Тема: Методи добування та хімічні властивості альдегідів і кетонів

Мета роботи: Вивчити методи добування та хімічні властивості альдегідів та кетонів, провести якісні реакції.

Тривалість виконання: 4 год.

 

Теоретична частина

 

Найбільш характерні для альдегідів і кетонів реакції нуклеофільного приєднання. Висока реакційна здатність альдегідів і кетонів у цих реакціях

зумовлена полярністю зв^,язку карбонільної групи

Величи-

на d+ на атомі карбону у функціональній групі залежить від радикалів, з якими він зв^,язаний. Альдегіди більш реакційно здатні, ніж кетони, оскільки в кетонах відбувається компенсація часткового позитивного заряду на карбонільному атомі карбону за рахунок двох алкільних груп, які проявляють позитивний індукційний ефект (електронодонорні групи). Для карбонільній групі можливі реакції нуклеофільного приєднання спиртів, HCN, NaHSO₃, реактивів Гріньяра. Приєднання азотистих основ (наприклад, аміаку, гідразину, гідроксиламіну, амінів) відбувається з подальшим відщепленням води. Альдегіди на відміну від кетонів легко окиснюються, що використовується в якісних реакціях (реакція срібного дзеркала, взаємодія з реактивом Фелінга). При вивченні властивостей карбонільних сполук необхідно виділити реакції за участю гідрогену біля атома карбону в α-положенні (альдольна конденсація) [1, с.361-392].

 

Експериментальна частина

 

Дослід 1. Добування ацетальдегіду

У пробірку наливають 1 мл етанолу, 3 мл хромової суміші, кидають шматочок невипаленої порцеляни (центри кипіння). Закривають пробірку корком з газовідвідною трубкою і обережно нагрівають. Кінець газовідвід-ної трубки опускають в пробірку з 2 мл води.

 

Спостереження:

 

 

Рівняння реакції:

 

Дослід 2. Реакція альдегідів з фуксинсульфітною кислотою

У пробірку до 1 мл фуксинсульфітної кислоти додають кілька кра-пель формаліну.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

 

Дослід 3. Реакція срібного дзеркала

У чисту пробірку наливають 2 мл водного розчину лугу і обережно нагрівають (доводять до кипіння). Потім цей розчин виливать, у пробірку поміщають 2-3 мл 1 %-го розчину AgNO₃ і додають краплями 5 %-ий розчин аміаку, щоб осад, який утворився спочатку, зник. До утвореного амонійного розчину гідроксиду срібла додають 1 мл формаліну. Пробірку обережно підігрівають.

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

Дослід 4. Реакція відновлення реактива Фелінга

Готують реактив Фелінга, змішуючи рівні об’єми розчину сульфату міді (розчин 1) та лужного розчину сегнетової солі (розчин 2). Розчин стає яскраво синього кольору. У пробірку з 2-3 мл свіжоприготованого реакти-ву Фелінга додають 0,5-1 мл розчину формальдегіду. Реакційну суміш обе-режно нагрівають.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

 

Дослід 5. Утворення гідросульфітних сполук

Наливають в пробірку 2-3 мл насиченого розчину гідросульфіту нат-рію, додають такий же об’єм ацетону, енергійно збовтують суміш, охоло-джуючи її.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

Висновок:

 

 

Техніка безпеки

 

1. Пробірку з хромовою сумішшю нагрівати обережно (дослід 1), щоб рідина не вихлюпнула з пробірки. При попаданні суміші на шкіру, промити уражене місце великою кількістю води та нейтралізувати 1 %-им розчином гідрокарбонату натрію.

2. При промиванні пробірки (дослід 3) розчином лугу, слідкувати, щоб отвір пробірки був спрямований в безпечну зону, і рідина при нагріванні не вихлюпнула з про-бірки. При попаданні розчину лугу на шкіру, уражене місце промити великою кіль-кістю води та нейтралізувати 1 %-ним розчином оцтової кислоти.

3. Після проведення реакції срібного дзеркала (дослід 3) суміш вилити у спеціальний посуд. Пробірку здати лаборанту.

 

Контрольні запитання та завдання

 

1. Напишіть рівняння реакції окиснення ізопропілового спирту розчином KМnO₄.

2. Напишіть рівняння реакції срібного дзеркала для 3-метилбутаналю.

3. Поясніть зміну забарвлення розчину в пробірці при нагріванні суміші альдегіду та реактиву Фелінга.

4. Які карбонільні сполуки реагують з фуксинсульфітною кислотою?

5. Наведіть рівняння реакції утворення гідросульфітного похідного для ізомасляного альдегіду.

6. Наведіть рівняння реакцій утворення оксиму та гідразону ацетону.

7. Напишіть рівняння реакції альдольної конденсації на прикладі бутаналю.

8. Які альдегіди вступають в реакцію Канніццаро?

 

 

Лабораторна робота № 8

 

Тема роботи: Методи добування та хімічні властивості карбонових кислот

Мета роботи: Вивчити методи добування та хімічні властивості карбонових кислот, провести відповідні досліди.

Тривалість виконання: 4 год

 

Теоретична частина

Для карбонових кислот характерні хімічні перетворення за участю

карбоксильної групи

та атома гідрогену біля атома карбону

в a- положенні (реакція Гелля-Фольгарда-Зелінського). Реакції по карбо-ксильній групі відбуваються як з розривом О-Н зв’язку (кислотні власти-вості), так і С-ОН зв’язку (утворення похідних карбонових кислот – гало-генангідридів, ангідридів, амідів, естерів). Для карбонових кислот та їх

похідних загальної формули

,

де Х - ОН, СІ, OR, NH2 та ін.,

характерні реакції ацилювання - заміна на кислотний залишок ( ацил) атома металу або активного атома гідрогену в сполуках, що їх містять (спирти, алкоголяти, вода, амоніак, аміни). За допомогою реакцій ацилювання карбонові кислоти можна перетворити на їхні функціональні похідні, здійснити перетворення між останніми та отримати знову карбонові кислоти.

Ацилююча активність карбонових кислот та їх похідних зростає зі збільшенням значення на вуглецевому атомі карбоксильної групи, що залежить від індукційного (-І) та мезомерного (+М) ефектів Х. Чим сильніший -І-ефект та слабший +М-ефект, тим більш вагомішим стає .

За активністю в реакціях ацилювання реагенти розміщуються в такий ряд:

 

Взаємні перетворення між функціональними похідними карбонових кислот можна представити такою схемою.

 

Серед лабораторних методів добування карбонових кислот слід звернути увагу на методи добування за допомогою малонового та ацетооцтового естерів [1, с.393-422].

Експериментальна частина

 

Дослід 1. Утворення солей карбонових кислот

Наливають у пробірку 2 мл 2 %-го розчину ацетату натрію і додають 2 мл 2 %-го розчину хлориду заліза (ІІІ). Яке забарвлення розчину?

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

 

Дослід 2. Добування вільних вищих жирних кислот

До 2-3 мл свіжоприготованого водного розчину мила додають 1-2 мл 5 %-го розчину соляної кислоти.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

Дослід 3. Утворення нерозчинних солей вищих жирних кислот

У пробірку до 3 мл водного розчину мила додають кілька крапель 10 %-го розчину хлориду кальцію.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

Дослід 4. Гідроліз мила

У суху пробірку наливають 1 мл спиртового розчину мила, додають кілька крапель розчину фенолфталеїну. До одержаної суміші обережно до-дають дистильовану воду так, щоб шари не змішувались.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

Дослід 5. Окиснення мурашиної кислоти

У пробірку, промиту розчином лугу, наливають 2-3 мл 1 % -го розчину нітрату срібла та додають по краплях 5 %-й розчин аміаку до повного розчинення осаду. До отриманого амонійного розчину оксиду срібла доливають 1 мл розчину мурашиної кислоти, суміш обережно наг-рівають.

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

Дослід 6. Взаємодія олеїнової кислоти з бромом

У пробірку наливають 1 мл олеїнової кислоти і додають 2 мл бром-ної води, струшують.

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

Дослід 7. Взаємодія олеїнової кислоти з перманганатом калію

У пробірку наливають 1 мл олеїнової кислоти і додають 2 мл

0,1 %-го розчину перманганату калію, струшують.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

Дослід 8. Кето-енольна таутомерія ацетооцтового естеру

У пробірку наливають 2 мл води, додають 1-2 краплі ацетооцтового естеру та кілька краплин розчину хлориду заліза (ІІІ). Поступово розчин забарвлюється. У який колір? Далі додають кілька крапель бромної води. Забарвлення зникає. Чому? Через деякий час забарвлення знову з’являє-ться.

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

Висновок:

 

Техніка безпеки

 

1. Досліди з бромною водою проводити у витяжній шафі. При попаданні бромної води на шкіру уражене місце промити розчином аміаку.

2. При попаданні лугу на шкіру уражене місце промити великою кількістю води та нейтралізувати 1 %-им розчином оцтової кислоти.

3. Після досліду 5 суміш вилити у спеціальний посуд.

 

Контрольні запитання та завдання

 

1. Охарактеризуйте хімічні властивості оцтової кислоти та її похідних.

2. Порівняйте кислотні властивості мурашиної, оцтової та трихлороцтової кислот.

3. Наведіть методи добування карбонових кислот на прикладі масляної кислоти.

4. Порівняйте активність в реакціях ацетилювання наступних речовин: ангідрид оцтової кислоти, ацетилхлорид, оцтова кислота, етилацетат. Наведіть пояснення.

5. Наведіть реакції добування вищих жирних кислот із природних жирів.

6. Поясніть поведінку мила в жорсткій воді.

7. Що відбувається на границі розділу шарів води та спиртового розчину мила?

8. Наведіть реакції за допомогою яких можна відрізнити α-, β-, та γ- гідроксикислоти.

9. Застосування ацетооцтового естеру в органічному синтезі.

Лабораторна робота № 9

Тема: Методи добування та властивості амінів та α-амінокислот

Мета роботи: Вивчення методів добування та хімічних властивостей амінівта α-амінокислот.

Тривалість виконаня: 4 год.

 

Теоретична частина

 

Аміни розглядають як похідні аміаку, в якому атоми гідрогену частково або повністю заміщені на вуглеводневі радикали. В залежності від кількості заміщених атомів гідрогену аміни поділяються на: первинні (R-NH₂), вторинні (R-NH-R) та третинні (R₃N). Подібно аміаку аміни проявляють властивості основ завдяки наявності неподіленої пари електронів на атомі нітрогену. При дії кислот відбувається приєднання протона з утворенням позитивно зарядженого заміщеного амонійного катіона:

Аліфатичні аміни сильніші основи ніж аміак, оскільки алкільні групи проявляють позитивний індукційний ефект (є електронодонорними групами) і збільшують електронну густину на атомі нітрогену: СН₃ NH₂. Первинні та вторинні аміни здатні заміщувати атоми гідрогену на алкільні групи (реакції алкілування) та ацильні (реакції ацилювання). При дії нітритної кислоти на первинні аміни утворюються не стійкі солі діазонію, які розкладаються з виділенням азоту та утворенням переважно відповідного спирту.

 

.

 

α - Амінокислоти проявляють властивості притаманні як амінам так і карбоновим кислотам, в твердому стані перебувають у вигляді цвіттер-іона

 

.

 

Із залишків α - амінокислот L-ряду побудовані білки [1, с.423-442,479-493].

Експериментальна частина

Дослід 1. Добування метиламіну із ацетаміду (Дослід проводять у витяжній шафі!)

У пробірці готують суміш, що складається з рівних частин (по 0,5 г) ацетаміду, хлорного вапна, негашеного вапна. До суміші додають кілька краплин води, щоб тверді речовини лише просякли водою. Пробірку зак-ривають пробкою з газовідвідною трубкою, закріплюють під невеликим нахилом у штативі (рис.7). Кінець газовідвідної трубки опускають у про-бірку з 3 мл дистильованої води. Пробірку з дистильованою водою охолод-жують льодом. Обережно 10-15 хв нагрівають реакційну суміш. (Отрима-ний розчин метиламіну у дистильованій воді зберігають для наступних дослідів).

 

Рис.7

Спостереження:     Рівняння реакції:

 

Дослід 2. Властивості метиламіну як основи

а) Краплю водного розчину метиламіну, добутого в досліді 1, скля-ною паличкою наносять на універсальний індикаторний папір.

 

Спостереження:

 

б) У пробірку поміщають 2 краплі водного розчину метиламіну, до-бутого в досліді 1, і додають 1 краплю спиртового розчину фенолфталеїну.

 

Спостереження:

 

Дослід 3. Взаємодія метиламіну з нітритною кислотою

У пробірку, яка охолоджується льодом, додають 5 крапель водного розчину метиламіну (добутого в досліді 1), 10 крапель 2М HCl і 5 крапель розчину нітриту натрію. Пробірку виймають з льоду. Уважно спостеріга-ють за реакційною сумішшю.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

Дослід 4. Утворення комплексної мідної солі гліцину

У пробірку наливають 2 мл 10 %-го розчину лугу і кілька крапель розчину сульфату міді. Утворюється осад гідроксиду міді (II). До отриманого осаду додають кілька крапель 2 %-го розчину гліцину (амінооцтової кислоти). Реакційну суміш енергійно струшують.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакцій:

 

 

Дослід 4. Взаємодія гліцину з нітритною кислотою

У пробірку наливають 2 мл 2 %-го розчину гліцину 1 мл 2 М НСІ і 0,5 мл 10 %-го розчину нітриту натрію. Вміст пробірки обережно струшу-ють, стостерігаючи, що при цьому відбувається.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакцій:

 

 

Висновок:

 

 

Техніка безпеки

 

1. Досліди проводити у витяжній шафі.

2. При виконанні досліду 1 слідкувати за тим, щоб хлорне вапно та негашене вапно не потрапило на шкіру. Берегти очі! При попаданні на шкіру хлорного вапна або негашеного вапна промити уражене місце великою кількістю води та нейтралізувати 1 %-им розчином оцтової кислоти.

3. При попаданні соляної кислоти на шкіру змити уражене місце великою кількістю води та нейтралізувати 1 %-им розчином гідрокарбонату натрію.

 

 

 

Контрольні запитання та завдання

 

1. Наведіть методи добування метиламіну.

2. Який з наведених амінів є сильнішою основою у водному розчині: етиламін, діетиламін, триетиламін?

3. Наведіть механізм перегрупування Гофмана на прикладі аміду пропанової кислоти.

4. Які речовини утворюються при дії нітритної кислоти на ізопропіламін, діетиламін?

5. Опишіть хімічні властивості гліцину.

6. Які біополімери побудовані з залишків α - амінокислот?

7. Наведіть якісні реакції на первинний амін, на α - амінокислоту.

 

Лабораторна робота № 10

 

Тема: Властивості вуглеводів

Мета роботи: Вивчити хімічні властивості вуглеводів.

Тривалість виконання: 4 год.

 

Теоретична частина

 

При вивченні вуглеводів необхідно відрізняти за хімічними властивостями глюкозу від фруктози, моносахариди від ди- і полісахаридів. До найважливіших властивостей вуглеводів відносяться перетворення, що пов^,язані з наявністю у молекулах карбонільної та гідроксильних груп, а також їхня стереоізомерія (α- і β-аномери і їх перетворення, явище мутаротації). Наявність глікозидного гідроксилу у дисахаридах визначає їх віднесення до відновлюючих (є глікозидний гідроксил, існує рівновага з відкритою формою) чи невідновлюючих (немає глікозидного гідроксилу) дисахаридів. Відновлюючі дисахариди є відновниками. Невідновлюючі дисахариди (наприклад, сахароза) не проявляють таких властивостей. Основні представники полісахаридів - це крохмаль (побудований із залишків α-D-глюкози) резервний полісахарид рослин та целюлоза (клітковина), побудована із залишків β-D-глюкози, і є будівельним матеріалом рослин. [1, c.507-536].

 

Експериментальна частина

 

Дослід 1. Утворення срібного дзеркала

У чисту пробірку наливають 2 мл водного розчину лугу і обережно нагрівають (доводять до кипіння). Потім виливать цей розчин, пробірку ополіскують дистильованою водою і наливають 2-3 мл 1 %-го розчину AgNO₃, далі додають краплями 5 %-й розчин аміаку, щоб осад, який ут-ворився спочатку, зник. До утвореного амонійного розчину оксиду срібла додають 2 мл розчину глюкози. Пробірку обережно підігрівають

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

 

Дослід 2. Реакція глюкози реактивом Фелінга

Готують реактив Фелінга, змішуючи рівні об’єми розчину сульфату міді(ІІ) (розчин 1) та лужного розчину сегнетової солі (розчин 2). Розчин має характерне синє забарвлення. У пробірку з 2-3 мл свіжоприготованого реактиву Фелінга додають 2 мл 1 %-го розчину глюкози. Реакційну суміш обережно нагрівають.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакції:

 

 

Дослід 3. Відношення сахарози до реактиву Фелінга

У пробірку наливають 2 мл реактиву Фелінга і додають такий же об’єм 2 %-го розчину сахарози. Нагрівають.

 

Спостереження:

 

Дослід 4. Гідроліз сахарози

У пробірку наливають 4 мл 2 %-го розчину сахарози, додають кілька крапель сірчаної кислоти, кидають шматочки невипаленої порцеляни (цен-три кипіння) і кип’ятять 3-5 хвилин. Реакційну суміш охолоджують та ней-тралізують розчином лугу до слабколужної реакції, додають 4 мл реактиву Фелінга. Нагрівають.

 

Спостереження:

 

Рівняння реакцій:

 

Дослід 5. Розчинення клітковини у мідно-амонійному розчині реактиву Швейцера

Наливають в пробірку 4-5 мл розчину мідно-амонійного комплексу, занурюють у розчин смужку фільтрувального паперу або шматочок вати, перемішують скляною паличкою. При розчиненні клітковини утворюється в’язкий розчин. Виливають частину отриманого розчину в склянку з 10 мл 20 %-ої соляної кислоти. Що при цьому відбувається?

Спостереження:

Дослід 6. Приготування рослинного пергаменту

Смужку фільтрувального паперу занурюють на кілька секунд у хо-лодну 80 %-у сірчану кислоту. Папір швидко промивають водою, нейт-ралізують кислоту водним розчином аміаку, висушують. Які зміни відбу-лися з фільтрованим папером?

 

Спостереження:

 

Висновок:

Техніка безпеки

 

1. При попаданні водного розчину лугу на шкіру уражене місце промити великою кількістю води та нейтралізувати 1 %-им розчином оцтової кислоти.

2. Після проведення реакції срібного дзеркала (дослід 1) реакційну суміш, що міститься у пробірці, вилитити у спеціальний посуд.

3. Нагрівання розчину сахарози з концентрованою сірчаною кислотою проводити у захисних окулярах.

4. При попаданні кислоти на шкіру промити уражене місце великою кількістю води та нейтралізувати 1 %-им розчином гідрокарбонату натрію.

5. Дослід 5 проводити у витяжній шафі.

 

Контрольні запитання та завдання

1. Наведіть приклади аномерів та епімерів.

2. Що таке явище мутаротації?

3. Які сполуки утворяться, якщо сахарозу піддати вичерпному метилюванню, а потім гідролізу? Наведіть рівняння реакцій.

4. Наведіть приклади відновлюючих і невідновлюючих дисахаридів. Вкажіть відмін-ності у їхній будові. За допомогою яких реакцій їх можна розпізнати?

5. Які дисахариди здатні до мутаротації?

6. За допомогою яких реакцій глюкозу можна перетворити на фруктозу?