Органической химии и органического синтеза

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ

ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

 

Методические указания

к лабораторным работам

по курсу «Органическая химия»

для студентов направления

04.05.01 «Фундаментальная и прикладная химия»

 

 

Курган 2019

 

 

Кафедра:            «Физическая и прикладная химия».

 

 

Дисциплина:      «Органическая химия» (направление 04.05.01 «Фундаментальная и прикладная химия»).

 

 

Составитель:      профессор О.М. Плотникова.

 

 

Утверждены на заседании кафедры «____»__________20__ г.

 

Рекомендованы методическим советом университета «____»_________20__ г.

 

 

Лабораторный практикум по органической химии выполняется в течение двух семестров. Студенты знакомятся со свойствами органических соединений и методами их получения, овладевают необходимыми в органическом синтезе приемами и навыками, обучаются грамотно и безопасно выполнять литературные методики, при необходимости использовать более доступных приборы и посуду.

 

Работа с химическими реактивами

Ядовитые и едкие вещества

 

Большинство химических соединений более или менее токсичны. Особая осторожность необходима при работе с синильной кислотой и ее солями, диметилсульфатом, окисью углерода, галогенами, галогеноводородами, окисью и двуокисью азота, анилином, хлорангидридами простейших кислот, сильными минеральными кислотами и крепкими растворами щелочей, безводным хлористым алюминием, четыреххлористым оловом, щелочными металлами, ртутью.

1. Все операции с ядовитыми газами и парами, а также с мелкоизмельченными твердыми веществами, образующими едкую и ядовитую пыль (например, карбид кальция, гидрид лития, амид натрия), разрешается проводить только в вытяжном шкафу, при необходимости с использованием средств индивидуальной защиты (маски для лица, очков, резиновых перчаток).

2. В целях безопасности разливать содержимое больших бутылей можно с помощью специального опрокидывающего устройства; при разливе вручную нельзя наклонять бутыль, стоящую на полу, а следует наклонять ее, приподняв с пола вдвоем; при этом обязательно использовать большую стеклянную или полиэтиленовую воронку и надевать длинный резиновый фартук. Концентрированные соляную и азотную кислоты или раствор аммиака разрешается разливать только под тягой или на свежем воздухе. При разбавлении концентрированной серной или хлорной кислот кислоту при перемешивании вливают в воду во избежание разбрызгивания кислот. Олеум разрешается разбавлять только серной кислотой. При смешивании веществ, сопровождающемся выделением значительного количества тепла, разрешается пользоваться только термостойкой стеклянной или фарфоровой посудой. Запрещается вливать горячие жидкости в толстостенные стеклянные приборы.

3. Многие реагенты вызывают химические ожоги кожи, слизистых оболочек, роговицы глаз. Это минеральные и некоторые органические кислоты (муравьиная, хлоруксусная, уксусная, ацетилендикарбоновая), хлорангидриды кислот (хлорсульфоновая кислота, хлористый тионил, хлористый сульфурил), галогениды фосфора и алюминия, фенол, едкие щелочи, алкоголяты щелочных металлов, вещества нейтрального характера (жидкий бром, белый фосфор, диметилсульфат), соли (нитрат серебра, хлорная известь), нитросоединения ароматического ряда и т.д.

Из минеральных кислот наиболее опасны HF и концентрированная HNO₃, а также смеси концентрированных HNO₃ и H₂SO₄ (“нитрующая смесь”) и концентрированных HNO₃ и HCI (“царская водка”). Еще сильнее действует хлорсульфоновая кислота. Наименее опасна концентрированная HCI, которая не способна проникать в глубь тканей. Такие органические кислоты, как трифтор - и трихлоруксусная, ацетилендикарбоновая и в меньшей степени моно- и дихлоруксусная также вызывают ожоги, особенно если они находятся в виде растворов в органических растворителях, например, в эфире. Если ожог вызван минеральными кислотами, то пораженное место в течение 5-10 мин промывают проточной водой, а затем 5%-ным раствором пищевой соды. Глаза после длительного промывания водой обрабатывают 2-3%-ным раствором бикарбоната натрия, делая примочки, и немедленно обращаются к врачу.

Едкие щелочи и их растворы в отличие от минеральных кислот вызывают набухание тканей, глубоко проникая в них, и не могут быть быстро удалены промыванием, что часто является причиной сильных поражений. В таком случае кожные покровы лучше сразу же обработать 5%-ным раствором уксусной кислоты, а при поражении глаз – большим количеством чистой воды, а затем 0,5%-ным раствором борной кислоты. Алкоголяты и их спиртовые растворы действуют аналогично едким щелочам, но являются более агрессивными.

4. Работа с бромом проводится только в вытяжном шкафу, при этом нужно остерегаться вдыхания его паров, попадания в глаза и на кожу; работающий обязан надеть очки и резиновые перчатки, а при разливе брома – противогаз. Следует помнить, что бром обладает исключительной способностью растекаться и при этом очень быстро испаряется. При случайном вдыхании паров брома рекомендуется нюхать разбавленный раствор аммиака и выйти на свежий воздух; с кожи бром быстро смывают большим количеством этилового спирта.

5. Белый фосфор обычно хранят под слоем воды; его нельзя трогать руками, резать только под водой при комнатной температуре. Перед тем как вынуть отрезанный кусок белого фосфора из воды в теплом помещении нужно добавить в сосуд холодную воду или лед; осушать его можно, прикладывая к поверхности (но не протирая!) фильтровальную бумагу. Крупные остатки белого фосфора собирают в банку с водой, а мелкие - на фильтр и сжигают вместе с ним на железной пластинке под тягой. Работая с фосфором, используют защитные очки и перчатки. Воспламенившийся фосфор тушат, засыпая песком.

6. Особую осторожность нужно соблюдать при обращении с металлическим натрием и другими щелочными металлами. Для защиты лица следует применять очки и экраны, а на руки надевать перчатки. Натрий хранят под слоем керосина в банке, помещаемой в жестяную коробку. Режут его на сухой бумаге острым ножом, придерживая пинцетом. Небольшие остатки натрия гасят, добавляя порциями этиловый, пропиловый или бутиловый спирт примерно в 50-кратном количестве от веса металла. Нельзя допускать контакта натрия или калия с водой, галогенопроизводными жирного ряда, четыреххлористым углеродом; запрещается проведение реакций с металлическим натрием в сосуде на водяной бане; для этого используют песочную баню. Загоревшиеся щелочные металлы тушат песком.

7. Особая осторожность должна соблюдаться при работе с металлической ртутью и ее солями. Использование ртутных термометров полностью безопасно, если обращаться с ними аккуратно и не разбивать. Хранение термометров важно организовать так, чтобы уберечь их от случайных ударов. Термометры часто разбиваются из-за того, что скатываются со стола или выталкиваются внезапно повысившимся давлением из реакционного сосуда.

Большой осторожности и навыков требует работа с открытой ртутью. Опасность металлической ртути заключается в том, что она, проникая в организм человека через легкие, пищевод и кожу, очень медленно выводится и способна накапливаться. Большую опасность представляет мелко раздробленная ртуть, так как она имеет большую площадь испарения и малозаметна. Пары ртути обладают способностью быстро распространяться в воздухе, проникать через слой воды, пористые тела, конденсироваться на дереве, тканях, в штукатурке и кирпиче.

Пролитая ртуть собирается амальгамированной медной палочкой или луженой пластинкой, крупные капли ртути могут быть собраны с помощью совочка и кисточки. Капли ртути стряхивают в сосуд с водой или с 3%-ным раствором азотной кислоты. После удаления всей замеченной ртути в помещении проводят демеркуризацию специальными составами, например, заливают 10%-ным раствором KMnO₄, 30%-ной перекисью водорода или 20%-ным раствором FeCl₃, оставляя нанесенный раствор на 1-2 дня до полного высыхания, а затем тщательно промывая горячей водой. Удобна также следующая методика: сначала поверхность обрабатывают йодистым раствором (30 г KI и 2,5 г йода в 1 л воды), а затем через 30 минут раствором, состоящим 1-ного объема 10%-ного раствора CuSO₄*5H₂O, 2-х объемов 15%-ного раствора Na₂SO₃ и 1,5 объемов 8%-ного раствора NaHCO₃, из расчета 1 л раствора на 4 м² поверхности, после чего ее тщательно промывают горячей водой. Предельно допустимая концентрация паров ртути в воздухе производственных помещений 0,01 г/м³.

8. Ядовитыми являются многие органические вещества – бензол, толуол, анилин, пиридин, хлористый тионил, диоксан, метанол, дихлорэтан, акрилонитрил, диазометан, диметилсульфат и другие. Работа с ними должна вестись в вытяжном шкафу. При работе с фенолом не следует допускать его попадания на кожу и в глаза, так как это вызывает длительно незаживающие язвы. Работа с фенолом проводится в очках и резиновых перчатках.

Органические вещества с пораженного участка удаляют ватным тампоном, слегка смоченным растворителем, близким по полярности попавшему на кожу веществу (чаще всего спиртом, эфиром). При этом не рекомендуется использовать большое количество растворителя, так как раствор может проникнуть под кожу и вызвать еще более серьезное поражение. Попавший на кожу фенол необходимо быстро удалить сначала водой, а затем пораженное место промыть спиртом.

 

Сжатые и сжиженные газы

В лабораторных условиях нередко используются различные инертные и горючие газы, которые хранятся в сжатом или сжиженном состоянии в металлических баллонах. В сжиженном состоянии находятся те газы, которые имеют критическую температуру выше комнатной (CO₂, H₂S, NH₃, COCI₂ и др.); по мере расхода такого газа давление в баллоне над жидкой фазой остается постоянным и начинает падать только после его полного испарения. Газы, имеющие критическую температуру намного ниже комнатной, при обычных условиях не могут быть сжижены (воздух, O₂, N₂, H_2, Ar, He) и закачиваются в баллоны при 150-200 атм; по мере расхода такого газа, давление в баллоне постоянно снижается. В зависимости от содержащегося газа баллоны окрашивают в разные цвета, на них делают надпись и полосу установленного цвета (табл. 4).

Баллон для сжатого газа представляет собой прочный стальной сосуд с вентилем и навинчивающимся колпаком, а баллон для сжиженного газа имеет, кроме того, сифонную трубку, опущенную почти до самого дна. Ацетилен хранят в специальных баллонах, наполненных пористой массой, в которой он растворен при давлении 16 атм, так как уже при давлении 2 атм ацетилен может взрываться от простого сотрясения. Баллоны с горючими газами (H₂, CH₄, C₂H₆, C₂H₄) оборудуют боковым штуцером вентиля с “левой“ резьбой, что устраняет возможность ошибки при их наполнении и при работе. Для регулировки тока газа баллоны подключаются через редукторы, которые позволяют поддерживать регулируемое давление. Редукторы снабжаются двумя манометрами, один из которых показывает давление в баллоне, а другой – на выходе из редуктора. В лаборатории баллоны закрепляются к стене с помощью металлических хомутов. Баллоны размещают не ближе 10 м от открытого пламени и 1 м от приборов отопления. Пользоваться баллонами без редуктора категорически запрещается.

Таблица 4 – Окраска баллонов для сжатых, сжиженных и растворенных газов

Газ	Цвет баллона	Цвет надписи
Азот	черный	желтый
Аммиак	желтый	черный
Аргон чистый	серый	зеленый
Ацетилен	белый	красный
Водород	темно-зеленый	красный
Воздух	черный	белый
Гелий	коричневый	белый
Кислород	голубой	черный
Сероводород	белый	красный
Углекислый газ	черный	желтый
Хлор	защитный	-
Другие горючие газы	красный	белый
Другие негорючие газы	черный	желтый

 

В лаборатории нередко используется жидкий азот (т. кип. -196⁰С), который хранится в металлических сосудах Дьюара, вмещающих, например, 16 кг сжиженного газа. Работа с жидким азотом производится в защитных очках.

Стеклянные сосуды Дьюара обязательно снабжаются чехлами из прочной ткани и хранятся в фарфоровых кружках. Запрещается хранить сосуды Дьюара со сжиженными газами вблизи нагревательных приборов и плотно закрывать их. Наливают жидкий азот в сухой стеклянный сосуд Дьюара, так как влажный сосуд может лопнуть, жидкий азот наливают в середину сосуда, а не на стенки.

Для замораживания веществ с помощью жидкого азота можно пользоваться только термостойкой стеклянной посудой. Ампулы и колбы следует погружать в жидкий азот осторожно, чтобы капли сжиженного газа при вскипании не попадали на кожу и лицо. Необходимо понимать, что при сильном охлаждении многие вещества и материалы резко изменяют свои свойства; например, ртуть замерзает уже при -39⁰С, а каучук и резина становятся хрупкими при охлаждении их ниже соответствующей температуры стеклования.

Работа со стеклом

 

Экспериментальная работа в лаборатории требует широкого набора стеклянной и фарфоровой химической посуды. Это – колбы, химические стаканы, мензурки, холодильники, насадки, пипетки, ловушки, воронки и т. д.

Широкое распространение стеклянной химической посуды в лабораторной практике, несмотря на ее хрупкость, связано с такими свойствами стекла как инертность, прозрачность, относительная дешевизна и легкость в обработке. Приобретя навыки экспериментальной работы, можно вполне надежно и длительно эксплуатировать даже самые хрупкие изделия из стекла и фарфора.

Стеклянная химическая посуда выпускается как из термостойкого и простого стекла. Из нетермостойкого стекла чаще всего делают мерную и другую посуду, а также склянки для хранения реактивов и толстостенные стеклянные приборы типа газометров или аппаратов Киппа. Термостойкая химическая посуда маркируется специальным знаком – чаще всего матовым кружочком – и ее можно использовать для операций, связанных с сильным нагреванием или охлаждением.

Стандартная стеклянная посуда и отдельные детали, выпускаемые промышленностью, позволяют собирать любые требуемые для синтеза приборы.

Правила работы и меры безопасности при обращении со стеклом:

1. Продумывайте назначение отдельных деталей и частей установки. Химическую посуду выбирайте необходимого объема и качества. Нужно помнить, что стекло разрушается под действием плавиковой кислоты, а также при длительном контакте со щелочными растворами; особенно нежелательно их попадание на шлифованные соединения, которые могут “срастаться”. Поэтому при работе со щелочами шлифы смазывают вакуумной смазкой или вазелином и моют использованную для таких синтезов посуду в тот же день.

2. Стекло требует бережного обращения. Стеклянная посуда часто трескается при неправильной сушке. Мокрую посуду не рекомендуется помещать в сильно разогретый сушильный шкаф, где уже находится горячая посуда, так как при этом может треснуть и та посуда, которую вновь кладут сушиться, и та, которая уже находится в сушильном шкафу. Легко трескаются при охлаждении на воздухе толстостенные стеклянные банки или детали приборов, если они сушились при высокой температуре (100-200⁰С). Поэтому сушка толстостенной химической посуды (банки из-под реактивов, воронки, мерная посуда и т.д.) должна производиться при температуре не выше 60-70 ⁰С.

Нередко посуда бьется о края раковины при стряхивании с нее капель воды после мытья. Дно колбы можно пробить при неосторожном мытье с помощью “ершика”. Реакционная колба и стеклянная мешалка могут быть разбиты при включении мешалки на слишком большие обороты, круглая посуда разбивается при скатывании со стола и т. д. Это можно избежать, если работать внимательно.

3. Вставляя стеклянную трубку, термометр или отросток стеклянного холодильника в резиновые пробки или трубки, обернутое полотенцем стекло следует держать рукой как можно ближе к вставляемому концу. В этом случае полезно поверхность стекла смазать глицерином или смочить водой и как бы ввинчивать в резиновую трубку или пробку. Отверстие в пробке должно быть таким, чтобы не требовалось прикладывать слишком больших усилий. Для одевания резиновой трубки на стеклянную трубку большего диаметра можно либо смочить ее глицерином или водой, либо в течение некоторого времени дать ей набухнуть в толуоле, гептане или эфире.

При вытаскивании пробки ее слегка раскачивают из стороны в сторону, что облегчает процедуру. Нередко обычная резина “прирастает” к стеклу, а потому часто бывает трудно снять резиновую трубку со стеклянной трубки или вытащить термометр из пробки; зачастую проще разрезать резину и выбросить пробку, чем рисковать термометром или стеклянным холодильником.

4. При сборке приборов для синтеза отдельные их части следует осторожно и без перекосов укреплять с помощью лапок в штативах, обязательно используя смягчающие резиновые прокладки. Начинать сборку нужно всегда с крепления реакционной колбы, ее же убирают в последнюю очередь, разбирая прибор после синтеза. Колба должна крепиться за верхнюю часть горловины, опираясь расширенными краями на верхнюю часть лапки. Нельзя сильно затягивать зажимы лапок, так как при нагреве или перекосе, стекло может треснуть; это особенно опасно в случае тонкостенной посуды, а так же при сборке приборов больших размеров. При креплении к штативу лапка, нужно помнить, что при ее зажиме происходит некоторый перекос.

5. Разламывая надрезанные стеклянные палочки или трубки, их как бы разрывают, чтобы при разломе не поранить руки острыми краями. При разламывании трубок большого диаметра (8-10 мм) оборачивают трубку полотенцем. Стеклодувные операции выполняют в защитных очках.

Мытье посуды

После работы вся использованная стеклянная посуда должна быть вымыта и высушена. Стекло считается чистым, если при смачивании на его поверхности не образуется отдельных капель, и вода растекается тонкой пленкой.

Химическую посуду моют водой с содой или моющими порошками, а нерастворимые в воде вещества и смолы удаляют с помощью растворителей таких, как ацетон, спирт, эфир, бензин, соляная и азотная кислоты. Однако часто используют и специальные смеси, в которых замачивают грязную посуду на несколько часов или используют их в подогретом виде.

Хромовая смесь. Является сильным окислителем и применяется для удаления любых органических загрязнений. Не следует допускать ее попадания на кожу или одежду. Для приготовления хромовой смеси к конц. H₂SO₄ при осторожном нагревании в фарфоровом стакане или кружке растворяют тонко измельченный K₂Cr₂O₇ из расчета 5 г соли на 100г кислоты (54мл, пл. 1,84 г/см³). Посуду промывают подогретой до 45-50⁰С хромовой смесью и споласкивают водой. По мере использования смесь изменяет свою окраску от темно-оранжевой до темно-зеленой, которая уже не пригодна для работы.

Раствор перманганата калия. Для мытья посуды используется 5%-ный водный раствор KMnO₄, подогретый до 50-60⁰С. Образующийся после его применения налет легко удаляют со стекла 5%-ными растворами NaHSO₃, FeSO₄ или раствором щавелевой кислоты.

Смесь на основе перекиси водорода готовится из равных объемов концентрированной HCI или CH₃COOH и 5%-ного раствора H₂O₂. Перед использованием смеси ее лучше подогревать до 30-40⁰С.

Практикумы

1. Агрономов А.Е., Шабаров Ю.С. Лабораторные работы в органическом практикуме. - М.: Химия, 1974.

2. Иванов В. Г., Гева О. Н., Гаверова Ю. Г. Практикум по органической химии. – Москва: Академия, 2002.

3. Голодников Г.В. Практикум по органическому синтезу. - Л., 1976.

4. Лабораторная техника органической химии / Под ред.Б. Кейла. – Москва: Мир, 1966.

5. Ласло П. Логика органического синтеза. В 2-х т. – Москва: Мир, 1998. Т 1,2.

6. Органикум. – Москва: Мир, 1979, 1992. Т. 1,2.

7. Органический синтез / Под ред. Н. В. Васильевой. – Москва, 1986.

8. Практикум по органической химии / Под ред. О.Ф. Гинзбурга. – Москва, 1989.

9. Смолина Т.А., Васильева Н.В. Практические работы по органической химии. – Москва: Просвещение, 1986.

10. Титце Л., Айерх Т. Препаративная органическая химия – Москва: Мир, 1999.

11. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу. – Ленинград, 1988. 

 

Справочники

1. Справочник химика. – Ленинград: Химия, 1963. – Т. 2.

2. Новый справочник химика и технолога: Свойства неорганических, органических и элементоорганических соединений [Электронный ресурс]. - Санкт-Петербург: НПО "Мир и Семья", 2002. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

3. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. – Москва: Мир, 1976.

4. Свойства органических соединений: Справочник / Под ред. А.А. Потехина. – Ленинград: Химия, 1984.

5. Вредные вещества в промышленности. Справочник. В 3-х т. / Под ред. Лазарева Н.В., Левиной Э.Н – Ленинград: Химия, 1976. - Т. 1-4.

6. Химическая энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1988-1998. - Т. 1-5.

 

Ольга Михайловна Плотникова

 

 

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

 

Методические указания для подготовки

к лабораторным работам

по курсу «Органическая химия»

для студентов направления 04.05.01

«Фундаментальная и прикладная химия»

 

Редактор

 

____________________________________________________________________________

Рекомендовано в печать            Формат 60´84 1/16          Бумага 65 г/м²

Печать цифровая                        Усл. печ. л.                                  Уч.-изд. л.

Заказ                                             Тираж 25                                      Не для продажи

_____________________________________________________________________________

БИЦ Курганского государственного университета.

640020, г. Курган, ул. Советская, 63/4.

Курганский государственный университет.

 

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ

ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

 

Методические указания

к лабораторным работам

по курсу «Органическая химия»

для студентов направления

04.05.01 «Фундаментальная и прикладная химия»

 

 

Курган 2019

 

 

Кафедра:            «Физическая и прикладная химия».

 

 

Дисциплина:      «Органическая химия» (направление 04.05.01 «Фундаментальная и прикладная химия»).

 

 

Составитель:      профессор О.М. Плотникова.

 

 

Утверждены на заседании кафедры «____»__________20__ г.

 

Рекомендованы методическим советом университета «____»_________20__ г.

 

 

Лабораторный практикум по органической химии выполняется в течение двух семестров. Студенты знакомятся со свойствами органических соединений и методами их получения, овладевают необходимыми в органическом синтезе приемами и навыками, обучаются грамотно и безопасно выполнять литературные методики, при необходимости использовать более доступных приборы и посуду.