Производные карбоновых кислот.

 

Опыт №9. Получение уксусноизоамилового эфира.

 

Реактивы: лед. уксусная кислота, концентрированная серная кислота, изоамиловый спирт.

Оборудование: пробирки, пипетки, стеклянная палочка, водяная баня, стаканчик со льдом.

Работать под тягой! В пробирку наливают 2 мл лед уксусной кислоты, 2 мл изоамилового спирта и 1 мл концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирки перемешивают палочкой и помещают на несколько минут в водяную баню при температуре, близкой к кипению. Затем содержимое пробирки выливают в стакан с холодной водой. Уксусноизоамиловый эфир, всплывающий на поверхность воды, обладает характерным приятным запахом грушевой эссенции.

 

Опыт №10. Растворимость и обменные реакции мыла и синтетических моющих средств (СМС).

 

Реактивы: мыло, синтетическое моющее средство, щавелевая кислота, концентрированная уксусная кислота, 10%-ный раствор серной кислоты, стеарин, диэтиловый эфир, 1%-ный раствор фенолфталеина, 10%-ный раствор гидроксида натрия, 5%-ный раствор CaSO₄, раствор хлорида магния, раствор сульфата меди (II), 10%-ный раствор уксусной кислоты, бензол.

Оборудование: пробирки, пипетки, горелка, шпатель, резиновая пробка.

 

А) В одну из двух пробирок помещают мелко раздробленные кусочки мыла на кончике шпателя, в другую – синтетическое моющее средство (СМС). В каждую из пробирок добавляют 3-4 мл дистиллированной воды. Смесь нагревают и встряхивают, переводя испытуемые вещества в раствор. Охлаждают содержимое пробирок холодной водой. В результате раствор мыла образует плотный студень, а раствор СМС остается без изменения и в отличие от раствора мыла сильно пенится при встряхивании.

 

Б) Выделение жирных высших кислот из мыла. В пробирку наливают 2-3 мл водного раствора мыла и добавляют по каплям 10%-ный раствор серной кислоты. Что наблюдается?

 

Г) Образование нерастворимых солей высших карбоновых кислот. Загустевший раствор мыла (опыт А) снова нагревают до полного растворения. Растворы мыла и моющих средств разделяют на четыре части (восемь пробирок) и добавляют к каждой из них такие же объемы: водопроводной воды, 5%-ный раствор гипса CaSO₄, растворы хлористого магния (морская вода) и сульфата меди. Растворы мыла дают осадки кальциевого, магниевого и медного мыла, а при встряхивании жидкости над осадком пены не образуется. Содержимое пробирки с осадком медного мыла разделяют на две части, одну нагревают до начинающегося кипения, при этом наблюдают, как медное мыло всплывает в виде изумрудно-зеленого кольца (если в растворе находится избыток натриевого мыла, то зеленого кольца не получается). Растворы СМС при взаимодействии с теми же реактивами резких изменений не дают.

 

Опыт №11. Качественная характеристика эмульгирующих свойств мыла и моющих средств.

 

Реактивы: растительное масло, мыло (раствор), синтетическое моющее средство (раствор).

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновая пробка.

В каждую из трех пробирок помещают по 2 капли растительного масла. В одну пробирку доливают 5-6 мл дистиллированной воды, а в другие по 5-6 мл 10%-ных растворов мыла и моющих средств. Сильно встряхивают содержимое пробирок и оставляют на 5 минут до образования эмульсий. В первой пробирке (вода) эмульсия содержит довольно крупные капли масла, которые выделяются сразу при стоянии; эмульсия в водном растворе мыла более устойчива, но уступает эмульсии в растворе СМС.

Опыт №12. Омыление жира.

 

Реактивы: раствор растительного мыла, 15%-ный раствор гидроксида натрия.

Оборудование: пробирки, коническая колба на 50 мл, электрическая плитка, асбестовая сетка.

В коническую колбу вместимостью 50 мл наливают 20 капель растительного мыла и 4-5 мл 15%-ного раствора гидроксида натрия, тщательно перемешивают и кипятят на асбестовой сетке 3-4 мин. Гидролиз жира можно считать законченным, если несколько капель гидролизата (белого цвета), внесенные в пробирку, будут полностью растворяться в дистиллированной воде(без выделения капелек масла). Полное растворение пробы свидетельствует о том, что нерастворимое в воде масло полностью гидролизовано с образованием растворимых в воде глицерина и солей высших жирных кислот. Реакция щелочного гидролиза (омыления) протекает по следующей схеме:

В отчете напишите наблюдения, уравнения всех проделанных реакций, механизмов и дайте названия полученным веществам.

 

Вопросы коллоквиума:

1. Как изменяются физические свойства (Т_пл/Т_кип, плотность, агрегатное состояние) в гомологическом ряду карбоновых кислот и почему?

2. Напишите уравнение реакции и механизм получения сложного эфира – этилпропионата и пропилформиата. Какова роль среды реакции?

3. Напишите уравнения реакции гидролиза полученных сложных эфиров.

4. Что такое эмульсия. Какие явления лежат в основе действия моющих средств?

5. Особенности малеиновой и фумаровой кислот.

6. Нахождение в природе важнейших производных карбоновых кислот и их применение.

Лабораторная работа №12 «Азотосодержащие органические соединения»

 

К азотсодержащим соединениям относятся соединения, содержащие группы, в которые входят азот. К таким группам, например, относятся нитро- (-NO₂) и аминогруппы (-NH₂). Среди них также различают алифатические и ароматические соединения, например:

 

Этиламин Нитрометан

 

Аминобензол 2,4,6-тринитрофенол

(Анилин) (Пикриновая кислота)

 

Производные углеводородов, содержащие аминогруппу –NH₂ называются аминами. Различают первичные, вторичные и третичные амины в зависимости от замещения атома водорода аминогруппой:

Первичный амин вторичный амин третичный амин

Анилин является простейшим представителем ароматических аминов. Ароматические амины в отличие от аминов жирного ряда представляют собой слабые основания, водный раствор ароматических аминов не изменяет окраску лакмуса и фенолфталеина, хотя с сильными кислотами эти амины образуют соли.

При действии азотистой кислоты в кислых растворах на холоде на анилин и другие ароматические первичные амины образуются так называемые соли диазония:

Азотсодержащие соединения образуют большой класс красителей. Одной из таких групп красителей являются азокрасители. Согласно хромофорно - ауксохромной теории цветности, предложенной О. Виттигом в 1887 г., окраска органического соединения обусловлена наличием в его молекуле ненасыщенных группировок, например азогруппы (-N=N-), нитрогруппы (NO₂), хиноидной группировки () и другие. Эти группы были названы хромофорами.

В азокрасителях хромофорной группой является азогруппа –N=N-, находящаяся между двумя ароматическими радикалами или же между ароматическим и гетероциклическим радикалами, например:

 

 

Анилиновый желтый

 

Получают азокрасители реакцией сочетания диазотированного ароматического первичного амина с аминами или фенолами.

Реакцией азососчетания, приводящей к образованию азокрасителей, называют реакцию между солью диазония и ароматическими соединениями, содержащими электронодорнорные заместители (-NH, -NHR, -NR_2, -OH), например:

 

 

Практическая часть

 

Опыт №1. Образование солей анилина.

 

Реактивы: анилин, концентрированная соляная кислота, концентрированная серная кислота, раствор нитрита натрия.

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновые пробки.

А) В пробирку с 5 мл воды добавляют несколько капель анилина и взбалтывают. Что наблюдается? Добавляют в пробирку несколько капель концентрированной HCl. Записывают уравнение реакции.

Далее к полученному солянокислому анилину добавляют раствор нитрита натрия. Что при этом происходит?

Б) В пробирке смешивают 1 мл анилина и 0,5 мл разбавленной серной кислоты. Что наблюдается?

 

Опыт №2. Бромирование анилина.

 

Реактивы: анилин, бромная вода.

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновые пробки.

В пробирку наливают 3 мл воды, добавляют 0,5 мл анилина и встряхивают. Затем приливают 0,5 мл бромной воды. Что наблюдается?

 

Опыт №3. Получение хлористого фенилдиазония.

Реактивы: раствор солянокислого анилина, иодкрахмальная бумага, 20%-ный раствор нитрита натрия

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновые пробки, стакан, лед.

В пробирку наливают 5 мл раствора солянокислого анилина и охлаждают, помещая пробирку в стакан со льдом. Затем по каплям добавляют 20%-ный раствор нитрита натрия до появления на иодкрохмальной бумажке синего пятна, которое свидетельствует об избытке нитрита натрия и, следовательно, о конце диазотирования. Образовавшийся водный раствор хлористого фенилдиазония используют для получения азокрасителей.

 

 

Опыт №4. Получение азосоединений.

 

Реактивы: 10%-ный раствор NaOH, фенол, анилин, концентрированная соляная кислота, диметиланилин, 10%-ный раствор HСl, раствор ацетата натрия.

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновые пробки.

А) Получение красителя анилинового оранжевого. В пробирке с 2 мл 10%-ного раствора NaOH растворяют 0,1 г фенола. Затем приливают примерно равный объем соли диазония (опыт 3). В пробирке немедленно появляется интенсивное окрашивание.

 

Б) Получение красителя анилинового желтого. В пробирку помещают 4 капли диметиланилина, 2 мл воды и для растворения добавляют по каплям при встряхивании 10%-ный раствор HCl. Смесь охлаждают и добавляют в нее 3 мл раствора хлористого фенилдиазония (опыт 3), а затем 2 мл насыщенного раствора ацетата натрия (его добавляют для связывания соляной кислоты, т.к. реакция азосочетания в сильнокислой среде не идет). Смесь взбалтывают. Что наблюдается?

 

В) Получение кислотного азокрасителя. К 2 мл водного раствора хлористого фенилдиазония (опыт 3) прибавляют равное количество фенола в щелочи. Появляется интенсивное красное окрашивание (раствор должен быть все время щелочным).

 

Опыт №5. Получение фенолфталеина.

 

Реактивы: фталевый ангидрид, фенол, концентрированная серная кислота, этиловый спирт, раствор щелочи.

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновые пробки.

В пробирку помещают 1 г фталевого ангидрида, 1 г фенола и добавляют 2 капли концентрированной H₂SO₄. Смесь нагревают в течение нескольких минут. Затем охлаждают и прибавляют к ней 2 мл этилового спирта. Несколько капель полученного фенолфталеина наливают в другую пробирку с раствором щелочи. Что наблюдается? Раствор подкисляют. Что наблюдается?

 

Опыт №6. Получение флуоресцеина.

 

 

Реактивы: фталевый ангидрид, резорцин, концентрированная серная кислота, этиловый спирт, водный раствор аммиака.

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновые пробки.

В пробирку помещают 0,5 г фталевого ангидрида, 0,5 г резорцина и несколько капель серной кислоты. Смесь расплавляют в пробирке до получения темно-красного сплава, После охлаждения сплав растворяют в небольшом количестве спирта. Спиртовой раствор флуоресцеина выливают в колбочку с водным раствором аммиака. Что наблюдается? Какой цвет имеет полученная жидкость в проходящем и отраженном свете?

 

В отчете пишут наблюдения, уравнения всех проделанных реакций и называют веществам. Делают выводы.

 

Вопросы коллоквиума:

1. Восстановление ароматических нитросоединений в нейтральной, щелочной и кислой средах. Привести примеры.

2. Таутомерия нитросоединений и диазосоединений. Привести примеры.

3. Напишите уравнение реакции ацилирования анилина уксусным ангидридом.

4. Напишите схему получения сульфаниловой кислоты.

5. Реакции диазотирования и азосочетания. Механизмы.

Лабораторная работа №13 «Гетероциклические соединения»

К классу гетероциклов относятся вещества, содержащие циклические группировки атомов, включающие в цикл кроме атомов углерода и другие (гетеро-) атомы. Наибольшее значение имеют гетероциклы, содержащие атомы N, O и S. Они называются соответственно азот-, кислород- и серосодержащие гетероциклы.

Свойства гетероциклов определяется не только имеющимися гетероатомами, в значительной степени они зависят от характера связей в цикле. Гетероциклы, не содержащие кратных связей, как правило, по химическим и физическим свойствам похожи на соответствующие ациклические соединения.

Но существует и другая, очень обширная группа гетероциклов, имеющих сопряженные системы кратных связей. Такого рада гетероциклы напоминают своей устойчивостью и типами реакций бензол, а его производные получили название ароматических гетероциклов.

Гетероциклические соединения по количеству атомов в цикле делятся на пяти- и шестичленные, например:

 

тетрагидрофуран пирролидин фуран пиррол тиофен пиридин

 

Гетероциклы могут включать несколько гетероатомов, как одинаковых, так и различных, например:

 

имидазол пиримидин 1,3,5-триазин оксазол тиазол

 

Еще различают конденсированные гетероциклические соединения, содержащие дополнительный цикл, например:

 

Индол бензимидазол хинолин изохинолин

 

 

Практическая часть

Опыт №1. Растворимость пиридина в воде и его основные свойства.

Реактивы: пиридин, красная лакмусовая бумага.

Оборудование: пробирки, пипетки.

К 1 мл пиридина приливают 5 мл воды. Каплю полученного раствора наносят на красную или индикаторную бумагу. Какой цвет приобретает индикаторная бумага? Почему? Объясняют значение рН.

К капле пиридина осторожно прибавляют концентрированную соляную кислоту. Затем к реакционной смеси добавляют воду. Что при этом наблюдается?

 

Опыт №2. Образование солей пиридина.

Реактивы: водный раствор пиридина (опыт №1), 2%-е растворы хлорида железа (III) и сульфата меди (II). Насыщенный раствор пикриновой кислоты.

Оборудование: пробирки, пипетки.

В две пробирки наливают по 1 мл 2%-ых растворов хлорида железа (III) и сульфата меди (II) и добавляют по 1-2 капли раствора пиридина, полученного в предыдущем опыте. Что при этом происходит?

Ко второй пробирке добавляют избыток гидроксида меди (II). Что наблюдается?

К 1 мл насыщенного раствора пикриновой кислоты приливают 5-10 капель раствора пиридина и встряхивают. Что при этом наблюдается? Данная реакция используется для обнаружения пиридина.

 

Опыт №3. Устойчивость пиридина к окислителям.

 

Реактивы: пиридин, 1% раствор перманганата калия, 1% раствор гидрокарбоната натрия (NaHCO₃).

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновые пробки, электрическая плитка.

В пробирку помещают по одной капле раствора пиридина, 1%-ного раствора перманганата калия, 1% -ного раствора гидрокарбоната натрия. Содержимое пробирки встряхивают и нагревают в течение 2 минут. Изменяется ли цвет раствора?

 

Опыт №4. Основные свойства хинолина.

 

Реактивы: хинолин, концентрированная соляная кислота, 10% раствор NaОH.

Оборудование: пробирки, пипетки, резиновые пробки.

В пробирку помещают 2 капли хинолина, 3 капли воды и по каплям до полного растворения хинолина, приливают 3-4 капли концентрированной соляной кислоты. К солянокислому раствору хинолина добавляют 4 капли 10% -ного раствора NaОH. Объясняют выделение тяжелой капли свободного хинолина.

 

Опыт №5. Получение фурфурола.

 

Реактивы: отруби, 20%-ый раствор серной кислоты.

Оборудование: круглодонная колба, обратный холодильник, пипетки, плитка, аппарат для перегонки.

К 3 г отрубей (кукурузные початки, древесные опилки, шелуха семечек) добавляют 30 мл 20%-ой серной кислоты и нагревают реакционную смесь на водяной бане с обратным холодильником в течение 30 минут. Фурфурол образуется из пентозанов, которые вместе с клетчаткой входят в состав отрубей:

 

 

 

Реакционную смесь отфильтровывают от отрубей и с фильтратом осуществляют перегонку при атмосферном давлении (см. лаб. раб №1, опыт 4). Фурфурол имеет т. пл. 162⁰С, а серная кислота 320⁰С.

С помощью мерного цилиндра или пробирки определяют объем полученного после перегонки фурфурола. Для доказательства полученного фурфурола проводят качественную реакцию на фурфурол и его окисление (опыты №6, 7 лабораторной работы № 13) для сравнения проводят эти же реакции с эталоном – реактивом фурфурола, который имеется в лаборатории.

 

Опыт №6. Качественная реакция на фурфурол.

 

Реактивы: анилин, уксусная кислота, фурфурол.

Оборудование: часовое стекло, пипетки, фильтровальная бумага.

На два часовых стекла наносят каплю анилина и смешивают ее с одной каплей уксусной кислоты. Далее на первое добавляют каплю фурфурола, полученного в опыте №5, а на другое – каплю фурфурола, имеющегося в лаборатории.

 

Описывают свои наблюдения и делают вывод. Почему полученный фурфурол прозрачный и бесцветный, а реактив фурфурола имеет коричневый цвет?

Опыт №6. Окисление фурфурола.

 

Реактивы: фурфурол, аммиачный раствор оксида серебра.

Оборудование: часовое стекло, пипетки.

На два часовых стекла наносят каплю аммиачного раствора оксида серебра и на первое добавляют каплю фурфурола, полученного в опыте №5, а на другое – каплю фурфурола, имеющегося в лаборатории. Наблюдают появление черного пятна свободного серебра.

 

В отчете пишут наблюдения, уравнения всех проделанных реакций и называют веществам. Делают выводы.

 

Вопросы коллоквиума:

 

1. Напишите структурные формулы следующих соединений: 2,5-диметилфуран, 2-хлортиофен, 2,5- диэтилпиррол, 2-аминопиридин.

2. Объясните причину ароматического характера фурана, тиофена и пиррола.

3. Напишите уравнения реакции полного и неполного гидрирования фурана, дайте названия полученным продуктам реакций.

4. Перечислите области применения фурфурола.

 

Список рекомендуемой литературы к разделу

«Ознакомительный (малый) практикум»

 

1. Иванов В.Г., Гева О.Н., Гаверова Ю.Г. Практикум по органической химии. - М.: Академия, 2000.

2. Артеменко А.И. Практикум по органической химии. - М.: Высшая школа, 2001.

3. Травень В.Ф. Органическая химия. В 2 т. – М.: Изд. Академкнига, 2001.

4. Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. – М.: Изд. Московского университета, 1992.

5. Грандберг И.И. Органическая химия. –М.: Дрофа, 2002.

 

3.3. Методы синтеза органических соединений