают из небольшого количества воды или 50% -ного этанола. Выход – 5,5 г.

Ацетанилид (N–фенилацетамид, антифебрин, N–ацетиланилин, фениламид уксусной кислоты) – бецветное кристаллическое вещество без запаха. Из воды кристаллизуется в виде ромбических листочков. Растворяется в эфире, хлороформе, этаноле, умеренно растворим в воде (0,56 г на 100 мл). Т_пл =144⁰С.

 

 

Реакции этерификации

Уксусноэтиловый эфир

СН₃СООН + С₂Н₅ОН СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О

 

Реактивы: уксусная кислота (ледяная) – 20 мл; этанол -23 мл; конц. серная кислота (ρ = 1,84 г/см³) - 4,6 г; карбонат натрия; хлорид кальция, насыщенный раствор; хлорид кальция безводный.

 

В колбу Вюрца, снабженную капельной воронкой и соединенную с нисходящим водяным холодильником, помещают 3 мл этилового спирта и 2,5 мл концентрированной серной кислоты. Содержимое нагревают до 140⁰С и после достижения этой температуры из капельной воронки начинают медленно приливать смесь 20 мл ледяной уксусной кислоты и 20 мл этилового спирта с такой скоростью, с какой отгоняется образующийся уксусноэтиловый эфир.

После окончания отгонки этилацетата его переносят в делительную воронку и промывают насыщенным раствором карбоната натрия для удаления непрореагировавшей уксусной кислоты, контролируя индикаторной бумагой. Эфирный слой отделяют и встряхивают его с насыщенным раствором хлорида кальция для удаления непрореагировавшего спирта (с первичными спиртами хлорид кальция образует кристаллическое молекулярное соединение СаСI₂*2С₂Н₅ОН, не растворимое в этилацетате, но растворимое в воде). После разделения слоев в делительной воронке эфирный слой отделяют, сушат безводным хлоридом кальция и перегоняют, собирая фракцию с Т_кип 75–79⁰С. Выход 20 г.

Уксусноэтиловый эфир (этиловый эфир уксусной кислоты, этилацетат) – бесцветная жидкость с приятным запахом. Смешивается со многими органическими растворителями: этанолом, диэтиловым эфиром, бензолом, хлороформом, ограниченно растворяется в воде. Т_кип =77,15⁰С. Ρ = 0,9010 г/см³; n_D²⁰ =1,3724.

 

Уксусноизоамиловый эфир

 

СН₃СООН + С₅Н₁₁ОН СН₃СООС₅Н₁₁ + Н₂О

 

Реактивы: уксусная кислота (ледяная) – 15 мл; изоамиловый спирт – 29 мл; конц. серная кислота (ρ = 1,84 г/см³) – 1,84 г; карбонат натрия, 5%-ный раствор; хлорид кальция безводный.

 

В круглодонную колбу, снабженную капельной воронкой, «ловушкой» (насадка Дина–Старка) и обратным холодильником, помещают смесь 15 мл ледяной уксусной кислоты, 29 мл изоамилового спирта и 1 мл концентрированной серной кислоты. Эту смесь кипятят на масляной или песчаной бане. Постепенно в «ловушке» собирается вода. Реакцию считают законченной, когда выделится количество воды, примерно равное рассчитанному по уравнению реакции.

Полученный эфир переносят в делительную воронку, промывают водой, 5%-ным раствором карбоната натрия до нейтральной реакции и сушат безводным хлоридом кальция. Затем продукт перегоняют из колбы, снабженной дефлегматором. Основная фракция отгоняется при 138–142⁰С. Выход 21 г.

Уксусноизоамиловый эфир (изоамиловый эфир уксусной кислоты, изопентиловый эфир уксусной кислоты, уксусноизопентиловый эфир) – бесцветная жидкость с фруктовым запахом, смешивается с этанолом, диэтиловым эфиром, хлороформом, трудно растворятся в воде. Т_кип =142⁰С. ρ = 0,8720 г/см³; n_D²⁰ =1,4053.

 

 

Бензиловый спирт

С₆Н₅СНО + НСОН +NaOH C₆H₅CH₂OH + HCOONa

 

Реактивы: бензальдегид – 20 г (19 мл); формалин – 40 мл; гидроксид натрия, 40%-ный раствор; гидросульфид натрия – 2 г; сульфат натрия – 2 г.

 

В двухгорлую колбу, снабженную мешалкой и обратным холодильником, помещают 19 мл бензальдегида, 5 мл воды и 40 мл формалина. При перемешивании добавляют 40 мл 40%-ного раствора гидроксида натрия, температура при этом повышается до 70⁰С. Затем реакционную массу оставляют стоять в течение часа. Постепенно жидкость разделяется на два слоя. Верхний слой (бензиловый спирт) отделяют в делительной воронке. Для удаления непрореагировавшего бензальдегида бензилоый спирт промывают раствором гидросульфита натрия и затем водой. Продукт сушат безводным сульфатом натрия и перегоняют, собирая фракцию, кипящую при 204– 206⁰С. Выход 13 г.

Бензиловый спирт – бесцветная жидкость, хорошо растворяется в эфире, ацетоне, спирте, трудно растворим в воде. Т_кип =205,2⁰С; ρ = 1,0427 г/см³; n_D²⁰ =1,5395.

 

 

Бензальанилин

 

С₆Н₅СНО + Н₂N- C₆H₅ C₆H₅ – CH = N – C₅H₅ + H₂O

 

Реактивы: бензальдегид (свежеперегнанный) – 10 мл; анилин (свежеперегнанный) – 9,2 мл; этиловый спирт 95%-ный – 25 мл; этиловый спирт 85%-ный для перекристаллизации.

 

В круглодонную колбу емкостью 100 мл, снабженную механической мешалкой, наливают 10 мл бензальдегида, а затем при энергичном перемешивании прибавляют 9,2 мл анилина. Через несколько секунд начинается реакция, протекающая с выделением теплоты. Реакционной массе дают отстояться в течение 15 мин и при хорошем перемешивании выливают в стакан с 25 мл 95%-ного этанола. Раствор оставляют на 10 минут при комнатной температуре, после чего в течение 30 минут охлаждают ледяной водой. Полученную кристаллическую массу отсасывают на воронке Бюхнера и сушат на воздухе. Бензальанилин перекристаллизовывают из 85%- ного этанола. Выход 15 г.

Бензальанилин (N–бензилиденанилин) – желтые кристаллы с Т_пл =54⁰С и Т_кип =300⁰С; не растворяется в воде, растворим в этаноле и диэтиловом эфире.

 

Бензальацетон

 

С₆Н₅СНО + СН₃СОСН₃ С₆Н₅–СН=СН–СОСН₃ + Н₂О

 

Реактивы: бензальдегид (свежеперегнанный) -10 мл; ацетон – 20 мл; гидроксид натрия, 10%-ный раствор – 2, 5 мл; бензол – 8 мл; соляная кислота, 10%-ная.

 

В стакане, снабженном мешалкой и термометром, смешивают 20 мл ацетона, 10 мл бензальдегида и 10 мл воды. Стакан с содержимым помещают в водяную баню и при температуре смеси 25–30⁰С постепенно приливают из капельной воронки 2,5 мл 10% - ного раствора гидроксида натрия. Смесь перемешивают при комнатной температуре 2 часа. После окончания конденсации к реакционной массе прибавляют соляную кислоту до кислой реакции по индикатору и смесь переливают в делительную воронку. Верхний слой – желтую маслянистую жидкость – отделяют от нижнего водного слоя, который снова переливают в делительную воронку и экстрагируют 8 мл бензола. Бензольный раствор соединяют с желтой маслянистой жидкостью, промывают 5 мл воды и отделяют водный слой.

Смесь органических веществ помещают в колбу Вюрца и на водяной бане отгоняют бензол, а бензальацетон перегоняют в вакууме. При стоянии бензальацетон кристаллизуется. Выход 10 г.

Бензальацетон (4–фенил–3-бутен–2–он, бензилиденацетон, метилстирилкетон, метилциннамилкетон) – бесцветные пластинки с Т_пл=42⁰С и Т_кип=260-262⁰С; не растворяется в воде, легко растворим в этаноле и диэтиловом эфире.

П–Нитроанилин

Реактивы: ацетанилид -13,5 г; азотная кислота (конц.) -8 мл; серная кислота (конц.) 35 мл; гидроксид натрия (35%); соляная кислота; карбонат натрия; этанол.

 

РАБОТУ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ!

В стакан с 30 мл серной кислотой вносят 13,5 г тонко измельченного ацетанилида. Смесь перемешивают до получения прозрачного раствора. Температура при этом не должна подниматься выше 25⁰С (иначе происходит гидролиз ацетанилида). Раствор ацетанилида в серной кислоте охлаждают смесью льда с солью. Постепенно при перемешивании приливают нитрующую смесь (8 мл азотной кислоты и 5 мл серной кислоты). Температура во время нитрования не должна превышать 2–3⁰С (иначе образуется значительное количество о–нитроацетанилида). После введения всей нитрующей смеси перемешивание продолжают еще 30 мин и затем оставляют на ночь в холодильнике. На другой день раствор выливают в смесь 35 мл воды и 35 г толченого льда, при этом выпадает п–нитроацетанилид. Через 30 мин осадок отсасывают на воронке Бюхнера. Промывают холодной водой, переносят в стакан с 50 мл воды. Добавляют карбонат натрия до щелочной реакции по лакмусу и нагревают до кипения. Раствор охлаждают до 50⁰С, отсасывают выпадающий в осадок п–нитроацетанилид, промывают холодной водой и переносят в круглодонную колбу.

К п–нитроацетанилиду добавляют 20 мл воды и 12 мл 23%-ного раствора гидроксида натрия. Колбу с обратным водяным холодильником нагревают и реакционную смесь кипятят до полного гидролиза п–нитроацетанилида (2-3 часа). Во время гидролиза реакция должна быть щелочной. Окончание реакции определяют следующей пробой: каплю реакционной смеси вносят в пробирку с разбавленной соляной кислотой. Если проба полностью растворяется, реакция закончилась. После окончания реакции смесь охлаждают. Отсасывают п–нитроанилин на воронке Бюхнера, промывают его холодной водой и высушивают на воздухе. Выход – 11